一种自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置及方法

摘要

本发明公开的一种自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置及方法，涉及粉尘防治技术领域。该实验装置包括测试室、人头模型、呼吸流量控制装置以及测量装置；测试室用于构造粉尘环境；人头模型放置于测试室内，其口腔部佩戴有口罩；呼吸流量控制装置用于模拟不同测试流量模式；测量装置包括载尘量计重装置、粒子计数器以及微压计。本发明更真实地模拟口罩佩戴者的呼吸流量和作业环境，能够测试口罩在不同劳动强度和不同作业坏境下的载尘量、呼吸阻力和口罩对不同粒径颗粒物的过滤效率，有效解决了目前自吸过滤式防护口罩性能测试中测试流量模式与人体呼吸不一致、口罩性能评测不全面等诸多问题，科学准确地评价自吸过滤式口罩的防护性能。

说明书

技术领域

本发明涉及粉尘防治技术领域，具体涉及一种自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置及方法。

背景技术

我国工业高速发展，在矿石加工、建筑工程、化石能源开采、交通基础建设等行业大量高产尘工作场所不断涌现，接尘人数大幅增加。其中，以煤矿粉尘问题最为突出，特别是随着浅部煤炭资源日益枯竭，越来越多矿井采深超过800m，面临深部开采问题。

深部高地应力使得煤体破碎程度极其严重，具有粉化结构特征，加之机械化水平和开采强度的提高，使得采煤工作面成为煤矿井下产尘量最大的地点，原始粉尘浓度高达8000mg/m

自吸过滤式防护呼吸器是煤矿领域应用最为广泛的个体防尘用品，其防尘性能主要受个体呼吸流量、流量模式、煤尘物化性质和作业环境的影响。然而，我国口罩测试标准是基于一般工业环境制定的，难以保证在深井高尘-高湿与高劳动强度耦合作用下自吸过滤式防护口罩的防尘效率、阻力以及佩戴时长等性能符合要求，由于深井作业环境的高粉尘浓度、高湿度会对自吸过滤式口罩防尘性能产生严峻挑战，所以自吸过滤式防护口罩的测试标准不能适用于深井工人。目前国内外关于自吸过滤式防护口罩性能测试实验装置及方法研究较少，在口罩滤料的过滤性能以及适合性的基础研究、评价方法以及测试规程等方面存在不足，导致口罩的实际使用表现远差于测试中的表现。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种科学严谨的实验装置和测试方法，模拟高湿高尘环境开展口罩性能测试研究，合理正确地开展自吸过滤式防护口罩综合性能评测。

发明内容

根据本发明的目的提出的一种自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置，包括测试室、人头模型、呼吸流量控制装置以及测量装置；所述测试室用于构造粉尘环境；所述人头模型放置于测试室内，其口腔部佩戴有口罩；所述呼吸流量控制装置用于模拟不同测试流量模式，通过上呼吸道模拟铜管与人头模型连接；所述呼吸流量控制装置包括仿人呼吸仪和抽气泵；所述测量装置包括载尘量计重装置、粒子计数器以及微压计，所述载尘量计重装置设置于人头模型下方，用于测量口罩载尘量；所述粒子计数器用于检测口罩内外颗粒物计数浓度；所述微压计用于检测口罩内外气压差。

优选的，所述测试室内设置有用于模拟粉尘环境的产尘装置，所述产尘装置包括粒子发生装置、湿度控制装置以及设置于测试室内四角处、用于吹动颗粒物使其保持悬浮的风扇；所述粒子发生装置用于产生中性NaCl测试介质，所述湿度控制装置用于监测并调控口罩测试室内湿度。

优选的，所述粒子发生装置包括粒子发生器和电荷中和器，所述粒子发生器上设置有用于调节粒子浓度生成量的调节阀。

优选的，所述呼吸流量控制装置可模拟的测试流量模式包括循环流量模式和连续流量模式两种；所述循环流量模式由仿人呼吸仪模拟呼吸流量曲线为正弦波的空气流量；所述连续流量模式由抽气泵模拟连续恒定的抽气流量；所述仿人呼吸仪与抽气泵分别通过导管与上呼吸道模拟铜管连接，通过调节设置于上呼吸道模拟铜管上的三通阀切换两种流量模式。

