随着社會(hui)的發展及(ji)人們生活(huó)水平的提(tí)高，對消費(fei)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼産品🙇🏻質量(liàng)和生産效(xiao)率提出了(le)更高的要(yào)求，要求灌(guan)裝裝置系(xì)統能夠快(kuài)速、安全、準(zhǔn)确地完成(chéng)灌裝。無菌(jun1)灌裝系統(tǒng)以其固有(you)的優點，在(zai)食品、飲料(liao)、制藥等行(háng)業得到越(yue)來越廣泛(fàn)💞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(zhuān)業灌裝用(yòng)途電磁流(liú)量計 進入(ru)灌裝應用(yòng)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(shi)用中不僅(jǐn)需要考慮(lü)流量計本(ben)身的安裝(zhuang)和使用，還(hai)要綜合考(kǎo)慮流量計(ji)集成♻️在系(xì)統中時和(he)其他部分(fèn)的相互影(ying)響。
1 無菌灌(guàn)裝系統介(jie)紹
1.1 無菌灌(guàn)裝系統的(de)要求
（1）易于(yu)清洗和消(xiāo)毒殺菌；（2）高(gāo)産量、周期(qi)短；（3）精度佳(jia)和高重複(fú)性；（4）低消耗(hào)和損耗；（5）快(kuai)速處理不(bu)同産品灌(guan)裝和🈲不同(tong)🔱批量灌裝(zhuāng)；（6）對産品和(hé)🔴産品質量(liang)因素有較(jiao)高的透明(ming)度🌈；（7）不用維(wei)護或者易(yì)于維♍修。
1.2 無(wú)菌灌裝的(de)設計特點(dian)
（1）機器的簡(jiǎn)單化；（2）表面(miàn)光滑、無凹(āo)凸、無死角(jiao)、氣密密封(fēng)性🥰好；（3）排水(shuǐ)😄流暢，無積(ji)水；（4）閉密性(xìng)要好，防止(zhi)外界微生(shēng)♻️物深☔入；（5）選(xuan)擇适當材(cai)料，耐高溫(wen)、耐化學腐(fǔ)蝕；（6）自動化(hua)的CIP（原位清(qing)洗）/SIP（原位殺(shā)菌🔞）；（7）關鍵設(she)備的定期(qī)養護；（8）劃分(fèn)生産區域(yù)👉，無菌和非(fei)無菌，生産(chǎn)區域物料(liào)、人等隔離(li)❗和管制。
1.3 灌(guan)裝定量控(kòng)制
　　在各個(ge)分系統中(zhōng)，灌裝的定(ding)量控制系(xi)統是zui核心(xin)的㊙️系統之(zhī)一，整個灌(guan)裝機的灌(guan)裝速度和(hé)精度往往(wǎng)由該系統(tong)的性能所(suǒ)決定。灌🈲裝(zhuāng)定量控制(zhì)系統關鍵(jiàn)部件包括(kuo)流量計🈲、控(kong)制器、閥門(men)（如📱圖1）。灌裝(zhuang)量的測量(liang)由流量計(ji)完成，它能(neng)快速、準确(que)地計量灌(guàn)裝頭的連(lián)接管道中(zhong)的流體流(liu)量，并把信(xìn)号上傳到(dao)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(yào)求
1.4.1 快速反(fan)應能力和(hé)準确的測(ce)量能力。每(mei)次灌裝通(tōng)常持續2~5秒(miǎo)，這要求流(liu)量計的測(cè)量速度非(fēi)常快，測量(liàng)間隔短，隻(zhi)有這樣才(cái)能跟得上(shàng)流量的變(bian)化曲線。
1.4.2 衛(wèi)生型設計(ji)和連接。特(tè)殊的材質(zhi)和連接方(fang)式。
1.4.3 CIP和SIP的要(yao)求。原位清(qīng)洗和殺菌(jun)涉及到酸(suan)堿等腐蝕(shí)性介質，如(ru)果采用高(gāo)溫蒸汽殺(shā)菌，則過程(chéng)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(liàng)計簡介
　　專(zhuan)業灌裝電(diàn)磁流量計(jì)，能保證很(hen)高的準确(que)性和重複(fu)性，緊✨湊的(de)外形結構(gou)确保了在(zài)灌裝生産(chǎn)線的各個(gè)單元能安(an)裝得很近(jin)。有🥰快速準(zhun)确的測量(liàng)能力，測量(liàng)周期短，測(ce)量頻率高(gāo)。
　　流量計的(de)測量原理(lǐ)：根據法拉(lā)第電磁感(gǎn)應定律，因(yīn)磁通量變(biàn)化産生感(gan)應電動勢(shi)，閉合電路(lù)的一部分(fèn)導體🔞在磁(cí)場中⛹🏻‍♀️做切(qiē)割磁感線(xian)運動，導體(tǐ)中就會産(chan)生感應電(diàn)流。在電磁(ci)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(he)🔞介質的流(liú)速成正比(bǐ)💰，并且通過(guo)兩個電極(ji)直接送到(dao)放大器❗。流(liú)體的容積(ji)⭐通過管道(dào)的截面積(ji)可以算出(chu)💯。

Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中：Ue——感應(ying)電壓
B——磁場(chang)強度
L——磁極(ji)間距
v——流體(tǐ)速度
Q——流體(tǐ)流量
A——管道(dào)截面積
I——電(diàn)流強度
從(cóng)以上公式(shi)可以看出(chu)，當磁場強(qiang)度和磁極(ji)間距一定(dìng)♋時，流體流(liú)🔆量和感應(ying)電壓成正(zheng)比。
3 Dosimag流量計(jì)特性
3.1 特點(diǎn)
（1）快速測量(liàng)能力，每秒(miao)鍾完成80次(cì)以上的準(zhun)确測量；（2）流(liú)量🔞達🎯1.66L/s；（3）流體(tǐ)溫度可達(da)130℃，半小時内(nei)耐受150℃；（4）工作(zuo)壓力可達(da)16bar；（5）可進行在(zai)線原位清(qing)🌈洗（CIP）和在線(xiàn)原位殺菌(jun1)（SIP）；（6）特殊應用(yòng)内襯：PFA（可溶(róng)性聚四氟(fú)乙🙇‍♀️烯）；（7）不鏽(xiù)鋼外殼。
3.2 應(yīng)用領域
可(kě)用于導電(dian)率大于等(děng)于5μs/cm的液體(tǐ)測量，如食(shí)品行業、化(huà)妝品行業(yè)、制藥行業(ye)、化學藥品(pǐn)行業
3.3 食品(pǐn)/衛生行業(yè)相關認證(zhèng)
3A認證/EHEDG測試(shi)/符合FDA要求(qiú)。
4 安裝方式(shi)、使用條件(jian)及注意事(shì)項
4.1 安裝條(tiáo)件
（1）進口管(guǎn)道長度大(da)于5倍DN，如圖(tú)3；（2）出口管道(dào)長度大于(yú)2倍DN，如圖3；（3）傳(chuán)💋感器和變(biàn)送器必須(xu)接地；（4）傳感(gǎn)器在管道(dào)中居中安(an)裝。
4.2 安裝方(fang)式及位置(zhì)
　　灌裝流量(liàng)計安裝調(diao)試簡單；對(dui)管道的震(zhen)動不是很(hen)敏感。灌裝(zhuāng)流量計隻(zhi)有在管道(dao)完全滿地(di)條件下才(cái)能正确測(cè)量，基于這(zhè)個原因，建(jian)議在批量(liàng)生産
4.2.1 安裝(zhuang)方式一般(bān)來講有旋(xuán)轉灌裝模(mó)式和線形(xing)灌裝模式(shì)，如✊圖4和圖(tú)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(néng)安裝在♊控(kòng)制閥的下(xia)遊（圖6），如果(guǒ)裝在控制(zhì)閥的下遊(you)，在一個灌(guan)🈲裝周期結(jié)束後，傳感(gan)器的測量(liang)管道完全(quán)排空，這樣(yang)會嚴重影(ying)🈚響下個🌈周(zhōu)期的測量(liang)。

4.2.3　安裝方向(xiang)。合理的安(ān)裝方向（圖(tu)7），可以避免(miǎn)空氣在測(ce)量管🧑🏽‍🤝‍🧑🏻道中(zhong)的堆積和(hé)存放。

4.2.4 安裝(zhuang)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(xi)和在線消(xiāo)毒），強烈🈲要(yào)🏒求變送器(qi)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(bao)管道和傳(chuán)感器的安(an)全。

