CN111650109A - 口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，给出了校准参数：流量测量相对示值误差、流量稳定性、压力测量相对示值误差、压力稳定性、空置过滤效率及空置过滤效率漂移值、过滤效率示值误差、过滤效率重复性的测量方法及每个校准参数的计算公式，通过本发明的校准方法校准口罩颗粒物过滤效率测试仪，能保证口罩颗粒物过滤效率测试仪检测的结果准确，使行业从业人员和广大消费者放心。

Description

口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法

技术领域

本发明涉及一种口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法。

背景技术

口罩颗粒物过滤效率测试仪是采用气溶胶发生装置，发生一定粒径范围和浓度的氯化钠颗粒或油性颗粒，通过静电中和处理，经滤料(口罩)，测量上、下游的颗粒物浓度来计算过滤效率。

颗粒物过滤效率是评价口罩性能的关键参数，也是评价口罩等级中最关键的指标。国标中对口罩性能要求和等级评价有明确的要求。(GB 38413-2019《纺织品细颗粒物过滤性能试验方法》、GB 2626-2019《呼吸防护自吸过滤式防颗粒物呼吸器》)因此，口罩颗粒物过滤效率测试仪是口罩质量检测中很重要的设备。随着疫情的全球爆发，口罩检测需求激增，国内外市场口罩检测设备不统一，可比性较差，且我国尚未制定此类仪器校准规范，使口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准处于无法可依的状态。为满足口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准需要，保证量值准确与统一，使行业从业人员和广大消费者放心，申请人提出了本申请的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其中需要采用到标准流量计、标准压差计、标准粉尘浓度测量仪、口罩颗粒物过滤效率测试仪，包括如下处理步骤：

步骤1：接通口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统，将标准流量计的串联到口罩颗粒物过滤效率测试仪气路中，以一定时间间隔先读取若干次仪器的瞬时流量值，再读取标准流量计测量的采样流量值，计算流量测量相对示值误差；

步骤2：通过标准流量计测量仪器流量的初始值并开始计时，以一定时间间隔读取若干次仪器流量的测量值，计算流量稳定性；

步骤3：将标准压差计连接到仪器压力管道，先以一定时间间隔读取若干次仪器的瞬时压力值，然后再读取标准压差计测量的采用压力值，计算压力测量相对示值误差；

步骤4：通过标准压差计测量仪器压力的初始值并开始即时，以一定时间间隔读取若干次仪器压力的测量值，计算压力稳定性；

步骤5：口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上不放口罩，读取颗粒物过滤效率仪器示值，重复测量若干次，计算空置过滤效率及空置过滤效率漂移值；

步骤6：口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上放置口罩，先读取颗粒物过滤效率仪器示值，然后将测量端口上下游分别接入标准粉尘浓度测量仪，记录上下游颗粒物浓度测量结果，计算过滤效率标准测量值，重复上述操作若干次，计算过滤效率示值误差；

步骤7：读取仪器颗粒物过滤效率测量值，重复测量若干次，计算过滤效率重复性。

在一些实施方式中，在步骤1中，流量测量相对示值误差是通过仪器的流量测量值与标准流量测量值比较计算得出，因此流量测量相对示值误差的计算公式为：

公式1：

其中，ΔQ_R为流量测量相对示值误差，

为仪器流量若干次测量的瞬时流量值的平均值，

为标准流量计测量的采样流量值的平均值。

在一些实施方式中，在步骤2中，流量稳定性考察的是在一定的时间内，仪器流量显示值的变化，通过这段时间内的最大变化值与初始值的比较，得出相对值即为稳定性，因此流量稳定性的计算公式为：

公式2：

其中，δ_Q为流量稳定性，Q_max为若干次测量值中最大流量示值，Q_min为若干次测量值中最小流量示值，Q₀为仪器流量初始值。

在一些实施方式中，在步骤3中，压力测量相对示值误差通过将仪器的压力测量值与标准测量值相差，差值与标准值的相对值作为结果，因此压力测量相对示值误差的计算公式为：

公式3：

其中，Δp_R为压力测量相对示值误差，

为仪器若干次测量值的平均值，

—标准压差计测量的采样压力值的平均值。

在一些实施方式中，在步骤4中，压力稳定性考察的是在一定的时间内，仪器压力显示值的变化，通过这段时间内的最大变化值与初始值的比较，得出相对值即为稳定性，因此压力稳定性的计算公式为：

