CN1123022A - 向容器中充液的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种向容器中充液的方法。该方法中打开进口阀使液体进入一个体积计量腔，当计量腔内的液面升到上开关动作水平时关闭进口阀，此时打开出口阀计量腔内的液体就会注入所需的容器中，当达到下开关动作水平时出口阀关闭，测出进口阀关闭后实际达到的高液面位置以及出口阀关闭后实际达到的低液面位置。利用这些值，可以修正计量腔液面的上、下开关动作水平，可看出要求的充液量能不受压力和流量条件的影响而达到。

Description

向容器中充液的方法和设备
本发明所涉及的是根据权利要求1的前序部分的一种向容器中充液的方法。
在专利号为5184753的美国专利中可知这种方法。但在这种方法中，系统本身、液位达到预定的上下开关动作水平之间，进口、出口阀最终关闭都存在着延迟时间，造成不能控制的后操作，从而导致由液面差和计量腔的截面所规定的液体体积实质上增加了。另外，特别不利的是在液位的上下开关动作水平区域之间存在着误差累积，而且液位上开关动作水平的误差还会受到供液管线中压力变化的影响。所以这种已知的方法不适于准确地灌液，特别是对于诸如饮料罐或饮料瓶之类的小容器。
尽管该已知的方法也提供修正误差的可能性，但这种修正仅仅考虑了计量腔内液体的温度。其原理是根据测出的温度来胀大或收缩平衡浮子，从而增大或缩小计量腔的截面积，以此来保证注入容器中的液体重量恒定在设定值。
本发明的目的就是在上述的方法上加以简单的装置来大幅度地提高充液的容积的精度。
根据本发明权利要求1的特征部分所列出的特点可以达到本发明上述目的。
在本发明方法中，充液精度得以大幅度的提高，而且充液过程中流量和压力环境以及系统的延迟时间不再对其构成影响。因此，采用这种方法可以对如0.33升之类的比较小的容器进行精确高速灌装。
在从属权利要求中进一步阐述了本发明其它有利的发展。
现在参照附图说明本发明的一个实施例。这个图是一个在大气压下把液体(如饮料)灌进罐1中的灌液设备的纵剖面图。这个设备包含一个转动体3，它的形状是圆盘形或圆环形，绕着垂直转轴2旋转。在转动体3的圆周上均布着多个类似的充液单元34，各有阀块3和容腔5相对于转轴2沿径向延伸。在容腔5的内端和外端分别安装着入口阀6和出口阀7。阀6、7都有可垂直移动的阀体8、9。阀体8和9由单独的致动器10、11来控制克服压缩弹簧12、13的弹簧力而下降，致动器10和11是一对气缸。阀体8、9相配合，并且它们可密封地被向上导引出阀块。
入口阀6的阀座14下边紧连着是一个短通道16，它的端部连到一个环形的蓄液器17中，被灌装的液体就存贮在这个蓄液器中。蓄液器17固定在转盘3的底侧，它通过多个径向分布的导管18，一转动分配器19(与转动轴线2同轴线)，以及竖直管路20供给液体。通过带压力控制的泵(未示出)或放在比充液单元更高的水平的一个预先放置的容器(未示出)，使液体以足够的压力供送。
出口阀7的阀座15与一个固定在阀块3的底部的短筒状的出口嘴31相连。出口嘴21距离被灌装的罐1的顶部有一段距离，这样在操作中可以避免互相碰撞的方式把罐放在一个与转动体3共同绕转轴2转动的圆盘22上，并把充满的罐从圆盘22上取下来。供罐和取罐的动作可以由某些机械来完成，比如用带限位槽的传动带。
在阀块4的上面、致动器10和11的中间设置带垂直中心轴的圆桶形的计量腔23。计量腔通过下端的一个锥形口直接与空腔5相连，也就是说它们在进口阀6和出口7的中间部分相联通。计量腔23实质是由一个带有标定好的孔的管件构成并且上面由盖子24封住。在计量腔23的侧面在盖子24的下方有一个开口25，它与环形腔26相连。当计量腔23充液和排空时，通过开口25和26进行气体交换，为此，环形腔26直接同大气相连。
在盖子24内安装着一个可扫过计量腔23的全部高度的液面探测器27。该探测器27包括一个位于计量腔中心处的直圆棒28，棒上有一个在垂直方向可自由移动的圆环浮子29。浮子的下限位置由装在棒28下端的一个盘形止挡30限定。浮子29相对于棒28的高度可以检测出来，例如依靠装在棒28内部的电感型位移传感器或者借助于声音的振动(该声音由棒28产生并且被浮子29反射)都可以达到这个目的。可用任意的检测浮子23的位置，并依此以适当精度测出计量腔23内液面的高度的测量方法，精度一般最好达到毫米级。液面探测器27把与距离相关的测量信号，例如一个电压值，传给一个封闭的电气控制装置31。装置31接收到的信号可以是连续的，也可以是那种时间间隔很短的不连续信号，并在整个灌装过程中如实地反映计量腔23的液面位置。装置31由一个或几个微处理器操作，并通过电磁铁(未示出)来控制致动器10和11的相应充气和放气，从而来控制阀6和7的启闭。
上面所描述的这个方法在控制装置31的控制下按照下面的方式进行工作：开始时阀6和7是关闭的，在有预充液操作情况下，空腔5和计量腔23的下端各充有液体，而在没有预充液操作时，它们是空的。进口阀6首先打开(此时阀7保持关闭)，液体就会从蓄液器17中通过阀6和空腔5按照箭头32所示的方向进入计量腔23中。图中标明了这一阶段。浮子29相应地被液体浮起，从而计量腔23内的充液液面可以由液面探测器27检测出。
