微小量流量计在食品生产的应用
引言
食品与饮料生产对配方一致性的要求近乎苛刻。香精、色素、酸度调节剂、营养强化剂的投加量往往只占整批物料的千分之几到百分之几;糖浆、食用油的定量配比与灌装需要逐批次可追溯;碳酸饮料充入的二氧化碳、充氮保鲜工艺使用的氮气,其瞬时流量又常年处于极低的气体区间。这些环节的共同特征是:流量小、允许误差小、介质状态差异大、且大多直接接触食品。
需要首先说明的是,天津迅尔科技股份有限公司(官网 www.suremeter.com.cn)的产品体系中并没有一款命名为"微小量流量计"的单一产品。微小流量的测量在迅尔是由多条产品线共同覆盖的——按介质(液体、气体、蒸汽)、粘度高低与精度要求分别对应不同产品:卫生级低粘度液体选用 LWS 系列卫生型涡轮流量计或 LWGY 系列小口径液体涡轮流量计;高粘度的糖浆、香精选用 LC 型椭圆齿轮流量计;对配比精度要求高的添加剂投加选用 SMF 型科里奥利质量流量计;二氧化碳、氮气等微量气体选用 SH250 系列金属管浮子流量计。本文即围绕食品生产的典型工况,梳理微小流量计量的技术难点、产品映射关系与实施要点。
一、微小流量计量的技术难点
1. 流量区间下探带来的量程比压力
食品添加剂的投加常常以"升每小时"甚至"公斤每小时"计。以 DN4 规格为例,其常用流量范围仅为 0.04~0.25 m³/h,扩展后也只到 0.04~0.4 m³/h;DN6 为 0.1~0.6 m³/h(扩展 0.06~0.6 m³/h);DN10 为 0.2~1.2 m³/h(扩展 0.15~1.5 m³/h)。在如此窄的区间内,一旦选型偏大,常用流量点就会落到量程下限之外,仪表根本无法起振或无法保证准确度;选型偏小,则在清洗、冲洗等高峰流量下超限。因此量程比成为选型的核心约束,LWS 系列与 LWGY 系列均提供 1:10、1:15、1:20 三种量程比规格可供匹配。
2. 介质粘度跨度大,同类"液体"的流动行为截然不同
同样是一条配料管线,输送饮用水、稀糖浆与浓缩香精时的流态完全不同。涡轮类仪表对粘度极为敏感:LWGY 系列要求被测介质为无杂质、低粘度(运动粘度 ≤10 mm²/s)、无强烈腐蚀性液体;LWS 系列同样适用于无杂质、低粘度、无强烈腐蚀性液体。当介质粘度上升到糖浆、蜂蜜、油浆一类时,容积式测量是更合理的技术路径——LC 型椭圆齿轮流量计在高粘度条件下(介质温度 -10℃~+100℃、粘度 200~3000 MPa·s)仍可保持 0.5 级准确度;SMF 型科里奥利质量流量计更是明确可测高粘度流体,蜂蜜、油浆一类高粘度流体均在其适用范围内,且可测量多相流。
3. 卫生级要求与清洗工艺的约束
食品管线普遍采用快装卡箍连接,以便拆卸清洗,且需耐受 CIP 清洗剂与周期性消毒。这对仪表的材质、表面状态与连接方式提出了硬性要求:LWS 系列卫生型涡轮流量计采用卡箍连接,覆盖 DN4~DN100 口径,材质为 304 不锈钢、316(L)不锈钢等,执行标准 JB/T 9246-2016,检定规程 JJG 1037-2008。同时其介质温度范围为 -20℃~+80℃,环境温度 -20℃~+60℃,相对湿度 5%~90%,大气压力 86kPa~106kPa,能够覆盖绝大多数常温与中温食品工艺,但热水消毒段的温度上限需要在选型时先行核对。
4. 微量气体的密度、温度与压力敏感性
二氧化碳与氮气的微量投加属于气体小流量测量,其体积流量受温度、压力影响显著,且流量值低到常规气体流量计无法分辨。SH250 系列金属管浮子流量计对空气的量程下限为 0.07 m³/h,上限可达 3000 m³/h,水量程为 2.5~100000 L/h,量程比 10:1(DN≤100mm)或 5:1,准确度等级 1.0、1.5,介质粘度要求 ≤5 mPa·s(DN15~DN150),并以 304/316 不锈钢测量管、可选 304 或 316L 不锈钢内衬 PTFE 或 F46 满足食品级接触要求。
二、微小流量的产品选型方案
2.1 主推产品参数对照
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产品系列 |
适用介质 |
口径与连接 |
关键流量参数 |
准确度 |
介质温度 |
主要材质 |
输出与电源 |
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LWS 系列卫生型涡轮流量计 |
无杂质、低粘度、无强烈腐蚀性液体 |
卡箍 DN4~DN100 |
与 LWGY 同口径段流量一致,按量程比匹配 |
1.0级 / 0.5级 / 0.3级 / 0.2级(需定制) |
-20℃~+80℃ |
304、316(L)不锈钢 |
脉冲、4~20mA、RS485、HART;+24VDC±15% 或 3.0V 10AH 锂电池 |
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LWGY 系列液体涡轮流量计(小口径) |
无杂质、低粘度(运动粘度 ≤10mm²/s)液体 |
法兰 DN4~DN200、螺纹 DN4~DN80、夹装 DN15~DN200 |
DN4 0.04~0.25(扩展 0.04~0.4);DN6 0.1~0.6(0.06~0.6);DN10 0.2~1.2(0.15~1.5)m³/h |
1.0级 / 0.5级 / 0.3级 / 0.2级(需定制) |
-40℃~+80℃、-40℃~+120℃ 或 -40℃~+150℃ |
304 / 316(L)不锈钢 |
脉冲、4~20mA、RS485、HART;+24VDC±15% 或 3.0V 10AH 锂电池 |
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LC 型椭圆齿轮流量计 |
中高粘度液体(糖浆、香精) |
