TWI385374B - 檢測裝置及檢測方法 - Google Patents

Description

檢測裝置及檢測方法

本發明是有關於一種檢測裝置及檢測方法，且特別是有關於一種過濾效率之檢測裝置及檢測方法。

隨著科技的發展，空氣品質日益下降，空氣中懸浮微粒對於人體的危害也與日俱增。就安全衛生的觀點而言，懸浮微粒(例如細菌)危害可由三個方面加以控制：發生源(污染源)、傳輸途徑以及防護措施。其中防護措施包含使用個人防護具，如面罩、防護衣等。

目前業界發展的面罩多利用多孔隙的纖維織物來製作，在製作完成後需進行過濾效率的檢測，以得知面罩等織物的防護效果。為了進行過濾效率的檢測，係發展出過濾效率的檢測裝置。一般而言，檢測裝置係利用氣霧產生器將包含有微粒(例如細菌)的試驗液霧化為試驗氣霧，並將試驗氣霧通過欲進行測試的濾材(例如面罩等織物)來進行過濾的動作。接著，利用採樣器接收過濾後的試驗氣霧，並檢測其中微粒的殘餘量，藉以得知濾材的過濾效率。

一般的檢測裝置係以一氣霧腔為主，氣霧產生器係設置於氣霧腔上端，採樣器設置於氣霧腔下端，濾材則設置在氣霧腔及採樣器之間。檢測裝置係以由上而下之方向提供試驗氣霧通過濾材，以進行檢測。然而，氣霧產生器一般無法完全將試驗液霧化為試驗氣霧，未被霧化的試驗液便會形成液滴，直接滴落在濾材上，導致因覆蓋作用而影響檢測結果的缺點。

另外，在進入實際檢測階段前，檢測裝置必須先經過前置準備階段。在準備階段中，濾材未被放置入檢測裝置內，檢測裝置先開始產生試驗氣霧，待試驗氣霧之流量穩定，並且試驗氣霧粒子之粒徑達到試驗條件的要求後，再將濾材置入檢測裝置內。如此必須拆開並重新組裝檢測裝置，大大降低了操作上的便利性。特別是進行多次檢測時，需要反覆拆裝檢測裝置，此些拆裝動作會很容易改變檢測條件。如此便增加檢測條件的變異性，大幅降低檢測的穩定性。再者，在拆裝檢測裝置的過程中，更增加了檢測裝置中的元件以及濾材受到外部污染的機會。

因此本發明的目的是在提供一種檢測裝置及檢測方法，其係利用試驗氣霧分別由緩衝瓶頂端之進料口及緩衝瓶側邊之出料口進入及離開緩衝瓶之方式，使試驗氣霧進入緩衝瓶之方向非平行於試驗氣霧離開緩衝瓶之方向。

根據本發明之上述目的，提出一種檢測裝置，包括一緩衝瓶、一霧化器、一氣霧腔以及一採樣器。緩衝瓶具有一進料口及一出料口，分別用以使一試驗氣霧進入及離開緩衝瓶，並且分別位於緩衝瓶之頂端及側邊。霧化器設置於進料口，用以將一試驗液霧化為試驗氣霧。氣霧腔具有一上端開口及一下端開口，離開緩衝瓶之試驗氣霧由上端開口進入氣霧腔。採樣器經由下端開口連接於氣霧腔，用以接收經由一濾材過濾後之試驗氣霧，藉以檢驗濾材之過濾效率，濾材設置於氣霧腔及採樣器之間。

根據本發明之另一目的，提出一種檢測方法。首先，提供一試驗氣霧沿一進料方向進入一緩衝瓶。其次，導引試驗氣霧由一出料方向離開緩衝瓶，進料方向非平行於出料方向。再來，分散試驗氣霧於一氣霧腔中。接著，過濾試驗氣霧。然後，接收過濾後之試驗氣霧，藉以檢測過濾效率。

本發明之檢測裝置及檢測方法利用試驗氣霧進入緩衝瓶之方向非平行於試驗氣霧離開緩衝瓶之方向的方式，由緩衝瓶產生緩衝的功能，使離開緩衝瓶的試驗氣霧具有穩定的流量以及均勻的平均粒徑，可提升操作便利性、提高檢測穩定性，並且可避免濾材被污染的問題。

