金属检测指南-梅特勒.托利多Metal-Detection-Guide-ZH.pdf

金属检测指南建立一种有效的机制未经梅特勒-托利多明确书面许可，不得出于任何目的，通过任何形式或手段（电子或机械），包括影印和录音，复制或输送本手册的任何部分。本文档具备受限权限。本手册中所含信息旨在帮助制造商开发与实施有效的金属检测机制。梅特勒-托利多不对这些信息的准确性或适用性提供担保，因此，对于由于使用所提供信息而导致的财产破坏和/或人身伤害，直接或间接破坏和/或导致的故障，概不负责。1 2016 Mettler-Toledo Ltd目录页码简介 2金属检测介绍 6主要设计特点 12灵敏度限制因素 18系统设计与应用 26金属检测、X 射线检测，还是二者并用？36建立金属检测机制的理由 42建立一种有效的机制 46防止金属污染 48选择控制点 52操作灵敏度 56安装与调试 60性能认证、验证与监测 64可疑产品与不合格产品处理办法 76数据分析与机制改进 80数据、连接性和不断改善的性能 84计算生产线内金属检测设备的总拥有成本 90质量控制和法律申辩尽责检查的原则 100了解复杂应用，提高金属检测灵敏度 106金属检测机防爆 1122简介大多数食品和药品行业制造商和加工商都认识到了金属检测系统的必要性，此类系统是所有高效和有效的、以质量为导向的制度的基本元素。在竞争不断激烈的市场中，由于各种复杂因素的不断增多（其中包括客户要求、不断严格的行业标准、监管和立法机构的发展等），对于金属检测机的需求呈现了前所未有的态势。2016 Mettler-Toledo Ltd然而，只是将金属检测机安装为独立设备并不一定能保证产品制造商完全杜绝金属污染物；需要金属检测机装置成为有效总体金属检测机制的组成部分。本指南已经重新编写更新，其中包括了技术、行业趋势和标准、法律和法规(SLR)要求等方面的最新变化。一个有效的金属检测机制当然能够提供保护，避免由于金属污染而导致的产品问题和召回。但不仅如此，一个有效的金属检测机制还可以帮助保持来之不易的供应商认证状态，同时还能降低总体运营成本。发生法律索赔纠纷时，一个有效的金属检测机制还可以提供证据，证实在制造过程中的确采取了合理的预防措施以及进行了尽责检查。一个有效金属检测机制的要求，以及采用此类机制的好处在图 1a 中进行了总结。3 2016 Mettler-Toledo Ltd表 1a：有效金属检测机制外部输入有效金属检测机制行业标准监管机构客户/行业公会国际标准，如：ISO 22000行业标准，如：HACCPSQF 1000/2000 法典GMP食品安全立法USDAFDA，FSMA，ANVISA认证机构零售行业公会，如 GFSI standards BRC，IFS零售商规范品牌消费者规范制造商、零售商与消费者受益降低故障成本防止出现产品召回/索赔后果保持认证状态零售商 信心品牌保护合理性预防措施尽责检查保持认可供应商状态金属检测系统选择1.金属检测介绍2.主要设计特点3.灵敏度限制因素4.系统设计与应用5.金属检测、X 射线检测还是二者并用？建立一种有效的机制6.建立金属检测机制的理由7.建立一种有效的机制8.防止金属污染9.选择控制点10.操作灵敏度11.安装与调试12.性能认证、验证与监测13.可疑产品与不合格产品处理办法14.数据分析与机制改进15.数据、连接性和不断改善的性能16.计算生产线内金属检测设备的总拥有成本17.质量控制和法律申辩尽责检查的原则18.了解复杂应用，提高金属检测灵敏度19.金属检测机防爆4简介 2016 Mettler-Toledo Ltd本指南为食品安全从业人员提供了一个综合的参考源，深入介绍了从基本原理到完整金属检测机制实施的金属检测的方方面面内容。第 1 至 4 章概述了金属检测机的工作原理，解释了重要的设计特点。这几个章节还深入介绍了可能会对设备性能产生限制的因素。还对金属检测机与高效剔除系统的集成进行了说明。第 5 章介绍了如何将金属检测系统与 x 射线检测系统一起使用或分别使用，针对可能污染材料增多的种类提供最大程度的防护。第 6 至 15 章说明了只是安装金属检测系统并不一定能够针对金属污染提供足够水平的防护。要获得恰当和完备的防护，需要建立一个完善的金属检测机制 以下将详细解释建立此机制的关键要素。第 16 至 19 章提供了一些实用指南，包括如何计算生产线内金属检测的总拥有成本，说明了如何通过更好的系统尽责检查来超越食品行业标准要求。