衛(wèi)生型壓力變送器是食品與藥品生產(chǎn)設(shè)備過程監(jiān)控的重要部件。隨著我國生產(chǎn)工藝與技術(shù)的日益提高，衛(wèi)生型變送器產(chǎn)業(yè)也取得了長足發(fā)展，其質(zhì)量與性能逐步向國際水平靠近。但由于我國壓力變送器產(chǎn)業(yè)起步較晚，壓力變送器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相對落后與欠缺，特別是衛(wèi)生型壓力變送器衛(wèi)生設(shè)計仍處于相對空白的階段。因此，開展壓力變送器衛(wèi)生設(shè)計的研究，提出具體指標(biāo)，具有重要的現(xiàn)實意義。
1、術(shù)語約定
①衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)于變送器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，主要以美國的“3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”與德國的“EHEDG標(biāo)準(zhǔn)”為主，其中美國“3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”中的“74-06”主要是針對傳感器及其配件與連接件的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。這兩個標(biāo)準(zhǔn)組織承擔(dān)了對世界各國有衛(wèi)生要求的設(shè)備產(chǎn)品及供應(yīng)商開展有關(guān)衛(wèi)生指標(biāo)測試、認(rèn)證和復(fù)檢的服務(wù)，并對符合要求的產(chǎn)品頒發(fā)衛(wèi)生認(rèn)證證書(3-A證書和EHEDG證書)。目前，國外很多壓力變送器企業(yè)都獲得了這些證書。隨著國內(nèi)對變送器衛(wèi)生要求越來越嚴(yán)格，國內(nèi)各大變送器生產(chǎn)與使用企業(yè)也都在爭取獲得這些證書。
②衛(wèi)生設(shè)計
所謂衛(wèi)生設(shè)計，是指使得食品與藥品等在生產(chǎn)、收獲、加工、運輸、貯藏、銷售等各個環(huán)節(jié)不被有害物質(zhì)污染的設(shè)計。壓力變送器衛(wèi)生型設(shè)計的目的是為了滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的清洗要求，即確保清洗達(dá)到清潔度要求，保證產(chǎn)品不被二次污染，最終達(dá)到衛(wèi)生要求。
③接觸表面與非接觸表面
壓力變送器衛(wèi)生設(shè)計勢必涉及兩個概念：接觸表面與非接觸表面。接觸表面是指所有與被測產(chǎn)品接觸的表面，或被測產(chǎn)品有可能排出、漏出、擴散或進(jìn)入的表面。非接觸表面是指所有被測產(chǎn)品不會排出、漏出、擴散或進(jìn)入的表面。
2、衛(wèi)生型壓力變送器結(jié)構(gòu)及其材料選用
①變送器結(jié)構(gòu)
衛(wèi)生型壓力變送器一般由過程連接與傳感器、變送電路模塊與出線保護組成。圖1和圖2分別為DIN接頭式變送器和殼體式變送器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1 昌暉儀表DIN接頭式變送器 圖2 昌暉儀表殼體式衛(wèi)生型壓力變送器
②衛(wèi)生型壓力變送器材料選用
過程連接與傳感器是變送器安裝與感壓部件，需要直接或間接與被測產(chǎn)品接觸，即壓力變送器接觸表面。變送電路模塊與出線保護是變送器用于傳輸信號的部件，無需直接與被測產(chǎn)品接觸，即壓力變送器非接觸表面。兩者材料選用不合理，分別會直接和間接決定壓力變送器是否符合衛(wèi)生要求。
◆接觸表面材料
衛(wèi)生型壓力變送器接觸表面材料通常采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，常用的有304(06Cr19Ni10)、316(06Cr17Ni12Mo2)、304L(022Cr19Ni10)和316L(022Cr17Ni12Mo2)。根據(jù)3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，需符合AISI(美國鋼鐵技術(shù)協(xié)會)300系列不銹鋼(301、302和303除外)或ACI類，同時不銹鋼材質(zhì)的任何成分不允許與被測試產(chǎn)品相腐蝕，且必須無毒、無吸收。當(dāng)有焊接要求時，要求不銹鋼碳含量不能超過0.08%，且不允許使用含鉛、可濾取銅或其他有毒物質(zhì)的合金材質(zhì)。非金屬材料也常被用作變送器接觸表面材料，一般常用各類橡膠與塑料。非金屬材料常用作輔助密封材料，選用時需進(jìn)行衛(wèi)生認(rèn)證(如美國FDA認(rèn)證)。