公式4：

其中，δ_p为压力稳定性，p_max为若干次测量值中最大压力示值，p_min为若干次测量值中最小压力示值，p₀为仪器压力的初始值。

在一些实施方式中，在步骤5中，若干次颗粒物过滤效率仪器示值的平均值即为空置过滤效率，空置过滤效率的理论值为0，但在实际测试过程中常由于气溶胶发生装置的不稳定性、上下游管路的不一致性、上下游颗粒物浓度检测仪的差异性等原因而出现不为0的情况，因此空置过滤效率可反映出仪器的部分系统误差。空置过滤效率漂移值也可反映出仪器系统误差的变化值，由一定时间内的最大空置过滤效率与最小空置过滤效率的差值来表示，因此空置过滤效率漂移值计算公式为：

公式5：

其中，

为空置过滤效率漂移值，E_R,max为空置过滤效率测量最大示值，E_R,min为空置过滤效率测量最小示值。

在一些实施方式中，在步骤6中，过滤效率标准测量值是通过分别测试上下游的颗粒物浓度来实现，因此过滤效率标准测量值的计算公式为：

公式6：

其中，E_s为过滤效率标准测量值，ρ_u为测量端口上游颗粒物浓度，ρ_d为测量端口下游颗粒物浓度；

过滤效率示值误差通过比较同一滤料下仪器测量值与标准值来计算，过滤效率示值误差的计算公式为：

公式7：

其中，ΔE为过滤效率示值误差，

为过滤效率标准测量值的平均值，

为过滤效率仪器示值的平均值。

在一些实施方式中，在步骤7中，过滤效率重复性是采用贝塞尔公式对若干次仪器测量值进行计算，过滤效率重复性的计算公式为：

公式8：

其中，RSD_E为过滤效率重复性，n为测量次数，E_i为过滤效率仪器第i次测量值，

为过滤效率仪器若干次测量平均值。

在一些实施方式中，在步骤1中，时间间隔为3-10分钟，读取5-10次仪器的瞬时流量值；优选的，在步骤1中，时间间隔为5分钟，读取6次仪器的瞬时流量值。

在一些实施方式中，在步骤2中，时间间隔为5-15分钟，读取5-10次标准流量计的测量值；优选的，在步骤2中，时间间隔为10分钟，读取6次标准流量计的测量值。

在一些实施方式中，在步骤3中，时间间隔为3-10分钟，读取5-10次仪器的瞬时压力值；优选的，在步骤3中，时间间隔为5分钟，读取6次仪器的瞬时压力值。

在一些实施方式中，在步骤4中，时间间隔为5-15分钟，读取5-10次标准压差计的测量值；优选的，在步骤4中，时间间隔为10分钟，读取6次标准压差计的测量值。

在一些实施方式中，在步骤5中，重复测量次数为5-10次；优选的，在步骤5中，重复测量次数为6次。

在一些实施方式中，在步骤6中，重复操作次数为3-6次；优选的，在步骤6中，重复操作次数为3次。

在一些实施方式中，在步骤7中，重复测量次数为5-10次；优选的，在步骤7中，重复测量次数为6次。

本发明的有益效果在于：本发明的校准方法给出了校准参数：流量测量相对示值误差、流量稳定性、压力测量相对示值误差、压力稳定性、空置过滤效率及空置过滤效率漂移值、过滤效率示值误差、过滤效率重复性的计算公式及每个校准参数的测量方法，通过本发明的校准方法校准口罩颗粒物过滤效率测试仪，能保证口罩颗粒物过滤效率测试仪检测的结果准确，使行业从业人员和广大消费者放心。

附图说明

图1本发明的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法所采用设置连接关系示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法所采用设置连接关系示意图，其中口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统包括气溶胶发生气路和检测气路，气溶胶发生气路包括加热器2、气溶胶中和器3、气溶胶发生器4、混合腔5，加热器2之前设有流量调节阀1，加热器2与气溶胶中和器3连通，混合腔5的第一进气口与气溶胶中和器连通3，第二进气口与气溶胶发生器4连通，第一出气口通过开关阀6与检测气路连通，第二出气口与大气连通用于排空多余的空气。