倒数第二章介绍了如何使用最新的生产线内金属检测系统解决食品应用中的难题。最后一章则介绍了防爆。5简介 2016 Mettler-Toledo Ltd注释611金属检测介绍金属检测介绍本章概述了各种组件和运行原理，以便可以对金属检测系统有个总体的了解。然后我们会展开本章，再加上后续各章的内容，您应该能够更加清楚地了解金属检测技术、设备功能和性能。1.1 金属污染源1.2 什么是金属检测系统？1.3 金属检测系统的应用场合1.4 平衡式线圈系统1.5 含铁铝箔(FIF)检测1.6 检测模式1.7 为什么要选择正确的金属检测机？2016 Mettler-Toledo Ltd1.1 金属污染源金属污染源有很多 即使最严格的控制措施仍然无法 完全避免微小的金属污染物偶尔进入到消费者使用的产品中。良好的操作规范可最大限度降低金属污染物进入生产流程的可能性，另外，正确的设备设计与合理选择可最大限度地可靠检测并剔除进入生产流程的任何金属颗粒。污染源通常包括以下种类：原材料 典型例子包括肉类制品中的金属标签与灌铅、小麦中的金属丝、粉末材料中的网筛金属丝、蔬菜中的拖拉机零件、鱼类中的鱼钩、订书钉以及材料容器中的金属丝束。人员影响 纽扣、笔、珠宝、硬币、钥匙、发卡、戒指、别针、曲别针等。保养维修 螺丝刀及类似工具、维修后所生成金属切屑与焊渣、电气维修后所出现铜丝边料、因低效率清理或疏忽所生成其他物品以及管道维修所生成金属屑。车间内处理 每当进行产品搬运或加工时，总是会出现污染危险。破碎机、混合搅拌机、切片机和运输系统都可能是金属污染源。上述污染源产生的污染物包括断裂的筛网、铣床所生成金属碎片以及回收利用产品中的箔片等。识别可能污染源是开发一个成功的总体金属检测机制的重要阶段。7 2016 Mettler-Toledo Ltd1.2 什么是金属检测系统？工业用金属检测系统是一种用于检测与剔除金属污染现象的精密设备。当系统正确安装与运转，有助于降低金属污染的可能性以及提高食品安全性。典型的金属检测系统由下列四种主要部分构成：1.探测器线圈或“探测头”探测头是金属检测机中用来识别是否存在金属污染的部分，大多数现代金属检测机的“探测头”主要包含两种主要类别：第一种类型的金属检测机使用“平衡式线圈”探测头。这种设计的探测器可以检测所有类型的金属污染物，其中包括新鲜与冷冻食品中的含铁金属、非含铁金属和不锈钢。各种类型包装的产品均可检测，还可检测采用金属薄膜包装的食品。第二种类型的检测机使用“含铁铝箔”探测头中的永磁。这些探测头仅可以检测到采用铝箔包装的新鲜或冷冻食品中的含铁金属与磁性不锈钢。尽管还存在其他技术，但是本指南将主要对“平衡式线圈”探测器进行重点说明，将对“含铁铝箔”(FIF)技术进行简要说明。探测头的尺寸可以根据被检测产品的大小来量身定制。探测头既有矩形的，也有圆形的，既可水平安装，也可垂直安装甚至是倾斜安装。每个探测头均有一个允许产品通过的开口（也称为“孔径”）。当探测器的探测头检测到金属污染物时，将会向电子控制系统发送信号。2.用户界面/控制面板用户界面为电子控制系统的前端，通常直接安装在探测头上。但是，如果探测头过小，或安装在不方便或无法进入的位置时，用户界面可使用连接电缆进行远程 安装。3.输送系统运输系统用于使要检测的产品通过金属检测机的开口。最常见的运输系统类型为输送机。其他运输装置包括：带金属检测机的塑料溜槽装在倾斜输送线上 水平或垂直安装的非金属管。这种运输系统通常用于检测粉末与液体4.自动剔除系统为了将任何受污染的产品剔除出生产线，自动剔除系统通常安装在运输系统上。该系统有多种不同样式，其中包括“吹气”、“推杆”、“下翻”等。所安装剔除设备的样式取决于要检测产品的类型（请见第 4 章了解详细信息）。除了金属检测系统的四种重要部件之外，其他重要部件可能包括：安装在输送带侧面的一个带锁收集箱，用于收集与保存被剔除产品 覆盖金检机与剔除装的一个全程防护罩 金属检测机发生故障时开始运行的故障保护报警器 一台安装有传感器与计时器的剔除确认设备，用于确认被污染产品确实从生产线中剔除 用于提示操作人员注意各种其他情况的信号灯和/或音响警报，如：金检机应进行检测或剔除箱已满的自动警告 提高“尽责检查”水平的各种可选故障保护系统1.3 金属检测系统的应用场合金属检测机可在生产过程的各个阶段使用：1.“在线”散料检测 在金属断裂为碎片之前将其清除 防止生产设备受损 与后续剔除高价值成品相比避免出现产品与包装浪费典型例子包括：研磨前肉块散货检测、比萨饼作料成分检测及粮食制品检测。