口罩综合性能测试装置研制

摘 要：为测试不同类型口罩对PM2.5的过滤效率及其吸气阻力和呼气阻力，自主研制了SJZEZ型口罩综合性能测试装置。该装置可以模拟人体在不同状态（平静、轻微运动、剧烈运动）时的呼吸过程，以及佩戴口罩时口罩与面部的闭合程度，还可以同时测得口罩在真实大气环境的PM2.5去除效率、吸气阻力和呼气阻力。

关键词：PM2.5；口罩；雾霾；过滤性能

雾霾，特别是其中空气动力学当量直径小于或者等于2.5μm的细颗粒物（即PM2.5）对人体的伤害近年来已得到公认。口罩是人们日常必备的雾霾防护用品。然而，市场上口罩品种繁杂，消费者对口罩的防霾效果并不十分了解。为此，本文发展了一套具有演示效果的口罩防护性能测试装置，能够尽可能真实地模拟人体使用口罩的实际工况，通过仪表测试，直观演示口罩对环境大气中PM2.5的去除效果，并能够同时进行口罩吸气阻力和呼气阻力测试。

为规范口罩检测标准，我国于1992年发布实施《过滤式防微粒口罩》（GB/T9914-1988），1992年发布实施《自吸过滤式防尘口罩通用技术条件》（GB/T2626-92），同年发布了行业规范《防尘口罩》（LD29-92），1997年实施《自吸式过滤式防微粒口罩》（GB/T6223-1997）。2003年，在举国上下与SARS艰苦斗争的紧急情况下，国家紧急制定了《医用防护口罩技术要求》（GB19083-2003），2005年实施了《医用外科口罩技术要求》（YY0469-2004）。为了扩大标准的适用范围，我国2006年实施了新标准《呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器》（GB2626-2006），2010年实施了《医用防护口罩技术要求》（GB19083-2010）。

为尽可能真实地模拟人体使用口罩的实际工况，并同时测得口罩对PM2.5的去除效果以及口罩的吸气阻力和呼气阻力，需要发展一种新型的口罩防护性能测试装置，该装置既能模拟人工呼吸以及口罩与面部的闭合性，又能测量气体经过口罩前后PM2.5数值，以及吸气过程和呼气过程的流阻。

为实现上述功能，我们设计了图1所示SJZEZ型口罩综合性能测试装置，其实物照片见图2。

SJZEZ型口罩综合性能测试装置通过以下方式模拟口罩使用的实际工况：

（1）采用头部模型佩戴口罩的方式，模拟人体佩戴口罩时口罩与面部的闭合程度；

（2）通过电机带动活塞往复运动模拟人工呼吸，通过吸气和呼气管路上的单向阀控制吸气和呼气时的气体流向；

（3）通过测量活塞腔体内径及活塞最大行程，可以计算得到腔体体积，该数值等于人体呼吸肺活量。通过调节连杆在电机转盘上的固定位置，可以调整活塞行程，从而可以模拟不同状态下的人工呼吸（如平静时、轻微运动时、剧烈运动时）；

（4）通過调整直流电机转速，可以调节活塞运动频率，从而模拟人体不同状态下的呼吸频率（如平静时、轻微运动时、剧烈运动时）；

（5）通过呼气管路增加水洗槽的方式，模拟人体呼气气流中的水分。

SJZEZ型口罩综合性能测试装置的测试方法如下：

（6）在吸气管路设置PM2.5测试仪，测量吸气管路的PM2.5浓度；

（7）在呼吸总管路上设置压差计，测量吸气时和呼气时的压差，从而获知口罩的吸气阻力和呼气阻力。

SJZEZ型口罩综合性能测试装置具有如下特征：测试环境为真实大气环境，而非某种模拟颗粒物；能够模拟人体佩戴口罩时口罩与面部的闭合程度；能够模拟人工呼吸，包括吸气过程和呼气过程，以及呼气中含有的水份；能够模拟人体不同状态（平静、轻微运动、剧烈运动）时的呼吸强度和频率；集口罩除尘效果、吸气阻力和呼气阻力测试于一体；具有良好的演示功能。

该装置的工作流程为：电机通过传动齿轮带动活塞后退，活塞腔体压强减小，环境大气经头模吸入，吸气管路单向阀开启，呼气管路单向阀闭合，环境大气经由吸气管路单向阀，通过PM2.5测试仪读取吸气管路的PM2.5浓度，通过吸气管路微压表读取吸气管路的压力值，再经单向阀进入活塞腔体。接下来，电机通过传动齿轮带动活塞前进，吸气管路单向阀关闭，呼气管路单向阀开启，活塞内气体经由呼气管路单向阀，进入水洗槽，给呼出气体加湿，以模拟人体真是呼气中的水分，再经过呼气管路微压表读取呼气管路的压力值。

本项目研制了SJZEZ型口罩综合性能测试装置，可以模拟人体在不同状态（平静、轻微运动、剧烈运动）时的呼吸过程，以及佩戴口罩时口罩与面部的闭合程度，还可以同时测得口罩在真实大气环境的PM2.5去除效率、吸气阻力和呼气阻力，且具有良好的演示功能。

参考文献：

[1]曹军骥. PM2.5与环境.科学出版社，2015.

[2]中华人民共和国国家标准.GB/ T9914-1988.过滤式防微粒口罩.北京：国家技术监督局，1988.

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T2626-92.自吸过滤式防尘口罩通用技术条件.北京：国家技术监督局，1992.

[4]中华人民共和国国家标准.GB/T6223-97.自吸过滤式防微粒口罩.北京：国家技术监督局.1997.

[5]中华人民共和国国家标准.GB19083-2003.医用防护口罩技术要求.北京：国家技术监督局，2003.

[6]中华人民共和国国家标准.GB2626-2006，呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器.北京：国家技术监督局，2006.

[7]中华人民共和国国家标准.GB19083-2010，医用防护口罩技术要求.北京：国家技术监督局，2010.

[8]江锋，张力生，张振中. KZNJ-1型高效口罩过滤效率检测装置的研制.中国个体防护装备，2007（1）：14-17.

[9]杨磊，沈恒根.医用防护口罩测试装置的对比研究.安全与环境学报，2004（3）：17-19.

作者简介：马硕远（2001-），男，汉族，现就读于世界联合学院（中国常熟）pre-IB。