過濾式防毒面具面罩性能試驗方法

1、過濾式防毒面具面罩性能試驗方法前 言談到面罩的物理性能，包括的范圍應該說還要多一些，比如力學性能方面，還有面罩的硬度、強度、對頭部的壓力;光學性能除鏡片的透光率、視野等外，還有影響觀察的保明能力和成像質(zhì)量方面的問題;聲學有通話效能方面的問題，等等。但這些問題，一方面，國內(nèi)有關(guān)各單位尚無成熟的基礎，就是從國外一些國家有關(guān)的標準看，也都沒有很全面的借鑒。為適應工業(yè)防護面具的急需，只能以我國現(xiàn)有的經(jīng)驗為基礎，參考一些國外資料，對一些主要性能規(guī)定它們的試驗方法。其他方面，待將來條件成熟再作進一步的補充和修改。這里所編入的，有呼氣閥(活門)的氣密性和阻力、面罩吸氣阻力、面罩的實際有害空間、佩戴面具后的視

2、野以及漏氣系數(shù)等6項試驗方法。這些試驗方法中，對試驗設備的要求總的精神是能保證測試結(jié)果的可靠性就行，沒有做太具體的規(guī)定。因呼氣閥的阻力和面罩的吸氣阻力的測量都很簡單，這里不再予以說明。一、關(guān)于呼氣閥氣密性試驗方法佩戴面具吸氣時，呼氣閥應能保證從開始吸氣至面罩內(nèi)處于最大負壓時都具有可靠的氣密程度，這就要求閥門動作靈敏，在小流量吸氣時即能關(guān)閉，在所經(jīng)受的負壓內(nèi)漏氣速率不大。標準GB2891.1-82中規(guī)定活門裝接在定容腔體上試驗，用500ml/min的流速抽氣至腔體負壓達到125mmH2O時關(guān)閉抽氣閥，從負壓120mmH2O起觀測壓力恢復到常壓時所用的時間，作為氣密程度的衡量標準。這里包括了兩方面

3、，用500ml/min流速抽氣首先就檢驗了閥動作的靈敏性，若不能使腔體內(nèi)造成指定的負壓，則活門起不到應有的作用是明顯的。因為不論在多高的負壓時，這么大的漏氣流速是不能容許的。這個規(guī)定比日本標準(1L/min)要求高，但是這個要求是能達到的;根據(jù)對一些國內(nèi)活門測試的情況看，只要呼氣閥的氣密性合格，只要很小的流速(例如：200ml/min)很快就能達到120mmH2O的負壓。 120mmH2O是從事中、上等體力勞動時面罩內(nèi)部可能出現(xiàn)的最大負壓值，也是呼吸閥所應承受負壓水平，這個水平與日本標準一致。 氣密程度的衡量參量，各國所采用的基本上有兩種，一種是選取在某種負壓情況下來測定恒壓差下的漏氣速率;這

4、種方法為英、美和一些歐洲國家所采用。這種方法在概念上，容易和允許漏入的有毒濃度相聯(lián)系，測量時與儀器的內(nèi)容積和壓力計無關(guān);但一般說，不同負壓下漏氣速率不同，而且測試方法上稍微費事些。另一種是在與閥門相連的定容腔體內(nèi)造成負壓，用漏氣引起負壓變化的快慢來衡量;這種方法為日本、蘇聯(lián)及我國所采用。形式又有兩種：要求高的指定1min內(nèi)容許負壓變化的最大量;要求稍低的，則規(guī)定恢復到常壓至少需要的時間。在試驗過程中與閥門相通的內(nèi)容積相對變化很小，我們就可把這容積看作恒定的氣室，定容氣室壓力變化情況可用下式描述： (dp)/(dt)=(RT)/V²(dm)/(dt) (1)式中： (dp)/(dt)-

5、為壓力的變化速度，N/s;(dm)/(dt)-容積內(nèi)氣體量變化速率,mol/s;V-容積，m3;T-溫度，K;R-氣體常數(shù)?？梢钥闯觯簤毫ψ兓目炻吐馑俾?、溫度成正比，和容積成反比，由于絕對溫度的相對變化小，我們把它和容積一樣看成是恒定的。容積規(guī)定50±5ml容許相差約10%，溫度在293±20K內(nèi)相差還不到10%。水柱壓力指示管的內(nèi)徑規(guī)定為34mm，太細會產(chǎn)生毛細管現(xiàn)象，使用不便。內(nèi)徑3mm時，壓力從150mmH2O降到0，引起的內(nèi)腔容積變化約為1ml，可以不計。對半面罩，我們量取的是負壓從120mmH2O降至0的時間，這實際是(dp)/(dt)倒數(shù)的積分量，在標準中