2.成品检测 免除事后污染危险 确保符合零售商与消费者品牌质量标准可对散货与成品混合检测提供最佳保护。最常见的金属污染类型包括：含铁金属 非含铁金属（黄铜、铜、铝、铅）各种不锈钢（磁性和非磁性）在上述三种类型中，含铁金属通常最容易检测，相对简易的探测器，甚至是磁选机即可很好地进行此项操作。不锈钢合金广泛用于食品行业，但通常最难检测，尤其是常见的非磁性牌号，如 316 和 304。8金属检测介绍1 2016 Mettler-Toledo Ltd铜、黄铜、铝盒铅等非铁金属的检测难度介于两者之间，即使在大型金属探测机中以较高频率运行，非铁金属仍然比非磁性不锈钢更难检测到。只有使用交流电“平衡式线圈”系统的金属检测机具有检测非铁金属与非磁性不锈钢细微颗粒的能力。1.4 平衡式线圈系统1.4.1 操作基本原理三个线圈缠绕在非金属框架或“线圈架”上，每个线圈均与其他两个线圈完全平行（如图 1.1）。中间的线圈（“发射线圈”）采用生成磁场的高频电流通电。位于中间线圈两侧的两个线圈为接收线圈。由于这两个线圈完全相同，并且与发射器保持相同间距，因此其感应电压相同。当这些线圈反向连接时，电压将会消失，从而形成“零输出”。控制电子元件将所接收信号分成两个单独组分，称为“磁性”与“导电性”组分，相互之间呈 90 角。为了防止空气中的电信号或附近金属物件与机械干扰探测器，应将整套线圈组安装在金属箱内。其中应具有开口（“窗口”）让产品通过。该金属箱可以是铝制或不锈钢的（具体取决于应用）。金属箱除了可起到筛滤作用之外，还可提高线圈组的强度与刚性。这对于确保金属检测机的正常运行至关 重要。几项特殊的机械与电气技术对于设计稳定可靠的金属检测机起到至关重要的作用。设备在线稳定运行时间是对各个供应商的金属检测机产品进行比较的一个重要性能指标。1.4.2 机械技术金属箱会影响磁场的平衡状态，相对于线圈的任何运动均会产生错误的检测信号。此外，线圈之间的相对微观运动，即使仅为 1 微米，仍会产生足以导致误剔除的 信号。困扰金属检测机制造商的主要设计问题之一是设计出完全坚固与稳定的系统，不会受到电机振动、滚轮、自动剔除装置、温度变化、运输与近处机械的影响。探测头线圈的合适选材、线圈规格与金属箱设计均至关重要。为了进一步提高机械刚性，大多数制造商在金属箱中填充材料，以避免金属箱与线圈的相对运动（经常被称为“封装”）。这可有助于生成一种可在典型的工厂条件下以最高灵敏度运行的设备。封装的质量对于金属检测机的性能至关重要。图 1.2OutputReceiverTransmitterProduct FlowReceiver图 1.1产品流接收线圈接收线圈输出发射线圈Encircling Coil(Cut-away)环绕式线圈（剖面图）当金属颗粒通过线圈组时，高频磁场将在第 1 个接收器线圈（A 点），然后在第 2 个接收器线圈（B 点）处被干扰。这种行为将改变每个接收器中所生成的电压（但只是 1x10-9 毫伏）。尽管此电压变化非常小，但这种平衡变化将会生成一种信号，该信号可进行处理、放大然后用于检测有无多余金属存在（如图 1.2)。9金属检测介绍1 2016 Mettler-Toledo Ltd1.4.3 电气技术机械建造法可最大限度降低线圈产生错误信号以及金属箱运动的可能性，还可确保在苛刻环境中具有长期的稳定性。但是，各种因素都可能导致失衡电压。具体 包括：温度变化 接近开口的金属 电气元件的老化 机械结构的缓慢变化 这些导致失衡电压的因素类型均可通过各种电气技术消除。自动平衡控件会对这种失衡电压进行不断监测，并且会自动对其进行修正。这样，操作员就可以无需定期进行微调，并可确保探测器始终处于最佳运行状态。目前金属检测机上的标准件 石英晶体控件可以很准确地控制振动器的频率，从而避免“位移”现象的出现。但是，为了避免因温度变化而引起的电子部件变化现象，必须进行进一步的电子补偿。自动平衡控件与石英晶体控件自身不会促使探测器对小型金属片进行检测。但是这些会使得探测器在没有操作员照管以及不会产生误剔除信号的情况下长期保持这种灵敏度。自动温度补偿电路会根据外部温度变化，自动调控检测机的性能来消除由温度变化原因造成的平衡信号漂移为了确保具有长期高性能，自动平衡控件、石英控件、温度补偿以及探测头“封装”均会起到至关重要的 作用。1.4.4 无金属区(MFZ)探测器的大部分高频磁场位于探测器的金属箱内。