電磁流量計(jì)在灌裝系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用問題
發(fā)布時(shí)間：2023-03-22 00:05:32來源：hseauto.cn來源：..
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以灌裝流量計(jì)在國內(nèi)某企業(yè)使用過程中出現(xiàn)重復(fù)性差的問題為例來分析。
1.1現(xiàn)場灌裝的基本情況
直線式灌裝模式，灌裝機(jī)上安裝有20臺電磁流量計(jì)，分別對應(yīng)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(shè)備上方的儲罐，通過下流管道進(jìn)入兩路分流支總管（DN40），每分流支總管下帶10個(gè)DN15的灌裝管：流量計(jì)后方，灌裝口上方100mm處安裝有氣動(dòng)切斷閥（結(jié)構(gòu)較特殊，兩級行程，切斷閥桿位于管道內(nèi)流體中）：每次灌裝約220mL，但是誤差不穩(wěn)定，從偏差1-2mL到5-6mLe
1.2該應(yīng)用中影響精度的原因
電磁流量計(jì)屬于速度式流量儀表，它通過測量管道流速來計(jì)算體積流量，流速的突變會(huì)一定程度增大測量誤差。本應(yīng)用中，影響精度的原因是管道內(nèi)的液體流速，通過試驗(yàn)分析液體的流速受以下三個(gè)方面的影響。
1.2.1工藝影響。管道的選型和排設(shè)對液體的流速會(huì)有影響。如本應(yīng)用中，如果下流管道進(jìn)入兩路分流支總管遠(yuǎn)小于DN40，那么流過各灌裝管內(nèi)的液體流速會(huì)有比較大的偏差，選用合適的總支管和正確的排設(shè)，可以改善灌裝管內(nèi)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(tǒng)中，一般用到四種閥，即定量閥（加料閥）、導(dǎo)向閥、壓力控制閥控制閥。
在灌裝系統(tǒng)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(dāng)電磁閥接收到PLC的輸出信號（由PLC采集灌裝流量計(jì)的脈沖信號后處理的輸出信號）時(shí)開始動(dòng)作，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥桿和閥芯向上運(yùn)動(dòng)，閥芯和閥座分開，流體通過閥座進(jìn)入灌裝管道，開始灌裝，當(dāng)電磁閥接收到PLC輸出信號關(guān)閉閥門時(shí)，閥桿向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)閥芯向下運(yùn)動(dòng)，使閥芯和閥座接觸，從而切斷流體達(dá)到結(jié)束灌裝。本應(yīng)用中控制閥的閥桿在管道中，流體從上向下流經(jīng)整個(gè)閥體，閥桿的動(dòng)作行程分兩級，對應(yīng)于小流量和較大流量。
開啟時(shí)，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(shí)，閥桿向下壓下，對于管道中的流體產(chǎn)生加速，瞬間增大管道流速。
本應(yīng)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(shí)，閥桿的二次動(dòng)作使管道內(nèi)的流速顯著減小，增大了測量誤差。灌裝控制閥的結(jié)構(gòu)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(yàn)證明，可以通過調(diào)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(dòng)會(huì)造成灌裝量的波動(dòng)。該波動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)出閥門切斷指令到閥門完全關(guān)閉的延遲時(shí)間段中。
本灌裝系統(tǒng)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(nèi)完成，則20個(gè)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(dòng)控制來說，過程為非連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，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(shí)際上可能有1~2秒鐘以內(nèi)的阻尼，實(shí)際過程中的快速波動(dòng)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(jì)及流量計(jì)之上的管道內(nèi)徑為15mm/16mm。二者管道截面積相差近2倍。在穩(wěn)定流量下，則這兩部分的流速相差近2倍，表現(xiàn)為流量計(jì)處快，下部管道內(nèi)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(chǎn)生背壓，一般縮口內(nèi)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(chǎn)生適當(dāng)?shù)淖枘嵝Ч?，流量曲線較穩(wěn)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(jié)果：流量平穩(wěn)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(jìn)行控制，通過減緩閥的氣動(dòng)排氣，降低閥桿第二次上臺的速度。
方案3：適當(dāng)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(shí)有助于提高背壓穩(wěn)定性。
從本文的分析可以看出，灌裝電磁流量計(jì)作為測量的關(guān)鍵元件，它是保證罐裝精度實(shí)現(xiàn)的要素之一，整個(gè)罐裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在滿足無菌灌裝的工藝要求和生產(chǎn)效率要求的前提下，必須考慮如何保證罐裝流量計(jì)穩(wěn)定、可靠地工作以及如何選用合適的部件，如控制閥，并優(yōu)化控制方式，將各種可能的干擾因素降到最低，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差最小。
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