液位探测器与液位监测原理.docx
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液位探测器与液位监测原理
第七章
灌注系统
TBA19的灌注系统是一种闭环的自动控制，除此之外还有调节阀位置监控、调节阀膜片渗漏监护系统。
用于控制的部件:
液位浮子、液位探测器、IP转换阀、液位调节卡或TMCC液位控制卡、液位调节阀、液位
继电器、阀杆位置近接开关，A阀（也叫产品阀）。
2
6
3
图1是灌注系统的示意图，主要包括：
1-灌注调节阀2-产品管线3-下填料管
4-液位监测器5-液位磁性浮子6-压缩空气管线
7-泄漏探测器8-IP转换阀9-液位调节卡
工作顺序：
当灌装机到达生产步骤，按动上行键，
设备首先进入拉纸状态，程序首先监测灌注管液位在
最低点，也就是磁性浮子在最低点，浮子的磁环在液
8
4
5
位传感器上作用，使得液位传感器输出一个电压值到
液位调节卡，当图案校正到正常范围之内（图案校正
系统会讲到），程序会要求液位调节卡输出一个电流
值（0－20mA）到IP转换阀，IP转换阀打开，压缩空
7
气通过IP阀进入液位调节阀内，推动阀芯工作。
调节阀打开后，产品通过调节阀迅速进入到预先
封合好的纸管内，开始灌注时产品给入量较大，浮子
快速上升，当浮子到达液位监测器的30-50％时，液
位监测器又会给液位调节卡输出一个电压值，液位调
节卡随着输入电压值的增高，会输出一个变大的电流
值，该电流值控制着IP阀的开度减小，因此从IP阀
到调节阀的空气压力也开始减小，调节阀的开度也减
小，通过调节阀的产品供给量降低，纸管内液位下降，
控制系统又会按照上述控制反向调节，液位又会上
9
升。
通过以上的调节，纸管内液位最终会停留在一个
图1
相对稳定的位置上，保证了产品灌注精度。
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图2
图2是一个灌注系统的简单示意图。
我们之
所以选用利乐自动灌装设备的目的，就是要
得到稳定、精确的灌装量，保证每一包产品
容量相等。
利乐TBA/19灌装机的运转速度
和灌注管口径（也就是灌注开启度）已经是
固定的了，唯一决定每包产品容量的就是纸管
内的液位了。
图1中所有的控制系统就是为
了控制纸管内相对恒定的液位。
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图3
2
1
图3是灌注系统中的液位探测器与液位
监测原理，1是带有磁环的浮子，在浮子
内部的中间横截面位置上，有一圈永久磁
环，而液位探测器的原理类似于干簧管，
当浮子的磁环到达探测器得某一位置时，
磁场的作用使液位探测器中的开关闭合
导通，如图箭头所示。
在液位探测器内，串联着15个电器元
件，两端连接9.6V的电压。
当9.6V的电
压每通过一个电器元件时，便产生0.6V
的压降，以此类推，当液位探测器中最下
面的开关导通，输出一个0.6V的电压，
当液位探测器中最上面的开关导通，输出
一个9.6V的电压。
依此类推，从下至上
开关导通后依次产生0.6、1.2、1.8、2.4、
3.0、3.6、4.2、4.8、5.4、6.0、6.6、7.2、
7.8、8.4.9.0.9.6V等14个不同电压信号。
因浮筒在最低位时磁环不使任何一个开
关导通，所以输出是零伏特，所以在浮筒
的工作范围内共有15个不同的电压信号
输出到液位调节卡或TMCC卡上，在液
位调节卡或TMCC卡上有指示灯对应不
同的电压信号，所以通过指示灯就能观察
纸管内的产品液位。
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图4
7
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3
4
6
5
1-位置监测电眼
2-产品侧隔膜片
3-调节阀阀杆
4-泄漏探测器输入端（低点位）
5-泄漏探测器输出端（高电位）
6-通气消音器
7-压缩空气侧膜片
密封腔
密封腔
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图4是灌注系统中调节阀的详细解剖图，图中黄色为产品，蓝色为压缩空气，它们之间用两
个隔膜片隔开，产品绝对不能向左侧方向渗漏，压缩空气也不能向右侧渗漏。
如果产品渗漏，
渗漏监测装置会反馈信号到PLC，设备将作出相应反应。
我们所用的膜片实际上分为两层，见
图5，一层是导电层，一层是非导电层。
膜片会在生产、清洗、升温过程中逐渐老化损坏，这
样产品侧会和外界相通，这样会造成无菌系统破坏，产品受到污染。
假设图6中粉色圆圈处为
泄漏点，当膜片泄漏时，产品会从膜片的非导电侧渗漏到导电侧，这样就会使图5中4和5之
间导通，渗漏探测器输入端就会接收到一个电信号，因此设备就会发出“膜片泄漏”的报警信
息。
当压缩空气给进调节阀时，阀杆3向右侧移动，调节阀打开（如图所示），产品经阀头两侧
流出（这样设计是为了使流出产品的量更均匀，容易控制液位），进入预先封合的纸管内。
由
于阀杆向右侧移动，图4中红色虚线所示的腔体空间加大，蓝色虚线所示的腔体减小，如果是
全密闭的，膜片移动时要克服大气压强才能移动（原理如马德堡半球试验），所以为了保证阀
杆左右活动顺畅，在调节阀中设计了通气孔（图中用粉色圆圈表示），并加装了通气消音器6，
这样在膜片左右移动时，密封腔的大小产生变化由通气孔和通气消音器进行了弥补。
