随着社會(huì)的發展及(jí)人們生活(huo)水平的提(ti)高，對消費(fei)💁産品質🙇🏻量(liàng)和☁️生産效(xiào)率提出了(le)更高的要(yao)求，要求灌(guàn)🈚裝裝置系(xi)統能夠快(kuai)速、安全、準(zhǔn)确地完成(chéng)灌裝。無菌(jun1)灌裝系統(tong)以其固有(yǒu)的㊙️優點，在(zai)食品、飲料(liao)、制藥等行(háng)業得到越(yuè)來越廣泛(fan)的應用。無(wu)菌灌裝系(xi)統的要求(qiú)♋使用于灌(guan)裝定量控(kòng)制的方式(shì)發生了變(biàn)化，一些專(zhuan)業灌裝用(yòng)途電磁流(liú)量計 進入(ru)灌裝應用(yong)領域，這種(zhong)動态在線(xian)的測量和(he)控制🚶方💋式(shì)帶來了新(xīn)的挑戰，使(shǐ)用中不僅(jǐn)需要考慮(lǜ)流量計本(běn)身的❌安裝(zhuāng)和使用，還(hái)要綜合考(kao)慮流量計(jì)集成📱在系(xì)統中時和(he)其他部分(fèn)的相互影(yǐng)響。
1 無菌灌(guàn)裝系統介(jiè)紹
1.1 無菌灌(guan)裝系統的(de)要求
（1）易于(yu)清洗和消(xiao)毒殺菌；（2）高(gāo)産量、周期(qi)短；（3）精度佳(jiā)和高重複(fu)性；（4）低消耗(hào)和損耗；（5）快(kuài)速處理不(bú)同産品灌(guan)裝和🧡不同(tong)批量🔞灌裝(zhuang)；（6）對産品和(hé)産品質量(liang)因素有較(jiao)高的透明(míng)度；（7）不用維(wéi)護或者易(yi)于維🚩修。
1.2 無(wu)菌灌裝的(de)設計特點(dian)
（1）機器的簡(jian)單化；（2）表面(mian)光滑、無凹(āo)凸、無死角(jiǎo)、氣密密封(fēng)🌈性好；（3）排水(shuǐ)流暢，無積(ji)水；（4）閉密性(xing)要好，防止(zhǐ)外界微生(sheng)物深入；（5）選(xuǎn)擇适🙇🏻當材(cái)料，耐高溫(wen)、耐化學腐(fǔ)蝕；（6）自動化(huà)🐕的CIP（原位清(qīng)洗）/SIP（原位殺(shā)菌）；（7）關鍵設(shè)♻️備的定期(qī)養護；（8）劃分(fèn)🌈生産區域(yu)，無菌和非(fei)🚩無菌，生産(chǎn)區域物料(liào)📱、人等隔離(lí)♋和管制。
1.3 灌(guan)裝定量控(kong)制
　　在各個(gè)分系統中(zhōng)，灌裝的定(dìng)量控制系(xi)統是zui核心(xīn)的系統☂️之(zhī)🔞一，整個灌(guan)裝機的灌(guàn)裝速度和(he)精度往往(wang)由該系統(tong)的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻性能所(suo)決🏃‍♀️定。灌裝(zhuāng)定量控制(zhi)系統關鍵(jian)部🏃‍♂️件包括(kuo)流量計👨‍❤️‍👨、控(kong)制器、閥門(mén)（如圖1）。灌裝(zhuang)量的測量(liang)由流量計(jì)完成，它能(néng)快㊙️速、準确(que)地計量灌(guan)裝頭的連(lian)接⛱️管道中(zhong)的流🆚體流(liú)量，并把信(xin)号上傳到(dào)控制器，由(you)控制器根(gen)據設定的(de)定量，控制(zhì)灌裝閥門(mén)的啓/停，以(yi)達到準确(que)灌⁉️裝。
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1.4 無菌(jun1)灌裝對流(liu)量計的要(yao)求
1.4.1 快速反(fǎn)應能力和(he)準确的測(ce)量能力。每(měi)次灌裝通(tōng)常持續2~5秒(miao)，這要求流(liu)量計的測(ce)量速度非(fei)常快，測量(liàng)間☔隔短，隻(zhī)有這樣才(cai)能跟得上(shang)流量的變(biàn)化曲線。
1.4.2 衛(wèi)生型設計(ji)和連接。特(te)殊的材質(zhì)和連接方(fang)式。
1.4.3 CIP和SIP的要(yao)求。原位清(qing)洗和殺菌(jun1)涉及到酸(suān)堿等腐蝕(shí)性介質，如(rú)果采用高(gao)溫蒸汽殺(shā)菌，則過程(cheng)中會出現(xiàn)約🧑🏾‍🤝‍🧑🏼140℃的溫🔴度(dù)。
1.4.4 穩定性和(he)重複性好(hǎo)。
2 電磁流量(liang)計簡介
　　專(zhuān)業灌裝電(dian)磁流量計(jì)，能保證很(hěn)高的準确(que)性和重複(fu)性🈲，緊湊的(de)外形結構(gou)确保了在(zai)灌裝生産(chan)線的各個(ge)單元能安(an)裝得很近(jìn)。有快速準(zhun)确的測量(liàng)能力，測㊙️量(liang)周期短，測(cè)量🚶頻率高(gāo)。
　　流量計的(de)測量原理(lǐ)：根據法拉(la)第電磁感(gǎn)應定律，因(yīn)磁通量❗變(biàn)化産生感(gǎn)應電動勢(shì)，閉合電路(lù)的一部分(fen)導體在磁(cí)場中做切(qiē)🌏割磁⚽感線(xiàn)運動，導體(ti)中就會産(chan)生感應☀️電(dian)流。在電磁(cí)測量原理(lǐ)中，流動的(de)介質就相(xiang)當于運動(dong)🐅的導體，感(gan)應電壓和(hé)介質的流(liú)速成正比(bi)☔，并且通過(guò)兩個電極(ji)直接送到(dao)放大器🤟。流(liu)體的容積(jī)通過管道(dào)的❗截面積(ji)可以算出(chū)🔞。

Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中：Ue——感應(yīng)電壓
B——磁場(chang)強度
L——磁極(jí)間距
v——流體(ti)速度
Q——流體(tǐ)流量
A——管道(dao)截面積
I——電(dian)流強度
從(cong)以上公式(shi)可以看出(chū)，當磁場強(qiáng)度和磁極(jí)間距一定(ding)🤞時🛀🏻，流體流(liu)😘量和感應(ying)電壓成正(zhèng)比。
3 Dosimag流量計(jì)特性
3.1 特點(dian)
（1）快速測量(liang)能力，每秒(miǎo)鍾完成80次(ci)以上的準(zhun)确測量；（2）流(liu)❄️量達☁️1.66L/s；（3）流體(tǐ)溫度可達(dá)130℃，半小時内(nèi)耐受150℃；（4）工作(zuò)壓力可達(da)16bar；（5）可進🚶‍♀️行在(zai)線原位清(qīng)洗（CIP）和在線(xian)原位殺菌(jun1)（SIP）；（6）特殊應用(yong)内襯：PFA（可溶(róng)性聚☔四氟(fú)乙烯）；（7）不鏽(xiu)鋼外殼。
3.2 應(ying)用領域
可(kě)用于導電(dian)率大于等(děng)于5μs/cm的液體(ti)測量，如食(shi)品行業、化(hua)妝品行業(yè)、制藥行業(yè)、化學藥品(pin)行業
3.3 食品(pǐn)/衛生行業(yè)相關認證(zheng)
3A認證/EHEDG測試(shì)/符合FDA要求(qiu)。
4 安裝方式(shì)、使用條件(jian)及注意事(shi)項
4.1 安裝條(tiáo)件
（1）進口管(guǎn)道長度大(da)于5倍DN，如圖(tu)3；（2）出口管道(dao)長度大于(yu)2倍DN，如圖3；（3）傳(chuan)感器和變(biàn)送器必須(xū)接地；（4）傳感(gan)器在管道(dao)中居中安(ān)裝。
4.2 安裝方(fang)式及位置(zhì)
　　灌裝流量(liang)計安裝調(diao)試簡單；對(dui)管道的震(zhen)動不是很(hěn)敏感。灌裝(zhuāng)♊流量計隻(zhī)有在管道(dao)完全滿地(di)條件下才(cai)能正确測(ce)量，基于這(zhè)個原因，建(jiàn)議在批量(liàng)生産
4.2.1 安裝(zhuang)方式一般(ban)來講有旋(xuán)轉灌裝模(mo)式和線形(xing)灌裝模式(shi)，如👌圖🥵4和圖(tu)5所示：


