明礬溶液流量計在無菌灌裝（zhuāng）係統中的應用（yòng）
點擊（jī）次數：2332 發布（bù）時間：2020-08-15 07:05:58
現代（dài）社會的飛速發展，隨著人們的生活水平的（de）提（tí）高和生活節（jiē）奏的加快，出現了許（xǔ）多方便攜帶飲用的瓶（píng）裝、罐裝和袋裝型（xíng）食品及飲料。在製藥企業中（zhōng），也同樣有大量的瓶裝和袋裝的液體藥品。這些生產場合的液體飲料和液體（tǐ）藥品都需要無（wú）菌灌裝係（xì）統，要求灌裝裝置係統能夠快速、安全、準確地完成灌（guàn）裝。相比較以前傳統的固定容積式的灌裝係統，該係統具有更（gèng）穩定的安全性，包（bāo）裝內容液（yè）體的衛生狀況（kuàng）大幅改善，無（wú）菌灌裝係統的要求使用於（yú）灌裝定量控製的方式發生了變化，一些（xiē）專業灌（guàn）裝用途流量計進入灌裝應（yīng）用領域（yù），這種動態在線的測量和控製方式帶來了（le）新的挑戰（zhàn），在線直接測量和控製流量的定量控製方法需要專業的流量計來滿足灌裝的特殊需求，使用（yòng）中不僅需要考慮流量計本身（shēn）的（de）安裝和使（shǐ）用，還要綜合考慮流（liú）量計集成在係統中時和其他部分的相互影響。文章詳細（xì）介紹了灌裝用明礬溶液流量計的特點（diǎn）以及使用明礬（fán）溶液流量計的灌裝定量係統的灌裝精（jīng）度的影響因素。
1．無菌灌裝係統介紹
1.1 無菌灌裝係統的要求
（1）易於清洗和（hé）消毒殺菌；（2）高產量、周期短；（3）高精度和高（gāo）重複性；（4）低消耗和損耗；（5）快速處（chù）理不同產品灌裝（zhuāng）和不同批量灌裝；（6）對產品和（hé）產品質量因素有較高的透明度；（7）不用維護或者易於維修。
1.2 無菌灌裝的設計特點
（1）機器的簡單化（huà）；（2）表麵光滑、無凹凸、無死角、氣（qì）密密封性好（hǎo）；（3）排水流暢，無積（jī）水；（4）閉（bì）密（mì）性要好，防止外界微生物深入；（5）選擇適當材料，耐（nài）高溫、耐化學腐蝕；（6）自動化的CIP（原位（wèi）清洗）/SIP（原位殺菌（jun1））；（7）關鍵設備的定期養護（hù）；（8）劃分生產區域，無菌和非無菌，生產區域物（wù）料、人等隔離和管製。
1.3 灌裝定量控製
在各個分係統中，灌裝的（de）定量控製係統是*核心的係統之一，整個灌裝機的灌裝（zhuāng）速度（dù）和精度往往由（yóu）該係統的性能所決定。灌裝定量控製係統關鍵部件包括流量計、控製器、閥門（如圖1）。灌裝量（liàng）的測量由流量（liàng）計完成，它能快速、準確（què）地計量灌裝頭的（de）連接管（guǎn）道中的流（liú）體流量，並把信號上傳到控製器，由控製器根據設定的定量，控製灌裝閥門的啟（qǐ）/停，以達到（dào）準確灌裝。
圖1 灌裝係統關鍵部件示意圖
1.4 無菌灌（guàn）裝對流量計的要求
1.4.1 快速反應能力和準確的測量能力。每次灌（guàn）裝通常持續2~5秒，這要求流量計（jì）的測量速度非（fēi）常快，測量間隔短，隻有這樣才能跟得上流（liú）量的變化曲線。
1.4.2 衛生型設計和連接。特殊的材（cái）質和連接方式。
1.4.3 CIP和SIP的（de）要求。原位清洗和殺（shā）菌涉及到酸堿（jiǎn）等腐蝕性介質，如果采用高溫蒸汽殺（shā）菌，則過程中會（huì）出現約140℃的溫度。
1.4.4 穩定性和重複性好。
2． Dosimag明礬溶（róng）液流量計簡介
Dosimag係列（liè）流量計是某知名儀表公司自行（háng）研發的專業灌裝明礬溶液流量計，能保（bǎo）證很高的準確性和重複性，緊湊的（de）外形結構確保了在灌裝（zhuāng）生產線的各個單元能安裝得很近。有（yǒu）快速準確的（de）測（cè）量能力，測量周期短，測量（liàng）頻率高。
