水傳感器在液位灌裝控制的應用

文/鐘健威

水傳感器在液位灌裝控制的應用

文/鐘健威

液體類的灌裝在食品方面需求很廣——本文介紹了一種以水傳感器作為檢測元件，以統一灌裝液面為標準的灌裝裝置。此裝置的主要成分是以水為被檢測介質，通過PLC控制來實現液位灌裝。通過水傳感器實現液位定位灌裝，不僅使灌裝液位達到統一的水平位置，而且簡化了灌裝機的結構，減少了機器后期的維護成本。其整套設備的制作成本只有流量灌裝和稱重灌裝的30%，是一種值得廣泛推廣的新型智能灌裝方式。

液體類的灌裝在食品方面需求很廣。目前主要是通過容積定量來實現，主要包括流量灌裝和稱重灌裝。但實際上，用于灌裝的瓶子會存在精度誤差，特別是玻璃瓶尺寸公差大，導致瓶內容積相差較大，同樣體積或重量的產品灌裝到瓶后，表現出來的液位是高低不平的，不僅讓消費者覺得產品檔次低，更有甚者會認為生產廠家短斤缺兩，從而影響產品銷量。對于透明的容器，為了讓里面的液面均勻一致地呈現在貨架上，從而提出液位定位灌裝的要求。

圖1 灌裝機液位灌裝示意圖

液位定位灌裝原理及其結構

液位灌裝是一種能夠在灌裝液體到達指定液位后，精準關閥停止灌裝的裝置。由傳感器和執行機構組成，通過PLC控制實現準確開關閥。如圖1所示的4.5 L瓶型的旋轉式液位定位灌裝機，其整個動作過程是：當空瓶子到達灌裝工位下，馬上打開灌裝閥，當灌裝液面到了設定的高度后，觸發液位傳感器發出信號關閉灌裝閥。

傳感器和灌裝閥組成一套液位灌裝部件。首先在傳感器方面，要求能精確地檢測到液位到達的位置，而且不能受到灌裝產生的水花以及液體灌裝時產生的泡沫的干擾。其次在執行機構上，要關閥快速，達到液位準確。因為液位定位灌裝無需將灌裝閥伸進瓶子，灌裝進瓶口的水柱需要達到不發散、集中和限流的效果。所以灌裝頭采用錐形管，管型上大下小，并在管路出水口中間加限流和濾網。

液位定位灌裝裝置控制方法

傳感器的選型：為了達到高速灌裝，采用底部進水的壓力灌裝方式。但這樣會在灌裝過程中，導致瓶子內部出現大量水花，從而增加對液面到達準確液位的干擾。經過多次的實驗測試，德國勞易測電子（Leuze electronic）公司的一款檢測水傳感器能夠達到檢測效果。勞易測電子公司的水傳感器配備特殊的光源，該光源對水分子異常的敏感，只要被檢測的溶液所含的水分子足夠多，就可以利用該傳感器來檢測。且傳感器本身全不銹鋼外殼及IP69K的防護等級，也非常適合于食品飲料行業應用。傳感器的性能參數如表1所示。

灌裝閥的選型：由于是帶壓力灌裝的，故需要灌裝閥的反應速度非常快。而且瓶子外形在靠近瓶口位置明顯收窄，為了防止灌裝到最后水會濺出瓶口，灌裝閥采用二級閥隔膜閥，在提前到達目標液位位置時，減少灌裝閥的流量以控制灌裝精度。

液位定位灌裝的控制：首先，為適應不同的瓶型和灌裝水柱，該水傳感器一共有4個檔的光強輸出，選擇正確的傳感器光強度檔位，可以有效提高灌裝的準確性。其次，傳感器的安裝位置如圖2所示，盡量避開瓶口灌裝水柱的位置，以減少傳感器的誤判。最后，通過PLC在程序方面完善兩級隔膜閥的開關時機，就可以實現準確的液位控制。

表1 傳感器的性能參數

圖2 水檢測的光路安裝

結論

通過水傳感器實現液位定位灌裝，不僅使灌裝液位達到統一的水平位置，而且簡化了灌裝機的結構，減少了機器后期的維護成本。其整套設備的制作成本只有流量灌裝和稱重灌裝的30%，是一種值得廣泛推廣的新型智能灌裝方式。

[1] 陳軍陽. 稱重式灌裝系統的應用[J]. 機電工程技術. 2011(07);

[2] 歐陽曉燕, 李聚剛. 電磁流量計在無菌灌裝系統中的應用[J]. 中國高新技術企業. 2013(04)。

本文作者系廣州達意隆包裝機械股份有限公司電氣工程師。