但磁场会通过探测器开口出现一些不可避免的泄漏 这种泄漏会对周围金属件的磁场产生影响，影响探测器的性能，从而导致探测功能的不一致。为了确保金属检测的最佳效果，应当确保探测器开口的周边区域无任何金属存在，即“无金属区”(MFZ)。MFZ 的大小取决于：开口尺寸（图 1.3）探测器的类型 操作灵敏度与移动金属相比，可将固定金属放在更为接近检测机的位置。MFZ 通常在制造商的安装说明中进行说明。静态金属的典型引用值为 1.5 x 开口高度的区域，动态金属的典型引用值为 2.0 x 开口高度。在安装期间对此进行适当考虑可有助于确保金属检测性能的持续性和可靠性。空间有时可能会有限，如使用的输送系统过短或者在称重机与立式制袋-填充封口制袋机之间进行安装时。这些情况下，可能需要在较小的无金属区内使用特殊装置。这称为“零无金属区”(ZMFZ)技术。另外，还有一些机械技术可用来控制磁场的泄漏，如增加扩展法兰。1.5 含铁铝箔(FIF)检测如果待检测产品包装在铝箔包装袋/盘内，则无法使用采用平衡式线圈系统的金属检测机。但是存在一种可抑制铝箔效应，但仍会对小铁金属片与磁性不锈钢污染敏感的探测器。图 1.4 与图 1.5 显示了基本操作原理。MFZMFZMFZMFZ图 1.3OutputProduct Flow图 1.5磁铁磁铁输出产品流图 1.4MagnetsFerrous in Foil detectorMagnets磁铁磁铁含铁铝箔探测器无金属区无金属区无金属区无金 属区10金属检测介绍1 2016 Mettler-Toledo Ltd然而还有其他两种诠释或处理这种输出信号的方法，形成了不同的探测器特点：其中一种称为“幅值探测”，另外一种称为“零点”（或“窄区域”）探测。1.6.1 幅值探测 当金属污染物所发出的信号超过预定“触发”水平时，探测器开始运转。图 1.6 所示为大金属片超过触发水平，因此比小金属片先检测到。采取“幅值探测”方法时，大金属片会较早检测到，因此会有更多的“合格”产品会被剔除掉。1.6.2 零点探测 当信号改变极性（从+ve 变为-ve，反之亦然）时，这种方法可使金属发出“探测”信号。图 1.6 显示，这种现象始终会在同一点（中间线圈的下方）出现，而不受金属尺寸的影响。使用这种方法时，无论金属的尺寸如何均可很准确地确定到检测点，因此可最大限度地减少被剔除产品的数量。1.6.3 多金属片零点检测法的最大缺点是安全性不强。在典型的生产线中，污染产生的时间通常不会很长，而且出现筛网或绞肉机碎裂等情况时，多个金属片会同时进入产品。如果某一个金属片仅随第二个金属片通过，且其大小不同，则零点探测器可能无法检测到小型金属片。图 1.7 所示为小金属片（A），随后为大金属片（B）所发出的信号。探测器未能识别两个单独的信号，但是看到了金属片 A 和金属片 B 作为一个整体产生的组合信号 C。在信号 C 改变极性（即因此被探测到）之前，会被第二片金属的效应所覆盖 因此未探测到第一片金属。如果第三个大金属片到达，则可能无法检测到前两片金属，以此类推。这是“零点探测”方法的严重局限。AmplitudeDetectionLarge particledetected hereSmall particledetected hereZero CrossBoth particlesdetected hereTriggerLevel图 1.6零点，两种颗粒此处探测到大颗粒此处探测到振幅检测小颗粒此处探测到触发器等级ABCSmall particleLarge particleResulting Signal图 1.7小颗粒ABC大颗粒所生成信号当金属颗粒接近探测器时，会进入对其磁化的强大磁场当中。当这种磁化颗粒通过缠绕在线圈架上某一线圈时，会生成小伏电压，然后电压逐渐增大。与非磁性金属检测机相比，含铁铝箔金属检测机对于磁性材料的灵敏度更强，但是事实上，由于铝箔产生产品信号，因此可能需要降低探测器的灵敏度。这些类型的运行状况通常会对性能产生限制。此技术的限制非常明确，除非（通过 HACCP 发现的数据）只可能存在铁金属（或磁性）污染物，否则建议考虑其他技术，即 X 射线。1.6 检测模式当金属微粒穿过平衡式线圈探测器时会生成一种输出信号，当信号通过第一个线圈的下方时会达到最强状态。然后当其到达中间线圈时下降至零，通过第三个线圈的下方时会再次达到最强状态。当金属污染物与线圈达到一定距离时，信号开始增强 对于较大的金属污染物，甚至可能会在到达探测器之前对线圈产生影响。