一旦液面达到了预先设定的上开关动作水平SO，伺服马达10在压缩空气的作用下将关闭阀6。考虑到电气和气动带来的延迟时间，在阀6完全关闭之前仍有少量液体注入。计量腔实际上所达到的高液面位置HO除了受延迟时间的影响外，还依赖于液流和压力状况(尤其是在蓄液器17中的压力)，这些情况可能在每次充液过程中都不相同。液面探测器27可把实际的高液面位置记录下来然后传给控制装置31。在本方法的第一改型中，该装置能够根据实际高液面位置的变化，所期望的灌装体积V以及计量腔23的有效截面积来限定一个新的下开关动作水平SV。体积V除以截面积可以得到液面高度差h′，下开关动作水平SU比实际的高液面位置HO低h′。
与此同时，空罐1被放置到其对应的充液单元34下面的转盘22上，然后出口阀7被打开，而阀6仍保持关闭。液体从计量腔23中经过空腔5，阀7和出口21沿箭头33所示方向向下注入罐1中。浮子29随液面下降，计量腔23内的液面高度由探测器27连续监测。
一旦液面达到预先设定的下开关动作水平SU，伺服马达11在压缩空气的作用下关闭出口阀7。在此完成了一个充液操作过程，罐1中注入了规定体积V的液体。当然在液位到达下开关动作水平SU及出口阀关闭的过程中，可能存在着气动和电气的延迟，在上述本方法的第一改型中没有自动考虑这种情况。一方面，滞后动作比较小，因为液体静压力低以及流速也不大且恒定。
当然，我们也可以把下开关动作水平SU设置得比理论值稍高一些，比如由计量腔23的截面积和要求的容积V来限定，也可以给控制器31手动输入一个修正因子，这样来考虑可能的滞后动作。
在本发明的第二个改型中，计量腔23首先用上述第一改型相同的方式充进液体。而且，当液面降到预定的下开关动作水平SU时，阀7开始关闭。接下来，液面探测器27把出口阀9完全关闭后液面实际降到的低液面位置HU检测出来并把它报告给控制器31。控制装置根据测得的液面的实际高液面位置HO和低液面位置HU之间的差值h计算出实际充液量V。当实际充液量V比设定值大时，在同一个充液单元34下次充液时，控制装置自动地把液位差h′缩小一点从而下开关动作水平SU就会按照某种规定稍升高一点。这一点可以通过适应的方式实现，比如在一次次充液操作中逐步逼近直到达到理论充液量V，当然也可以基于下开关动作水平SU与实际低液面位置HU的差值来限定下开关动作水平SU的修正值。在相反的情况，就是实际充液量V小于理论体积时，高度差h′会变大，下开关动作水平SU也会因此降低。
多次充液过程中高液面位置HO都重新测量以补偿蓄液器17中可能存在的压力波动。于是每个充液过程中下开关动作水平SU也要重新限定。每步充液过程中也重新测得一个低液面位置HU。然而，由于充液单元34内的液流条件基本上是恒定的，测量可以以某种时间间隔进行或相隔一定次数的充液过程后进行。
在正常的充液过程中上开关动作水平SO保持不变。因为高度固定所以它限定了充液的速度。如果罐改变了尺寸或者改用另外的液体，上开关动作水平SO和/或充液量V也可以被改变，而下开关动作水平SU会由控制装置自由地进行适应调整。

Claims (5)

1.一种向容器中充液的方法，当打开进口阀而出口阀保持关闭时，使液体进入一个体积计量腔，当计量腔内的液面达到上开关动作水平时进口阀被关闭，此时打开出口阀液体就会从计量腔中流到待灌容器中去，当计量腔内的液面下降到下开关动作水平时，出口阀重新被关闭，本方法的特征在于在计量腔(23)的入口阀(6)和/或出口阀(7)关闭后测出液面所实际达到的高液面位置(HO)和/或低液面位置(HU)，测量值在本次和/或下次充液操作中用来修正或限定上开关动作水平(SO)和/或下开关动作水平(SU)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的入口阀(6)关闭后测出计量腔内所实际达到的高液面位置(HO)用来限定同一充液过程中的下开关动作水平(SU)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述的出口阀7关闭后测出计量腔内所实际达到的低液面位置(HU)用来限定下一步充灌过程的下开关动作水平(SU)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的下开关动作水平(SU)的值可以自适应改变。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于根据本次充液过程中实测的高液面位置(HO)，至少是上一次充液过程中实测的低液面位置(HU)，要求的充液量(V)及计量腔(23)的有效横截面积限定下开关动作水平(SU)的值。
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