CN110320141A - 一种电动口罩送风量和净化性能的检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动口罩送风量和净化性能的检测装置和检测方法。该检测装置包括头模、第一气路、第二气路、流量计、抽气装置、压力计和颗粒物检测仪。第一气路包含流量测试口、吸气管、第一阀门。第二气路包含颗粒物采样口、第一采样管、三通管、第二阀门、第二采样管。流量测试口和颗粒物采样口为贯穿所述头模的孔，位于所述头模佩戴电动口罩时被电动口罩覆盖的范围之内。压力计用于进行流量测试口入口压力调零。本发明采用两个气路，可以同时实现电动口罩送风量和净化效率的准确检测。

Description

一种电动口罩送风量和净化性能的检测装置和检测方法

技术领域

本发明属于计量检测领域，涉及一种口罩检测方法和一种检测装置，特别是一种主动送风型电动口罩送风量和净化性能的检测装置和检测方法。

背景技术

空气中的颗粒物污染会对人的呼吸健康产生威胁，口罩可以过滤吸入肺部的空气，是一种便携的空气净化器材。口罩的呼吸阻力通常与其净化能力有关系，通常口罩可过滤颗粒的粒径越小、呼吸阻力越大；口罩对细颗粒物的净化效率越高、呼吸阻力越大。而呼吸阻力的大小对口罩佩戴的舒适性和安全性有很大影响。呼吸阻力越大、佩戴舒适性越差、越容易引发缺氧窒息。因此口罩设计者需要在选材上考虑净化性能和呼吸阻力之间的平衡。

电动口罩配有微型风机，具有主动进风功能，可以帮助人克服呼吸阻力，所以理论上电动口罩可以选用净化性能更高的滤料、而不至于给佩戴者增加吸气难度。由此可见，电动口罩相比于传统口罩，新增了送风量这一关键性能指标，必须在性能评价、质量验证时进行检测。

虽然微型风机或口罩滤料各自的性能指标可以单独检测，但制作成口罩总成后，由于阻力、漏气、造型等原因，口罩实际的送风量和净化效率未必与作为零件的微型风机或滤料一致。因此发明一种可以测试电动口罩总成的送风量及净化效率的试验装置，对于电动口罩及类似产品的性能评价、质量验证就显得十分必要。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种电动口罩送风量和净化性能的检测装置和检测方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种电动口罩送风量检测装置，包括头模、第一气路、第二气路、流量计、压力计和抽气装置；

所述第一气路包含：

贯穿所述头模的第一孔，作为流量测试口，位于所述头模佩戴电动口罩时被电动口罩覆盖的范围之内；

吸气管，其一端连接所述流量测试口，另一端连接所述抽气装置，所述流量计设置于所述吸气管上；

第一阀门，设置于所述吸气管上，用于调节所述抽气装置的抽气量；

所述第二气路包含：

贯穿所述头模的第二孔，位于所述头模佩戴电动口罩时被电动口罩覆盖的范围之内；

第一采样管，其一端连接所述第二孔，另一端连接所述压力计。

进一步地，所述第一气路还包含缓冲罐，用于缓冲所述抽气装置产生的气流，使得从所述流量测试口抽出的空气匀速通过所述流量计。

进一步地，所述第一孔与所述第二孔为两个平行孔。

一种电动口罩送风量检测方法，采用上面所述的电动口罩送风量检测装置进行电动口罩送风量检测，包括以下步骤：

1)将电动口罩佩戴在头模上，确认电动口罩进气口无遮挡、同时封闭电动口罩的呼气口，启动电动口罩开始送风；

2)启动抽气装置，调节第一阀门的开度，使得流量测试口空气流量在流量计的量程范围内；

3)调节第一阀门的开度或流量计开度，通过压力计进行流量测试口入口压力调零；

4)流量测试口入口压力调零后，读取流量计示数，即为电动口罩送风量。

进一步地，步骤3)中所述压力计的示数为0Pa～1.0Pa时，完成流量测试口入口压力调零。

一种电动口罩送风量和净化性能检测装置，包括上面所述的电动口罩送风量检测装置，以及颗粒物检测仪；所述第二气路中贯穿所述头模的第二孔作为颗粒物采样口；所述第二气路还包含：