检测气路包括气压夹具、压力计9、上游颗粒物浓度检测仪10、下游颗粒物浓度检测仪11、流量计12、真空泵14，气压夹具包括上夹具15和下夹具16，口罩8夹持在气压夹具的上夹具15和下夹具16之间，气压夹具由气压缸7带动，上夹具15的上游测量端口与上游颗粒物浓度检测仪10连接，下夹具16的下游测量端口与下游颗粒物浓度检测仪连接11，压力计9连接在气压夹具的上夹具15与下夹具16之间的压力管道，真空泵14设置在检测气路的末端，真空泵14之前设有流量调节阀1。

在真空泵14的作用下，使气溶胶发生气路中的带颗粒物的气体通过气压夹具夹持的口罩，通过上游颗粒物浓度检测仪10、下游颗粒物浓度检测仪测量11测量上、下游颗粒浓度来计算过滤效率。

在一个具体校准的实施例中，具体说明本发明的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法的步骤，包括如下处理步骤：

步骤1：接通口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统，将标准流量计的串联到口罩颗粒物过滤效率测试仪气路中，启动仪器，流量设定值为85(L/min)，待稳定后，以5分钟的时间间隔读取6次仪器的瞬时流量值Q_R(L/min)，6次测量结果分别为84.97、85.00、84.85、85.18、84.89、85.08，仪器流量6次测量的瞬时流量值的平均值

再读取标准流量计测量的采样流量值Q_s(L/min)，6次测量结果分别为86.5、86.4、86.5、86.5、86.4、86.5，标准流量计测量的采样流量值的平均值

按公式1计算流量测量相对示值误差；流量测量相对示值误差ΔQ_R的计算公式为：

公式1：

其中，ΔQ_R为流量测量相对示值误差，

为仪器流量6次测量的瞬时流量值的平均值，

为标准流量计测量的采样流量值的平均值；

流量测量相对示值误差ΔQ_R不应超过±4％，根据GB2626-2019要求，并参考粉尘浓度测量仪校准规范，制定本技术要求。

步骤2：接通口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统，将标准流量计的串联到口罩颗粒物过滤效率测试仪气路中，启动仪器，稳定5分钟后，通过标准流量计测量仪器流量的初始值Q₀并开始计时，Q₀＝84.970(L/min)，然后以10分钟的时间间隔读取6次仪器流量的测量值，6次测量值分别为85.000、85.180、85.070、85.890、85.120、84.960，取6个仪器流量的测量值中的最大流量示值Q_max＝85.890和最小流量示值Q_min＝84.960，使用公式2计算流量稳定性δ_Q；流量稳定性δ_Q的计算公式为：

公式2：

其中，δ_Q为流量稳定性，Q_max为6次测量值中最大流量示值，Q_min为6次测量值中最小流量示值，Q₀为仪器流量初始值；

流量稳定性δ_Q不大于5％，根据GB2626-2019要求，并参考粉尘浓度测量仪校准规范，制定本技术要求。

步骤3：接通口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统，将标准压差计连接到仪器压力管道，启动仪器，待稳定后，以5分钟的时间间隔读取6次仪器的瞬时压力值p_R(Pa)，6次测量结果：47.1、47.1、47.4、47.0、47.2、47.1，6次测量值的平均值

再读取标准压差计测量的采样压力值p_s(Pa)，6次测量结果：48.3、47.0、46.5、46.8、47.1、49.6，标准压差计测量的采样压力值的平均值

计算压力测量相对示值误差Δp_R；压力测量相对示值误差Δp_R的计算公式为：

公式3：

其中，Δp_R为压力测量相对示值误差，

为仪器6次测量值的平均值，

为标准压差计测量的采样压力值的平均值；

压力测量相对示值误差Δp_R不应超过±4％，根据GB2626-2019要求，并参考粉尘浓度测量仪校准规范，制定本技术要求。

步骤4：接通口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统，将标准压差计连接到仪器压力管道，启动仪器，稳定5分钟后，通过标准压差计测量仪器压力的初始值p₀并开始即时，p₀＝47.1，然后以10分钟的时间间隔读取6次仪器压力的测量值，6次测量结果：47.1、47.4、47.0、47.2、47.1、47.0，取6个仪器压力的测量值中的最大压力示值p_max＝47.4和最小压力示值p_min＝47.0，用公式4计算压力稳定性δ_p；压力稳定性δ_p的计算公式为：