优选的，所述抽气泵与上呼吸道模拟铜管之间的导管上设置有用于监测抽气流量的流量计。

优选的，所述抽气泵与上呼吸道模拟铜管之间的导管上设置有人工肺。

优选的，所述载尘量计重装置包括设置于人头模型下的高精度电子天平以及罩设于人头模型和电子天平外的遮尘罩；所述遮尘罩上开设有用于暴露口罩的通孔。

本发明另外公开的一种使用上述自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置进行口罩性能测试的实验方法，包括以下步骤：

步骤一：搭建实验装置，将待测口罩佩戴在人头模型面部，口罩边缘用硅酮胶密封在人头模型上；人头模型放置于载尘量计重装置中的遮尘罩中，调节遮尘罩使待测口罩暴露于口罩测试室空气中。

步骤二：打开载尘量计重装置记录待测口罩及人头模型的初始重量。

步骤三：打开粒子发生器、粒子计数器、湿度控制装置以及风扇，根据实验需要设置粒子生成量和室内湿度，构造实验所需的粉尘环境。

步骤四：通过调节三通阀，为测试提供一种流量模式。

步骤五：待所设流量模式稳定后，通过粒子计数器测量连续时间段内口罩内外的测试介质粒子浓度，通过微压计记录口罩内外压力变化，同时利用载尘量计重装置记录口罩载尘量变化。

步骤六：测试结束后，更换待测口罩，改变测试流量大小、测试流量模式、测试介质浓度、测试介质粒径、室内湿度中的任意一项，其余测试条件不变，重复步骤二到五，再次进行实验，获得多组实验数据。

优选的，步骤五中，每组实验的测试时间为八小时。

与现有技术相比，本发明公开的一种自吸过滤式防护口罩性能测试实验装置及方法的优点在于：

(1)本发明通过分析载尘量计重装置、粒子计数器和微压计的数据采样结果，可较真实全面地评价在不同劳动强度和不同湿度、粉尘浓度环境下，口罩对不同粒子的载尘量、呼吸阻力和过滤效率以及三者间的关系。

(2)本发明中的呼吸流量控制装置可精准控制流量大小，灵活切换不同流量模式，实验结果更加全面、准确，对呼吸器防护效能的验证研究具有重要意义。

(3)本发明中以经过电荷中和后的中性NaCl颗粒作为测试介质，能够很好的代表硅尘、病毒粒子等对人体最为有害的颗粒物，且生成的NaCl为多分散颗粒，其计数中位粒径为0.04μm，较好的涵盖了对人体最有害且驻极体纤维口罩最不易滤过的粒径范围，相比于0.01-0.03μm粒径能够代表最严苛的测试条件。

(4)本发明中口罩的密封边缘可通过插入空心针的方式模拟泄露对口罩性能的影响，可丰富国内外学者结合呼吸阻力与总泄漏率来对不同过滤效率口罩的综合性能进行评价与比较的研究，同时还可以更全面的反映自吸过滤式防护口罩的性能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明公开的自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置示意图。

图中的数字或字母所代表的零部件名称为：

1-测试室；2-人头模型；3-仿人呼吸仪；4-抽气泵；5-口罩；6-粒子计数器；7-微压计；8-粒子发生器；9-电荷中和器；10-湿度控制装置；11-风扇；12-电子天平；13-遮尘罩；14-人工肺；15-流量计；16-上呼吸道模拟铜管；17-三通阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明较佳的实施例，对其进行了详细的剖析。

如图1所示的一种自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置，包括测试室1、人头模型2、呼吸流量控制装置以及测量装置。

测试室1为以合成树脂搭建的1.2m×1.2m×1.2m透明腔室，用于构造粉尘环境，其内部设置有用于模拟粉尘环境的产尘装置。产尘装置包括粒子发生装置、湿度控制装置10以及风扇11。粒子发生装置用于产生中性NaCl测试介质，模拟粉尘，并通过设置于测试室1内四角处的风扇11吹动，使其悬浮于测试室1内。本发明中选择代表硅尘、病毒粒子等对人体最为有害的颗粒物中性NaCl颗粒作为测试介质，其粒径范围为10-365nm，能够较好的涵盖对人体最有害且驻极体纤维口罩最不易滤过的粒径范围，能够代表最严苛的测试条件。粒子发生装置包括粒子发生器8和电荷中和器9，粒子发生器8选用8026型NaCl粒子发生器8，电荷中和器9选用3054型颗粒物电荷中和器9。粒子发生器8上还设置有用于调节粒子浓度生成量的调节阀。湿度控制装置10包括加湿器与湿度传感器，通过湿度传感器监测测试室1内湿度，并根据监测结果调节加湿器控制测试室1内湿度。