◆非接觸表面材料
相較于接觸表面材料，非接觸表面材料的選用更加廣泛。首先，必須抗腐蝕、表面無吸收性；其次，必須耐用、易清潔。如表面有涂層，其附著力要好。拆卸清洗的部件不可涂裝。
3、接觸表面衛(wèi)生設(shè)計
①表面粗糙度
衛(wèi)生設(shè)計的關(guān)鍵點在于產(chǎn)品是否滿足各種生產(chǎn)現(xiàn)場的清洗要求。產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中受環(huán)境溫度與產(chǎn)品本身性能的影響，會有一些殘留物不可避免地附著在變送器表面，如果不及時清洗，就會產(chǎn)生二次污染。根據(jù)3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，接觸表面粗糙度Ra至少應(yīng)為0.8μm。通常衛(wèi)生型壓力變送器接觸表面粗糙度通過機械加工設(shè)備來控制，也可以通過表面處理(如機械拋光、電解拋光、氧化處理等)來實現(xiàn)。在保證生產(chǎn)工藝的同時，必須用專用的粗糙度檢測儀器進(jìn)行接觸表面粗糙度的過程控制。
②焊接
衛(wèi)生型壓力變送器通常通過焊接的方式實現(xiàn)感壓膜片、封裝接頭等的連接與安裝。焊接工藝的好壞是衡量衛(wèi)生設(shè)計的重要一環(huán)。首先，焊接必須是連續(xù)焊，一般不允許加料焊接，如確實需加料焊接，需確保焊料材質(zhì)滿足衛(wèi)生要求；其次，焊接表面必須光滑均勻，不允許在凹陷、褶皺、裂紋、裂縫等部位存在。
③密封
衛(wèi)生型壓力變送器安裝時通常采用墊圈、O型密封圈或硬密封進(jìn)行密封。密封材料需要與被測產(chǎn)品相接觸，且要防止向外泄漏。墊圈式密封設(shè)計須可拆卸或粘合，便于滿足各種應(yīng)用場合的清洗與更換。墊圈凹槽設(shè)計的深度應(yīng)小于其寬度，對于橫截面尺寸大于1/4in的可拆卸墊圈，凹槽在深度上不應(yīng)超過1/4in或在寬度上不應(yīng)小于1/4in。根據(jù)3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對于橫截面尺寸≤1/4in的密封設(shè)計，也應(yīng)符合相關(guān)要求。在O型密封圈設(shè)計與硬密封設(shè)計中，O型密封圈與硬密封接觸線均應(yīng)與安裝接觸面大致齊平，使得O形密封圈或硬密封接觸線部分表面暴露于清洗介質(zhì)中，便于清洗，不藏污納垢(分別如圖3與圖4所示)。
圖3 O型密封圈密封設(shè)計 圖4 硬密封設(shè)計
④最小設(shè)計半徑
衛(wèi)生型壓力變送器在進(jìn)行角度設(shè)計時，要盡量避免尖角，而是需做到無死角、可排凈和可清潔。根據(jù)3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，小于135°的角度需做圓角處理，且圓角半徑應(yīng)≥1/8in。對于無法達(dá)到此要求的情況，其圓角半徑至少應(yīng)為1/32in。為防止損壞，傳感膜片在配件表面內(nèi)嵌超過1/32in時，圓角半徑大小應(yīng)大于或等于內(nèi)嵌深度，而內(nèi)嵌深度小于1/32in時無需圓角半徑。在密封凹槽設(shè)計中，當(dāng)密封圈橫截面尺寸≥1/4in時，固定槽的圓角半徑最小應(yīng)為3/32in，而橫截面尺寸小于1/4in時，參考表1。
表1 橫截面尺寸與最小圓角半徑對照表
O型密封圈橫截面尺寸/in 最小圓角半徑/in
1/16 1/64
3/32 1/32
3/16 1/32
1/4 3/32
對于非標(biāo)準(zhǔn)圓形、方形、矩形或其他形狀，若橫截面尺寸小于1/4in，依舊參照表1。平面密封與產(chǎn)品接觸配合連接沒有最小圓角半徑要求。粘合的墊圈固定槽不適用寬度、深度和最小圓角半徑要求。在機加工部件90°位置，若因空間限制、材料厚度、管件本身墊圈干擾等因素?zé)o法實現(xiàn)最小圓角半徑要求，可以替換成一對135°角，但須檢查：兩個135°角的距離(圖5中“A”)應(yīng)不小于1/32in。
圖5 角度轉(zhuǎn)換示意圖
④螺紋結(jié)構(gòu)
螺紋結(jié)構(gòu)也是變送器常用的過程連接件。對于衛(wèi)生型產(chǎn)品，一般不建議使用不易清洗的螺紋結(jié)構(gòu)，以避免對被測產(chǎn)品造成不必要的污染。若無法變通，應(yīng)避免產(chǎn)品接觸表面有開口螺紋，同時傳感器與管件附件不建議使用封閉螺紋連接，因為一旦主密封損壞，就極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品泄露進(jìn)螺紋中，難以清洗。使用封閉螺紋時，組裝應(yīng)滿足的情況是：封閉螺紋僅用于組裝傳感器探頭于傳感器部件或適配器。安裝部件螺紋應(yīng)在產(chǎn)品接觸面處密封，以防止產(chǎn)品，液體，或微生物進(jìn)入后與螺紋相接觸。如果螺紋后存在空腔，任何通過螺紋的滲漏應(yīng)直接或通過檢漏口連接空氣中。