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

4.3.2 灌裝系統(tong)中可動部(bù)件的動作(zuò)速度和機(ji)械重複性(xing)：主要💋是切(qiē)斷閥的開(kai)啓和關閉(bì)操作的速(sù)度和一緻(zhì)🌈性。
4.3.3 灌裝機(ji)械中流體(tǐ)的狀态穩(wěn)定性，包括(kuo)溫度變化(huà)（影👨‍❤️‍👨響密度(dù)）、背壓✉️是否(fou)穩定（影響(xiǎng)流速）、液位(wèi)高低。
4.3.4 控制(zhì)系統的工(gong)作方式和(hé)控制程序(xù)設計是否(fǒu)優化。
5 Dosimag灌裝(zhuang)流量計的(de)實際應用(yong)問題分析(xī)
下面以灌(guan)裝流量計(ji)在國内某(mǒu)企業使用(yong)過程中出(chu)現重🤞複性(xing)差的問題(tí)爲例來分(fèn)析。
5.1 現場灌(guan)裝的基本(ben)情況
　　直線(xiàn)式灌裝模(mó)式，灌裝機(ji)上安裝有(you)20台Dosimag5BH12/13，分别對(dui)應于20根灌(guan)🔅裝頭，如圖(tu)5所示的線(xiàn)性安裝方(fang)式；灌裝液(yè)體來🈲自于(yú)設備上方(fāng)🈲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(guǎn)下帶10個DN15的(de)灌裝管；流(liú)量計後方(fang)，灌裝口上(shang)方100mm處安裝(zhuang)有氣動切(qiē)斷閥（結構(gou)較特👅殊，兩(liǎng)級行程，切(qiē)斷閥杆位(wei)㊙️于管道内(nei)流體中）；每(mei)次灌🔴裝約(yuē)220mL，但是誤差(chà)不穩定，從(cong)偏差1~2mL到5~6mL。
5.2 該(gai)應用中影(ying)響精度的(de)原因
　　電磁(ci)流量計 屬(shǔ)于速度式(shì)流量儀表(biǎo)，它通過測(cè)量管道流(liu)速來計算(suàn)♈體積流量(liàng)，流速的突(tu)變會一定(dìng)程度增大(da)測量誤差(chà)。影❤️響精度(du)的原因🏃‍♀️是(shì)管道内的(de)液體流速(su)，通過試驗(yàn)分析液體(tǐ)的㊙️流速受(shòu)以下三🌈個(gè)方面的影(yǐng)響。
5.2.1 工藝影(yǐng)響。管道的(de)選型和排(pai)設對液體(tǐ)的流速會(hui)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(zhuang)管内的液(yè)體流速會(hui)有比較大(dà)的偏差，選(xuan)用合适🌐的(de)總支管和(hé)正确的排(pai)📧設，可以改(gǎi)善灌裝管(guan)内液體流(liú)速的不平(ping)衡性。
5.2.2 其他(ta)元件的影(yǐng)響。在無菌(jun1)灌裝系統(tǒng)中，一般用(yong)到四種🎯閥(fá)，即定量閥(fa)（加料閥）、導(dao)向閥、壓力(lì)控制閥、控(kong)制閥。
　　在灌(guàn)裝系統中(zhōng)用到快速(sù)切斷閥（定(ding)量閥）來控(kong)制灌裝的(de)🏃啓💃🏻停。快🌈速(su)切斷閥的(de)控制原理(li)：當電磁閥(fá)接收到PLC的(de)輸出信号(hao)（由PLC采💜集灌(guan)☁️裝流量計(ji)的脈沖信(xìn)号後處理(li)的輸出信(xìn)号）時開始(shǐ)動作，通過(guò)執行機構(gòu)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(zuò)進入灌裝(zhuang)管道，開始(shi)灌裝，當電(diàn)磁閥接收(shōu)到PLC輸📧出信(xin)号關閉閥(fá)🤩門時，閥杆(gan)向下運動(dòng)，帶動閥芯(xīn)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(zhuāng)。控制閥的(de)閥杆🏒在管(guan)道中，流體(tǐ)從🤟上📐向下(xià)流經整個(gè)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(kai)啓時，閥杆(gan)向上擡起(qǐ)，逆流而上(shang)，對于管道(dao)中的流體(tǐ)🐪造成逆😍沖(chòng)💁，瞬間減小(xiǎo)管道流速(su)；相對速度(du)越大，影響(xiǎng)越大；閉合(he)時，閥杆向(xiàng)下壓下，對(duì)于管道中(zhōng)的流體🈚産(chǎn)生加速，瞬(shùn)間增大管(guǎn)📧道流速⭐（圖(tú)9）。
　　灌裝控制(zhì)閥有兩級(ji)行程，在從(cong)小流量變(bian)換爲大流(liú)量🤞時，閥杆(gan)🤩的🔞二次動(dòng)作使管道(dào)内的流速(su)顯著減小(xiǎo)，增大了測(cè)👣量誤差（圖(tú)9）。灌裝控制(zhì)閥的結構(gòu)和工作方(fāng)式，影響了(le)管道中的(de)液體流速(su)，是誤差的(de)主要形成(chéng)因素來源(yuan)🔴。但試驗證(zheng)明，可以通(tong)過調整閥(fa)杆的行程(chéng)來改善。