Dosimag流量計（jì）的測量原理（lǐ）：根據法拉*電磁感應定律，因磁通量變化產（chǎn）生感應電動勢（shì），閉合電路的一部分導體在磁場中（zhōng）做切割磁感線運動，導體（tǐ）中就會產生感應電流（liú）。在電（diàn）磁測量原理中，流動的介（jiè）質就（jiù）相當於運（yùn）動（dòng）的導體，感應（yīng）電壓和介質的流速成正比，並且通過兩個電*直接送到放大器。流體的容積通過（guò）管道的截麵（miàn）積（jī）可以算出。
圖2 明礬溶液流量計原理示意圖
Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中：Ue——感應電壓
B——磁場強度
L——磁*間距
v——流（liú）體速度
Q——流體流量
A——管道截（jié）麵積（jī）
I——電流（liú）強度
從以上公式可以看出，當磁場強度和磁*間距一定時，流體流量和感應電壓成正比。
3． Dosimag流量（liàng）計特性
3.1 特點
（1）快（kuài）速測量能力，每秒鍾完成80次以上的準確測量（liàng）；（2）流量達1.66L/s；（3）流體溫度可達130℃，半小時內耐受150℃；（4）工作壓（yā）力可達16bar；（5）可進行在線原位清洗（CIP）和在線原位殺菌（SIP）；（6）特殊應用內（nèi）襯：PFA（可溶性（xìng）聚四氟乙烯）；（7）不鏽鋼外殼。
3.2 應用領域
可用於（yú）導電率大於等（děng）於5μs/cm的液體測量，如食品行（háng）業（yè）、化妝品（pǐn）行業、製藥行業、化學藥品行業
3.3 食品/衛生行業相關認證
3A認證/EHEDG測試/符合（hé）FDA要（yào）求。
4． 安裝方式、使用條件及注意事項
4.1 安裝條件（jiàn）
（1）進口管道長度大於5倍DN，如圖3；（2）出口管道長度（dù）大於2倍DN，如圖3；（3）傳感器和（hé）變送器必須接地；（4）傳感器在管道中居中安裝。
4.2 安裝方式及位置
灌裝流量（liàng）計安（ān）裝調試簡單；對管道（dào）的震動不是很敏感。灌裝流量計隻有（yǒu）在管道完全滿地條件下才能正確（què）測量，基於這個原因，建（jiàn）議（yì）在（zài）批（pī）量（liàng）生（shēng）產前要做灌裝試驗。
圖3 安（ān）裝（zhuāng）直管（guǎn）段示意圖
4.2.1 安裝方式一般來講有旋（xuán）轉灌裝模（mó）式和線形灌裝模式，如圖4和圖5所示：
圖4 旋轉灌裝模式（shì）
圖（tú）5 線形（xíng）灌裝模式
4.2.2 安裝（zhuāng）位置。安裝在閥門附近，灌裝流量計不能安裝在（zài）控製閥的下遊（圖6），如果裝在控製閥的下遊，在（zài）一個灌裝周期結束後，傳感器的（de）測量管道完（wán）全排空，這樣會嚴（yán）重影響下個周期的測量（liàng）。
圖6 流量計和閥門的安裝位（wèi）置示意圖（1代表灌裝流量計）
4.2.3 安裝方向。合理的安裝方向（圖7），可以避免空氣在測（cè）量管道中的堆積和存放。
圖7 安（ān）裝示意圖（1代表灌裝流量計）
4.2.4 安裝注意事項。
（1）在過熱的條件中（zhōng）使用時（比如在線清洗和在線消毒），強烈要求變送器裝在下麵，這樣可以降低變送器部分過熱的風險，如圖8。
（2）在（zài）震動非常厲害的條件下，要確保管道和傳感器的安全。
圖8 避免變送器過熱的安裝方向示意（yì）圖
4.3 影響灌裝的一般因（yīn）素
4.3.1 流量計的計量精度：該項指標（biāo）受流速、灌裝持續時間、測量流體情（qíng）況等影響。
表（biǎo）1 灌裝時間和重複性的關係
4.3.2 灌（guàn）裝係統中（zhōng）可動部件的動作速度和機械重複性：主（zhǔ）要（yào）是（shì）切斷閥的開啟和關閉操作的速度（dù）和一致性。
4.3.3 灌（guàn）裝機（jī）械中流體的狀態穩定性，包括溫度變化（影響密度）、背壓（yā）是否穩定（影響流速）、液位高低。