⑤充灌液選用
常規(guī)壓力類變送器一般采用充灌液來進(jìn)行壓力傳遞。對于衛(wèi)生設(shè)計而言，充灌液的選用也非常重要，因為一旦衛(wèi)生型壓力變送器的充灌液發(fā)生泄漏，就會直接泄漏至被測產(chǎn)品中，對產(chǎn)品產(chǎn)生污染。充灌液的選用必須無毒無害，即使萬一發(fā)生泄漏，也不會對被測產(chǎn)品產(chǎn)生二次污染。根據(jù)3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)生型壓力變送器的充灌液必須選用通過美國FDA認(rèn)證的產(chǎn)品。
4、非接觸表面衛(wèi)生設(shè)計
①表面處理
非接觸表面應(yīng)相對光滑，且無凹坑和裂縫，同時不得使用滾花表面。表面應(yīng)設(shè)計和制造成易于清洗和檢查的結(jié)構(gòu)，避免液體或產(chǎn)品殘留聚集，導(dǎo)致無法清洗。表面應(yīng)設(shè)計成減少液體淤積，并保證液體不能流到被測產(chǎn)品接觸表面。如果衛(wèi)生型壓力變送器的外表面不是防腐金屬，須噴漆或涂層。如果使用噴漆或涂層，應(yīng)避免在預(yù)期使用環(huán)境下(包括清洗和滅菌)分層、凹痕、剝落、剝離、起泡或變形。
②焊接
永久性連接應(yīng)使用連續(xù)焊,焊接表面需要光滑均勻，不允許在凹陷、褶皺、裂紋、裂縫等存在，焊接好后可以不進(jìn)行研磨或拋光。
③螺釘和螺紋
一般情況下不得使用內(nèi)六角螺釘，而是使用可排泄結(jié)構(gòu)的螺釘，如一字盤頭螺釘。當(dāng)然，如果遠(yuǎn)離產(chǎn)品接觸面或與產(chǎn)品殘留物隔離開的位置，內(nèi)六角螺釘也可使用，但仍應(yīng)可排污。除了衛(wèi)生型壓力變送器外殼的銘牌，不可使用鉚釘。
應(yīng)盡量避免開口螺紋，如果一定需要，螺紋長度不應(yīng)超過螺紋公稱直徑的1/2。對于在生產(chǎn)和清洗過程中會被飛濺到的螺紋，應(yīng)使用封閉螺母覆蓋。
④標(biāo)牌
如果有信息指示牌和銘牌，應(yīng)使用酸蝕刻或激光蝕刻，連續(xù)焊接，有效密封到變送器上。非金屬粘合的信息指示牌和銘牌亦可接受。信息指示牌和銘牌也可通過活動接頭連接到變送器上。
⑤毛細(xì)管和電線
所有相互連接的毛細(xì)管與電線，其光導(dǎo)纖維應(yīng)防腐，表面應(yīng)光滑和可清洗。如果有鎧裝，應(yīng)由螺旋不銹鋼和塑料覆蓋，不應(yīng)裸露。
壓力變送器衛(wèi)生設(shè)計在食品、藥品制造生產(chǎn)過程中起到了重要作用，衛(wèi)生型壓力變送器設(shè)計與選用的合理性能夠減少清洗時間、提高作業(yè)效率，且有效降低產(chǎn)品受到二次污染的機率，最終保障食品與藥品生產(chǎn)安全。本文從材料與結(jié)構(gòu)工藝兩方面對衛(wèi)生型壓力變送器進(jìn)行了探究，得到了有價值的研究成果。
目前在保證變送器衛(wèi)生設(shè)計發(fā)展中，最大的困難是對其衛(wèi)生設(shè)計缺少必要的認(rèn)識。國內(nèi)沒有相關(guān)經(jīng)驗與標(biāo)準(zhǔn)可供參考，對國外標(biāo)準(zhǔn)又缺乏真正了解。美國3-A標(biāo)準(zhǔn)只是從接觸表面與非接觸表面兩方面對傳感器類產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)性指導(dǎo)概述，沒有涉及具體行業(yè)衛(wèi)生設(shè)計細(xì)節(jié)與方法，其設(shè)計操作性也比較模糊。隨著國內(nèi)變送器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與壯大，越來越多的廠家為了進(jìn)入國際市場，不得不花費昂貴價格進(jìn)行國外標(biāo)準(zhǔn)與體系的認(rèn)證。隨著我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展與成熟，亟待借鑒美國、德國已有的標(biāo)準(zhǔn)與體系，建立自已的變送器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證管理體系，并力爭得到國際承認(rèn)，促進(jìn)我國衛(wèi)生型壓力變送器產(chǎn)業(yè)做大做強，走向世界。