三通管，其第一管路连接所述第一采样管，第二管路连接所述压力计，第三管路连接所述颗粒物检测仪；

第二阀门，设置于所述三通管和所述压力计之间；

第二采样管，连接所述颗粒物检测仪，用于抽取电动口罩外的空气样品。

进一步地，还包括计算装置，用于根据所述颗粒物检测仪测量的空气颗粒物浓度计算电动口罩净化效率。

进一步地，所述计算装置采用下式计算电动口罩净化效率：

其中，η为净化效率，C_A为经由所述第二采样管测量的封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度，C_B为经由所述第一采样管测量的电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度。

进一步地，还包括设置在头模、第二采样管外的密闭罩，用于在测试净化效率时在密闭罩内部产生一定浓度的颗粒物尘埃。

一种电动口罩净化性能检测方法，采用上面所述的电动口罩送风量和净化性能检测装置进行电动口罩净化性能检测，包括以下步骤：

1)将所述电动口罩送风量和净化性能检测装置安装在封闭环境试验舱中，在试验舱中产生一定浓度的颗粒物尘埃；如果在头模、第二采样管外设有密闭罩，则在密闭罩内部产生一定浓度的颗粒物尘埃，此时不需使用封闭环境试验舱；

2)启动颗粒物检测仪，封闭第一采样管，经由第二采样管测量封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度；

3)流量测试口入口压力调零后，保持抽气装置、流量计、第一阀门设定不变，开启第二阀门；

4)封闭第二采样管，经由第一采样管测量电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度；

5)根据步骤2)和步骤4)测得的封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度和电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度，计算电动口罩净化效率。

本发明的有益效果如下：

1、本方案可以较为准确地测量电动口罩的实际送风量。电动口罩的风机是微型离心风机，风量较大，压头很低。为了测量电动口罩送风量，必须用抽气泵帮助微型离心风机克服测量管路和流量计的阻力。当头模鼻孔处静压为0时，证明电动口罩送出的气流可以畅通无阻地穿过测量管路和流量计，此时流量计读数即为电动口罩的送风量。如果头模上只有一个孔，则无法显示当前条件下头模鼻孔处静压是否为零，即无法得知抽气泵是否刚刚好帮助口罩的风机克服了管路和流量计的阻力，而没有对其风量造成额外干扰。这对于测量电动口罩风量是必要的。

2、本方案采用两个气路可以同时实现电动口罩送风量和净化效率的检测。当头模鼻孔静压调零后，就可以启动与微压计处于同一气路上的颗粒物检测仪对电动口罩送入的空气进行采样。如果没有调零，则会使采样流量与实际工况不符，造成测试结果与真实情况有较大且不确定的偏差。

附图说明

图1是实施例1中电动口罩送风量和净化性能的检测装置的结构示意图。

图2是实施例2中电动口罩送风量和净化性能的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种电动口罩送风量和净化性能的检测装置。该检测装置由头模、气路、抽气装置、计量装置和外壳等部分组成，其整体结构如图1所示(图1中不含有外壳)。

头模可以为男性头模、女性头模、儿童头模，或执行现行国家标准GB 2626附录B中的大号头模、中号头模、小号头模。

在头模佩戴电动口罩时被电动口罩覆盖的部分之内钻两个平行孔，通到被电动口罩覆盖的部分之外。两个孔分别为流量测试口和颗粒物采样口。

流量测试口依次连接吸气管、流量计、缓冲罐、阀B(第一阀门)和抽气装置。

流量计的作用是测量电动口罩的送风量。流量计可以是转子流量计、孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声波流量计等中的一种。流量计量程为0L/min～300L/min。

缓冲罐的作用是缓冲抽气装置产生的气流脉冲，使得从流量测试口抽出的空气匀速通过流量计。缓冲罐造型可以是圆柱体、球体、椭球体、四面体、五面体、六面体等造型中的一种。缓冲罐容积根据抽气装置抽气的连续性，范围可选0.3L～1000L。

阀B的作用是调节抽气装置的抽气量。阀B可为截止阀、球阀、蝶阀、闸阀、减压阀等类型中的一种。

抽气装置的作用是为气路中的空气提供动力，帮助电动口罩微型风机克服气路、流量计等装置产生的阻力，使得流量计可以测得电动口罩送入面部的真实风量，并辅助实现电动口罩净化效率检测。