图 1.6 所示为由小金属片与大金属片所产生的信号。对于所有金属检测机均为如此。11金属检测介绍1 2016 Mettler-Toledo Ltd1.6.4 逆向探测有些包装产品会本身包括金属物质作为包装或是产品本身的一部分。此物质可能是某个特定的组件或者免费赠品 但是无论其构造或功能如何，还可使用金属检测机来验证包装产品中是否存在这样的“必需”金属物质。这通常可通过逆转剔除计时器的动作予以实现，从而接受含有金属产品，剔除不含有金属的产品。对于这种应用类型，务必在引入金属物之前与之后进行产品监测。这是为了确保输出点处的检测金属物为“必需”物质，而非金属污染物。1.7 为什么要选择正确的金属 检测机？1.7.1 合规性当金属检测机安装在您的流程的关键控制点(CCP)时，可确保您的公司符合危害分析与关键控制点(HACCP)要求，以及满足外部食品安全法规与标准的更广泛要求。（有关详细信息，请参阅第 9 章。）但是，只是在关键控制点安装金属检测机并不够。对金属检测设备的性能定期测试，这是食品和制药行业应用中任何设计得当的质量管理系统的重要组成部分。1.7.2 减少成本选择最稳定可靠的金属检测机并将其安装在制造流程中最合适的点，这样能够实现整个生命周期的成本管理，并一直保持在绝对最低水平，因为通过以下几点可以 实现：消除误剔除与废品 减少性能验证要求1.7.3 生产力提高研究表明，工厂因停机、减速、中断和次品等损失平均会浪费掉 28%至 40 的产能。选择易于设置和操作的金属检测机不但会提供可靠一致的性能，而且会降低维护要求；易于清洁的系统设计可以最大程度减少停机时间，从而实现生产力的优化。设备整体有效性(OEE)是适用于制药、包装和食品加工行业的重要工具。在任何资本密集型行业中提升 OEE 都是提高效率和质量并降低成本的重要方法。采用 OEE 方法论可以在以下领域获益：设备：缩短设备停机时间并降低维护成本，更好地管理设备的使用寿命周期。人员：通过提高操作透明度并向操作人员下放权力，提高工作效率和生产率 流程：发现瓶颈并提高生产率 质量：提高正品率并减少废品。有一些软件工具可用来捕获制造性能数据，并以图形形式显示 OEE 性能。选择合适的 OEE 软件工具对于任何 OEE 方法的成功都是至关重要的。错误可避免是种信念，因为此工具会促进 OEE 的改善 请记住，任何 OEE 软件应用只是一个工具，如果不正确驾驭，则只能测量 OEE，而无法改善。有关测量和计算 OEE 的详细信息，如何改善的指南，请参考第 15 章。1.7.4 提高竞争力遵从法律、行业和零售商标准，降低成本，提高生产力，最终都可能会提高竞争力。而这又会让您保护自己的品牌和声誉，让自己处于更高的地位，赢得更多的 客户。1222.主要设计特点主要设计特点制造厂内的金属检测机出现故障时，制造商很可能会面临这样的尴尬选择：是停止生产直到维修工程师上门维修 还是在存在金属污染物无法检测的风险条件下继续运转生产线。选择最为可靠的金属检测系统可以很大程度降低这种尴尬局面的可能性。针对某个特定的制造环境选择最佳金属检测系统时，要谨记一些关键考虑因素和设计特点，本章则提供了相关的宝贵信息。2.1 检测机电气设计2.2 检测机机械设计2.3 输送系统设计2.4 非输送系统设计2.5 剔除机械装置设计2.6 卫生设计2.7 健康与安全2.8 故障保护系统 2016 Mettler-Toledo Ltd选择可靠的金属检测系统是最大程度减少，甚至消除生产线内正在制造产品的金属污染的重要步骤。尽管金属检测机的应用范围很广，但是用于帮助用户评估某种具体检测机或者比较不同品牌机器功能的指导说明却 很少。位移、不规则探测、安装复杂性以及随机误剔除等这些金属检测机故障类型都会对金属探测机制的总体成功造成重大的负面影响。另外，金属检测机出现此类故障时，当然可能会让生产人员产生挫败感。不出所料，这些人员很快就会对金属检测系统失去信心，因为其剔除了后面显示为合格的产品。一个需要一直精神高度集中才能保持相应灵敏度标准的金属检测系统同样会对生产操作人员带来挫败感。而可以持续不断进行可靠检测与剔除，并且不会产生令人头疼的误剔除结果的金属检测系统则会赢得生产线操作人员与管理人员的信心。而且这样的系统会为产品、品牌和制造商带来长期的最佳保护。13 2016 Mettler-Toledo Ltd2.1 检测机电气设计现代金属检测机得益于先进的数字处理技术，此类技术能够提供多种功能，而且成本相对较低。