Как работают автоматические дозаторы весового розлива жидкостей и паст?


Описание технологии взвешивания автоматизированного розлива жидкостей.

Фасовка продукции важный и не неотъемлемый этап производства. В зависимости от типа продукции используются разные методы автоматической фасовки и способы контроля, что в таре содержится именно нужное количество продукта: штучные изделия фасуются по заданному количеству в каждую упаковку, сыпучие материалы дозируются по весу, а жидкие и пастообразные продукты разливаются в тару. Этап фасовки продукции имеет одну цель: каждая упаковка должна иметь заданный объем продукта. Производитель контролирует процент, на который производимая фасовка может не соответствовать указанному минимальному количеству наполнения, ведь это может повлечь штрафы или репутационные риски.

Поэтому в процессе фасовки обычно немного завышается требуемая величина дозирования. Однако это запас в целях безопасности может привести к избыточным затратам. Например, разливочная линия фасует 100 000 банок продукта в день. Точно контролируя величину превышения дозы всего на несколько грамм с помощью автоматизированного контроля веса, фирма может избежать лишних затрат на несколько миллионов в год. В связи с этим производители дозирующего оборудования очень тщательно относятся к точности измерения весовых характеристик дозируемого продукта и стремятся уменьшить погрешность его измерения.

Основные методы дозирования жидкости.

В процессе развития процессов дозирования жидкости были разработаны различные методы, подходящие для различных типов жидкостей и паст и имеющие различную точность дозирования. Но у всех процессов дозирования жидкости есть и общие моменты: жидкости не текут под одним и тем же давлением в трубе. Плотность жидкости изменяется в зависимости от количества добавляемых примесей, пузырьков и температуры, соответственно точное её количество не возможно высчитать на основании сечения трубы и времени.

Есть четыре основных способа дозирования жидкости, они отличаются разными параметрами, например точностью, скоростью, гигиеничностью и ценой. Для разных типов жидкостей подходят разные методы. Для напитков требуется соблюдение гигиенических требований, дорогие косметические и парфюмерные средства требуют точного дозирования, жидкости так же отличаются параметрами вязкости, например, масло и молоко имеют разные характеристики текучести.
В данной статье мы рассмотрим следующие способы дозирования:
· Дозирование по весу с помощью тензодатчика.
· Дозирование с помощью датчика уровня.
· Дозирование по объему.
· Дозирование с датчиком массового расхода.

Первый способ: дозирование по весу с помощью тензодатчика.

Данный метод называется гравиметрическим, в нем используется тензометрический датчик, который измеряет силу воздействия массы тары и дозируемого продукта. При заполнении тары тензодатчик в режиме «реального время» отслеживает количество продукта в таре. По достижению заданной величины, весовой контроллер останавливает подачу продукта. Тензодатчики бывают цифровые и аналоговые. Цифровые имеют встроенный преобразователь сигнала в цифровой вид, сигнал с аналоговых тензодатчиков оцифровывается в весовом терминале.

Процесс наполнения тары, выглядит следующим образом:
— тара помещается на весоизмерительную площадку,
— происходит взвешивание пустой тары,
— заполнение продуктом до заданного веса,
— укупоривание тары.
Автоматические линии производят наполнение из нескольких головок одновременно. Среднее время наполнения литровой бутылки 5 – 10 секунд, при высокой точности веса.
Основные преимущества дозирования по весу.

Автоматическое измерение веса каждой бутылки перед заполнением позволяют определить и удалить с конвейера разбитые бутылки (они легче целой бутылки) или бутылки с посторонним содержанием (они тяжелее), например если в бутылке остался ополаскиватель.
В то же время медленное (по сравнению со средне статистическим временем наполнения) увеличение веса при заполнении говорит об утечке из тары и необходимости остановки линии для предотвращения её загрязнения.
Таким образом использование тензодатчика для операции дозирования позволяет контролировать еще и дополнительные параметры работы, тем самым увеличивая автоматизацию контроля за процессом розлива.