抽气装置可以是轴流风机、离心风机、罗茨风机、隔膜泵、柱塞泵、螺杆泵等类型中的一种。抽气装置的流量为10L/min～300L/min。

颗粒物采样口连接采样管B(第一采样管)、三通管、压力计、阀A(第二阀门)、颗粒物检测仪，颗粒物检测仪还可连接采样管A(第二采样管)。

采样管B的目的是抽取电动口罩覆盖范围内的空气样品，采样管A的目的是抽取电动口罩外的空气样品。

压力计的目的是测量头模上被电动口罩覆盖范围内采样口的压力。压力计可选取双液U型管压力计、单管压力计、斜管压力计、补偿式微压计、数字微压计等计量器具中的一种。压力计的量程为0Pa～1000Pa，分辨率为0.1Pa。

阀A的作用是控制颗粒物检测仪气路的开关。阀A可为截止阀、球阀、蝶阀、闸阀、减压阀等类型中的一种。阀A可用夹子代替，在需要颗粒物检测仪气路关断时，夹闭气管。

颗粒物检测仪的作用是检测由采样管A和采样管B采集的空气样品中颗粒物的浓度。颗粒物检测仪可以是光散射式粒子计数器、凝聚核粒子计数器、称重法检测器等类型中的一种。

采用上述检测装置的电动口罩送风量检测方法为：

1、流量测试口入口压力调零

将电动口罩佩戴在头模上，确认电动口罩进气口无遮挡、同时封闭电动口罩的呼气口，启动电动口罩开始送风。关闭阀A。

启动抽气装置。调节阀B开度，使得流量测试口空气流量在流量计的量程范围内。

调节阀B的开度或流量计开度(仅针对转子流量计)，使得压力计的示数为0Pa～1.0Pa。

2、读取电动口罩送风量

流量测试口入口压力调零后，读取流量计示数，即为电动口罩送风量。

采用上述检测装置的电动口罩净化效率检测方法为：

将电动口罩检测试验装置安装在封闭环境试验舱中，在试验舱中产生一定浓度的颗粒物尘埃。

启动颗粒物检测仪，封闭采样管B、经由采样管A测量封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度。

流量测试口入口压力调零后，保持抽气装置、流量计、阀B设定不变，开启阀A。

封闭采样管A、经由采样管B测量电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度。

电动口罩净化效率按下列公式计算(具体实施时可通过计算机等计算装置进行计算)：

其中，η为净化效率，C_A为试验舱背景颗粒物浓度，C_B为电动口罩送风颗粒物浓度。

实施例2：

本实施例提供一种电动口罩送风量检测装置，与实施例1的区别在于，只具有送风量检测功能，不具有净化效率检测功能。在具体结构上，该装置不含有实施例1所述装置中的阀A、采样管A、颗粒物检测仪，其它结构与实施例1相同，如图2所示。另外，压力计与采样管B直接连接即可，不需要实施例1中的三通管。

使用本发明方案实现的电动口罩测试台，测得某型号电动口罩的高、中、低档位送风量分别为67L/min、52L/min和30L/min。对比没有辅助抽气泵的情况下，高、中、低档位送风量分别为24L/min、9L/min和0L/min。显然，由于电动口罩使用风机的压头在克服流量计阻力时发生了显著损失，不适用辅助抽气泵难以测量其真实地送风量。

使用本发明方案实现的电动口罩测试台，将某型号电动口罩设定在高档位、送风量为67L/min。头模鼻孔处静压调零后，试验舱背景PM_2.5浓度为271μg/m³时，电动口罩送风PM_2.5浓度为21μg/m³，净化效率为92％。使用无辅助抽气、静压调零措施的测试台对同一样品进行测试，设定在高档位，送风量无法读取。试验舱背景PM_2.5浓度为278μg/m³时，电动口罩送风PM_2.5浓度为77μg/m³，净化效率为72％。这种偏差可能是由于以下原因造成的：使用本方案，当头模鼻孔处静压调零时，颗粒物检测仪采样压力为零，采样仪的采样流量不受外界干扰，仪器可以根据其内部预先标定的参数将单位时间内通过传感器的颗粒物数量换算为空气中的颗粒物浓度。但是如果不将头模鼻孔处静压调零，由于电动口罩为主动送风，相当于对颗粒物检测仪的采样装置施加了正压，此时仪器实际采样流量大于预设值，因此单位时间内通过传感器的颗粒物数量较真实值显著偏大。

实施例3：

本实施例在实施例1、2的装置结构基础上，用一个密闭罩把头模、采样管A罩起来，跟整套装置集成在一起。测试净化效率的时候在密闭罩子中发尘(即产生一定浓度的颗粒物尘埃)。这样无需将整个装置放置在试验舱中，可以免去建设试验舱的昂贵投资。

