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壓力變送器/差壓變送器在藥品食品測量中的衛(wèi)生設(shè)計
對于食品與藥品的生產(chǎn)而言,，會在生產(chǎn)過程中作用到大量的儀表儀器，壓力變送器和差壓變送器,，用于監(jiān)測與控制生產(chǎn)過程的穩(wěn)定的安全，是進行食品與藥品生產(chǎn)設(shè)備過程監(jiān)控的一大重要部件,，在此類生產(chǎn)階段的重要的要求之一就是要保證其生產(chǎn)過程的衛(wèi)生要求,，但目前國內(nèi)關(guān)于這塊的標準還未形成體系，許多標準還只是參與美國的3-A等標準,，基于此,，國內(nèi)的壓力變送器和差壓變送器等食品工業(yè)儀表急需制訂符合國內(nèi)要求的標準體系，本文即是針對接觸表面與非接觸表面的衛(wèi)生設(shè)計原則進行了探究,，目的是提供相關(guān)有意義的結(jié)論,，為制定相關(guān)國家標準、促進我國壓力變送器/差壓變送器產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了啟示,。
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1 引言
壓力變送器/差壓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,，壓力變送器/差壓變送器行業(yè)也取得了長足發(fā)展,，其質(zhì)量與性能正逐步向水平靠近。然而不可否認的是,，我國壓力變送器/差壓變送器行業(yè)起步較晚,，壓力變送器/差壓變送器設(shè)計標準相對落后與欠缺，特別是壓力變送器/差壓變送器衛(wèi)生設(shè)計仍處于相對空白的階段[1-5],。因此,，開展壓力變送器/差壓變送器衛(wèi)生設(shè)計的研究,，具有重要的現(xiàn)實意義。
2 術(shù)語約定
2.1 衛(wèi)生標準
關(guān)于壓力變送器/差壓變送器衛(wèi)生標準,，目前國內(nèi)尚無,，而國外主要是美國的“3-A衛(wèi)生標準”與德國的“EHEDG標準”，其中美國“3-A衛(wèi)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(wèi)生標準,。這兩個標準組織,、承擔了對世界各國有衛(wèi)生要求的設(shè)備產(chǎn)品及供應(yīng)商開展有關(guān)衛(wèi)生型測試、認證和復(fù)檢的服務(wù),，并對符合要求的產(chǎn)品頒發(fā)衛(wèi)生認證證書（3-A證書和EHEDG證書）,。目前，國外很多壓力變送器/差壓變送器廠家都獲得了這些證書,。隨著國內(nèi)對壓力變送器/差壓變送器衛(wèi)生要求越來越嚴格和重視,，國內(nèi)各大壓力變送器/差壓變送器廠家也都在爭取獲得這些證書。
2.2 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/差壓變送器衛(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,，即確保清洗達到清潔度要求，保證產(chǎn)品不被二次污染,，終達到衛(wèi)生要求,。
2.3 接觸表面與非接觸表面
壓力變送器/差壓變送器衛(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、擴散或進入的表面,。
3 壓力變送器/差壓變送器結(jié)構(gòu)及其材料選用
3.1 壓力變送器/差壓變送器結(jié)構(gòu)
壓力變送器/差壓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接頭式壓力變送器/差壓變送器和殼體式壓力變送器/差壓變送器的結(jié)構(gòu)示意圖,。
圖1 DIN接頭式壓力變送器/差壓變送器
圖2 殼體式壓力變送器/差壓變送器
3.2 壓力變送器/差壓變送器材料選用
過程連接與傳感器是壓力變送器/差壓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/差壓變送器接觸表面,。變送電路模塊與出線保護是壓力變送器/差壓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/差壓變送器非接觸表面。兩者材料選用不合理,，分別會直接和間接決定壓力變送器/差壓變送器是否符合衛(wèi)生要求,。
3.2.1 接觸表面材料
壓力變送器/差壓變送器接觸表面材料通常采用不銹鋼，常用的有304（06Cr19Ni10）,、316（06Cr17Ni12Mo2）,、304L（022Cr19Ni10）和316L（022Cr17Ni12Mo2）。根據(jù)3-A衛(wèi)生標準要求,，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壓力變送器/差壓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,，選用時需進行衛(wèi)生認證（如美國FDA認證）,。
3.2.2 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,。
4 接觸表面衛(wèi)生設(shè)計
4.1 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壓力變送器/差壓變送器表面,，如果不及時清洗，就會產(chǎn)生二次污染,。根據(jù)3-A衛(wèi)生標準,，接觸表面粗糙度Ra至少應(yīng)為0.8μm,。通常壓力變送器/差壓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,，必須用的粗糙度檢測儀器進行接觸表面粗糙度的過程控制,。
4.2 焊接
壓力變送器/差壓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,。
4.3 密封
壓力變送器/差壓變送器安裝時通常采用墊圈,、O型密封圈或硬密封進行密封。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)生標準,，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、4所示）。
圖3 O型密封圈密封設(shè)計
圖4 硬密封設(shè)計
4.4 小設(shè)計半徑
壓力變送器/差壓變送器在進行角度設(shè)計時,，要盡量避免尖角,，而是需做到*、可排凈和可清潔,。根據(jù)3-A衛(wèi)生標準,，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,，當密封圈橫截面尺寸≥1/4in時，固定槽的圓角半徑小應(yīng)為3/32 in,，而橫截面尺寸小于1/4in時,，參考表1。
表1 橫截面尺寸與小圓角半徑對照表
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法實現(xiàn)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
4.5 螺紋結(jié)構(gòu)
螺紋結(jié)構(gòu)也是壓力變送器/差壓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,，就極有可能導致產(chǎn)品泄露進螺紋中,，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,。
4.6 充灌液選用
常規(guī)壓力類壓力變送器/差壓變送器一般采用充灌液來進行壓力傳遞。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)生標準，充灌液必須選用通過美國FDA認證的產(chǎn)品,。
5 非接觸表面衛(wèi)生設(shè)計
5.1 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。如果壓力變送器/差壓變送器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,。
5.2 焊接
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,，焊接好后可以不進行研磨或拋光,。
5.3 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,。當然，如果遠離產(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。除了壓力變送器/差壓變送器外殼的銘牌,，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,。
5.4 標牌
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,，有效密封到壓力變送器/差壓變送器上,。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壓力變送器/差壓變送器上,。
5.5 毛細管和電線
所有相互連接的毛細管與電線,，其光導纖維應(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,。
6 結(jié)論與瞻望
壓力變送器/差壓變送器衛(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，其設(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)品被二次污染的機率，保障食品與藥品生產(chǎn)安全,。本文從材料與結(jié)構(gòu)工藝兩方面對壓力變送器/差壓變送器衛(wèi)生設(shè)計進行了探究,，得到了有價值的研究成果。目前壓力變送器/差壓變送器在向衛(wèi)生型發(fā)展的過程中,，國內(nèi)沒有相關(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產(chǎn)品進行了技術(shù)性指導概述,，沒有涉及具體行業(yè)衛(wèi)生設(shè)計細節(jié)與方法,，設(shè)計操作性較為模糊。隨著我國對衛(wèi)生安全問題愈發(fā)重視,，亟待借鑒美國,、歐盟已有的標準與體系，建立自已的壓力變送器/差壓變送器衛(wèi)生標準與認證流程,，并力爭受到的承認,，促進我國壓力變送器/差壓變送器產(chǎn)業(yè)做大做強，走向世界,。