4.3.4 控製（zhì）係統的工作方式（shì）和控製程（chéng）序設計（jì）是否優化。
5． Dosimag灌（guàn）裝（zhuāng）流量計的實際應用問題分析
下麵以灌（guàn）裝流量計在國內某企業使用過程中出現重複性差的問題為例來分析。
5.1 現場灌裝的基本情況
直線式灌裝模式，灌（guàn）裝機上安裝有20台Dosimag5BH12/15，分別對應於20根灌裝頭，如（rú）圖5所示的線性安裝方式；灌裝液體來自於設備上方的（de）儲罐，通過下流管（guǎn）道進（jìn）入兩路分（fèn）流支總管（DN40），每分流支總管下帶10個DN15的灌裝（zhuāng）管；流量計（jì）後方，灌（guàn）裝口上方100mm處安裝有（yǒu）氣動切斷閥（結構較特殊，兩級行程（chéng），切斷閥杆位於管道內流體中）；每次灌裝約220mL，但是誤差（chà）不穩定，從偏（piān）差1~2mL到5~6mL。
5.2 該（gāi）應用中影響精度的原因
明礬溶液流量計屬（shǔ）於速度式流量儀表，它通過測量管道流速來計算體積流量，流（liú）速（sù）的突變會一定程度增大測量誤差。本應用中，影響精（jīng）度的原（yuán）因是管道內的液體流速，通過（guò）試驗（yàn）分析液體的流速受以下三個（gè）方麵（miàn）的影響。
5.2.1 工藝影響。管道的選型和排設（shè）對液體的（de）流速會有影響。如本應用中，如果下流管（guǎn）道（dào）進入兩路分流支總管遠小於DN40，那麽流過（guò）各灌裝管內的（de）液體（tǐ）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（zhuāng）管內（nèi）液體流速的不平衡性（xìng）。
5.2.2 其他元件的影響。在無菌灌裝係統中，一般用到四種閥，即定量閥（加料閥）、導向閥、壓力控製閥、控製（zhì）閥。
在灌裝係統中（zhōng）用到快速切斷閥（定量閥）來控製灌裝的啟停。快速切斷閥的控製原理（lǐ）：當電磁閥（fá）接收到PLC的輸出信號（由PLC采集灌裝流量（liàng）計的（de）脈衝信（xìn）號後處理的輸（shū）出信號）時開始動作，通過執行機構帶動（dòng）閥杆和閥芯（xīn）向上運動，閥芯和（hé）閥座（zuò）分開，流體通過閥座進入灌裝管道，開始灌裝，當（dāng）電（diàn）磁閥接（jiē）收到PLC輸出信（xìn）號關閉閥門時（shí），閥杆向下運動，帶動閥芯向下運動，使閥芯（xīn）和閥座接（jiē）觸，從而切（qiē）斷流體達到結束灌裝。本應用（yòng）中控製閥的閥杆在管道中，流體從上向下流經整個閥體，閥杆的動（dòng）作行（háng）程分兩級，對應於小流（liú）量和較大（dà）流量。
開啟時，閥杆向上（shàng）抬起（qǐ），逆流而（ér）上，對於管道中的流體造成逆衝（chōng），瞬間減小管道流速；相對速度越大，影響越（yuè）大；閉合時，閥（fá）杆向下壓下，對於管道中的流體產生（shēng）加速，瞬間增大管道流速（圖9）。
本應用中的灌裝控製閥（fá）有兩級行（háng）程，在（zài）從小流量變換為大流量時，閥杆的二次動（dòng）作使（shǐ）管道內的（de）流（liú）速顯著減小，增大（dà）了測量誤差（圖9）。灌裝控製閥的（de）結構和工作方式，影響（xiǎng）了管道中的液（yè）體流速，是誤差的主要形成因素來源。但試驗證明，可以通（tōng）過（guò）調整閥杆的行程來改善。
圖9 未加處理的閥門二行程的流量曲線。
5.2.3 液位控製及背壓控製。液位和背壓影響灌裝過程（chéng）中的流速，流速（sù）的（de）波動會造成灌裝量的波動。該波動的影響主要（yào）體現在係統發出閥門切斷指令到（dào）閥門完全關閉的延遲時間段中（zhōng）。
