摘要：本文主要介紹了質(zhì)量流量計(jì)在桶裝液體灌裝線中的應(yīng)用，以及整條自動灌裝生產(chǎn)線的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：質(zhì)量流量計(jì)；高精度計(jì)量；桶裝；灌裝生產(chǎn)線；控制系統(tǒng)

1、 前言

在化工和食品工業(yè)中桶裝液體的灌裝非常普遍，對于中等以上的灌裝量(10Kg以上),灌裝方式一般采用電子稱重式和流量計(jì)式,其中電子稱重方式國內(nèi)已有大量的應(yīng)用，由于流量計(jì)技術(shù)的發(fā)展,特別是這幾年我們采用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量的成功經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為中等容量以上的高精度灌裝采用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量更為合理，現(xiàn)介紹我們自主開發(fā)的一條采用質(zhì)量流量計(jì)高精度計(jì)量強(qiáng)腐蝕粘性液體的自動生產(chǎn)線，該線幾乎涵蓋桶裝液體灌裝線的各方面功能，具有典型意義。

2、灌裝生產(chǎn)線概述

2.1 物料特性及工藝條件

1）灌裝物料溫度： 5~35℃
2）物料密度：有機(jī)酸約1.2g/cm3、有機(jī)酸鹽約1.3g/cm3
3）物料粘度：有機(jī)酸約50CP、有機(jī)酸鹽約150CP
4）進(jìn)料管道進(jìn)口壓力：≥0.2Mpa，波動范圍±10%
5）整套裝置符合GMP衛(wèi)生要求

灌裝容量：25L（方桶）；200L（圓桶）；1000L（IBC桶）
灌裝精度：（質(zhì)量精度）： 0.1%，灌裝精度符合歐洲“OIML R61-1 1996 issue”標(biāo)準(zhǔn)
灌裝速度：25L桶（30Kg）：6桶/分鐘；200L桶(250 Kg)：1桶/分鐘；1000L桶（1200 Kg）：1桶/4分鐘

2.2 工藝流程

空桶整理——空桶進(jìn)灌裝工位——檢測定位——灌裝頭下降——灌裝閥打開——開始灌裝——質(zhì)量計(jì)量——到達(dá)90%×（設(shè)定值-補(bǔ)償值）——調(diào)節(jié)閥節(jié)流變小——到達(dá)100%×（設(shè)定值-補(bǔ)償值）——灌裝閥關(guān)閉——真空吸附——滿桶出灌裝工位——轉(zhuǎn)向——掛蓋——旋蓋——貼標(biāo)——碼垛——纏繞——成品輸出

2.3 灌裝系統(tǒng)概述

整個(gè)灌裝系統(tǒng)有質(zhì)量流量計(jì)、控制閥、灌裝頭、支架、導(dǎo)軌、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成（見原理圖）

（1）灌裝系統(tǒng)精度

灌裝系統(tǒng)精度主要取決于質(zhì)量流量計(jì)的精度、灌裝速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。

（2）過流量控制

灌裝時(shí)實(shí)際灌裝量肯定大于質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)定流量，必須通過PLC程序的設(shè)定，要求流量計(jì)提前發(fā)出信號來控制灌裝閥的關(guān)閉，從而保證實(shí)際灌裝量與質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)定量一致。

（3）流量控制（灌裝速度控制）

為了保證灌裝系統(tǒng)的精度，灌裝系統(tǒng)的灌裝速度設(shè)計(jì)為快慢二檔，流量控制閥通過控制流量大小自動控制灌裝速度的快慢。由于該控制閥的開度精確量不會影響到灌裝精度，使用目前市場上的自動調(diào)節(jié)閥，既成本昂貴且體積巨大安裝不便又需要增加控制要求，所以流量控制閥采用自行設(shè)計(jì)的三位蝶閥，即最大開度（完全開啟）、1/3開度（可手工設(shè)定和調(diào)節(jié)）、完全關(guān)閉，其優(yōu)越性突出，性能穩(wěn)定。

（4）防滴漏

灌裝完畢后，殘留在灌裝頭表面的粘性物料要一定的時(shí)間才能流盡，這樣物料就會滴到容器外表造成污染，該灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用真空發(fā)生器回吸系統(tǒng)確保無滴漏。真空發(fā)生器抽吸流量大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、真空產(chǎn)生及解除快、安裝維修方便。

（5）灌裝頭

灌裝頭的灌裝閥采用自行設(shè)計(jì)的氣動截至閥，結(jié)構(gòu)簡單、開合迅速、易清洗、密封好，采用氟橡膠密封符合食品級。

2.4 流量計(jì)選擇

流量計(jì)種類繁多，流量計(jì)的選擇主要根據(jù)物料特性和現(xiàn)場工藝條件決定，對于精度要求很高的灌裝一般只能選擇質(zhì)量流量計(jì)。

一臺質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)包括一臺傳感器和一臺用于信號處理的變送器。質(zhì)量流量計(jì)依據(jù)牛頓第二定律：力=質(zhì)量×加速度（F=ma）

如圖2所示，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)分量的加速度及其力：

（1）法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸；

（2）切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωV，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm，管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc=-2ωVm。
當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動時(shí)，任何一段長度Δx的管道將受到一個(gè)切向科里奧利力ΔFc：

ΔFc=2ωVρAΔx （1）

式中，A—管道的流通截面積。

由于存在關(guān)系式：mq=ρVA

所以：ΔFc =2ωqmΔx （2）

因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流動流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。

圖2

綜合性能比較好的質(zhì)量流量計(jì)現(xiàn)有EMERSON、E+H、KROHNE等，對現(xiàn)有灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量而言，流量計(jì)本身的計(jì)量誤差有兩部分組成：名義測量誤差和零點(diǎn)穩(wěn)定性誤差，即：最大測量誤差=名義測量誤差±零點(diǎn)穩(wěn)定性誤差。

