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啤酒灌装的技术问题探讨(下)

四、灌装缸内啤酒液位的控制

上世纪80年代末，我们为广轻生产的2万瓶/时灌装机研制了我国首台啤酒灌装机液气控制系统，当时在燕京第三包装车间进行试运行。在调试时，有时出现空缸和满缸现象，经分析后确定此现象的出现是由酒缸内背压的波动所引起。当采取措施稳定了背压后，酒缸内液位控制除开机和停机时有波动外，在正常运行时液位稳定在某一位置，但操作工仍需随时观察液位，调节二氧化碳补气流量调节高低，实质上是微调背压高低。这种酒缸内液位的控制方案来自德国H K公司，它当时使用泰勒公司的气动仪表，用测量进酒管处静压的办法来控制酒缸内液位。开始我们对此控制方案未做深入分析也沿用此方法，仅仅将气动仪表改为电气仪表，而执行机构仍采用气动阀。当在调试现场遇到上述问题后，我们用流体力学的基本原理进行分析后，发现这种控制方案的确存在缺陷。

因为进酒管处的静压不仅受酒缸内液位的影响，而且还受酒缸内背压的影响。通俗地说，压力传感器测到的压力变化分不清源头，调节器只知道当压力低于设定值时让调节阀开大，当压力低于设定值时让调节阀关小。若是由液位变化引起压力变化，控制就正常。若是液位未改变而是由背压变化所引起，调节器照样指示进酒调节阀开大关小，致使液位失控，若是在破瓶和供气不足情况下，就可能很快出现满缸。这种相关量的控制是很难达到同步一致的，控制的精确度和稳定性也不可能很好。

在90年代初，我们就提出将背压和液位分别独立切搅机进行控制的控制方案，并为此研制了用于控制液位的传感器。1995年燕京第二包装车间在改进后的广轻60头短管机上进行了生产性试验，受到了操作工和厂方的欢迎和美国和日本1些企业研发走在了前面肯定。当时我们在酒缸上只安装了一个液位传感器，发现在缸内有酒而不进扬中瓶灌酒即空转时，液位显示值变化3个～4个船用电缆字且与转速无关。经分析这是由于酒缸的旋转面与自然水平面不可能绝对平行所引起，即液位传感器上某一点所走的圆的轨迹不可能落在自然水平面上，而是与水平面间有一夹角。若从通过旋转中心的垂直平面上来观察，这一夹角在旋转平面与水平面的交线处为零，从交线处继续旋转，夹角逐渐增大，等转到90度时夹角达到最大，即等于旋转平面与水平面间的夹角。再继续旋转夹角减小，转到180度时到达交线时夹角又回到零。再继续向同方向旋转，夹角就变为负方向增加，到270度时达到负值最大，然后就减小，到360度时回到原位，夹角又回到零。而传感器上某一点至自然水平面的垂直距离，按数学定律应为此点至旋转中心的距离即旋转半径和夹角的正弦函数的乘积。其数值随旋转角而变，其变化的规律与夹角的变化规律完全一致，按正弦函数的规律变化。因此，为消除这一误差可在同一旋转半径相位差为180度处，即在与旋转中心对称的地方，再安装一同样的传感器，就可使旋转测量液位所产生的误差正负抵消而自动消除。目前，我国自己生产的灌装机，尤其是酒缸直径较大的灌装机均采用此控制方案。

德国KHS和KRONES公司的灌装机，在同一半径上装有四个传感器，从数学的角度来说，完全没有必要，其效果与两个完全ABS+GF材料在作为外观件经常会遇到 浮纤 问题一样。理论上只要在同一半径上，在360度范围内，按角度均匀分布，如每隔120度一个是三个、每隔90度一个就是四个。所测得的液位高度是所有6、实验电机源应有可靠接地；频率的波动不应超过额定频率的2%传感器测量值之和再除以传感器个数，两个是除2，三个是除3、四个就是除4。

若从物理学的角度来看，灌装机的转速很低，角速度很小，差不多十秒钟才转一圈，且每个灌装阀的灌装流量也很小，不可能对水平面的状态造成明显的影响。因此，我认为用四个传感器完全是多余，只需在同一圆周上轴对称装两个即可。

灌装缸内酒液位的控制，对啤酒灌装有较大的影响，液位波动将影响灌装流速波动，不仅影响灌装时间，对灌装的平稳性也有影响。当然，只要保证缸内有酒，液位有些小的波动也无关大局。但是若不将液位和背压分开独立控制，将必然会增加灌装机的停机次数、增加工人的操作强度、很难实现全自动化，何况从控制理论的角度来说，这种相关量的控制也是不合适的。

五、无巴氏灭菌啤酒灌装

啤酒酿造后要想成为商品，必须要进行包装，采用哪—种包装工艺和包装物，则取决于市场运作和管理。这里所说的包装工艺包括啤酒的终端处理，任何终端处理方法的目的都是为了延长商品货架期，都是以损失啤酒风味为代价而取得的，货架期延得愈长汽油机，风味损失也就愈大，反之损失就愈小。口味最好的啤酒是带较多酵母未经过滤的混浊啤酒，其次是经滤掉大部分酵母的鲜啤酒。在欧洲尤其是在德国，除少数出口到远处的啤酒采用巴氏灭菌外，其他都采用无巴氏灭菌灌装。这种啤酒包装工艺实现的前提条件是纯净化酿造，其中包含着对微生物的有效控制和管理。对啤酒灌装而言，主要是防止二次污染和微生物有效控制。

啤酒是食品不是针剂，有点无害菌也无妨，何况所有耗氧菌在啤酒中根本就无法生存。在啤酒灌装中最重要的两点：一是清洗灭菌，二是灌装机的运行可靠性。其中最重要的是可靠性，而这一点正好是国产装备的弱点，这也是为什么国内灌装生啤的灌装机大部分采用进口装备的主要原因之一。灌装阀的一致性和灌装机运行的可靠性，是目前国产装备与进口装备差距最为明显的方面，也是最值得关注的方面。

年初在本刊上刊登的解读“纯生”啤酒一文中，曾有过专门的论述，这里不再多重复，在技术水平达到一定程度以后，可靠性将上升为首位。

张国权：中国计量科学研究院