本灌裝（zhuāng）係（xì）統中的上部罐體尺寸較小（xiǎo），約60L。如果液位控製在80%，則上部的氣體空間為12L，下部（bù）液體空間為48L；若每次灌裝（zhuāng）250mL，2s內完成，則（zé）20個瓶需要5000mL，即5L，對（duì）液位的影響為8%，對氣壓的影響為5L/12L=40%；由於灌裝有間歇性停頓，對於液位和背壓的自動控製來說，過程為非連續穩定狀態，控製的難度比（bǐ）一般過程要大（壓力變（biàn）送器上看（kàn）到有壓力值的變化，實（shí）際上可能有1~2秒鍾以內的阻尼，實際過程中的快速波動可能更大（dà））。
灌裝頭由於安裝灌裝控製閥的需（xū）要，在灌裝控製閥及下部的灌裝頭（tóu）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（jìng）為（wéi）15mm/16mm。二者（zhě）管道截麵（miàn）積相差近2倍。在穩定（dìng）流量下，則這兩部分（fèn）的流速相差近2倍，表現為流量計處快（kuài），下部管道內慢。考慮到閥杆的影（yǐng）響，則流（liú）速相差約1倍。
灌裝頭的（de）*終出口部分為10~14mm的可更換縮口。通過縮口，可以（yǐ）產生背壓，一般縮口內置蜂窩狀虹吸管（guǎn），保證灌裝前後的管（guǎn）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（liú）量曲線較穩（wěn）定。
5.3 解決方案
方案1：采用灌裝（zhuāng）閥（fá）一級（jí）控製，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（zēng）加，灌裝的誤差（chà）顯著減小。
方（fāng）案2：對灌裝閥（fá）的（de）*二次行程變化進行控製，通過減緩閥的氣（qì）動排氣（qì），降低閥（fá）杆*二次上台的速度，見圖10：
圖（tú）10 增（zēng）加排氣過濾閥，減緩小流量轉大流量時的閥杆（gǎn）上抬速度後的流量曲線
方案3：適當降（jiàng）低液（yè）位，如控製在（zài）50%或更低，以減小批次灌裝對（duì）背壓的（de）影響，同時有助於提高背壓穩（wěn）定性。
6 結語
從本文的分析可以看出，灌裝流量計作為測量的關鍵元件，它是保證（zhèng）罐裝精度實現的要素之（zhī）一，整個罐裝係（xì）統的設計在滿足無菌灌裝的工藝要求（qiú）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（dìng）、可靠地工作以及如何選（xuǎn）用合適的部（bù）件（jiàn），如（rú）控製閥，並優化控製方式，將各種可（kě）能的（de）幹擾因素降到*低，以實現（xiàn）係統誤差*小。
1．無菌灌裝係統介紹
1.1 無菌灌裝係統的要求
（1）易於清洗和（hé）消毒殺菌；（2）高產量、周期短；（3）高精度和高（gāo）重複性；（4）低消耗和損耗；（5）快速處（chù）理不同產品灌裝（zhuāng）和不同批量灌裝；（6）對產品和（hé）產品質量因素有較高的透明度；（7）不用維護或者易於維修。
1.2 無菌灌裝的設計特點
（1）機器的簡單化（huà）；（2）表麵光滑、無凹凸、無死角、氣（qì）密密封性好（hǎo）；（3）排水流暢，無積（jī）水；（4）閉（bì）密（mì）性要好，防止外界微生物深入；（5）選擇適當材料，耐（nài）高溫、耐化學腐蝕；（6）自動化的CIP（原位（wèi）清洗）/SIP（原位殺菌（jun1））；（7）關鍵設備的定期養護（hù）；（8）劃分生產區域，無菌和非無菌，生產區域物（wù）料、人等隔離和管製。
1.3 灌裝定量控製
在各個分係統中，灌裝的（de）定量控製係統是*核心的係統之一，整個灌裝機的灌裝（zhuāng）速度（dù）和精度往往由（yóu）該係統的性能所決定。灌裝定量控製係統關鍵部件包括流量計、控製器、閥門（如圖1）。灌裝量（liàng）的測量由流量（liàng）計完成，它能快速、準確（què）地計量灌裝頭的（de）連接管（guǎn）道中的流（liú）體流量，並把信號上傳到控製器，由控製器根據設定的定量，控製灌裝閥門的啟（qǐ）/停，以達到（dào）準確灌裝。