然而，大量的功能并不一定是带来金属检测机整体有效性的必要 因素。其危险在于，那些新接触金属检测的人会拉一个单子，列出必需的金属检测功能，然后在各种品牌之间进行比较。然后，他们会想当然地认为功能列表最长的品牌是适用于其目的的最佳金属检测机选择。那些新接触金属检测的人还可能认为灵敏度越高，装置效率就会越高 他们会使用这样的标准来评估和比较不同的系统。仅凭金属检测机的功能多少和/或其灵敏度高低来判断其是否合适，这种方法并不正确。经验较为丰富的用户清楚，尽管灵敏度很重要，但是这只是选择过程中要铭记于心的几个重要因素中的一个。2.1.1 稳定性稳定性是判断金属检测机优劣的最重要因素，它突出了灵敏度和性能之间的区别。从这点来看，“性能”是衡量在实际工厂条件下设备功能的一个标准。一台稳定的金属检测机可持续运转，不会产生误剔除或不规则检测现象，而且无需定期调节。在实验室条件下对比测试时，大多数数字处理控制的装置都具有相似的灵敏度；然而在生产线内运行一段时间之后，其明显的差异就可能成为很好的证据。一台不稳定的探测器，尤其是与自动剔除装置连接时，则会由于性能不佳迅速成为人们质疑的重点。2.1.2 电子位移电子位移是造成不稳定的常见原因，会因温度变化与电子元件老化而在一段时间之后出现。这些因素可能导致灵敏度发生变化（“位移”），从而导致引发错误警报或扰动信号。金属检测机中高频调谐的电子回路中的频率与相位稳定性对于最大限度减少电子位移非常关键 当灵敏度提高时所需的稳定度也变得更为重要。像石英频率控制、自动温度稳定性控制和自动平衡控制等设计功能都有助于消除位移，从而有助于确保永久性地保持正确的系统灵敏度。2.1.3 可重复性位移除了会造成误剔除之外，还会导致检测能力随着时间而发生变化。然而，如果一台检测机在每次使用时均会对样品产生一致性的检测结果，则在数周或数月之后，其用户的信心将会大增。展示出如此高可靠性水平的检测机还会避免不得不重新检测产品的问题；一台可靠的金属检测机会识别金属污染物，还会防止其在未检测出的情况下通过生产线。2.1.4 设置和使用简便 如果检测机设置流程复杂或令人困惑，则很可能无法正确调节。设置应该非常简单方便 经过初次指导之后，用户应该能够调节所有参数，而无需指导人员的干预。具有逻辑性的设置过程和直观的人机交互界面(HMI)让您不必记住具体的顺序；这两个因素还让您能够在经过初次培训后就可以正确方式进行更改。有几个品牌的检测机在推广“自动设置”功能；然而不仅需要考虑初始设置的精确性和简便性，还要考虑操作的简便性。大多数现代检测机都可能包括复杂产品信号的可视化表示，可能会很大程度上帮助用户理解和完成自动设置过程。如果金属检测机的自动设置能够达到有经验用户的相似水准，就会带来极大好处。如果不行，则可能会造成检测性能的巨大下降。金属检测机可以针对单个产品单次通过进行设置，但是，基于多个产品多次通过进行的设置更能代表实际的生产情况。一些领先的检测机品牌现在采用了软件算法，能够提供与有经验操作人员水平相当的自动设置。产品的设置越多，操作人员为某一产品选择错误设置的可能性就越高。为了最大限度减少所需产品设置的数量，一些检测机提供了将类似产品进行组合从而创建公共设置的功能。这种组合的好处在于系统操作简便性和设置精确性，而最新的多频率同步(MSF)检测机则更进一步，可以提供一个统一的产品设置，这种检测机可以以超越传统单频、双频或三频检测机的灵敏度检测不同的产品。14主要设计特点2 2016 Mettler-Toledo Ltd2.1.5 电噪音和射频抗扰性(RFI)如果金属检测机未将可针对高频电噪音和射频的抗扰性能的设计特点整合其中，则系统容易出现错误触发事故，最终将不仅导致生产线人员丧失信心，同时还会因调查产品误剔除原因而耗费时间与资金。在制造环境当中，干扰源分为多种，其中包括：荧光灯照明、移动设备、变频器（具有各种频率）等。这些种类的干扰源可对金属探测系统的正常运行产生干扰。2.1.6 电气模块有些金属检测机集成了通用快换电气模块，便于更换（即使用备用部件更换出现故障或过时的部件）。此类模块的一个重要优点在于，它有助于降低服务成本，并将维修和/或保养期间的停产时间保持在最低 水平。在无法接受停机的生产线上，使用带有一个便于用户更换的电气模块的检测机是非常重要的。2.1.7 自检与状态监测由于对延长运行时间、生产效率(OEE)前所未有的关注程度，很多生产商现在都越来越重视减少停机时间，同时努力尝试减少定期检测的负担。