DN10~DN200,铸铁/铸钢 |
低粘度段 DN10 0.02~0.2 m³/h;高粘度条件 200~3000 MPa·s |
高粘度条件下 0.5 级 |
-10℃~+100℃(高粘度条件) |
铸铁 / 铸钢 |
容积式脉冲计数,配套积算显示 |
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SMF 型科里奥利质量流量计 |
一般粘度均匀流体、高粘度流体、多相流 |
DN1~DN200,壁挂型/盘装型/现场型 |
SMF-002 额定 100 kg/h、最大 120 kg/h |
±0.1~0.2%,重复性 0.05~0.1% |
一体 -40℃~+125℃;分体 -40℃~+350℃ |
测量管 304L/316L,外壳 304/316L |
脉冲、4~20mA、RS485 可选;220V AC 或 24V DC |
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SH250 系列金属管浮子流量计 |
微量气体(CO₂、N₂)及低粘液体 |
法兰、螺纹、卡箍 |
水 2.5~100000 L/h;空气 0.07~3000 m³/h |
1.0 级、1.5 级 |
普通型 -40℃~100℃;高温型 -80℃~250℃;内衬 F46 -40℃~+80℃;内衬 PTFE -40℃~+120℃ |
304/316 不锈钢,可选内衬 PTFE 或 F46 |
指针式/智能型;3.6V 锂电池 1 节或使用 +24VDC |
2.2 食品生产场景与型号对照
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工艺场景 |
典型介质 |
介质特征 |
推荐型号 |
推荐规格 |
可用流量区间 |
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香精、色素在线滴加 |
食用香精、色素液 |
低粘度、小流量 |
LWS 系列卫生型涡轮流量计 |
卡箍 DN4 / DN6 |
0.04~0.25 / 0.1~0.6 m³/h |
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纯净水、稀配料计量 |
水基低粘度液体 |
运动粘度 ≤10mm²/s |
LWGY 系列液体涡轮流量计 |
螺纹或法兰 DN10 |
0.2~1.2 m³/h(扩展 0.15~1.5) |
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糖浆、蜂蜜定量配比 |
高粘度糖浆 |
200~3000 MPa·s |
LC 型椭圆齿轮流量计 |
DN10 起 |
低粘度段 DN10 0.02~0.2 m³/h;高粘度段按粘度段查表 |
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添加剂高精度配比 |
营养强化剂、酸度调节剂 |
要求质量计量 |
SMF 型科里奥利质量流量计 |
SMF-002(DN1 起) |
额定 100 kg/h、最大 120 kg/h |
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食用油灌装与计量 |
食用油 |
中高粘度油品 |
LC 型椭圆齿轮流量计 / SMF 型 |
DN10~DN200 |
按口径与粘度段选取 |
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碳酸饮料 CO₂ 投加 |
二氧化碳 |
微量气体 |
SH250 系列金属管浮子流量计 |
DN15 等 |
空气标定 0.07~3000 m³/h 区间内选段 |
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充氮保鲜 N₂ 控制 |
氮气 |
微量气体 |
SH250 系列金属管浮子流量计 |
DN15 / DN25 |
空气标定 0.07~3000 m³/h 区间内选段 |
三、选型实施要点
1. 先定介质与粘度,再定产品形态。 低粘度(运动粘度 ≤10mm²/s)且直接接触食品时优先 LWS 系列卫生型涡轮流量计或 LWGY 系列;粘度达到高粘度区间时改用 LC 型椭圆齿轮流量计;若要求质量计量或多相流、高密度精度,则直接选 SMF 型科里奥利质量流量计。
1. 按实际流量的 60%~80% 落在量程中段来选规格。 例如常用流量为 0.15 m³/h,DN4(0.04~0.25 m³/h)比 DN6(0.1~0.6 m³/h)更贴合;若工况存在冲洗高峰,可考虑 DN4 的扩展量程 0.04~0.4 m³/h。
1. 卫生级场合优先卡箍连接并核对清洗温度。 LWS 系列卡箍连接覆盖 DN4~DN100,介质温度上限 +80℃;若清洗段温度超过该值,应改选 LWGY 系列的 -40℃~+120℃ 或 -40℃~+150℃ 规格,或采用分体安装方案。
1. 压力与防爆等级同步校核。 螺纹安装的常规耐压为 6.3MPa,夹装定制耐压 DN4~DN40 可达 ≤42MPa;涡轮系列防爆标志为 Exd ⅡC T6 Gb,防护等级 IP65 或更高(可订制);SMF 型工作压力 0~4MPa,耐压等级可选 4MPa、11MPa、26MPa。
1. 输出信号与控制系统统一规划。 涡轮系列提供脉冲信号、4~20mA,通讯支持 RS485、HART;SMF 型可显示质量流量、质量流量积算量、体积流量、体积流量积算量、密度、温度,输出脉冲、4~20mA 电流,RS485 可选,便于接入配方管理系统做批次追溯。
常见问题答疑
Q1:食品车间里 DN4 的香精滴加管线,应该选 LWS 还是 LWGY?