圖1 灌裝係統關鍵部件示意圖
1.4 無菌灌（guàn）裝對流量計的要求
1.4.1 快速反應能力和準確的測量能力。每次灌（guàn）裝通常持續2~5秒，這要求流量計（jì）的測量速度非（fēi）常快，測量間隔短，隻有這樣才能跟得上流（liú）量的變化曲線。
1.4.2 衛生型設計和連接。特殊的材（cái）質和連接方式。
1.4.3 CIP和SIP的（de）要求。原位清洗和殺（shā）菌涉及到酸堿（jiǎn）等腐蝕性介質，如果采用高溫蒸汽殺（shā）菌，則過程中會（huì）出現約140℃的溫度。
1.4.4 穩定性和重複性好。
2． Dosimag明礬溶（róng）液流量計簡介
Dosimag係列（liè）流量計是某知名儀表公司自行（háng）研發的專業灌裝明礬溶液流量計，能保（bǎo）證很高的準確性和重複性，緊湊的（de）外形結構確保了在灌裝（zhuāng）生產線的各個單元能安裝得很近。有（yǒu）快速準確的（de）測（cè）量能力，測量周期短，測量（liàng）頻率高。
Dosimag流量計（jì）的測量原理（lǐ）：根據法拉*電磁感應定律，因磁通量變化產（chǎn）生感應電動勢（shì），閉合電路的一部分導體在磁場中（zhōng）做切割磁感線運動，導體（tǐ）中就會產生感應電流（liú）。在電（diàn）磁測量原理中，流動的介（jiè）質就（jiù）相當於運（yùn）動（dòng）的導體，感應（yīng）電壓和介質的流速成正比，並且通過兩個電*直接送到放大器。流體的容積通過（guò）管道的截麵（miàn）積（jī）可以算出。
圖2 明礬溶液流量計原理示意圖
Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中：Ue——感應電壓
B——磁場強度
L——磁*間距
v——流（liú）體速度
Q——流體流量
A——管道截（jié）麵積（jī）
I——電流（liú）強度
從以上公式可以看出，當磁場強度和磁*間距一定時，流體流量和感應電壓成正比。
3． Dosimag流量（liàng）計特性
3.1 特點
（1）快（kuài）速測量能力，每秒鍾完成80次以上的準確測量（liàng）；（2）流量達1.66L/s；（3）流體溫度可達130℃，半小時內耐受150℃；（4）工作壓（yā）力可達16bar；（5）可進行在線原位清洗（CIP）和在線原位殺菌（SIP）；（6）特殊應用內（nèi）襯：PFA（可溶性（xìng）聚四氟乙烯）；（7）不鏽鋼外殼。
3.2 應用領域
可用於（yú）導電率大於等（děng）於5μs/cm的液體測量，如食品行（háng）業（yè）、化妝品（pǐn）行業、製藥行業、化學藥品行業
3.3 食品/衛生行業相關認證
3A認證/EHEDG測試/符合（hé）FDA要（yào）求。
4． 安裝方式、使用條件及注意事項
4.1 安裝條件（jiàn）
（1）進口管道長度大於5倍DN，如圖3；（2）出口管道長度（dù）大於2倍DN，如圖3；（3）傳感器和（hé）變送器必須接地；（4）傳感器在管道中居中安裝。
4.2 安裝方式及位置
灌裝流量（liàng）計安（ān）裝調試簡單；對管道（dào）的震動不是很敏感。灌裝流量計隻有（yǒu）在管道完全滿地條件下才能正確（què）測量，基於這個原因，建（jiàn）議（yì）在（zài）批（pī）量（liàng）生（shēng）產前要做灌裝試驗。
圖3 安（ān）裝（zhuāng）直管（guǎn）段示意圖
4.2.1 安裝方式一般來講有旋（xuán）轉灌裝模（mó）式和線形灌裝模式，如圖4和圖5所示：
圖4 旋轉灌裝模式（shì）
圖（tú）5 線形（xíng）灌裝模式
4.2.2 安裝（zhuāng）位置。安裝在閥門附近，灌裝流量計不能安裝在（zài）控製閥的下遊（圖6），如果裝在控製閥的下遊，在（zài）一個灌裝周期結束後，傳感器的（de）測量管道完（wán）全排空，這樣會嚴（yán）重影響下個周期的測量（liàng）。
