口罩綜合性能測試裝置研制

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

關鍵詞：PM2.5；口罩；霧霾；過濾性能

霧霾，特別是其中空氣動力學當量直徑小于或者等于2.5μm的細顆粒物（即PM2.5）對人體的傷害近年來已得到公認。口罩是人們日常必備的霧霾防護用品。然而，市場上口罩品種繁雜，消費者對口罩的防霾效果并不十分了解。為此，本文發展了一套具有演示效果的口罩防護性能測試裝置，能夠盡可能真實地模擬人體使用口罩的實際工況，通過儀表測試，直觀演示口罩對環境大氣中PM2.5的去除效果，并能夠同時進行口罩吸氣阻力和呼氣阻力測試。

為規范口罩檢測標準，我國于1992年發布實施《過濾式防微粒口罩》（GB/T9914-1988），1992年發布實施《自吸過濾式防塵口罩通用技術條件》（GB/T2626-92），同年發布了行業規范《防塵口罩》（LD29-92），1997年實施《自吸式過濾式防微粒口罩》（GB/T6223-1997）。2003年，在舉國上下與SARS艱苦斗爭的緊急情況下，國家緊急制定了《醫用防護口罩技術要求》（GB19083-2003），2005年實施了《醫用外科口罩技術要求》（YY0469-2004）。為了擴大標準的適用范圍，我國2006年實施了新標準《呼吸防護用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》（GB2626-2006），2010年實施了《醫用防護口罩技術要求》（GB19083-2010）。

為盡可能真實地模擬人體使用口罩的實際工況，并同時測得口罩對PM2.5的去除效果以及口罩的吸氣阻力和呼氣阻力，需要發展一種新型的口罩防護性能測試裝置，該裝置既能模擬人工呼吸以及口罩與面部的閉合性，又能測量氣體經過口罩前后PM2.5數值，以及吸氣過程和呼氣過程的流阻。

為實現上述功能，我們設計了圖1所示SJZEZ型口罩綜合性能測試裝置，其實物照片見圖2。

SJZEZ型口罩綜合性能測試裝置通過以下方式模擬口罩使用的實際工況：

（1）采用頭部模型佩戴口罩的方式，模擬人體佩戴口罩時口罩與面部的閉合程度；

（2）通過電機帶動活塞往復運動模擬人工呼吸，通過吸氣和呼氣管路上的單向閥控制吸氣和呼氣時的氣體流向；

（3）通過測量活塞腔體內徑及活塞最大行程，可以計算得到腔體體積，該數值等于人體呼吸肺活量。通過調節連桿在電機轉盤上的固定位置，可以調整活塞行程，從而可以模擬不同狀態下的人工呼吸（如平靜時、輕微運動時、劇烈運動時）；

（4）通過調整直流電機轉速，可以調節活塞運動頻率，從而模擬人體不同狀態下的呼吸頻率（如平靜時、輕微運動時、劇烈運動時）；

（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型口罩綜合性能測試裝置的測試方法如下：

（6）在吸氣管路設置PM2.5測試儀，測量吸氣管路的PM2.5濃度；

（7）在呼吸總管路上設置壓差計，測量吸氣時和呼氣時的壓差，從而獲知口罩的吸氣阻力和呼氣阻力。

SJZEZ型口罩綜合性能測試裝置具有如下特征：測試環境為真實大氣環境，而非某種模擬顆粒物；能夠模擬人體佩戴口罩時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（平靜、輕微運動、劇烈運動）時的呼吸強度和頻率；集口罩除塵效果、吸氣阻力和呼氣阻力測試于一體；具有良好的演示功能。

該裝置的工作流程為：電機通過傳動齒輪帶動活塞后退，活塞腔體壓強減小，環境大氣經頭模吸入，吸氣管路單向閥開啟，呼氣管路單向閥閉合，環境大氣經由吸氣管路單向閥，通過PM2.5測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，再經單向閥進入活塞腔體。接下來，電機通過傳動齒輪帶動活塞前進，吸氣管路單向閥關閉，呼氣管路單向閥開啟，活塞內氣體經由呼氣管路單向閥，進入水洗槽，給呼出氣體加濕，以模擬人體真是呼氣中的水分，再經過呼氣管路微壓表讀取呼氣管路的壓力值。

本項目研制了SJZEZ型口罩綜合性能測試裝置，可以模擬人體在不同狀態（平靜、輕微運動、劇烈運動）時的呼吸過程，以及佩戴口罩時口罩與面部的閉合程度，還可以同時測得口罩在真實大氣環境的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。

參考文獻：

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作者簡介：馬碩遠（2001-），男，漢族，現就讀于世界聯合學院（中國常熟）pre-IB。