密闭罩的材质可以是玻璃、聚合物、金属、木材、纸、皮革中的一种或多种的组合。

密闭罩的容积可以为0.03m³～1m³。

密闭罩形状可以是半球形、球形、椭球型、立方体形、长方体形、多面体形、圆柱体形中的一种或其变形体。

为了使密闭罩中的人工尘均匀扩散，可以设置搅拌风扇、内循环气流等强制扩散措施。

实施例4：

本实施例是实施例1的变形方式，即在头模上开三个孔，一个孔接流量计、缓冲罐、抽气装置，用作测量电动口罩送气量；一个孔接压力计，用于监测电动口罩覆盖范围内静压；一个孔接颗粒物检测仪，用于检测口罩过滤效率。

实施例5：

本实施例将颗粒物检测仪替换成其他检测仪，如油状物检测仪、气态化学污染物检测仪等，可用于检测口罩对油状物、气态化学污染物的净化效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的原理和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种电动口罩送风量检测装置，其特征在于，包括头模、第一气路、第二气路、流量计、压力计和抽气装置；

所述第一气路包含：

贯穿所述头模的第一孔，作为流量测试口，位于所述头模佩戴电动口罩时被电动口罩覆盖的范围之内；

吸气管，其一端连接所述流量测试口，另一端连接所述抽气装置，所述流量计设置于所述吸气管上；

第一阀门，设置于所述吸气管上，用于调节所述抽气装置的抽气量；

所述第二气路包含：

贯穿所述头模的第二孔，位于所述头模佩戴电动口罩时被电动口罩覆盖的范围之内；

第一采样管，其一端连接所述第二孔，另一端连接所述压力计。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一气路还包含缓冲罐，用于缓冲所述抽气装置产生的气流，使得从所述流量测试口抽出的空气匀速通过所述流量计。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一孔与所述第二孔为两个平行孔。

4.一种电动口罩送风量检测方法，采用权利要求1～3中任一权利要求所述的电动口罩送风量检测装置进行电动口罩送风量检测，其特征在于，包括以下步骤：

1)将电动口罩佩戴在头模上，确认电动口罩进气口无遮挡、同时封闭电动口罩的呼气口，启动电动口罩开始送风；

2)启动抽气装置，调节第一阀门的开度，使得流量测试口空气流量在流量计的量程范围内；

3)调节第一阀门的开度或流量计开度，通过压力计进行流量测试口入口压力调零；

4)流量测试口入口压力调零后，读取流量计示数，即为电动口罩送风量。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤3)中所述压力计的示数为0Pa～1.0Pa时，完成流量测试口入口压力调零。

6.一种电动口罩送风量和净化性能检测装置，其特征在于，包括权利要求1～3中任一权利要求所述的电动口罩送风量检测装置，以及颗粒物检测仪；所述第二气路中贯穿所述头模的第二孔作为颗粒物采样口；所述第二气路还包含：

三通管，其第一管路连接所述第一采样管，第二管路连接所述压力计，第三管路连接所述颗粒物检测仪；

第二阀门，设置于所述三通管和所述压力计之间；

第二采样管，连接所述颗粒物检测仪，用于抽取电动口罩外的空气样品。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，还包括计算装置，用于根据所述颗粒物检测仪测量的空气颗粒物浓度计算电动口罩净化效率。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述计算装置采用下式计算电动口罩净化效率：

其中，η为净化效率，c_A为经由所述第二采样管测量的封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度，c_B为经由所述第一采样管测量的电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度。

9.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，还包括设置在头模、第二采样管外的密闭罩，用于在测试净化效率时在密闭罩内部产生一定浓度的颗粒物尘埃。

10.一种电动口罩净化性能检测方法，采用权利要求6所述的电动口罩送风量和净化性能检测装置进行电动口罩净化性能检测，其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述电动口罩送风量和净化性能检测装置安装在封闭环境试验舱中，在试验舱中产生一定浓度的颗粒物尘埃；

2)启动颗粒物检测仪，封闭第一采样管，经由第二采样管测量封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度；

3)流量测试口入口压力调零后，保持抽气装置、流量计、第一阀门设定不变，开启第二阀门；

4)封闭第二采样管，经由第一采样管测量电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度；

5)根据步骤2)和步骤4)测得的封闭环境试验舱中的空气颗粒物浓度和电动口罩覆盖范围内的空气颗粒物浓度，计算电动口罩净化效率。