公式4：

其中，δ_p为压力稳定性，p_max为6次测量值中最大压力示值，p_min为6次测量值中最小压力示值，p₀为仪器压力的初始值。

压力稳定性δ_p不大于5％，根据GB2626-2019要求，并参考粉尘浓度测量仪校准规范，制定本技术要求。

步骤5：启动口罩颗粒物过滤效率测试仪，调节合适的流量，调节气溶胶发生装置，颗粒物发生浓度适中，不大于200mg/m3，待稳定后，口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上不放口罩，读取颗粒物过滤效率仪器示值，重复测量6次，6次测量结果：-1.529、-1.406、-1.333、-1.290、-1.196、-1.124取6次颗粒物过滤效率仪器示值的平均值为空置过滤效率＝((-1.529)+(-1.406)+(-1.333)+(-1.290)+(-1.196)+(-1.124))/6＝-1.313；空置过滤效率测量最大示值E_R,max＝-1.124，空置过滤效率测量最小示值E_R,min＝-1.529，按照公式5计算空置过滤效率漂移值，空置过滤效率漂移值的计算公式为：

公式5：

其中，δ_ER为空置过滤效率漂移值，E_R,max为空置过滤效率测量最大示值，E_R,min为空置过滤效率测量最小示值；

空置过滤效率即为：当不放口罩时的过滤效率，理论上应为0。重复测试6次，取最大值和最小值之差为空置过滤效率漂移值。该指标可间接反映仪器上下游颗粒物浓度检测差异性，反映出仪器的系统误差。

步骤6：启动口罩颗粒物过滤效率测试仪，调节合适的流量，调节气溶胶发生装置，颗粒物发生浓度适中，待稳定后，口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上放置口罩，进行测量，读取颗粒物过滤效率仪器示值E_R，将测量端口上、下游分别接入标准粉尘浓度测量仪，记录上、下游颗粒物浓度测量结果记为ρ_u、ρ_d，采用公式6计算过滤效率标准测量值E_s，重复上述操作3次，取3次颗粒物过滤效率仪器示值E_R和过滤效率标准测量值E_s的平均值为

和

通过公式7计算过滤效率示值误差ΔE；

过滤效率标准测量值E_s的计算公式为：

公式6：

其中，E_s为过滤效率标准测量值，ρ_u为测量端口上游颗粒物浓度，ρ_d为测量端口下游颗粒物浓度；

过滤效率仪器示值的平均值

过滤效率标准测量值的平均值

过滤效率示值误差的计算公式为：

公式7：

其中，ΔE为过滤效率示值误差，

为过滤效率标准测量值的平均值，

为过滤效率仪器示值的平均值。

步骤7：启动口罩颗粒物过滤效率测试仪，调节合适的流量，调节气溶胶发生装置，使颗粒物浓度合适且不大于200mg/m³，稳定后，口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上放置口罩，读取颗粒物过滤效率仪器示值E_i，重复测量6次，6次测量结果：95.237、95.182、95.193、95.165、95.165、95.074，通过公式8计算过滤效率重复性RSD_E，过滤效率重复性RSD_E的计算公式为：

公式8：

其中，RSD_E为过滤效率重复性，n为测量次数，E_i为过滤效率仪器第i次测量值，E为过滤效率仪器6次测量平均值。

将6次测量值代入公式8，得到过滤效率重复性RSD_E＝0.1。

本发明的校准方法校准的环境条件为：校准室温为(25±3)℃，相对湿度为(60±10)％RH，仪器应放在暗室或遮光使用，无外部光线直射。

在一个具体验证的实施例中，通过采用本校准方法对市面上常见的一台口罩颗粒物过滤效率测试仪进行校准，包括流量测量相对示值误差、流量稳定性、压力测量相对示值误差、压力稳定性、空置过滤效率及空置过滤效率漂移值、过滤效率示值误差、过滤效率重复性进行校准，具体结果见上述测量数据及计算结果。再对已知过滤效率的口罩进行检测和验证，结果证明在本校准方法校准后的测试仪可准确测试口罩过滤效率。对已知过滤效率为KN95的口罩进行过滤效率测试，重复测量下，口罩颗粒物过滤效率测试仪的过滤效率测量结果分别为95.062％、95.061％、95.074％、95.165％、95.193％、95.182％，标准测量结果分别为：95.564％、95.876％、95.872％、95.915％、95.893％、95.882％。仪器测量值和标准测量值一致性良好，与已知过滤效率相比较可知，测量结果准确性高。本校准方法可解决行业中口罩颗粒物过滤效率测试仪的溯源问题，使检测结果具有一致性和可比性，从而提高检测结果准确性。为行业质量提升提供技术保障，保障和稳定产业链供应链畅通运转，同时也提高了广大消费者的信任度。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，涉及使用标准流量计、标准压差计、标准粉尘浓度测量仪、口罩颗粒物过滤效率测试仪，其特征在于，包括如下处理步骤：

