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衛生型壓力變送器是食品與藥品生產(chǎn)設備過(guò)程監控的重要部件。隨著(zhù)我國生產(chǎn)工藝與技術(shù)的日益提高，衛生型變送器產(chǎn)業(yè)也取得了長(cháng)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，壓力變送器設計標準相對落后與欠缺，特別是衛生型壓力變送器衛生設計仍處于相對空白的階段。因此，開(kāi)展壓力變送器衛生設計的研究，提出具體指標，具有重要的現實(shí)意義。
 
1、術(shù)語(yǔ)約定
①衛生標準
關(guān)于變送器衛生標準，主要以美國的“3-A衛生標準”與德國的“EHEDG標準”為主，其中美國“3-A衛生標準”中的“74-06”主要是針對傳感器及其配件與連接件的衛生標準。這兩個(gè)標準組織承擔了對世界各國有衛生要求的設備產(chǎn)品及供應商開(kāi)展有關(guān)衛生指標測試、認證和復檢的服務(wù)，并對符合要求的產(chǎn)品頒發(fā)衛生認證證書(shū)(3-A證書(shū)和EHEDG證書(shū))。目前，國外很多壓力變送器企業(yè)都獲得了這些證書(shū)。隨著(zhù)國內對變送器衛生要求越來(lái)越嚴格，國內各大變送器生產(chǎn)與使用企業(yè)也都在爭取獲得這些證書(shū)。

②衛生設計
所謂衛生設計，是指使得食品與藥品等在生產(chǎn)、收獲、加工、運輸、貯藏、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節不被有害物質(zhì)污染的設計。壓力變送器衛生型設計的目的是為了滿(mǎn)足生產(chǎn)現場(chǎng)的清洗要求，即確保清洗達到清潔度要求，保證產(chǎn)品不被二次污染，*終達到衛生要求。

③接觸表面與非接觸表面
壓力變送器衛生設計勢必涉及兩個(gè)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(huì )排出、漏出、擴散或進(jìn)入的表面。

2、衛生型壓力變送器結構及其材料選用
①變送器結構
衛生型壓力變送器一般由過(guò)程連接與傳感器、變送電路模塊與出線(xiàn)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構示意圖。

                      
 
②衛生型壓力變送器材料選用
過(guò)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(xiàn)保護是變送器用于傳輸信號的部件，無(wú)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(huì )直接和間接決定壓力變送器是否符合衛生要求。

◆接觸表面材料
衛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3-A衛生標準要求，需符合AISI(美國鋼鐵技術(shù)協(xié)會(huì ))300系列不銹鋼(301、302和303除外)或ACI類(lèi)，同時(shí)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(wú)毒、無(wú)吸收。當有焊接要求時(shí)，要求不銹鋼碳含量不能超過(guò)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(lèi)橡膠與塑料。非金屬材料常用作輔助密封材料，選用時(shí)需進(jìn)行衛生認證(如美國FDA認證)。

◆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(wú)吸收性；其次，必須耐用、易清潔。如表面有涂層，其附著(zhù)力要好。拆卸清洗的部件不可涂裝。

3、接觸表面衛生設計
①表面粗糙度
衛生設計的關(guān)鍵點(diǎn)在于產(chǎn)品是否滿(mǎn)足各種生產(chǎn)現場(chǎng)的清洗要求。產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過(guò)程中受環(huán)境溫度與產(chǎn)品本身性能的影響，會(huì )有一些殘留物不可避免地附著(zhù)在變送器表面，如果不及時(shí)清洗，就會(huì )產(chǎn)生二次污染。根據3-A衛生標準，接觸表面粗糙度Ra至少應為0.8μm。通常衛生型壓力變送器接觸表面粗糙度通過(guò)機械加工設備來(lái)控制，也可以通過(guò)表面處理(如機械拋光、電解拋光、氧化處理等)來(lái)實(shí)現。在保證生產(chǎn)工藝的同時(shí)，必須用專(zhuān)用的粗糙度檢測儀器進(jìn)行接觸表面粗糙度的過(guò)程控制。

②焊接
衛生型壓力變送器通常通過(guò)焊接的方式實(shí)現感壓膜片、封裝接頭等的連接與安裝。焊接工藝的好壞是衡量衛生設計的重要一環(huán)。首先，焊接必須是連續焊，一般不允許加料焊接，如確實(shí)需加料焊接，需確保焊料材質(zhì)滿(mǎn)足衛生要求；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
衛生型壓力變送器安裝時(shí)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。墊圈式密封設計須可拆卸或粘合，便于滿(mǎn)足各種應用場(chǎng)合的清洗與更換。墊圈凹槽設計的深度應小于其寬度，對于橫截面尺寸大于1/4in的可拆卸墊圈，凹槽在深度上不應超過(guò)1/4in或在寬度上不應小于1/4in。根據3-A衛生標準，對于橫截面尺寸≤1/4in的密封設計，也應符合相關(guān)要求。在O型密封圈設計與硬密封設計中，O型密封圈與硬密封接觸線(xiàn)均應與安裝接觸面大致齊平，使得O形密封圈或硬密封接觸線(xiàn)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型密封圈密封設計                                                    圖4 硬密封設計
 