6、規(guī)定它不得少于20s，相當于平均的漏氣速率不得超過2.2ml/min。標準推薦的兩種測試儀器，同等有效，只是在有抽氣泵的儀器中調(diào)控抽氣流較容易，靠水位降落的吸引瓶設備中抽氣流不好掌握些。二、關(guān)于面具視野的試驗方法定義：人員頭、眼不動，直視前方所能觀察到的全部空間稱為視野，兩眼視野的空間總和稱總視野;雙眼都能觀察到的空間稱雙目視野。視野某方位邊界線與眼的水平視軸所夾的角稱為該方位的視野寬度(或方位視野)。佩戴面具后的視野對我國成年人平均視野(亦稱為生理視野)的百分比，稱為該面具的視野保存率(亦可簡稱為該面具的視野)。 所以視野的表征量應是立體角，單位為球面度，視野寬度以度或弧度為單位，而面具視野

7、保存率則用“%”表示。在面具標準GB2890-82中已經(jīng)提到了兩種視野的表征方法：就是按整個能觀察到的立體角相對值表示法和按各個方位視野寬度表示法。前種表示法的意義比較完整，總視野、雙目視野和單目視野都用一個數(shù)據(jù)概括范圍，但不直接反映方位的結(jié)構(gòu)情況;方位視野值表示，可以按著工作需要，突出對面具的某些方向。而且可在測得的視野圖上直接讀出而不必經(jīng)過計算?！懊婢邩藴省辈扇×思嫒莸囊?guī)定，理由見該“標準”的編制說明。雖然國外有不同的表示法和要求，但試驗方法和基本設備都是大同小異的，都是在佩戴面具的人和頭型面前，造成某一半徑的半球面，而在半球面上設置表明方位角的刻度線和視野寬度刻度線以及視標。半球面的半徑

8、有的較大，有的較小，很多視野儀采用有刻度弧弓，旋轉(zhuǎn)弧弓就可以得到半球面。對于用人佩戴來作測試的方法大的弧弓半徑(球面半徑)較方便一些。用受試人作試驗。要求有較多的受試者，得到統(tǒng)計的結(jié)果，變差一般較大。我國已有人頭模型的標準。采取用頭型測量的方法，可以大大節(jié)省測試時間和縮小測試的變差。標準GB2891.4-82中規(guī)定分別使左、右眼處于弧弓旋轉(zhuǎn)球面的球心處，而不是像“日本標準”那樣，把兩眼中點放在球心處。這樣能更好地反映立體角，特別當弧弓半徑不大的時候更好些。計算總視野或雙目視野的保存率，應該先分別算未戴面具時和戴上面具后視野圖上所代表的立體角(單位：球面度)然后算出百分數(shù)表示的保存率。2= (1

9、-cos)(d) (2)計算工作可在計算器上進行。假若視野圖是標繪在 sin(/2) 成比例的同心圓視野網(wǎng)圖上，則用求積儀在圖紙上量得的視野圖面積就正比于立體角。(見圖)總之視野保存率=面具/正常³100% (3)目前，我們采用的一般醫(yī)用視野計，其所記錄的視野網(wǎng)圖是等距同心圓的;在視野圖上量取面積之比不能代表立體角之比，必須給予修正。根據(jù)我國成年人平均視野情況所作的一次近似修正值，可從給出的曲線查到。若以Si表示面具視野面積，S表示正常人視野，則視野保存率=²Si/S³100% (4)下面再談談“下方視野”的規(guī)定。當人從某方位觀察時，他看到的總是或大或小的扇面角的

10、一部分，如圖中陰影部。假若取一個規(guī)定的扇面角內(nèi)的最大值或平均值來表示，意義可能實際些。但這可能計算，較繁。若規(guī)定死按某方位角(例270°處)來取，則測量時佩戴稍歪，取得的值變差很大。故試驗方法應規(guī)定以左右眼視野圖的下方交叉點為準，比較明確。用標準頭型測量，變差的主要來源是面具佩戴正確與否，戴松戴緊，傾斜不正，都會影響測試，所以要求操作者多加注意，使用與面具相應的頭型號碼，戴測3次，以平均結(jié)果表示。三、關(guān)于面罩實際有害空間的試驗方法分幾點作說明：1. 基本概念戴著面具時，面罩與人的頭面部之間形成的空間稱為有害空間(也稱死腔、幾何死腔、幾何有害空間或形態(tài)有害空間等)。面罩在標準頭型上的有

11、害空間，可以用灌水，灌沙等方法測出來。有害空間之所以有害，是因為它阻留一部分呼出氣，而這部分氣在吸氣時又首先被吸入肺部，使肺泡通氣量減小，影響呼吸中的氣體交換。但有害空間并非全部腔體都起阻留作用，某些角落或“停滯區(qū)”，可能不參與這一阻留過程。我們把實際起作用的部分稱為實際有害空間。2 測試原理將面具(罩)戴在標準頭型上，排除密合框的漏氣(必要時可采取貼封之類的輔助措施)，用人工肺(或稱機械肺)做模擬呼吸。以高濃度為 a的二氧化碳作試驗氣，供給頭型呼吸氣，測得吸氣時吸入頭型后的二氧化碳濃度為b，若設被吸的環(huán)境空氣中含二氧化碳濃度為c，通氣量為V，呼吸道死腔容積為K，可以建立下面等式; b