依照本發明一較佳實施例之檢測裝置及檢測方法，係用以檢測一濾材之過濾效率。檢測裝置利用緩衝瓶之進料口及出料口錯開設置的方式，使得超過檢測條件之粒徑範圍的氣霧粒子以及未被霧化的試驗液，不會直接滴落至濾材，藉以產生緩衝的作用。其係具有提升操作便利性、提高檢測穩定性，以及避免濾材被污染等優點。

請參照第1圖，其繪示依照本發明一較佳實施例之檢測裝置之示意圖。本實施例之檢測裝置100主要包括一緩衝瓶110、一霧化器120、一氣霧腔140以及一採樣器150。緩衝瓶110具有一進料口110a及一出料口110b，分別位於緩衝瓶110之頂端及側邊，一試驗氣霧S係由進料口110a進入緩衝瓶110，並由出料口110b離開緩衝瓶110。霧化器120設置於進料口110a，用以將一試驗液霧化為試驗氣霧S。氣霧腔140具有一上端開口140a及一下端開口140b，離開緩衝瓶110之試驗氣霧S係由上端開口140a進入氣霧腔140。本實施例中，出料口110b與緩衝瓶110底部之距離大於出料口110b與緩衝瓶110頂端之距離。採樣器150經由下端開口140b連接於氣霧腔140，用以接收被設置於氣霧腔140與採樣器150之間的一濾材F過濾後的試驗氣霧S，藉以檢驗濾材F之過濾效率。檢測裝置100利用錯開設置的進料口110a及出料口110b，使緩衝瓶110可產生緩衝的作用，讓超過檢測條件之粒徑範圍的試驗氣霧S粒子以及未被霧化之試驗液，不會直接滴落在濾材F上，可以避免濾材F被污染而影響檢測結果的問題。

更進一步來說，緩衝瓶110及氣霧腔140分別具有一長軸方向L1及L2。緩衝瓶110之長軸方向L1及氣霧腔140之長軸方向L2分別大致上垂直於一水平面，且緩衝瓶110之長軸方向L1較佳地大致平行於氣霧腔140之長軸方向L2。依照本發明較佳之實施例中，緩衝瓶110之進料口110a及氣霧腔140之上端開口140a位於不同的長軸方向上。此種配置方式係可確保試驗氣霧S由進料口110a進入緩衝瓶110之後，不會直接經由上端開口140a進入氣霧腔140內。

另一方面，檢測裝置100更包括一連接管130，其係設置於緩衝瓶110及氣霧腔140之間。依照本發明一較佳實施例中，連接管130垂直於緩衝瓶110之側邊111，亦即垂直於緩衝瓶110之長軸方向L1，如第1圖所示。連接管130之兩端分別連接於出料口110b及上端開口140a。由出料口110b離開緩衝瓶110之試驗氣霧S係經由連接管130導引至氣霧腔140。另外，在不同的實施方式中，連接管130亦可非垂直於緩衝瓶110之側邊111。請參照第2圖，其繪示依照本發明另一較佳實施例之檢測裝置之緩衝瓶及連接管的示意圖。連接管130’連接於緩衝瓶110之出料口110b處，高於連接管130’連接於氣霧腔140之上端開口140a處。也就是說，連接管130’係朝向緩衝瓶110之底部傾斜。

此外，檢測裝置100更包括一真空泵(vacuum pump)160、一空氣泵170及一注射泵180。真空泵160用以提供一氣流通過緩衝瓶110、氣霧腔140及採樣器150，以帶動試驗氣霧S。本實施例中，真空泵160係設置於採樣器150之下游端，藉由抽氣使得氣流依序通過緩衝瓶110、氣霧腔140及採樣器150。本實施例之霧化器120例如為一氣壓式氣霧產生器。空氣泵170及注射泵180分別提供一高壓氣體以及試驗液至霧化器120，霧化器120係利用由空氣泵170提供之高壓氣體，將試驗液霧化成為微小之粒子。

