灌裝流量計的實際應(yīng)用問題分析
下面以灌裝流量計在國內(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。
一、現(xiàn)場灌裝的基本情況
直線式灌裝模式，灌裝機上安裝有20臺Dosimag5BH12/15，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(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5~6mL。
二、該應(yīng)用中影響{**}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(yīng)用中，影響{**}度的原因是管道內(nèi)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.工藝影響。
管道的選型和排設(shè)對液體的流速會有影響。如本應(yīng)用中，如果下流管道進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。
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�？焖偾袛嚅y的控制原理：當(dāng)電磁閥接收到PLC的輸出信號（由PLC采集灌裝流量計的脈沖信號后處理的輸出信號）時開始動作，通過執(zhí)行機構(gòu)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(dāng)電磁閥接收到PLC輸出信號關(guān)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(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)整個閥體，閥桿的動作行程分兩級，對應(yīng)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(chǎn)生加速，瞬間增大管道流速（圖9）。
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，閥桿的二次動作使管道內(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。但試驗證明，可以通過調(diào)整閥桿的行程來改善。
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(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個瓶需要5000mL，即5L，對液位的影響為8%，對氣壓的影響為5L/12L=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(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，實際上可能有1~2秒鐘以內(nèi)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(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。
三、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：對灌裝閥的二次行程變化進行控制，通過減緩閥的氣動排氣，降低閥桿二次上臺的速度，見圖10：
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，同時有助于提高背壓穩(wěn)定性。
灌裝流量計作為測量的關(guān)鍵元件，它是保證罐裝{**}度實現(xiàn)的要素之一，整個罐裝系統(tǒng)的設(shè)計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穩(wěn)定、可靠地工作以及如何選用合適的部件，如控制閥，并{**}化控制方式，將各種可能的干擾因素降到低，以實現(xiàn)系統(tǒng)誤差小。