冀中祥

(沈陽(yáng)紫微恒檢測(cè)設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110114)

0 引言

2020年突如其來(lái)的新型冠狀病毒感染肺炎疫情席卷了全球各個(gè)國(guó)家，由于新型冠狀病毒通過(guò)飛沫傳播，因此人們出行佩戴口罩成為必須。同時(shí)市場(chǎng)上涌現(xiàn)出各種各樣的口罩并且質(zhì)量參差不齊，特別是醫(yī)用口罩應(yīng)用于醫(yī)療門診、實(shí)驗(yàn)室、手術(shù)室等高要求環(huán)境，所以對(duì)于口罩質(zhì)量的檢測(cè)刻不容緩。

醫(yī)用口罩具有阻止血液、體液及飛濺物傳播的防護(hù)功能，其防護(hù)安全性較高，對(duì)于病毒和細(xì)菌的阻隔也有較強(qiáng)的能力?？谡譃榱诉_(dá)到較好的防護(hù)效果其阻力必然加大，但是影響人體呼吸的流暢及舒適度，所以氣體交換性壓力差值非常關(guān)鍵。為了保證醫(yī)用口罩的氣體交換壓力差數(shù)值，本文參考我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)研制了醫(yī)用口罩氣體交換壓力差測(cè)試儀，可實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)用口罩壓力差數(shù)值的直觀便捷測(cè)量。

1 醫(yī)用口罩氣體交換壓力差測(cè)試儀測(cè)試原理與結(jié)構(gòu)

1.1 測(cè)試原理

醫(yī)用口罩氣體交換壓力差測(cè)試儀用于醫(yī)用口罩通力阻力的測(cè)定,一定流量氣體通過(guò)口罩表面一定截面積A時(shí)，口罩兩側(cè)產(chǎn)生的氣體壓力差值為PM，即口罩在單位面積對(duì)氣流的阻力為交換壓力差值ΔP，計(jì)算公式為：

(1)

1.2 測(cè)試儀結(jié)構(gòu)

本醫(yī)用口罩氣體交換壓力差測(cè)試儀主要由箱體、測(cè)試夾具、質(zhì)量流量計(jì)、壓差傳感器、緩沖容器、隔膜泵、電氣控制系統(tǒng)及人機(jī)界面等組成，如圖1所示。測(cè)試時(shí)，將醫(yī)用口罩裝于測(cè)試夾具并夾緊，通過(guò)流量計(jì)和電氣控制系統(tǒng)的PLC調(diào)節(jié)隔膜泵輸出流量為8 L/min的氣體，通過(guò)PLC采集壓差傳感器信號(hào)，經(jīng)觸摸屏處理顯示出口罩兩側(cè)氣體交換壓力差值。

1-被檢醫(yī)用口罩；2-測(cè)試夾具；3-質(zhì)量流量計(jì)；4-緩沖容器；5-隔膜泵

1.2.1 測(cè)試夾具

測(cè)試夾具主要由固定板、固定座、上腔、下腔、O型圈、石墨銅套、快速夾鉗、快插接頭等組成，如圖2所示。

1-固定板；2-鎖母接頭；3-快插接頭；4-頂絲；5-下腔固定座；6-下腔；7-O型圈；8-滑動(dòng)上腔；9-石墨銅套；10-上腔固定座；11-快速夾鉗固定座；12-快速夾鉗

本測(cè)試夾具夾持口罩并在口罩兩側(cè)形成檢測(cè)氣腔，所以密封很重要，故采用端面密封方式，既保證了口罩與下腔的密封，又方便口罩的夾持，無(wú)需裁剪口罩即可進(jìn)行試驗(yàn)。

下腔裝入下腔固定座內(nèi)并用頂絲緊固，以防轉(zhuǎn)動(dòng);上腔固定座內(nèi)鑲?cè)胧~套并與滑動(dòng)上腔進(jìn)行滑動(dòng)配合，其中石墨銅套具有自潤(rùn)滑性，既提高了銅套的使用壽命又保證了石墨銅套與滑動(dòng)上腔之間滑動(dòng)自如；下腔固定座、上腔固定座及快速夾鉗固定座均固定在固定板上，這樣容易保證滑動(dòng)上腔、下腔及快速夾鉗之間的同軸度，以保證上、下腔壓緊后上、下腔內(nèi)孔氣流經(jīng)過(guò)的截面積一致。

在口罩裝夾時(shí)，先將快速夾鉗旋轉(zhuǎn)至0°，將口罩展開平鋪在下腔端面的O型圈上，然后將快速夾鉗旋轉(zhuǎn)至90°，經(jīng)快速夾鉗帶動(dòng)滑動(dòng)上腔使其端面壓緊口罩，行成測(cè)試腔。