檢測裝置100可例如是應用依照本發明一較佳實施例之檢測方法進行過濾效率之檢測。以下係針對依照本發明一較佳實施例之檢測方法進行說明。請參照第3圖，其繪示依照本發明一較佳實施例之檢測方法的流程圖。本實施例之檢測方法首先進行步驟S1，提供試驗氣霧S沿一進料方向D1進入緩衝瓶110。接著，如步驟S2所示，導引試驗氣霧S由一出料方向D2離開緩衝瓶110，其中進料方向D1非平行於出料方向D2。本實施例中，試驗氣霧S係由進料口110a沿進料方向D1進入緩衝瓶110，並且由出料口110b沿出料方向D2離開緩衝瓶110。進料方向D1大致上垂直於出料方向D2，如第1圖中所繪示。另外，為了讓由氣流帶動之試驗氣霧S可以順利進入氣霧腔140，連接管130’可朝向緩衝瓶110之底部傾斜，如第2圖所繪示。亦即，緩衝瓶110的側邊111對應於出料口110b及緩衝瓶110底部之間的部分，與出料方向D2夾有一銳角θ。

接下來，檢測方法進行分散試驗氣霧S的步驟，使試驗氣霧S的粒子均勻分散在氣霧腔140中，如步驟S3所示。然後，如步驟S4及S5所示，過濾試驗氣霧S，並且接收過濾後之試驗氣霧S，藉以檢測過濾效率。

本實施例之檢測方法更可進一步包括霧化試驗液、提供氣流以及分離試驗氣霧S及未霧化之試驗液的步驟。實際應用上，係利用霧化器120將試驗液霧化成為試驗氣霧S，並利用真空泵160提供氣流，由氣流帶動試驗氣霧S依序通過緩衝瓶110、連接管130、氣霧腔140、濾材F以及採樣器150。由於特定流量之氣流可以帶動特定粒徑範圍之粒子，因此超過此範圍之粒徑的試驗氣霧S粒子係無法由氣流帶動。再者，由於出料口110b較靠近緩衝瓶110之頂端，前述無法由氣流帶動之試驗氣霧S粒子便沿重力方向沈降至緩衝瓶110底部。另外，未被霧化之試驗液亦直接由進料口110a滴落至緩衝瓶110底部。如此一來，符合檢測條件之試驗氣霧S粒子以及未被霧化之試驗液液滴係完成分離的動作。進一步來說，在進行檢測的準備階段以及實際檢測階段，未符合檢測條件的試驗氣霧S以及未被霧化的試驗液液滴係滴落至緩衝瓶110底部。實際應用上，藉由緩衝瓶110的設置，在前置準備階段中進行氣流流量及試驗氣霧S粒徑的校正時，可以避免液滴污染採樣器150及免去反覆拆裝檢測裝置100的動作，大幅提升操作的便利性以及檢測效率。

將本實施例之檢測裝置100應用美國材料試驗協會(American Society for Testing and Materiala，ASTM)F2101標準試驗方法，進行細菌過濾效率(Bacterial Filtration Efficiency，BFE)之檢測試驗。試驗液中含有細菌，例如金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)，霧化器120係將試驗液霧化成為包含細菌之試驗氣霧S，濾材F係為醫用面罩。標準試驗之條件如下：真空泵160提供之氣流流量為28.3L/min，試驗氣霧S粒子的平均粒徑為2.7~3.3微米，總菌落數為1700至2700之間。以下係針對應用前述條件進行檢測之方式來進行說明，利用過濾前後細菌量之比較，得到醫用面罩之細菌過濾效率。

首先針對有/無緩衝瓶之檢測裝置所提供試驗氣霧之粒子數量及粒徑的差異進行說明。以下係由同一人員，針對有/無加裝緩衝瓶之檢測裝置進行試驗，取得有緩衝瓶之數據82組以及無緩衝瓶之數據40組，試驗結果係如表1所示。