流量計(jì)的精度是整個(gè)灌裝系統(tǒng)灌裝精度的最關(guān)鍵因素，從整個(gè)灌裝系統(tǒng)考慮，選用精度較高、重復(fù)性較好、性能穩(wěn)定的質(zhì)量流量計(jì)對保證系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求至關(guān)重要。

2.5 控制系統(tǒng)組成和控制方案

2.5.1 控制系統(tǒng)組成，見圖3

圖3 自動控制系統(tǒng)組成

2.5.2控制方案說明

為盡可能減少現(xiàn)場布線，使系統(tǒng)更合理，功能更完備，操作更方便，在PLC1處設(shè)立一個(gè)MB+主站，在生產(chǎn)線上輸入輸出設(shè)備較為集中的地方設(shè)立幾個(gè)MB+分站，如上圖。

由于系統(tǒng)的灌裝精度要求極高，如果采用一般的流量儀表和模擬量數(shù)據(jù)采集計(jì)算，將無法達(dá)到使用要求，因此，我們在方案設(shè)計(jì)上除了選用國際上知名品牌的質(zhì)量流量計(jì)作為測量儀表外，還在數(shù)據(jù)采集和控制終端上采用了國際上先進(jìn)的施耐德公司的QUANTUM系列產(chǎn)品作為主控制器；為快速采集12臺質(zhì)量流量計(jì)的頻率輸出脈沖，又配置了三個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊（5通道/模塊，100kHz），其采集速度快，硬件配置簡單、方便。

3 整條生產(chǎn)線特點(diǎn)

（1）整條線主體材質(zhì)為316L,流體密封采用EPDM，滿足防強(qiáng)腐蝕和食品級的要求。
（2）自動化程度高，控制技術(shù)先進(jìn)。
（3）采用質(zhì)量流量計(jì)的灌裝速度是電子稱重式的接近兩倍；
（4）采用質(zhì)量流量計(jì)的灌裝精度比電子稱重式的更高，最高達(dá)到0.1%以內(nèi),而且正負(fù)偏差可以人為設(shè)定；
（5）設(shè)備簡潔，占地面積小，工作可靠，維修少。

4 結(jié)論

對于大容量液體的高精度灌裝采用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量是一種可靠、簡潔的技術(shù)方案，和電子稱重式比較具有更高的灌裝精度和灌裝速度，且投資少，是一種值得推廣的灌裝技術(shù)

電磁流量計(jì)的維護(hù)與保養(yǎng) 
1、日常維護(hù) 
我們都知道任何產(chǎn)品都需要合理的維護(hù)和保養(yǎng)，從而來增加它的使用壽命，那么儀器儀表也不例外（熱電偶、變壓器、流量計(jì)等）。只需對儀表作周期性直觀檢查，檢查儀表周圍環(huán)境，掃除塵垢，確保不進(jìn)水和其他物質(zhì)，檢查接線是否良好，檢查儀表附近有否新裝強(qiáng)電磁場設(shè)備或有新裝電線橫跨儀表。 
若是測量介質(zhì)容易沾污電極或在測量管壁內(nèi)沉淀、結(jié)垢、應(yīng)定期作清垢、清洗。 
2、故障查找 
流量計(jì)從開始投運(yùn)或正常投運(yùn)后，在經(jīng)過一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)儀表工作不正常的時(shí)候，應(yīng)首先檢查流量計(jì)外部情況，如電源是否良好、管道是否泄露或處于非滿管狀態(tài)、管道內(nèi)是否有氣泡、信號電纜是否損壞、轉(zhuǎn)換器輸出信號（即后位儀表輸入回路）是否開路。切記盲目拆修流量計(jì)。 
3、傳感器檢查 
測試設(shè)備：500MΩ絕緣電阻測試儀一臺，萬用表一只。 
測試步驟： 
（1） 在管道充滿介質(zhì)的情況下，用萬用表測量接線端子A、B與C之間的電阻值，A-C、B-C之間的阻值應(yīng)大至相等。若差異在1倍以上，可能是電極出現(xiàn)滲漏、測量管外壁或接線盒內(nèi)有冷凝水吸附。 
（2） 在襯里干燥情況下，用MΩ表測A-C、B-C之間的絕緣電阻（應(yīng)大于200MΩ）。再用萬用表測量端子A、B與測量管內(nèi)二只電極的電阻（應(yīng)呈短路連通狀態(tài)）。若絕緣電阻很小，說明電極滲漏，應(yīng)將整套流量計(jì)返廠維修。若絕緣有所下降但仍有50MΩ以上且步驟（1）的檢查結(jié)果正常，則可能是測量管外壁受潮，可用熱風(fēng)機(jī)對外殼內(nèi)部進(jìn)行烘干。 
（3） 用萬用表測量X、Y之間的電阻，若超過200Ω，則勵(lì)磁線圈及其引出線可能開路或接觸不良。拆下端子板檢查。 
（4） 檢查X、Y與C之間的絕緣電阻，應(yīng)在200MΩ以上，若有所下降，用熱風(fēng)對外殼內(nèi)部進(jìn)行烘干處理。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，線圈絕緣性下降將導(dǎo)致測量誤差增大、儀表輸出信號不穩(wěn)定。 
（5） 如判定傳感器有故障，請與電磁流量計(jì)生產(chǎn)廠家，一般現(xiàn)場無法解決，需到廠家維修。 
4、轉(zhuǎn)換器檢查 
如判定是轉(zhuǎn)換器故障，經(jīng)檢查外部原因確實(shí)沒問題的情況下，請直接與電磁流量計(jì)生產(chǎn)廠家，廠家一般會采取更換線路板的方式解決。 

 

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