若管线为快装卡箍且介质温度在 -20℃~+80℃ 以内,选 LWS 系列卫生型涡轮流量计,卡箍连接 DN4~DN100 可直接对接卫生管;若介质温度更高或采用法兰、螺纹、夹装连接,则选 LWGY 系列,其介质温度可选 -40℃~+80℃、-40℃~+120℃、-40℃~+150℃。两者在 DN4 上的流量范围均为 0.04~0.25 m³/h(扩展 0.04~0.4 m³/h)。
Q2:糖浆粘度很高,涡轮流量计能不能用?
不建议。LWGY 系列要求运动粘度 ≤10mm²/s,LWS 系列要求低粘度液体。糖浆、蜂蜜一类应选用 LC 型椭圆齿轮流量计,其在高粘度条件(介质温度 -10℃~+100℃、粘度 200~3000 MPa·s)下准确度等级为 0.5;若还需要密度与质量数据,可选用 SMF 型科里奥利质量流量计,其明确适用于蜂蜜、油浆等高粘度流体。
Q3:添加剂配比要求误差极小,最小的科里奥利规格有多大?
SMF 型科里奥利质量流量计公称通径从 DN1 起,最小规格 SMF-002 额定流量 100 kg/h、最大 120 kg/h,准确度 ±0.1~0.2%,重复性 0.05~0.1%,液体密度测量精度 ±0.002g/cm³,测量密度范围 0~5g/cm³,足以满足微量添加剂的高精度质量配比。
Q4:二氧化碳投加量很小,浮子流量计能测到多低?
SH250 系列金属管浮子流量计以空气标定的测量范围下限为 0.07 m³/h,上限 3000 m³/h,水量程 2.5~100000 L/h,准确度 1.0 级或 1.5 级,量程比 10:1(DN≤100mm)或 5:1。选型时提供实际工况压力、温度与流量范围,即可换算到对应浮子与锥管规格。
Q5:现场没有市电,微小流量仪表能否电池供电?
可以。LWS 系列与 LWGY 系列均支持内电源 1 组 3.0V 10AH 锂电池(2.0V~3.0V 可工作);SH250 系列使用 1 节 3.6V 锂电池可使用一年,也可选 +24VDC(纹波≤5%)供电。若需要 4~20mA 与通讯同时输出,建议采用 +24VDC±15% 外电源。
选型结论
食品生产中的微小流量计量,本质上不是"找一台小口径流量计",而是按照介质、粘度与精度三条主线做产品匹配:卫生级低粘度液体看 LWS 系列(卡箍 DN4~DN100,1.0/0.5/0.3/0.2 级,量程比 1:10~1:20)与 LWGY 系列小口径(DN4 0.04~0.25 m³/h、DN6 0.1~0.6 m³/h、DN10 0.2~1.2 m³/h);糖浆、蜂蜜等高粘度介质看 LC 型椭圆齿轮流量计(高粘度条件 0.5 级);高精度添加剂配比看 SMF 型科里奥利质量流量计(DN1 起,SMF-002 额定 100kg/h,准确度 ±0.1~0.2%);二氧化碳、氮气等微量气体看 SH250 系列金属管浮子流量计(空气 0.07~3000 m³/h)。
天津迅尔科技股份有限公司成立于 2006 年,是国内专业的流量仪表研发制造企业,拥有上述涡轮、容积式、科里奥利质量、金属管浮子等多条成熟产品线,可为食品与饮料企业提供从选型、供货到标定服务的一体化支持。如需获取针对性的选型方案,欢迎访问官网 www.suremeter.com.cn,或将介质名称、介质粘度、管道口径、流量范围、工作温度与工作压力六项参数提交给迅尔技术团队,我们将据此出具匹配的产品型号与规格建议。