④*小設計半徑
衛生型壓力變送器在進(jìn)行角度設計時(shí)，要盡量避免尖角，而是需做到無(wú)死角、可排凈和可清潔。根據3-A衛生標準，小于135°的角度需做圓角處理，且圓角半徑應≥1/8in。對于無(wú)法達到此要求的情況，其圓角半徑至少應為1/32in。為防止損壞，傳感膜片在配件表面內嵌超過(guò)1/32in時(shí)，圓角半徑大小應大于或等于內嵌深度，而內嵌深度小于1/32in時(shí)無(wú)需圓角半徑。在密封凹槽設計中，當密封圈橫截面尺寸≥1/4in時(shí)，固定槽的圓角半徑*小應為3/32in，而橫截面尺寸小于1/4in時(shí)，參考表1。
表1  橫截面尺寸與*小圓角半徑對照表

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O型密封圈橫截面尺寸/in        *小圓角半徑/in

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1/16                                       1/64
3/32                                       1/32
3/16                                       1/32
1/4                                         3/32

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對于非標準圓形、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(méi)有*小圓角半徑要求。粘合的墊圈固定槽不適用寬度、深度和*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無(wú)法實(shí)現*小圓角半徑要求，可以替換成一對135°角，但須檢查：兩個(gè)135°角的距離(圖5中“A”)應不小于1/32in。

圖5 角度轉換示意圖

④螺紋結構
螺紋結構也是變送器常用的過(guò)程連接件。對于衛生型產(chǎn)品，一般不建議使用不易清洗的螺紋結構，以避免對被測產(chǎn)品造成不必要的污染。若無(wú)法變通，應避免產(chǎn)品接觸表面有開(kāi)口螺紋，同時(shí)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，就極有可能導致產(chǎn)品泄露進(jìn)螺紋中，難以清洗。使用封閉螺紋時(shí)，組裝應滿(mǎn)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(guò)螺紋的滲漏應直接或通過(guò)檢漏口連接空氣中。

⑤充灌液選用
常規壓力類(lèi)變送器一般采用充灌液來(lái)進(jìn)行壓力傳遞。對于衛生設計而言，充灌液的選用也非常重要，因為一旦衛生型壓力變送器的充灌液發(fā)生泄漏，就會(huì )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(wú)毒無(wú)害，即使萬(wàn)一發(fā)生泄漏，也不會(huì )對被測產(chǎn)品產(chǎn)生二次污染。根據3-A衛生標準，衛生型壓力變送器的充灌液必須選用通過(guò)美國FDA認證的產(chǎn)品。

4、非接觸表面衛生設計
①表面處理
非接觸表面應相對光滑，且無(wú)凹坑和裂縫，同時(shí)不得使用滾花表面。表面應設計和制造成易于清洗和檢查的結構，避免液體或產(chǎn)品殘留聚集，導致無(wú)法清洗。表面應設計成減少液體淤積，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，應避免在預期使用環(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
*性連接應使用連續焊,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六角螺釘，而是使用可排泄結構的螺釘，如一字盤(pán)頭螺釘。當然，如果遠離產(chǎn)品接觸面或與產(chǎn)品殘留物隔離開(kāi)的位置，內六角螺釘也可使用，但仍應可排污。除了衛生型壓力變送器外殼的銘牌，不可使用鉚釘。
應盡量避免開(kāi)口螺紋，如果一定需要，螺紋長(cháng)度不應超過(guò)螺紋公稱(chēng)直徑的1/2。對于在生產(chǎn)和清洗過(guò)程中會(huì )被飛濺到的螺紋，應使用封閉螺母覆蓋。

④標牌
如果有信息指示牌和銘牌，應使用酸蝕刻或激光蝕刻，連續焊接，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(guò)活動(dòng)接頭連接到變送器上。

⑤毛細管和電線(xiàn)
所有相互連接的毛細管與電線(xiàn)，其光導纖維應防腐，表面應光滑和可清洗。如果有鎧裝，應由螺旋不銹鋼和塑料覆蓋，不應裸露。

壓力變送器衛生設計在食品、藥品制造生產(chǎn)過(guò)程中起到了重要作用，衛生型壓力變送器設計與選用的合理性能夠減少清洗時(shí)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，*終保障食品與藥品生產(chǎn)安全。本文從材料與結構工藝兩方面對衛生型壓力變送器進(jìn)行了探究，得到了有價(jià)值的研究成果。

目前在保證變送器衛生設計發(fā)展中，*大的困難是對其衛生設計缺少必要的認識。國內沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗與標準可供參考，對國外標準又缺乏真正了解。美國3-A標準只是從接觸表面與非接觸表面兩方面對傳感器類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)性指導概述，沒(méi)有涉及具體行業(yè)衛生設計細節與方法，其設計操作性也比較模糊。隨著(zhù)國內變送器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與壯大，越來(lái)越多的廠(chǎng)家為了進(jìn)入國際市場(chǎng)，不得不花費昂貴價(jià)格進(jìn)行國外標準與體系的認證。隨著(zhù)我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展與成熟，亟待借鑒美國、德國已有的標準與體系，建立自已的變送器衛生標準與認證管理體系，并力爭得到國際承認，促進(jìn)我國衛生型壓力變送器產(chǎn)業(yè)做大做強，走向世界。

　　儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現場(chǎng)選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動(dòng)化流程才能夠更加自動(dòng)化。