步骤1：接通口罩颗粒物过滤效率测试仪的气路系统，将标准流量计的串联到口罩颗粒物过滤效率测试仪气路中，以一定时间间隔先读取若干次仪器的瞬时流量值，再读取标准流量计测量的采样流量值，计算流量测量相对示值误差；

步骤2：通过标准流量计测量仪器流量的初始值并开始计时，以一定时间间隔读取若干次仪器流量的测量值，计算流量稳定性；

步骤3：将标准压差计连接到仪器压力管道，以一定时间间隔读取若干次仪器的瞬时压力值，读取标准压差计测量的采样压力值，计算压力测量相对示值误差；

步骤4：通过标准压差计测量仪器压力的初始值并开始即时，以一定时间间隔读取若干次仪器压力的测量值，计算压力稳定性；

步骤5：口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上不放口罩，读取颗粒物过滤效率仪器示值，重复测量若干次，计算空置过滤效率及空置过滤效率漂移值；

步骤6：口罩颗粒物过滤效率测试仪的夹具上放置口罩，首先读取颗粒物过滤效率仪器示值，然后将测量端口上下游分别接入标准粉尘浓度测量仪，记录上下游颗粒物浓度测量结果，计算过滤效率标准测量值，重复上述操作若干次，计算过滤效率示值误差；

步骤7：读取颗粒物过滤效率仪器过滤效率的测量值，连续测量若干次，计算过滤效率重复性。

2.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤1中，流量测量相对示值误差的计算公式为：

公式1：

其中，ΔQ_R为流量测量相对示值误差，

为仪器流量若干次测量的瞬时流量值的平均值，

为标准流量计测量的采样流量值的平均值。

3.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤2中，流量稳定性的计算公式为：

公式2：

其中，δ_Q为流量稳定性，Q_max为若干次测量值中最大流量示值，Q_min为若干次测量值中最小流量示值，Q₀为仪器流量初始值。

4.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤3中，压力测量相对示值误差的计算公式为：

公式3：

其中，Δp_R为压力测量相对示值误差，

为仪器若干次测量值的平均值，

为标准压差计测量的采样压力值的平均值。

5.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤4中，压力稳定性的计算公式为：

公式4：

其中，δ_p为压力稳定性，p_max为若干次测量值中最大压力示值，p_min为若干次测量值中最小压力示值，p₀为仪器压力的初始值。

6.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤5中，若干次颗粒物过滤效率仪器示值的平均值即为空置过滤效率，空置过滤效率漂移值计算公式为：

公式5：

其中，

为空置过滤效率漂移值，E_R,max为空置过滤效率测量最大示值，E_R,min为空置过滤效率测量最小示值。

7.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤6中，过滤效率标准测量值的计算公式为：

公式6：

其中，E_s为过滤效率标准测量值，ρ_u为测量端口上游颗粒物浓度，ρ_d为测量端口下游颗粒物浓度；

过滤效率示值误差的计算公式为：

公式7：

其中，ΔE为过滤效率示值误差，

为过滤效率标准测量值的平均值，

为过滤效率仪器示值的平均值。

8.根据权利要求1所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤7中，过滤效率重复性的计算公式为：

公式8：

其中，RSD_E为过滤效率重复性，n为测量次数，E_i为过滤效率仪器第i次测量值，

为过滤效率仪器若干次测量平均值。

9.根据权利要求1或2所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤1中，时间间隔为3-10分钟，读取5-10次仪器的瞬时流量值；优选的，在步骤1中，时间间隔为5分钟，读取6次仪器的瞬时流量值。

10.根据权利要求1或3所述的口罩颗粒物过滤效率测试仪的校准方法，其特征在于，在步骤2中，时间间隔为5-15分钟，读取5-10次标准流量计的测量值；优选的，在步骤2中，时间间隔为10分钟，读取6次标准流量计的测量值。

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