解决管道应用中的产品效应

□Jason Huang 梅特勒-托利多

液体、糊状物和浆体等泵送产品通常含有较高的水分、大量的气泡及产品空隙，且在整个产品流中的差异巨大，因此会产生所谓的“产品效应”—当在管道应用中使用金属检测设备检测污染物时会产生干扰信号。这些干扰信号不仅会降低检测灵敏度，还会因错误剔除而造成大量浪费，进而直接影响产品质量和生产成本。

本文概述了金属检测机的工作原理，阐释了产品效应的定义，以及产品效应对泵送产品的处理产生影响的原因，并提出了在管道应用中进行产品检测时克服产品效应的解决对策。

工业金属检测机的工作原理

工业金属检测机由3个缠绕到线圈架上的线圈组成，被称为“电平衡”。其中心是发射线圈，两侧是沿相反方向缠绕的接收线圈，且接收线圈距发射线圈距离相等。高频信号被应用于中间线圈，其会在金属检测机开口处形成磁场，并以此对每个接收线圈释放微量电压，使“电平衡”因线圈的缠绕方向相反而具有反极性。检测机的控制电子元件可测量电压之间的差异，如果校准平衡，则应为零伏。

当金属物质通过开口处时，它将以稍微不同的电量干扰两个接收线圈的磁场。然后通过测量这种平衡状况的改变程度来检测电压变化，也就是金属污染物。简而言之，不同电压之间的差异触发了金属检测。

产品效应的定义

当产品的自身特点（来自金属检测机内部的信号）类似于金属件产生的信号时，便会出现产品效应，其一般与水分含量或盐分含量较高的产品相关，通常指“湿性”产品或极具挑战性的产品应用。食品企业往往借助管道金属检测系统来规避此类风险，例如汤、肉浆、香肠肉、油、调味品和酱料等。由于产品中的水分含量或盐分含量较高，因而具有较强的导电性（相当于某些金属），使其能够在金属检测机内产生与金属污染物类似的信号，这会使检测员们很难将产品和污染物区分开来。泵送产品则更为复杂，其产品一致性会在整个产品流中发生变化—泵送过程中可能存在气泡或空隙，进而使产品效应更难预料。

相比之下，“干燥”产品在金属检测机的磁场中不易发生显著变化，如糖、大米、面粉等，因为其导电性较低或为零，所以不会对金属检测机的平衡状态造成重大影响。

产品效应的影响

为了避免产生产品效应，企业往往会选择降低金属检测机的灵敏度，从而使产品在不误剔的基础上通过检测机，但这也意味着检测精度的降低。

事实上，降低金属检测机的灵敏度会增加产品中较小金属污染物未被检出的风险。近年来，由该问题引起的产品召回事件大量涌现，对企业品牌声誉造成的毁灭性影响不可言喻，更遑论从零售商供应链召回产品的高昂成本。

当前，可选的解决方案是不过分降低操作灵敏度，但这会导致较高的误剔除率，增加产品浪费和企业成本，进而影响产品利润。

消除产品效应

作为食品和制药行业金属检测与X射线检测解决方案的全球领先的供应商，梅特勒—托利多的检测部门涵盖金属检测、X射线检测、自动检重秤（Garvens）、视觉检测（CI—Vision和PCE）等专业领域。目前，已经上市的梅特勒—托利多现代化金属检测机（如Pro fi le Advantage Pipeline）专门设计用于显著提高上述难以检测产品的检测灵敏度问题。

图1 Profile Advantage Pipeline金属检测机

为了检测“湿性”产品，以最高灵敏度运行的金属检测机采用多频同步（MSF）技术能够非常简单地同时使用高频与低频组合。Profile Advantage Pipeline系统应用MSF技术，配合智能产品信号抑制软件，能显著识别无用的产品信号。不同于只捕获并保存产品信号的传统金属检测机，Profile Advantage Pipeline金属检测机可修改设置过程中的信号，以便食品能够显著呈现其自身状态，进而使产品效应最小化。由于产品自身信号可忽略不计，且污染物检测包络经过优化，因此Profile Advantage Pipeline 金属检测机可获得更高的检测灵敏度。该仪器可使球体的灵敏度提高约50%，从而在检测液体、糊状物和浆状产品时能够准确地探测出不规则形状的小颗粒金属污染物。

由于受检产品仅能产生很小的产品信号，故因气泡和空隙导致产品发生的任何变化也会大幅减少，这意味着该系统能够显著降低管道应用中的误剔除率。例如，使用管道金属检测机的用户发现，在尝试使用Pro fi le Advantage Pipeline技术检测最小的金属污染物时，与产品效应相关的误剔除率可降低约95%。

提高金属检测机的效率

金属检测机的运行效率会直接影响企业的生产效率。以Profile A d v a n t a g e Pipeline系统为例，其机载状态监测系统不仅支持预防性维护，还可监测其自身性能与功能—若检测到变化便会触发警报以提醒相关的操作人员。因此，在系统发生故障前发出警报能使维护工程师快速纠正相关问题，避免产生高昂的代价和不必要的停机时间。

同时，机载OEE报告功能可轻松获取关于可用性、可靠性和质量的报告，其可作为生产线整体性能的一部分进行远程查看系统数据，以便仔细检查系统。Pro fi le Advantage Pipeline金属检测机还可配备现场总线集成模块（FIM），从而与采用多种行业标准协议（以太网/IP、Pro fi net IO或Modbus TCP）的设备（PLC 和制造执行系统MES）进行连接。

Pro fi le Advantage Pipeline金属检测机利用虚拟网络计算（VNC）技术并配备了仿效功能—允许操作人员将一台或多台Pro fi le金属检测机的人机界面（HMI）映射到远程联网设备，包括手机、平板电脑和笔记本电脑等，用户从应用商店下载免费应用，并通过无线网或用户的内网将其直接链接至金属检测机。这样一来，质量工作人员在办公室就可登录系统，实现远程监控金属检测机的当前状况，查看所做的任何设置更改，并审核性能监控统计数据，而无需直接面对金属检测机。该款检测机形式简单，可被视作低成本的“车间地面”到“车间顶部”的监控过程，进而使企业能够有效管理关键控制点（CCP）。

符合食品安全标准

梅特勒—托利多的所有系统设计都可使其用户保持100%符合标准。例如，为帮助用户符合HACCP要求，所有Pro fi le Advantage金属检测机均配备了HACCP屏幕报告，用户可通过金属检测机访问日志来监测登录进程，上面详细列出了对金属检测机控制的所有登录信息、操作员姓名及发生所有更改的时间与日期；对金属检测机控制的访问均受密码保护，且登录时需要输入双层用户名和密码。此外，梅特勒—托利多还与食品安全标准机构及主要零售商紧密合作，以确保其金属检测系统可以满足所有最新的常规性能监控测试的要求。作为一家负责任的公司，梅特勒—托利多时刻密切关注监管政策的变化以满足服务的合规性要求。

结论

为确保管道产品不受污染，笔者建议生产商应考虑与管道应用方面拥有丰富经验的专业供应商合作，这不仅可以最大程度地确保从生产线中检测并剔除最小金属污染物，还能使操作员熟练掌控先进的金属检测机，进而有效提升正常运行时间。将上述优势与梅特勒—托利多对其用户建立合作伙伴关系的承诺相结合，能在尽力提升生产效率的同时确保执行所有可行措施以对抗产品效应，这将使生产商对于将无金属污染物的产品运送至零售商供应链充满信心。