根據試驗結果，82組有緩衝瓶之數據係全數落入標準試驗方法所規定之試驗氣霧粒子數量及粒徑範圍內；而無緩衝瓶之數據中，僅有17組落於標準試驗方法所規定之試驗氣霧粒子數量及粒徑範圍內。此外，有緩衝瓶之數據的標準差小於無緩衝瓶之數據的標準差，顯示包含有緩衝瓶的檢測裝置可依據氣流流量穩定產生特定粒徑及數量之試驗氣霧，有效提高檢測過濾效率的有效性。接下來，請參照第4圖，其繪示試驗氣霧粒子之數量及粒徑的分佈曲線圖。曲線A及曲線B分別表示有緩衝瓶及無緩衝瓶之檢測裝置提供的試驗氣霧粒子數量及粒徑分佈曲線。由第4圖可知，有緩衝瓶之檢測裝置並不會顯著改變試驗氣霧粒子的粒徑數量分佈，因此可完全適用於ASTM F2101或其他標準試驗方法。

另一方面，以下係將本實施例之檢測裝置100與習知之檢測裝置進行細菌過濾效率檢測能力的比對。其中係以醫用面罩作為濾材進行過濾，分別取得五組過濾效率數值，並將檢測結果做成表2。

檢測裝置100提供之試驗氣霧S，其中平均生菌菌落數為2464，平均粒徑為3.0微米。由表2可知，本實施例之檢測裝置100的過濾效率之平均值為97.5%，標準差為0.26。將此檢測結果依照ASTM D6674標準進行Z值(Z-Scores)分析，得到Z值為0.9。在Z值分析中，Z值之絕對值小於2係表示檢測能力良好(satisfactory)。依照本發明較佳實施例之檢測裝置100與習知之檢測裝置得出之Z值均為0.9，因此由結果可知檢測裝置100可提供與習知之檢測裝置相類似之檢測能力。也就是說，當檢測裝置100採用緩衝瓶110來進行緩衝的動作時，並不會改變檢測裝置100對於濾材過濾效率之檢測能力。

上述依照本發明一較佳實施例之檢測裝置及檢測方法，係設置緩衝瓶於霧化器及氣霧腔之間。利用緩衝瓶之進料口及出料口係錯開設置，以及進料方向非平行於出料方向的方式，使試驗氣霧中粒徑過大、無法由氣流帶動之粒子，以及未被霧化器霧化之試驗液液滴，滴落至緩衝瓶底部。改善原本液滴會直接滴落在濾材F上，導致因覆蓋作用而影響過濾效率檢測結果的缺點。另外，此種應用緩衝瓶進行緩衝之方式，係完全利用氣流來帶動試驗氣霧通過連接管進入氣霧腔中，排除重力、沈積作用的影響，使得抵達氣霧腔的試驗氣霧符合需求的條件，可以增加檢測的穩定性。此外，應用緩衝瓶進行緩衝的方式，可免去傳統檢測裝置需要在準備階段及測試階段之間重複拆裝裝置，造成外界污染以及檢測條件變異的問題，進一步更可提升操作的便利性以及檢測結果的可靠度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．檢測裝置

110．．．緩衝瓶

110a．．．進料口

110b．．．出料口

111．．．側邊

120．．．霧化器

130．．．連接管

130’．．．連接管

140．．．氣霧腔

140a．．．上端開口

140b．．．下端開口

150．．．採樣器

160．．．真空泵

170．．．空氣泵

180．．．注射泵

A．．．曲線

B．．．曲線

D1．．．進料方向

D2．．．出料方向

D2’．．．出料方向

F．．．濾材

L1．．．緩衝瓶之長軸方向

L2．．．氣霧腔之長軸方向

S．．．試驗氣霧

θ．．．銳角

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示依照本發明一較佳實施例之檢測裝置之示意圖。

第2圖繪示依照本發明另一較佳實施例之檢測裝置之緩衝瓶及連接管的示意圖。

第3圖繪示依照本發明一較佳實施例之檢測方法的流程圖。

第4圖繪示試驗氣霧粒子之數量及粒徑的分佈曲線圖。

100．．．檢測裝置

110．．．緩衝瓶

110a．．．進料口

110b．．．出料口

111．．．側邊

120．．．霧化器

130．．．連接管

140．．．氣霧腔

140a．．．上端開口

140b．．．下端開口

150．．．採樣器

160．．．真空泵

170．．．空氣泵

180．．．注射泵

D1．．．進料方向

D2．．．出料方向

F．．．濾材

L1．．．緩衝瓶之長軸方向

L2．．．氣霧腔之長軸方向

S．．．試驗氣霧

Claims (19)