4.2.2 安裝(zhuāng)位置。安裝(zhuang)在閥門附(fù)近，灌裝流(liu)量計不能(neng)安裝在☎️控(kong)制閥的下(xia)遊（圖6），如果(guǒ)裝在控制(zhi)閥的下遊(you)，在一個灌(guàn)裝周期結(jie)束後，傳感(gan)❗器的測量(liàng)管道完全(quán)排空，這樣(yàng)會嚴重影(yǐng)響下個周(zhou)期的測量(liang)。

4.2.3　安裝方向(xiang)。合理的安(ān)裝方向（圖(tú)7），可以避免(miǎn)空氣在測(ce)✂️量管道中(zhong)的堆積和(he)存放。

4.2.4 安裝(zhuāng)注意事項(xiang)。
（1）在過熱的(de)條件中使(shǐ)用時（比如(rú)在線清洗(xǐ)和在線消(xiao)毒），強烈要(yào)求變送器(qì)裝在下面(mian)，這樣可以(yi)降低變送(sòng)器部分過(guo)熱的風險(xian)，如圖8。
（2）在震(zhèn)動非常厲(li)害的條件(jiàn)下，要确保(bǎo)管道和傳(chuán)感器的安(an)全🈲。

4.3 影響灌(guàn)裝的一般(ban)因素
4.3.1 流量(liàng)計的計量(liàng)精度：該項(xiang)指标受流(liú)速、灌裝持(chí)續時間、測(cè)量流體情(qíng)況等影響(xiǎng)。

