口罩綜合性能測(cè)試裝置研制

摘 要：為測(cè)試不同類型口罩對(duì)PM2.5的過濾效率及其吸氣阻力和呼氣阻力，自主研制了SJZEZ型口罩綜合性能測(cè)試裝置。該裝置可以模擬人體在不同狀態(tài)（平靜、輕微運(yùn)動(dòng)、劇烈運(yùn)動(dòng)）時(shí)的呼吸過程，以及佩戴口罩時(shí)口罩與面部的閉合程度，還可以同時(shí)測(cè)得口罩在真實(shí)大氣環(huán)境的PM2.5去除效率、吸氣阻力和呼氣阻力。

關(guān)鍵詞：PM2.5；口罩；霧霾；過濾性能

霧霾，特別是其中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或者等于2.5μm的細(xì)顆粒物（即PM2.5）對(duì)人體的傷害近年來已得到公認(rèn)。口罩是人們?nèi)粘１貍涞撵F霾防護(hù)用品。然而，市場(chǎng)上口罩品種繁雜，消費(fèi)者對(duì)口罩的防霾效果并不十分了解。為此，本文發(fā)展了一套具有演示效果的口罩防護(hù)性能測(cè)試裝置，能夠盡可能真實(shí)地模擬人體使用口罩的實(shí)際工況，通過儀表測(cè)試，直觀演示口罩對(duì)環(huán)境大氣中PM2.5的去除效果，并能夠同時(shí)進(jìn)行口罩吸氣阻力和呼氣阻力測(cè)試。

為規(guī)范口罩檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)于1992年發(fā)布實(shí)施《過濾式防微粒口罩》（GB/T9914-1988），1992年發(fā)布實(shí)施《自吸過濾式防塵口罩通用技術(shù)條件》（GB/T2626-92），同年發(fā)布了行業(yè)規(guī)范《防塵口罩》（LD29-92），1997年實(shí)施《自吸式過濾式防微粒口罩》（GB/T6223-1997）。2003年，在舉國(guó)上下與SARS艱苦斗爭(zhēng)的緊急情況下，國(guó)家緊急制定了《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》（GB19083-2003），2005年實(shí)施了《醫(yī)用外科口罩技術(shù)要求》（YY0469-2004）。為了擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，我國(guó)2006年實(shí)施了新標(biāo)準(zhǔn)《呼吸防護(hù)用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》（GB2626-2006），2010年實(shí)施了《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》（GB19083-2010）。

為盡可能真實(shí)地模擬人體使用口罩的實(shí)際工況，并同時(shí)測(cè)得口罩對(duì)PM2.5的去除效果以及口罩的吸氣阻力和呼氣阻力，需要發(fā)展一種新型的口罩防護(hù)性能測(cè)試裝置，該裝置既能模擬人工呼吸以及口罩與面部的閉合性，又能測(cè)量氣體經(jīng)過口罩前后PM2.5數(shù)值，以及吸氣過程和呼氣過程的流阻。

為實(shí)現(xiàn)上述功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了圖1所示SJZEZ型口罩綜合性能測(cè)試裝置，其實(shí)物照片見圖2。

SJZEZ型口罩綜合性能測(cè)試裝置通過以下方式模擬口罩使用的實(shí)際工況：

（1）采用頭部模型佩戴口罩的方式，模擬人體佩戴口罩時(shí)口罩與面部的閉合程度；

（2）通過電機(jī)帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)模擬人工呼吸，通過吸氣和呼氣管路上的單向閥控制吸氣和呼氣時(shí)的氣體流向；

（3）通過測(cè)量活塞腔體內(nèi)徑及活塞最大行程，可以計(jì)算得到腔體體積，該數(shù)值等于人體呼吸肺活量。通過調(diào)節(jié)連桿在電機(jī)轉(zhuǎn)盤上的固定位置，可以調(diào)整活塞行程，從而可以模擬不同狀態(tài)下的人工呼吸（如平靜時(shí)、輕微運(yùn)動(dòng)時(shí)、劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)）；

（4）通過調(diào)整直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)活塞運(yùn)動(dòng)頻率，從而模擬人體不同狀態(tài)下的呼吸頻率（如平靜時(shí)、輕微運(yùn)動(dòng)時(shí)、劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)）；

（5）通過呼氣管路增加水洗槽的方式，模擬人體呼氣氣流中的水分。

SJZEZ型口罩綜合性能測(cè)試裝置的測(cè)試方法如下：

（6）在吸氣管路設(shè)置PM2.5測(cè)試儀，測(cè)量吸氣管路的PM2.5濃度；

（7）在呼吸總管路上設(shè)置壓差計(jì)，測(cè)量吸氣時(shí)和呼氣時(shí)的壓差，從而獲知口罩的吸氣阻力和呼氣阻力。

SJZEZ型口罩綜合性能測(cè)試裝置具有如下特征：測(cè)試環(huán)境為真實(shí)大氣環(huán)境，而非某種模擬顆粒物；能夠模擬人體佩戴口罩時(shí)口罩與面部的閉合程度；能夠模擬人工呼吸，包括吸氣過程和呼氣過程，以及呼氣中含有的水份；能夠模擬人體不同狀態(tài)（平靜、輕微運(yùn)動(dòng)、劇烈運(yùn)動(dòng)）時(shí)的呼吸強(qiáng)度和頻率；集口罩除塵效果、吸氣阻力和呼氣阻力測(cè)試于一體；具有良好的演示功能。

該裝置的工作流程為：電機(jī)通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)活塞后退，活塞腔體壓強(qiáng)減小，環(huán)境大氣經(jīng)頭模吸入，吸氣管路單向閥開啟，呼氣管路單向閥閉合，環(huán)境大氣經(jīng)由吸氣管路單向閥，通過PM2.5測(cè)試儀讀取吸氣管路的PM2.5濃度，通過吸氣管路微壓表讀取吸氣管路的壓力值，再經(jīng)單向閥進(jìn)入活塞腔體。接下來，電機(jī)通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)活塞前進(jìn)，吸氣管路單向閥關(guān)閉，呼氣管路單向閥開啟，活塞內(nèi)氣體經(jīng)由呼氣管路單向閥，進(jìn)入水洗槽，給呼出氣體加濕，以模擬人體真是呼氣中的水分，再經(jīng)過呼氣管路微壓表讀取呼氣管路的壓力值。

本項(xiàng)目研制了SJZEZ型口罩綜合性能測(cè)試裝置，可以模擬人體在不同狀態(tài)（平靜、輕微運(yùn)動(dòng)、劇烈運(yùn)動(dòng)）時(shí)的呼吸過程，以及佩戴口罩時(shí)口罩與面部的閉合程度，還可以同時(shí)測(cè)得口罩在真實(shí)大氣環(huán)境的PM2.5去除效率、吸氣阻力和呼氣阻力，且具有良好的演示功能。

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作者簡(jiǎn)介：馬碩遠(yuǎn)（2001-），男，漢族，現(xiàn)就讀于世界聯(lián)合學(xué)院（中國(guó)常熟）pre-IB。