具有自检与持续状态监测功能的金属检测系统可提早发出潜在系统故障警告，优点不言而喻。此类系统可使用户采取预防措施，而不是被动地进行维修与定期进行 测试。鉴于这些功能非常实用，因此对信号无论是采取串联式处理方式还是并行式处理方式，通过探测器的实际工作电路对重要参数进行不断监测十分重要。还有一点很重要，系统应该在发生非预期变化时通过预警的方式自动向用户发出报警。另外，如果正在监测的参数出现不可接受的变化，系统则应触发报警。2.2 检测机机械设计2.2.1 环境保护对金属检测机的选择应当符合产品的卫生要求及运行环境。如果产品具有高风险性，则金属检测机应当具有耐受苛刻条件、深度清洗与消毒的功能。肉、禽、乳类等产品生产商所使用的金属检测机经常会出现无法耐受经常性高压水冲洗的问题。不存在裸露的连接点的单件套设备是最理想的。进水金属检测机的维修既费钱又费时。如果购买之前与金属检测系统提供商交流了这些情况，则设备安装在有水或蒸汽的任何区域后，系统性能应该不受影响。如果金属检测机用于具有潜在爆炸风险的环境中（如：面粉厂），则该系统设计应当由公认的认证机构进行独立认证。另外，检测机制造商应该得到官方批准可以生产和销售此类系统。2.2.2 平衡稳定性与抗振性大多数金属探测器的基本原理都是平衡式线圈系统。因此保持机械稳定性对于金属探测器保持稳定性能十分重要。即使是机械结构极小的运动（如热膨胀、机械冲击、振动等）仍会导致线圈系统失衡，从而导致金属检测机错误触发、漂移或失衡。为了解决这些问题，防止出现上述运动以及对其进行补偿的机械设计和构造与电气设计和构造同样重要。容易产生振动或者需要定期进行手动平衡的系统对于自动生产线的价值很小。良好的电气设计（如自动平衡控制）以及良好的机械设计（如更先进的封装技术）对于最大限度降低这些潜在故障模式很有帮助。15主要设计特点2 2016 Mettler-Toledo Ltd2.3 输送系统设计 将产品输送通过检测机的输送系统如果想通过任何方式避免对检测机产生干扰，设计则必须符合某些严格的 标准。金属检测机输送机并不只是一个经过改动的运输输送机；输送机和自动剔除设备的设计均对金属检测机制的总体有效性具有重大影响。如果不采用特殊预防措施与设计技术，金属检测机就可能因为机架中的涡电流或输送带上积聚的静电而变得不稳定。这些都会影响检测机，从而引发干扰，导致灵敏度降低。金属检测机发出高频信号，可产生微小电流围绕输送机的金属结构流动。如果这些涡电流恒定，则不会对检测机产生任何影响；但是，如果输送机结构具有可变电阻的断续连接处，则即使在远离探测器的地方，涡电流仍会发生变化。这种变化会产生瞬时信号，然后检测机可能会收到这些信号，导致错误触发。涡电流回路的典型来源为金属与金属之间的瞬时接触，如螺栓连接的输送机组件或支架、滚轴与轴承、链条传动装置与挡板、剔除辅助装置与金属管卡钳。为了获取最佳和最可靠的性能，需要全焊接结构。其中应包含：正确的无金属区 正确绝缘的滚动轴和同步轮 全焊接结构 绝缘的探测头安装件 输送带材料应当不含任何金属，应当按照极高的标准进行制造，并且使用适当的无污染物接头。应避免使用防静电输送带材料。如果这些问题无法从根源加以解决，必然导致误剔除率递增。这种简单（但通常不为人所接受的）解决方案会降低探测器的灵敏度。但是，这样会违反既定的灵敏度标准。有关有效输送机设计注意事项、产品输送方法及推荐使用的输送带类型的更多详情，请参阅第 4 章。2.4 非输送系统设计未采用输送系统的金属检测系统的设计也需要考虑类似的问题。这其中包括用于检测散装干状粉末与粒状产品、立式包装应用以及用于液体、糊状与泥状产品管道系统的系统。设计不当的支承结构与剔除设备会对金属检测系统的总体性能产生重要负面影响，会降低金属检测机制的 效果。2.5 剔除机械装置设计低效率剔除系统或许是大多数检测系统中最为薄弱的部件，会导致无法有效、可靠地将被金属物污染的物体剔除出生产线。设计得当的系统应当简单安全，无论金属污染发生的频率或者金属在产品中的位置如何，均确保剔除所有被污染的产品。（有关详细信息，请参阅第4章。）2.6 卫生设计设计所有的金属检测系统时，应当适当考虑其运行所在的环境。设计时还应考虑可能采用的清洁方法。