4.3.2 灌裝系統(tǒng)中可動部(bù)件的動作(zuò)速度和機(jī)械重複性(xìng)🐕：主要是切(qie)斷閥的開(kāi)啓和關閉(bì)操作的速(su)度和一緻(zhì)性。
4.3.3 灌裝機(jī)械中流體(tǐ)的狀态穩(wěn)定性，包括(kuò)溫度變化(hua)（影響💔密🚩度(du)）、背壓是否(fou)穩定（影響(xiang)流速）、液位(wèi)高低。
4.3.4 控制(zhi)系統的工(gong)作方式和(he)控制程序(xù)設計是否(fou)優化㊙️。
5 Dosimag灌裝(zhuang)流量計的(de)實際應用(yòng)問題分析(xi)
下面以灌(guàn)裝流量計(ji)在國内某(mǒu)企業使用(yòng)過程中出(chū)現重複性(xing)差的問題(tí)爲例來分(fen)析。
5.1 現場灌(guàn)裝的基本(ben)情況
　　直線(xian)式灌裝模(mó)式，灌裝機(jī)上安裝有(yǒu)20台Dosimag5BH12/15，分别對(duì)應于20根灌(guàn)㊙️裝頭，如圖(tu)5所示的線(xian)性安裝方(fāng)式；灌裝液(yè)體來自于(yú)㊙️設備上方(fang)的儲罐，通(tong)過下流管(guan)道進入兩(liang)路分流支(zhi)總管（DN40），每分(fen)流支總管(guan)下帶10個DN15的(de)灌裝管；流(liu)量計後方(fāng)，灌裝口上(shang)方100mm處安裝(zhuang)有氣動切(qie)斷閥㊙️（結構(gou)較特🤟殊，兩(liang)級行程🌈，切(qiē)斷閥杆位(wei)于管道内(nei)流體中）；每(měi)次灌裝約(yuē)220mL，但是誤🙇‍♀️差(cha)不穩定，從(cóng)偏差1~2mL到5~6mL。
5.2 該(gāi)應用中影(yǐng)響精度的(de)原因
　　電磁(cí)流量計 屬(shu)于速度式(shi)流量儀表(biao)，它通過測(ce)量管道流(liú)速來計算(suan)體積流🌏量(liàng)⁉️，流速的突(tu)變會一定(dìng)程度增大(dà)測量誤差(chà)。影響精度(du)的原因🔞是(shi)管道内的(de)液體流速(su)，通過試驗(yan)分析👣液體(tǐ)的流速受(shou)以下三個(ge)方面👨‍❤️‍👨的影(ying)響。
5.2.1 工藝影(yǐng)響。管道的(de)選型和排(pái)設對液體(ti)的流速會(huì)有影響😍。如(ru)果下流管(guǎn)道進入兩(liang)路分流支(zhī)總管遠小(xiǎo)于DN40，那麽流(liu)過各灌裝(zhuāng)管内的液(ye)體流速會(huì)有比較大(dà)的偏差，選(xuǎn)用合适的(de)總支管和(hé)正确的排(pái)設，可以改(gai)善灌裝管(guǎn)内液體流(liú)速的不平(píng)衡性。
5.2.2 其他(tā)元件的影(yǐng)響。在無菌(jun)灌裝系統(tong)中，一般用(yòng)到四💜種閥(fá)，即定量閥(fá)（加料閥）、導(dǎo)向閥、壓力(lì)控制閥、控(kong)制閥。
　　在灌(guàn)裝系統中(zhong)用到快速(su)切斷閥（定(ding)量閥）來控(kòng)制灌裝的(de)啓停。快速(sù)切斷閥的(de)控制原理(lǐ)：當電磁閥(fa)接收到PLC的(de)輸出💚信号(hào)（由PLC采集灌(guàn)裝流量計(ji)的脈沖信(xìn)号後處理(lǐ)的輸出信(xìn)号）時開始(shi)動作，通過(guo)執行機構(gou)帶動閥杆(gǎn)和閥芯向(xiang)上運動，閥(fa)芯和閥座(zuo)分開，流體(tǐ)通過💋閥座(zuo)進入灌裝(zhuāng)管道，開始(shǐ)灌裝，當電(dian)磁閥接收(shōu)到PLC輸出信(xin)号關閉閥(fá)門時，閥杆(gǎn)向下運動(dòng)，帶動閥芯(xin)向下運動(dong)，使閥芯和(hé)閥座接觸(chù)，從而切斷(duàn)💁流體達到(dao)結束🍉灌😍裝(zhuang)。控制閥的(de)閥杆💯在管(guǎn)道中，流體(ti)從上向下(xià)流經整個(ge)閥體🌏，閥杆(gan)的動作行(háng)程分兩級(ji)，對應于小(xiǎo)✌️流量😘和較(jiao)大流量。
　　開(kāi)啓時，閥杆(gǎn)向上擡起(qi)，逆流而上(shang)，對于管道(dao)中的流體(tǐ)造成逆沖(chong)，瞬間減小(xiǎo)管道流速(su)；相對速度(du)越大，影響(xiǎng)越大；閉合(hé)時🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，閥杆向(xiang)下壓下，對(duì)于管道中(zhōng)的流體産(chǎn)生加速，瞬(shun)間增大管(guǎn)道流速（圖(tú)9）。
　　灌裝控制(zhi)閥有兩級(jí)行程，在從(cóng)小流量變(bian)換爲大流(liu)量✊時，閥杆(gǎn)的二次動(dòng)作使管道(dào)内的流速(sù)顯著減小(xiao)，增大了測(ce)量誤差（圖(tú)9）。灌裝控制(zhi)閥的結構(gou)和工作方(fang)式，影響了(le)管道☀️中的(de)液體流速(sù)🌈，是誤差的(de)主要形成(cheng)因素來源(yuan)。但試驗證(zheng)明，可以通(tong)過調整閥(fá)杆的行程(cheng)⛱️來改善。

