電磁流量計在灌裝系統的實際應用問題
發布時間：2023-03-22 00:05:32來源：hseauto.cn來源：..
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以灌裝流量計在國內某企業使用過程中出現重復性差的問題為例來分析。
1.1現場灌裝的基本情況
直線式灌裝模式，灌裝機上安裝有20臺電磁流量計，分別對應于20根灌裝頭，如圖5所示的線性安裝方式；灌裝液體來自于設備上方的儲罐，通過下流管道進入兩路分流支總管（DN40），每分流支總管下帶10個DN15的灌裝管：流量計后方，灌裝口上方100mm處安裝有氣動切斷閥（結構較特殊，兩級行程，切斷閥桿位于管道內流體中）：每次灌裝約220mL，但是誤差不穩定，從偏差1-2mL到5-6mLe
1.2該應用中影響精度的原因
電磁流量計屬于速度式流量儀表，它通過測量管道流速來計算體積流量，流速的突變會一定程度增大測量誤差。本應用中，影響精度的原因是管道內的液體流速，通過試驗分析液體的流速受以下三個方面的影響。
1.2.1工藝影響。管道的選型和排設對液體的流速會有影響。如本應用中，如果下流管道進入兩路分流支總管遠小于DN40，那么流過各灌裝管內的液體流速會有比較大的偏差，選用合適的總支管和正確的排設，可以改善灌裝管內液體流速的不平衡性。
1.2.2其他元件的影響。在無菌灌裝系統中，一般用到四種閥，即定量閥（加料閥）、導向閥、壓力控制閥控制閥。
在灌裝系統中用到快速切斷閥（定量閥）來控制灌裝的啟停。快速切斷閥的控制原理：當電磁閥接收到PLC的輸出信號（由PLC采集灌裝流量計的脈沖信號后處理的輸出信號）時開始動作，通過執行機構帶動閥桿和閥芯向上運動，閥芯和閥座分開，流體通過閥座進入灌裝管道，開始灌裝，當電磁閥接收到PLC輸出信號關閉閥門時，閥桿向下運動，帶動閥芯向下運動，使閥芯和閥座接觸，從而切斷流體達到結束灌裝。本應用中控制閥的閥桿在管道中，流體從上向下流經整個閥體，閥桿的動作行程分兩級，對應于小流量和較大流量。
開啟時，閥桿向上抬起，逆流而上，對于管道中的流體造成逆沖，瞬間減小管道流速；相對速度越大，影響越大；閉合時，閥桿向下壓下，對于管道中的流體產生加速，瞬間增大管道流速。
本應用中的灌裝控制閥有兩級行程，在從小流量變換為大流量時，閥桿的二次動作使管道內的流速顯著減小，增大了測量誤差。灌裝控制閥的結構和工作方式，影響了管道中的液體流速，是誤差的主要形成因素來源。
但試驗證明，可以通過調整閥桿的行程來改善。
1.2.3液位控制及背壓控制。液位和背壓影響灌裝過程中的流速，流速的波動會造成灌裝量的波動。該波動的影響主要體現在系統發出閥門切斷指令到閥門完全關閉的延遲時間段中。
本灌裝系統中的上部罐體尺寸較小，約60L。如果液位控制在80%，則上部的氣體空間為12L，下部液體空間為48L；若每次灌裝250mL，2s內完成，則20個瓶需要5000mL，即5L，對液位的影響為8%，對氣壓的影響為5L12L=40%：由于灌裝有間歇性停頓，對于液位和背壓的自動控制來說，過程為非連續穩定狀態，控制的難度比一般過程要大（壓力變送器上看到有壓力值的變化，實際上可能有1~2秒鐘以內的阻尼，實際過程中的快速波動可能更大）。
灌裝頭由于安裝灌裝控制閥的需要，在灌裝控制閥及下部的灌裝頭共約400mm。
部分為DN25的管道，灌裝流量計及流量計之上的管道內徑為15mm/16mm。二者管道截面積相差近2倍。在穩定流量下，則這兩部分的流速相差近2倍，表現為流量計處快，下部管道內慢。考慮到閥桿的影響，則流速相差約1倍。
灌裝頭的最終出口部分為10~14mm的可更換縮口。通過縮口，可以產生背壓，一般縮口內置蜂窩狀虹吸管，保證灌裝前后的管道滿管。從測試的流量波形上看，10mm的灌裝頭產生適當的阻尼效果，流量曲線較穩定。
1.3解決方案
方案1：采用灌裝閥一級控制，即采用小流量行程的單次開啟和閉合。
測試結果：流量平穩度增加，灌裝的誤差顯著減小。
方案2：對灌裝閥的第二次行程變化進行控制，通過減緩閥的氣動排氣，降低閥桿第二次上臺的速度。
方案3：適當降低液位，如控制在50%或更低，以減小批次灌裝對背壓的影響，同時有助于提高背壓穩定性。
從本文的分析可以看出，灌裝電磁流量計作為測量的關鍵元件，它是保證罐裝精度實現的要素之一，整個罐裝系統的設計在滿足無菌灌裝的工藝要求和生產效率要求的前提下，必須考慮如何保證罐裝流量計穩定、可靠地工作以及如何選用合適的部件，如控制閥，并優化控制方式，將各種可能的干擾因素降到最低，以實現系統誤差最小。
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