卫生设计原理应当应用于系统的各个方面，从而减少积灰，便于简易清洁，因此设计功能应包括：减少孔和容易滋生细菌的套管 密封所有中空部位 避免出现凸起，减少水平表面 采用易于进入与清洁的开放结构的连续焊接机架 对电缆、缆槽与气动装置进行卫生管理 16主要设计特点2 2016 Mettler-Toledo Ltd2.7 健康与安全健康与安全是重要考虑事项，应根据销售期间现行的法律法规与标准对金属检测系统的设计与构造进行认证。例如：适用机械安全标准有关的 CE 标记会最大限度地降低员工受伤风险。任何此类受伤均会导致高额的个人伤害赔偿。2.8“失效仍安全”的设计理念应该考虑系统无法按预期运行的可能性；例如无法剔除污染产品的剔除设备，或者金属检测机内部的故障。将“失效仍安全”的设计理念融入金属检测系统中，从而降低与系统故障相关的风险，是一种好的做法。例如：剔除确认系统可以确认污染产品已被剔除到了剔除 箱中 内置的状态监测系统可用于对金属检测机的状态变化或性能特性变化提供提前警告需要考虑的故障保护设计各方面内容在本指南通篇都有提到。下表是查找此类信息的快速参考指南。相关章节：1.2，4.1.9，4.1.10，4.2，4.3.1，4.4.6，4.5.3，9.3，12.2，12.6.2，12.10，13.2，17.617主要设计特点2 2016 Mettler-Toledo Ltd注释1833灵敏度限制因素 3.1 灵敏度限制因素3.2 金属类型3.3 金属形状与方向效应3.4 开口尺寸/金属在开口中的位置3.5 环境条件3.6 检测速度3.7 检测干式非导电产品3.8 湿式产品检测 详细说明3.9 自动产品补偿3.10 产品信号抑制灵敏度限制因素关于金属检测机的灵敏度技术参数与实际运行功能，经常会出现许多疑惑与错误信息。有很多因素可能会影响灵敏度性能，要让灵敏度数据有意义，肯定需要此类数据在其应用领域中是正确和准确的。要确保新购买的金属检测机在提供合适的灵敏度水平的同时能够根据运行需求提供合适的性能，需要考虑一些因素，本章就重点介绍一下这些因素。2016 Mettler-Toledo Ltd3.1 灵敏度限制因素 在大多数市场中，灵敏度性能通常表示为由特定材质的金属球体直径。该球体放在金属检测机开口中心时，必须能够可靠检测到。金属球测试片可用于此目的，因为可以提供各种金属材质和直径。另外，无论它们如何呈现给检测机，都还是一致的球形形状。这就意味着它们没有“方向效应”。（详情请见第 3.3 节）。日本金属检测机制造商使用类似的球体和材质表示灵敏度性能；但是这些球体通常在输送带上测量，而不是在检测机开口的中心。使用这种测试方式时，球体会离开口壁更近一些，这个位置灵敏度高（本章后面讲述），因此与测量开口中心或最差灵敏度区域的测试方法相比，可以观测到更高的灵敏度。因此对金属检测机性能进行比较时，务必确保采用相同的方法测量机器的灵敏度。影响金属检测机可靠检测时实际运行灵敏度的因素有很多。具体包括：金属类型 金属形状与方向 开口尺寸/金属在开口中的位置 环境条件 检测速度 产品特点与运行频率由于以上原因，仅基于规格或者宣传资料中的信息对金属检测机进行比较时需要慎重。19 2016 Mettler-Toledo Ltd金属检测机安装在实际应用与操作环境后，规格中的性能可能会无法可靠达到。鉴于此，在可控的实验室条件下进行的灵敏度测试不可作为实际可实现性能的有效 指标。为了确定金属检测机在生产线内的灵敏度，进行“在线”实际产品测试是至关重要的。因此，为确保任何正式引用的灵敏度性能数据可重复使用，不会在实际应用与运行环境中出现误剔除的可能性，必须进行在线的工厂测试。3.2 金属类型 金属通常分为含铁金属、非铁金属与不锈钢。金属检测机的灵敏度随着所存在金属类型的不同而有所差异。检测的简便性取决于金属污染物的导磁率（即其磁化的难易程度）以及金属污染物的导电率。如果污染为含铁金属，则它既具有磁性也是很好的导电体，因此很容易检测。黄铜、铜、磷青铜和铝等非铁金属尽管不具有磁性，却是良好的导电体。这意味着在干式应用中，此类金属相对易于检测，但是由于不具有磁性，在湿式应用中较难检测。不锈钢分为不同型号，分为磁性不锈钢与奥氏体不锈钢（完全非磁性），另外其导电率也不相同。表 3a 对各类金属的主要特点进行了汇总。金属类型导磁率导电率检测难度铁（铬钢）磁性良好的电导体易于检测1非铁（黄铜，铅铜）非磁性总体上良好，甚至出色相对而言易于检测2不锈钢（不同 类别）通常为非磁性通常为不良导体相对而言难以检测AB铁操作简单困难非铁困难容易不锈钢困难容易表 3a：各类金属的特点备注：1 由于具有磁性，因此是湿