Простые методы работы с тензодатчиками.

Весовое дозирование жидкостей позволяет производить высокоточный розлив, с точностью заполнения до грамма. Простой способ калибровки тензодатчиков с помощью гирь эталонного веса обеспечивает точность дозирования. Цифровые данные с весоизмерительных систем облегчают процесс программирования контроллеров автоматизации производства, определения оптимальных параметров скорости наполнения продукта, подготовки отчетов о выполненной работе, контроля производственных графиков.
Весовое дозирование успешно применяется в пищевой и химической промышленности, так как применение тензодатчика позволяет избежать контакта с дозируемым продуктом. Тензодатчики выпускаются с высокой степенью защиты, вплоть до IP68 / 69K, что позволяет выполнять их промывку под давлением.

Второй способ: дозирование с помощью датчика уровня.
Данный способ контролирует достижение продуктом верхней заданной границы в бутылке, для этой цели датчик либо вставляется в горлышко бутылки и наполнение происходит до контакта с датчиком, либо реагирует на объемное изменение продукта с внешней стороны тары.
В случае датчика в горлышке бутылки возможно дозирование проводящих электричество продуктов, то есть жидкость должна содержать соли.
Например минеральные и растительные масла содержат не достаточное количество солей и дозирование данным способом их не возможно.
Данный способ дозирования является наименее точным, так же на его точность влияет разный внутренний объем у тары, особенно это актуально для стеклянных бутылок. В связи с этим данный способ применяется для фасовки не дорогих продуктов. Контакт датчика с фасуемым продуктом исключает возможность гигиенического розлива, в связи с переносом продукта из одной бутылки в следующую.
Данный способ хорошо подходит для изобарического розлива (например пива или газировки) когда давление в патрубке дозатора и бутылке должны быть равны.
Преимущества данного способа состоит в визуально одинаковом уровне жидкости в бутылке, что важно для покупателей в магазинах и хорошо сказывается на продажах.

Третий способ: дозирование по объему.
В процессе дозирования происходит измерение объема протекающего через клапан продукта магнитоиндуктивным способом.
С помощью магнитного поля происходит расщепление ионов продукта, проходящего через клапан, которые создают разность потенциалов на электродах датчика. Созданное напряжение позволяет рассчитать объемную скорость потока. Этот способ используется для электропроводящих жидкостей. Для каждого типа дозируемого продукта необходимо выполнять индивидуальную калибровку, так как содержание ионов в каждой жидкости разное.

Четвертый способ: дозирование с датчиком массового расхода.
Дозирование с датчиком массового расхода использует принцип силы Кориолиса. Жидкость протекает по двум вибрирующим трубам, сила Кориолиса, которая на них действует, вызывает фазовый сдвиг в этих вибрациях. На основе этих данных рассчитывается вес продукта. Данный способ используется и для непроводящих электричество продуктов.
Данный способ дозирования дорог, по причине трудоемкой калибровки во время производства датчика.

Сравнение различных способов дозирования.
Стоит отметить, что способы дозирования сильно зависят от свойств дозируемого продукта. Способы так же сильно различаются по скорости и точности дозирования.

Точность:
Весовое дозирование намного точнее из всех рассмотренных выше способов.
Дозирование по уровню показывает погрешность 2% – 5% при дозировании в стеклянные бутылки, дозирование по объему 0.5% — 1%, дозирование по массовому расходу 0.2%, весовое дозирование жидкостей – 0.1%

Скорость дозирования:
Наполнение стеклянной бутылки:
дозирование по уровню 2 – 4 секунды,
дозирование по объему 5 секунд,
дозирование по массовому расходу 2 – 5 секунд,
весовое дозирование жидкостей 5 секунд.
Из всех рассмотренных способов весовое дозирование является наиболее универсальным (подходит для проводящих и не проводящих жидкостей с разной вязкостью, позволяет выполнять гигиенический розлив), не дорогим, точным и простым в обслуживании способом дозирования.