圖6 流量計和閥門的安裝位（wèi）置示意圖（1代表灌裝流量計）
4.2.3 安裝方向。合理的安裝方向（圖7），可以避免空氣在測（cè）量管道中的堆積和存放。
圖7 安（ān）裝示意圖（1代表灌裝流量計）
4.2.4 安裝注意事項。
（1）在過熱的條件中（zhōng）使用時（比如在線清洗和在線消毒），強烈要求變送器裝在下麵，這樣可以降低變送器部分過熱的風險，如圖8。
（2）在（zài）震動非常厲害的條件下，要確保管道和傳感器的安全。
圖8 避免變送器過熱的安裝方向示意（yì）圖
4.3 影響灌裝的一般因（yīn）素
4.3.1 流量計的計量精度：該項指標（biāo）受流速、灌裝持續時間、測量流體情（qíng）況等影響。
表（biǎo）1 灌裝時間和重複性的關係
4.3.2 灌（guàn）裝係統中（zhōng）可動部件的動作速度和機械重複性：主（zhǔ）要（yào）是（shì）切斷閥的開啟和關閉操作的速度（dù）和一致性。
4.3.3 灌（guàn）裝機（jī）械中流體的狀態穩定性，包括溫度變化（影響密度）、背壓（yā）是否穩定（影響流速）、液位高低。
4.3.4 控製（zhì）係統的工作方式（shì）和控製程（chéng）序設計（jì）是否優化。
5． Dosimag灌（guàn）裝（zhuāng）流量計的實際應用問題分析
下麵以灌（guàn）裝流量計在國內某企業使用過程中出現重複性差的問題為例來分析。
5.1 現場灌裝的基本情況
直線式灌裝模式，灌（guàn）裝機上安裝有20台Dosimag5BH12/15，分別對應於20根灌裝頭，如（rú）圖5所示的線性安裝方式；灌裝液體來自於設備上方的（de）儲罐，通過下流管（guǎn）道進（jìn）入兩路分（fèn）流支總管（DN40），每分流支總管下帶10個DN15的灌裝（zhuāng）管；流量計（jì）後方，灌（guàn）裝口上方100mm處安裝有（yǒu）氣動切斷閥（結構較特殊，兩級行程（chéng），切斷閥杆位於管道內流體中）；每次灌裝約220mL，但是誤差（chà）不穩定，從偏（piān）差1~2mL到5~6mL。
5.2 該（gāi）應用中影響精度的原因
明礬溶液流量計屬（shǔ）於速度式流量儀表，它通過測量管道流速來計算體積流量，流（liú）速（sù）的突變會一定程度增大測量誤差。本應用中，影響精（jīng）度的原（yuán）因是管道內的液體流速，通過（guò）試驗（yàn）分析液體的流速受以下三個（gè）方麵（miàn）的影響。
5.2.1 工藝影響。管道的選型和排設（shè）對液體的（de）流速會有影響。如本應用中，如果下流管（guǎn）道（dào）進入兩路分流支總管遠小於DN40，那麽流過（guò）各灌裝管內的（de）液體（tǐ）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（zhuāng）管內（nèi）液體流速的不平衡性（xìng）。
5.2.2 其他元件的影響。在無菌灌裝係統中，一般用到四種閥，即定量閥（加料閥）、導向閥、壓力控製閥、控製（zhì）閥。
在灌裝係統中（zhōng）用到快速切斷閥（定量閥）來控製灌裝的啟停。快速切斷閥的控製原理（lǐ）：當電磁閥（fá）接收到PLC的輸出信號（由PLC采集灌裝流量（liàng）計的（de）脈衝信（xìn）號後處理的輸（shū）出信號）時開始動作，通過執行機構帶動（dòng）閥杆和閥芯（xīn）向上運動，閥芯和（hé）閥座（zuò）分開，流體通過閥座進入灌裝管道，開始灌裝，當（dāng）電（diàn）磁閥接（jiē）收到PLC輸出信（xìn）號關閉閥門時（shí），閥杆向下運動，帶動閥芯向下運動，使閥芯（xīn）和閥座接（jiē）觸，從而切（qiē）斷流體達到結束灌裝。本應用（yòng）中控製閥的閥杆在管道中，流體從上向下流經整個閥體，閥杆的動（dòng）作行（háng）程分兩級，對應於小流（liú）量和較大（dà）流量。