1. 一種檢測裝置，包括：一緩衝瓶，具有一進料口及一出料口，分別用以使一試驗氣霧進入及離開該緩衝瓶，並且分別位於該緩衝瓶之頂端及側邊；一霧化器，設置於該進料口，用以將一試驗液霧化為該試驗氣霧；一氣霧腔，具有一上端開口及一下端開口，離開該緩衝瓶之該試驗氣霧由該上端開口進入該氣霧腔；以及一採樣器，經由該下端開口連接於該氣霧腔，用以接收經由一濾材過濾後之該試驗氣霧，藉以檢驗該濾材之過濾效率，該濾材設置於該氣霧腔及該採樣器之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該檢測裝置更包括：一真空泵，用以提供一氣流通過該緩衝瓶、該氣霧腔及該採樣器，以帶動該試驗氣霧。
3. 如申請專利範圍第2項所述之檢測裝置，其中該氣流係依序通過該緩衝瓶、該氣霧腔及該採樣器，該真空泵設置於該採樣器之下游。
4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該霧化器為一氣壓式氣霧產生器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中未被霧化之該試驗液係滴落至該緩衝瓶底部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該緩衝瓶及該氣霧腔分別具有一長軸方向，該緩衝瓶之長軸方向及該氣霧腔之長軸方向分別大致上垂直於一水平面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之檢測裝置，其中該緩衝瓶之長軸方向大致平行於該氣霧腔之長軸方向。
8. 如申請專利範圍第7項所述之檢測裝置，其中該進料口及該上端開口位於不同之長軸方向上。
9. 如申請專利範圍第6項所述之檢測裝置，其中該檢測裝置更包括：一連接管，兩端分別連接於該出料口及該上端開口，該連接管連接於該出料口處之高度大於該連接管連接於該上端開口處之高度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之檢測裝置，其中該連接管係朝向該緩衝瓶之底部傾斜。
11. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該檢測裝置更包括：一連接管，兩端分別連接於該出料口及該上端開口，該連接管垂直於該緩衝瓶之側邊。
12. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該出料口與該緩衝瓶底部之距離大於該出料口與該緩衝瓶頂端之距離。
13. 一種過濾效率之檢測方法，包括：提供一試驗氣霧沿一進料方向進入一緩衝瓶；導引該試驗氣霧由一出料方向離開該緩衝瓶，該進料方向非平行於該出料方向；分散該試驗氣霧於一氣霧腔中；過濾該試驗氣霧；以及接收過濾後之該試驗氣霧，藉以檢測過濾效率。
14. 如申請專利範圍第13項所述之檢測方法，其中於提供該試驗氣霧之該步驟前，該檢測方法更包括：霧化一試驗液以形成該試驗氣霧。
15. 如申請專利範圍第14項所述之檢測方法，其中於導引該試驗氣霧之該步驟前，該檢測方法更包括：分離該試驗氣霧及未被霧化之該試驗液。
16. 如申請專利範圍第13項所述之檢測方法，其中該檢測方法更包括：提供一氣流通過該緩衝瓶及該氣霧腔，以帶動該試驗氣霧。
17. 如申請專利範圍第13項所述之檢測方法，其中於提供該試驗氣霧之該步驟中，該試驗氣霧經由位於該緩衝瓶頂端之一進料口沿該進料方向進入該緩衝瓶，並經由位於該緩衝瓶之側邊之一出料口沿該出料方向離開該緩衝瓶。
18. 如申請專利範圍第17項所述之檢測方法，其中於導引該試驗氣霧之該步驟中，該進料方向大致垂直於該出料方向。
19. 如申請專利範圍第17項所述之檢測方法，其中於導引該試驗氣霧之該步驟中，該緩衝瓶之側邊對應於該出料口及該緩衝瓶底部之間的部分，與該出料方向夾有一銳角。