图4中1为调节阀阀杆监测电眼，它的主要任务是在预热二到烘干、CIP清洗时监测阀杆以
动的位置。
热二到烘干时，调节阀的给入气压为2bar，CIP清洗时为4bar，生产时为0.8-1.0bar。
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图5
图6
图6
导电层
导电体
非导电体
非导电层
图6是灌注系统中的液位调节卡，我们前面讲过，浮子的位置也就是产品
液位位置通过液位传感器输出信号至液位调节卡，调节卡通过输入电压信
号的变化（0-9.6V）改变输出电流信号（0-20mA），从而改变压缩空气通
过调节阀的多少。
1
2
111
图7
图7－图11是液位调节卡的
详细分解图。
首先看图7，图中
1
是“全高”电位计
（
Potentiometer
－
ALL
HIGH），这是调定产品高液位
报警点的电位计。
在灌装机零
位时，将下灌注管安装，提升
浮子到发光二极管4发光（从
顶部数第二个），同时检查发光
二极管2是否发光，如果没有
发光，可转动电位计1来进行
调整，直至发光。
发光二极管3
是监测有无下灌注管的，下灌
注管移去，发光二极管3亮，
反之则灭。
综上所述，只要浮子（也就
是液位）触发图中4所指示的
发光二极管，设备就会高液位
报警。
112
在TBA/19－020型机中，已将液位调节卡更换为TMCC卡控制液位了，TMCC－意思是“利乐多功能小型控
制器”，在TBA/19－010型灌装机中，也有一部分将液位调节卡改为TMCC卡控制液位了，下面我们就结合
图片描述一下TMCC卡是如何控制液位的。
图8
首先看看TMCC卡上的输
入输出点，图中卡左侧接
线为卡的输入端，从上至
下依次为：
1－＋24V2
－接地线3－液位显示
9－杀菌信号10－生产
信号11－清洗信号
12－预灌注信号13－
强制下载14－可以通
讯信号15－通讯时钟
信号16－通讯数据
图中卡右侧为卡的输出
端，从上至下依次为：
5
－IP转换阀信号6－
液位输出信号25－高
液位报警信号26－低
液位报警信息27－灌
注OK28－信息传送OK
图8中红框所显示的是TM
CC卡上控制灯所代表的含
义。
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指示灯
闪烁
固定发光
S1
正常或重新
灌注生产
生产
S2
——
清洗
S3
——
杀菌
S4
高液位报警
液位约在83％
S5
——
液位约在66％
S6
——
液位约在50％
S7
——
液位约在33％
S8
低液位报警
液位约在16％
图9
图9是图8中红色线框的放大图，实际上是描述了TMCC卡上指示灯的功能
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图10
图10是液位调节卡升级到TMCC卡的系统流
程图，它和图1含义基本一样，只是在红色虚
线框内换成了TMCC卡，TMCC卡不但能传
输信号给I/P转换器，还要与设备中的PLC（可
编程序逻辑控制器）以及PC（个人计算机）
进行双向通讯。
TMCC卡与液位调节卡的区别
在于：
1、对于液位调节卡的各项手工设定在
TMCC卡中都已做了相应的程序编程，不需要
进行人为调整。
2、TMCC卡在灌注模式上预
先设置了三种模式，这三种模式对应的是三种
不同的灌注方法，一种是在纸管图案已经校正
到允许误差（1.5毫米）范围内进行产品灌注
第二种是图案校正和产品灌注同时进行。
第三
种是预先进行产品灌注，到达一定液位后，设
备再进行图案校正。
所以工厂可根据实际情况
选择其中一种模式。
115
图11
图11是TBA/19灌注系统中重要的组成部分，图中
A、B、C为三个气动阀，这三个阀经过一定的组合，
就形成了利乐公司具有代表意义的阀组。
A叫产品
阀，B叫无菌空气阀，C叫蒸汽阀。
这三个阀各自有
各自的作用，但又互相有联系。
图12是设备在生产状态下ABC阀的工作状态，从
图中看出，A阀的打开气源和B阀关闭的气源并联
在一起，由一路压缩空气控制，也就是说，A阀打
开的同时B阀关闭，这样设计的目的就是防止产品
流经A阀的同时，不会进入无菌空气通道内，也是
一种安全防护措施。
C阀是一个蒸汽屏障，当高温蒸
汽（125℃）通过阀腔时，高温作用杀灭外界侵入的
所有细菌及芽胞，起到了外界污染物与产品的隔离
作用，也就是为了保护无菌产品和无菌空气系统不
受破坏。
图13是设备暂停时的状态，A阀关闭，产品在AP
阀腔内还会存有产品（见图13）。
C阀的阀杆是中空
的，当C阀打开时，蒸汽会进入C阀的阀腔，对A
阀的阀头起到保护的作用。
但这样会造成A阀阀头
的结奶垢现象，所以在以后的TBA/19020与TBA、
22型机中，专为C阀蒸汽设计两个温度。
较高温度
用于设备升温、杀菌时使用，较低温度用于生产时，
起到蒸汽障的作用。
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杀菌产品回
5-10%回流量
杀菌产品来
杀菌产品回
图12
杀菌产品来
图12是设备生产时ABC阀的状态，产品经过打开的A阀再经过调节阀进入到纸管内，有5-10%产品回流至超高温，这样做是为了保证稳定的灌注压力（详细介绍见超高温章节），A阀打开的同时B阀关闭，C阀也处于关闭状态，但C阀中仍有蒸汽进行保护。
（5-10%产品回流写在此处容易误解
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