開啟時，閥杆向上（shàng）抬起（qǐ），逆流而（ér）上，對於管道中的流體造成逆衝（chōng），瞬間減小管道流速；相對速度越大，影響越（yuè）大；閉合時，閥（fá）杆向下壓下，對於管道中的流體產生（shēng）加速，瞬間增大管道流速（圖9）。
本應用中的灌裝控製閥（fá）有兩級行（háng）程，在（zài）從小流量變換為大流量時，閥杆的二次動（dòng）作使（shǐ）管道內的（de）流（liú）速顯著減小，增大（dà）了測量誤差（圖9）。灌裝控製閥的（de）結構和工作方式，影響（xiǎng）了管道中的液（yè）體流速，是誤差的主要形成因素來源。但試驗證明，可以通（tōng）過（guò）調整閥杆的行程來改善。
圖9 未加處理的閥門二行程的流量曲線。
5.2.3 液位控製及背壓控製。液位和背壓影響灌裝過程（chéng）中的流速，流速（sù）的（de）波動會造成灌裝量的波動。該波動的影響主要（yào）體現在係統發出閥門切斷指令到（dào）閥門完全關閉的延遲時間段中（zhōng）。
本灌裝（zhuāng）係（xì）統中的上部罐體尺寸較小（xiǎo），約60L。如果液位控製在80%，則上部的氣體空間為12L，下部（bù）液體空間為48L；若每次灌裝（zhuāng）250mL，2s內完成，則（zé）20個瓶需要5000mL，即5L，對（duì）液位的影響為8%，對氣壓的影響為5L/12L=40%；由於灌裝有間歇性停頓，對於液位和背壓的自動控製來說，過程為非連續穩定狀態，控製的難度比（bǐ）一般過程要大（壓力變（biàn）送器上看（kàn）到有壓力值的變化，實（shí）際上可能有1~2秒鍾以內的阻尼，實際過程中的快速波動可能更大（dà））。
灌裝頭由於安裝灌裝控製閥的需（xū）要，在灌裝控製閥及下部的灌裝頭（tóu）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（jìng）為（wéi）15mm/16mm。二者（zhě）管道截麵（miàn）積相差近2倍。在穩定（dìng）流量下，則這兩部分（fèn）的流速相差近2倍，表現為流量計處快（kuài），下部管道內慢。考慮到閥杆的影（yǐng）響，則流（liú）速相差約1倍。
灌裝頭的（de）*終出口部分為10~14mm的可更換縮口。通過縮口，可以（yǐ）產生背壓，一般縮口內置蜂窩狀虹吸管（guǎn），保證灌裝前後的管（guǎn）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（liú）量曲線較穩（wěn）定。
5.3 解決方案
方案1：采用灌裝（zhuāng）閥（fá）一級（jí）控製，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（zēng）加，灌裝的誤差（chà）顯著減小。
方（fāng）案2：對灌裝閥（fá）的（de）*二次行程變化進行控製，通過減緩閥的氣（qì）動排氣（qì），降低閥（fá）杆*二次上台的速度，見圖10：
圖（tú）10 增（zēng）加排氣過濾閥，減緩小流量轉大流量時的閥杆（gǎn）上抬速度後的流量曲線
方案3：適當降（jiàng）低液（yè）位，如控製在（zài）50%或更低，以減小批次灌裝對（duì）背壓的（de）影響，同時有助於提高背壓穩（wěn）定性。
6 結語
從本文的分析可以看出，灌裝流量計作為測量的關鍵元件，它是保證（zhèng）罐裝精度實現的要素之（zhī）一，整個罐裝係（xì）統的設計在滿足無菌灌裝的工藝要求（qiú）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（dìng）、可靠地工作以及如何選（xuǎn）用合適的部（bù）件（jiàn），如（rú）控製閥，並優化控製方式，將各種可（kě）能的（de）幹擾因素降到*低，以實現（xiàn）係統誤差*小。
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