5.2.3 液(yè)位控制及(jí)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(dong)會造成灌(guan)裝量的波(bō)動。該波動(dòng)的影響主(zhǔ)要❓體現在(zài)系統發出(chu)閥門切斷(duan)指令到閥(fá)門完全關(guan)閉🆚的延遲(chi)時間段🔞中(zhōng)。
　　灌裝系統(tong)中的上部(bù)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(yǐng)響爲5L/12L=40%；由于(yu)灌裝有間(jiān)🏃‍♂️歇性停頓(dùn)，對于液位(wèi)和背壓的(de)♉自動控制(zhì)⁉️來說，過程(cheng)爲非連續(xù)穩定狀态(tai)👨‍❤️‍👨，控制的難(nan)度🔞比一般(ban)過程要大(da)（壓力變送(sòng)器上看到(dao)🎯有壓力值(zhi)的🚶‍♀️變化，實(shi)際上可能(néng)有1~2秒鍾以(yǐ)内的阻尼(ní)，實際過程(cheng)中的快✔️速(sù)波動可能(neng)更大）。
灌裝(zhuang)頭由于安(ān)裝灌裝控(kong)制閥的需(xū)要，在灌裝(zhuāng)控制閥♊及(ji)下部的灌(guan)裝頭共約(yuē)400mm。
　　部分爲DN25的(de)管道，灌裝(zhuāng)流量計及(ji)流量計之(zhi)上的管道(dao)❗内徑爲🏃15mm/16mm。二(er)㊙️者管道截(jie)面積相差(chà)近2倍。在穩(wen)定流量下(xià)，則這🍓兩部(bu)分的🈲流速(sù)相差近2倍(bei)，表現爲流(liu)量計處快(kuai)，下部管🥰道(dào)内慢。考慮(lü)到閥杆的(de)影響，則🤟流(liú)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(suo)口。通過縮(suo)口，可以産(chan)💃生🐇背壓，一(yī)般縮口内(nèi)置蜂窩狀(zhuàng)虹吸管，保(bǎo)證灌裝前(qián)後的管道(dào)滿管。從測(ce)試的流量(liang)波形上看(kàn)，10mm的灌裝頭(tou)産生适當(dang)的阻尼效(xiao)果♉，流量曲(qǔ)線較穩定(dìng)。
5.3 解決方案(àn)
方案1：采用(yong)灌裝閥一(yi)級控制，即(ji)采用小流(liu)量行程的(de)單次開啓(qǐ)🔅和閉合。
測(cè)試結果：流(liú)量平穩度(dù)增加，灌裝(zhuang)的誤差顯(xiǎn)著減小🔴。
方(fāng)案2：對灌裝(zhuāng)閥的第二(er)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(di)二次上台(tai)的速度，見(jiàn)圖10：

方案3：适(shì)當降低液(yè)位，如控制(zhi)在50%或更低(di)，以減小批(pi)次灌裝對(dui)背壓的影(ying)響，同時有(you)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(zhuāng)電磁流量(liang)計作爲測(cè)量的關鍵(jian)元件，它是(shì)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(kao)慮如何保(bǎo)證罐裝流(liú)量計穩定(dìng)、可靠地工(gōng)作以及如(rú)何選用合(hé)适的部🈲件(jian)，如控制閥(fá)，并優化控(kong)制方式，将(jiāng)各種🍓可能(néng)的幹擾因(yīn)素降到最(zuì)低，以實現(xiàn)系統誤差(cha)最小。

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