人头模型2放置于测试室1内，其口腔部佩戴有口罩5，并通过硅酮胶密封。

呼吸流量控制装置包括仿人呼吸仪3、人工肺14、抽气泵4以及流量计15，通过上呼吸道模拟铜管16与人头模型2连接，用于模拟循环流量和连续流量两种模式，并通过调节设置于上呼吸道模拟铜管16上的三通阀17切换两种流量模式。仿人呼吸仪3与抽气泵4均为流量可调式。

其中，循环流量模式由仿人呼吸仪3模拟呼吸流量曲线为正弦波的空气流量，做到了对工人作业时呼吸的精准模拟，实验结果可以很好的反映人体佩戴呼吸器时的真实情况。仿人呼吸仪3与上呼吸道模拟铜管16通过导管连接，人工肺14设置于连接导管上，其内部增设有由高效空气过滤材料组成的过滤系统，防止吸入的含颗粒物气流在呼气过程中重新返回口罩5腔体内部，同时避免含颗粒物气流被抽入仿人呼吸仪3进而阻塞仪器。具体的，仿人呼吸仪3选用1101型仿人呼吸仪3，可以键入需要模拟的呼吸参数。

连续流量模式由抽气泵4模拟连续恒定的抽气流量。抽气泵4与上呼吸道模拟铜管16通过导管连接，流量计15设置于连接导管上，用于监测抽气泵4抽气流量。

测量装置包括载尘量计重装置、粒子计数器6以及微压计7。载尘量计重装置包括设置于人头模型2下的高精度电子天平12以及罩设于人头模型2和电子天平12外的遮尘罩13。高精度电子天平12用于实时测量口罩5载尘量，遮尘罩13用于隔绝测试室1内高湿含尘空气，防止喷发的粉尘、高湿空气大量附着人头模型2和电子天平12上，影响口罩5称重效果。遮尘罩13上开设有用于暴露口罩5的通孔。粒子计数器6设置于测试室1外，其两个测试接口，一个通过采样管连通测试室1，另一个通过采样管连接上呼吸道模拟铜管16，分别测量测试室1内与口罩5内腔的粒子浓度。微压计7设置于测试室1外，其两个测试接口，一个通过采样管连通测试室1，另一个通过采样管连接上呼吸道模拟铜管16，分别测量测试室1内和口罩5内腔的压力，从而获得口罩5内外的压差。具体的，粒子计数器6采用3910型便携式纳米颗粒物计数器，微压计7选用AITFLOW

本发明另外公开的一种使用上述自吸过滤式防护口罩综合性能测试实验装置进行口罩性能测试的实验方法，包括以下步骤：

步骤一：搭建实验装置，将待测口罩5佩戴在人头模型2面部，口罩5边缘用硅酮胶密封在人头模型2上。人头模型2放置于电子天平12上，并连同电子天平12一起罩设于遮尘罩13中，调节遮尘罩13，使待测口罩5暴露于测试室1空气中。

步骤二：打开载尘量计重装置记录待测口罩5及人头模型2的初始重量。

步骤三：打开粒子发生器8、粒子计数器6、湿度控制装置10以及风扇11，根据实验需要设置粒子生成量和室内湿度，构造实验所需的粉尘环境。

步骤四：调节三通阀17，以导通上呼吸道模拟铜管16与仿人呼吸仪3或抽气泵4，为测试提供一种流量模式，并调节流量大小。

步骤五：待所设流量模式稳定后，通过粒子计数器6测量连续时间段内口罩内外的测试介质粒子浓度，通过微压计7记录口罩5内外压力变化，同时利用电子天平12记录口罩5载尘量变化。测试时间为八小时。

步骤六：测试结束后，更换待测口罩5，并同时调整测试流量大小、测试流量模式、测试介质浓度、测试介质粒径、室内湿度中的任意一项，其余测试条件不变，重复步骤二到五，再次进行实验。每组实验条件做三组以上平行实验，以获得多组实验数据。根据测试结果评价口罩5在不同劳动强度和不同粉尘浓度、湿度作业环境下的呼吸阻力、过滤效率、载尘量及三者的关系，并与国家标准规定的数据比对，从而判定口罩5的失效时间，评价口罩5的舒适性、防护能力以及综合性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。