1.2.2 電氣控制系統(tǒng)及人機(jī)界面

控制系統(tǒng)上位機(jī)采用觸摸屏界面作為人機(jī)界面，下位機(jī)采用PLC作為控制系統(tǒng)。PLC的模擬量輸入點(diǎn)用于采集壓差傳感器和質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)，模擬量輸出點(diǎn)用于調(diào)節(jié)隔膜泵以滿足調(diào)節(jié)流量的要求。

測(cè)試時(shí)，在人機(jī)界面上設(shè)定氣體流量8 L/min，點(diǎn)擊開始按鍵，隔膜泵自動(dòng)啟動(dòng)，PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)隔膜泵轉(zhuǎn)速和采集質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所需氣體流量。當(dāng)流量穩(wěn)定后，PLC會(huì)自動(dòng)采集壓差傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)觸摸屏數(shù)據(jù)處理后相關(guān)數(shù)據(jù)均顯示在觸摸屏界面上，包括當(dāng)前壓差、當(dāng)前阻力和流量。檢測(cè)完成后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均自動(dòng)記錄并且自動(dòng)保存在歷史數(shù)據(jù)里，以便查詢?？刂葡到y(tǒng)人機(jī)界面如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)人機(jī)界面

2 測(cè)試儀技術(shù)特點(diǎn)

(1)測(cè)試夾具采用端面密封口罩，不僅密封性好，而且無(wú)需裁剪破壞送檢樣品，有利于被檢樣品保持原樣。采用快速夾鉗可直接準(zhǔn)確定位、快速夾緊，操作方便快捷，提高效率。

(2)測(cè)試儀內(nèi)置隔膜泵，通過(guò)PLC和質(zhì)量流量計(jì)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)隔膜泵進(jìn)氣流量，方便智能，可實(shí)現(xiàn)1 L/min～10 L/min氣體流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且控制流量更精準(zhǔn)。結(jié)合高精度壓差傳感器，使該測(cè)試儀的檢測(cè)精度更準(zhǔn)確，為醫(yī)用口罩是否合格提供了有效的保障。

(3)采用觸摸屏顯示，人機(jī)界面友好，操作方便，有利于提高測(cè)試效率。

本測(cè)試儀不僅可以用于醫(yī)用口罩氣體交換壓力差的測(cè)試，也可用來(lái)測(cè)定其他紡織材料的氣體交換壓力差，應(yīng)用廣泛。

3 測(cè)試儀計(jì)量分析

為了保證測(cè)量的交換壓力差值的準(zhǔn)確性，需要對(duì)該測(cè)試儀進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)。該測(cè)試儀使用的壓差傳感器、質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到設(shè)備的精度，所以重點(diǎn)需要對(duì)這兩個(gè)傳感器進(jìn)行檢定。

3.1 壓差傳感器

壓差傳感器的具體參數(shù)：量程為0 Pa～400 Pa，精度為±1%F.S，輸出方式為4 mA～20 mA電流。

壓差傳感器檢定依據(jù)為JJG875—2019《數(shù)字壓力計(jì)檢定規(guī)程》，低壓端連接大氣，高壓端與檢定裝置連接，檢定示意圖如圖4所示。

圖4 壓差傳感器檢定示意圖

3.2 質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)具體參數(shù)：量程為0.1 L/min～10 L/min，精度為±(1.5%Rd+0.2%F.S)，輸出方式為4 mA～20 mA電流。

質(zhì)量流量計(jì)檢定依據(jù)為JJG1132—2017《熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)》，采用皂膜式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定，檢定示意圖如圖5所示。

圖5 質(zhì)量流量計(jì)檢定示意圖

經(jīng)以上檢定后，所采用壓差傳感器、質(zhì)量流量計(jì)均滿足出廠精度要求，同時(shí)也滿足YY/T0969—2013《一次性使用醫(yī)用口罩》、YY0469—2011《醫(yī)用外科口罩》中對(duì)流量和壓差數(shù)值的要求，該測(cè)試儀可以對(duì)醫(yī)用口罩進(jìn)行氣體交換壓力差數(shù)值的測(cè)試。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的醫(yī)用口罩氣體交換壓力差測(cè)試儀采用觸摸屏和PLC作為控制系統(tǒng)，不僅操作簡(jiǎn)單而且有助于提高檢測(cè)效率。該測(cè)試儀經(jīng)過(guò)計(jì)量完全合格，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)醫(yī)用口罩交換壓力差數(shù)值的測(cè)定并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，適用于檢測(cè)部門推廣使用。