12、8;V=a(P+K)+cV-(P+K) (5)式中：P-實際有害空間，可以得出：P=(b-c)V/(a-c)-K (6)實驗的主要工作就是收集吸入后的氣體，分析其濃度b。K是頭型的儀器的定數(shù)，可預先用灌水，灌沙或幾何計算得到，因而P可以容易算出，若能保證c1%，上式可簡化為：P=(1/a)V-K (7)3 影響測試的條件(1) 呼吸的條件(流速和周期)顯然會影響有害空間有效部分的大小。溫經(jīng)以某面具為樣做過考察，實驗證實呼吸量增加會引起P增大。所以“試驗方法”規(guī)定機械肺的呼吸氣量為24±1L/min，呼吸頻率為2124次/min，這相當于中等勞動時的呼吸。(2) 環(huán)境條件：面具進口周圍

13、的環(huán)境空氣若不注意，其濃度c變化無從知道，必須采取通風措施及時把呼出的高濃度二氧化碳氣排離進氣口周圍，否則式(6)中c值實際可能變大，不能忽視。(3) 器材設備條件：帶有呼氣閥的面具，其吸氣閥在呼氣時嚴重漏氣或失效，也會使結(jié)果變大，應予清除。密合框漏氣當然造成結(jié)果偏高。所以這部分漏氣應盡量排除。四、關(guān)于佩戴面具漏氣系數(shù)的試驗方法1. 受試人問題防毒面具要有效地達到防護目的，一是靠濾毒器(罐)的濾毒能力，再是靠面具結(jié)構(gòu)嚴密，閥門性能良好。這些都是與使用者無關(guān)的器材因素。面罩體密合框設計得好不好，適應使用者各種頭面型以保持氣密的能力如何，則是關(guān)系到發(fā)揮器材作用的前提，而這個因素，卻是個變異很大的因

14、素。對這個問題，國外有不同的試驗方法，英、美國家，采用人受試。日本以標準頭型測試，蘇聯(lián)以前以人受試為主，以模型人頭和人工肺測試為補充，77年的標準，則只規(guī)定了用標準頭型的檢驗。人受試測試，情況近實，能信服地說明問題。但由于人的因素變異大，有一個基本的抽樣人數(shù)問題，要很好解決。英國標準以10人的平均漏氣系數(shù)來鑒定(不大于0.25%)，我國軍用面具的鑒定要求較嚴，密合適佩率采取了較大的受試子樣(注：受試體的任一被試部分均稱子樣)。標準頭型加人工肺的測試，變異性小，測試明確簡單，但目前我國尚無可作為標準的氣密試驗用人頭模型，所以試驗方法規(guī)定每種面具選10名人員佩戴試驗。這里除受試子樣大小可討論，還有

15、判別標準亦要斟酌。2. 判別標準根據(jù)有關(guān)單位的經(jīng)驗，在隨機征集的一批受試者中，總有個別的所謂“特殊頭型”出現(xiàn)，他們對面具密合框的設計質(zhì)量要求特別高，常常難以得到<0.01%的漏氣系數(shù)。所以作為面具設計制造的鑒定參數(shù)，需從兩方面考慮，一是按受試子樣的密合適佩率鑒定;二是按受3. 防護因數(shù)P.F.=環(huán)境空氣中污染濃度/佩戴面具后吸入氣中污染濃度=c0/c(8)按定義，對于過濾式防護面具可以有式(9)：V²c=c0(V-L)(1-e)+L (9)式中：V-吸氣量;e-濾毒器效率;L-密合框和呼氣閥門的漏氣量。在下列兩種條件下，可以只把 L看作是密合框的漏氣量：(1) 閥門漏氣比密合框

16、漏氣小得多;(2) 閥門處于某種相當于生理室設計的保護下。我們定義漏氣系數(shù)為：K=L/V(³100%) (10)從式(10)可能得到P.F.=c0/c=1/1-e(1-K) (11)若視e=1(即100%濾除)，則P.F.=1/K若視K為0(即不漏氣)，則F.F.=1/(1-e)所以漏氣系數(shù)<0.05%，就能保證效率高至99.5%的過濾器發(fā)揮充分作用，而要測試 0.05%這樣大小的密合框漏氣系數(shù)，應該要求測試時的e大于99.995%，才能使K=L/V=c/c0滿足上述條件的測試方法最好是使過濾器不直接吸入試驗用的氣溶膠( 油霧或鈉鹽霧)。4. 其他影響因素除標準GB 2891.6-82中提