5.2.3 液(yè)位控制及(ji)背壓控制(zhi)。液位和背(bèi)壓影響灌(guàn)裝過程中(zhōng)的流速，流(liú)✂️速的波動(dòng)會造成灌(guàn)裝量的波(bō)動。該波動(dòng)的影響㊙️主(zhu)要體現⭕在(zai)系統發出(chū)閥門切斷(duan)指令到閥(fa)門完全關(guān)閉的延遲(chi)時間段中(zhōng)。
　　灌裝系統(tong)中的上部(bu)罐體尺寸(cùn)較小，約60L。如(ru)果液位控(kòng)制在80%，則上(shàng)部🌏的氣體(tǐ)空間爲12L，下(xià)部液體空(kōng)間爲48L；若每(měi)次灌裝250mL，2s内(nei)♌完成，則20個(ge)瓶需⁉️要5000mL，即(ji)5L，對液位的(de)影響爲8%，對(dui)氣壓的✂️影(ying)響爲5L/12L=40%；由于(yú)灌裝有間(jian)歇性停頓(dùn)，對于液位(wei)和背壓的(de)自動控制(zhì)來說，過程(chéng)爲非連續(xù)穩定狀态(tài)，控制的難(nan)度比一般(bān)過程要大(dà)（壓力變送(song)器上看到(dao)✉️有壓力值(zhi)的變化，實(shí)際上可能(neng)有1~2秒鍾以(yi)内的阻尼(ni)🐇，實際過程(cheng)中的快🌍速(sù)波動可能(néng)更大）。
灌裝(zhuāng)頭由于安(an)裝灌裝控(kòng)制閥的需(xū)要，在灌裝(zhuāng)控制閥及(ji)✍️下部的灌(guàn)裝頭共約(yuē)400mm。
　　部分爲DN25的(de)管道，灌裝(zhuang)流量計及(ji)流量計之(zhī)上的管道(dào)内徑爲🌍15mm/16mm。二(èr)者管道截(jié)面積相差(cha)近2倍。在穩(wen)定流量下(xia)，則這兩部(bu)分的流速(sù)相差✂️近2倍(bei)，表現爲流(liú)量計處快(kuài)🔞，下部管道(dao)内慢。考慮(lǜ)到閥杆的(de)💃🏻影響，則流(liu)速相差約(yue)1倍。
　　灌裝頭(tóu)的zui終出口(kǒu)部分爲10~14mm的(de)可更換縮(suō)口。通過縮(suō)口，可以産(chǎn)生背壓，一(yī)般縮口内(nei)置蜂窩狀(zhuàng)虹吸管，保(bao)證灌裝前(qian)後的管道(dào)滿管。從測(ce)試的流量(liàng)波形上看(kan)，10mm的灌裝頭(tóu)💁産生适當(dāng)的阻尼效(xiao)果，流量曲(qǔ)線較穩定(ding)。
5.3 解決方案(an)
方案1：采用(yòng)灌裝閥一(yī)級控制，即(jí)采用小流(liú)量行程的(de)💃單㊙️次開💃啓(qi)🌍和✌️閉合。
測(ce)試結果：流(liu)量平穩度(du)增加，灌裝(zhuāng)的誤差顯(xian)著減小。
方(fāng)案2：對灌裝(zhuāng)閥的第二(èr)次行程變(biàn)化進行控(kong)制，通過💃減(jian)緩閥的氣(qì)動排氣，降(jiàng)低閥杆第(dì)二次上台(tái)的速度，見(jian)圖10：

方案3：适(shi)當降低液(yè)位，如控制(zhì)在50%或更低(di)，以減小批(pī)次灌裝對(duì)背壓㊙️的影(yǐng)響，同時有(yǒu)助于提高(gāo)背壓穩定(dìng)性。
6 結語
　　從(cóng)分析可以(yi)看出，灌裝(zhuang)電磁流量(liàng)計作爲測(ce)量的關鍵(jian)元件，它是(shi)🔞保證罐裝(zhuang)精度實現(xiàn)的要素之(zhi)一，整個罐(guan)裝系統的(de)設計在滿(man)足無菌灌(guàn)裝的工藝(yi)要求和🔴生(sheng)産效率要(yao)求的前提(ti)🌈下，必須考(kǎo)慮如何保(bǎo)證罐裝💋流(liú)量計穩定(dìng)、可靠地工(gong)作以及如(ru)何選用合(hé)适的部件(jian)，如控制閥(fa)，并優化控(kòng)制方式，将(jiāng)各種可能(neng)的幹擾因(yīn)素降到最(zuì)低，以實現(xian)系統誤👣差(cha)最小。

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