過濾式防毒面具面罩性能試驗(yàn)方法

1、過濾式防毒面具面罩性能試驗(yàn)方法前 言談到面罩的物理性能，包括的范圍應(yīng)該說還要多一些，比如力學(xué)性能方面，還有面罩的硬度、強(qiáng)度、對頭部的壓力;光學(xué)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(xué)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(chǔ)，就是從國外一些國家有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)看，也都沒有很全面的借鑒。為適應(yīng)工業(yè)防護(hù)面具的急需，只能以我國現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，參考一些國外資料，對一些主要性能規(guī)定它們的試驗(yàn)方法。其他方面，待將來?xiàng)l件成熟再作進(jìn)一步的補(bǔ)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(shí)際有害空間、佩戴面具后的視

2、野以及漏氣系數(shù)等6項(xiàng)試驗(yàn)方法。這些試驗(yàn)方法中，對試驗(yàn)設(shè)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(yàn)方法佩戴面具吸氣時(shí)，呼氣閥應(yīng)能保證從開始吸氣至面罩內(nèi)處于最大負(fù)壓時(shí)都具有可靠的氣密程度，這就要求閥門動(dòng)作靈敏，在小流量吸氣時(shí)即能關(guān)閉，在所經(jīng)受的負(fù)壓內(nèi)漏氣速率不大。標(biāo)準(zhǔn)GB2891.1-82中規(guī)定活門裝接在定容腔體上試驗(yàn)，用500ml/min的流速抽氣至腔體負(fù)壓達(dá)到125mmH2O時(shí)關(guān)閉抽氣閥，從負(fù)壓120mmH2O起觀測壓力恢復(fù)到常壓時(shí)所用的時(shí)間，作為氣密程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。這里包括了兩方面

3、，用500ml/min流速抽氣首先就檢驗(yàn)了閥動(dòng)作的靈敏性，若不能使腔體內(nèi)造成指定的負(fù)壓，則活門起不到應(yīng)有的作用是明顯的。因?yàn)椴徽撛诙喔叩呢?fù)壓時(shí)，這么大的漏氣流速是不能容許的。這個(gè)規(guī)定比日本標(biāo)準(zhǔn)(1L/min)要求高，但是這個(gè)要求是能達(dá)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(dá)到120mmH2O的負(fù)壓。 120mmH2O是從事中、上等體力勞動(dòng)時(shí)面罩內(nèi)部可能出現(xiàn)的最大負(fù)壓值，也是呼吸閥所應(yīng)承受負(fù)壓水平，這個(gè)水平與日本標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(shí)與儀器的內(nèi)容積和壓力計(jì)無關(guān);但一般說，不同負(fù)壓下漏氣速率不同，而且測試方法上稍微費(fèi)事些。另一種是在與閥門相連的定容腔體內(nèi)造成負(fù)壓，用漏氣引起負(fù)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(fù)壓變化的最大量;要求稍低的，則規(guī)定恢復(fù)到常壓至少需要的時(shí)間。在試驗(yàn)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馑俾省囟瘸烧?，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(xì)會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，使用不便。內(nèi)徑3mm時(shí)，壓力從150mmH2O降到0，引起的內(nèi)腔容積變化約為1ml，可以不計(jì)。對半面罩，我們量取的是負(fù)壓從120mmH2O降至0的時(shí)間，這實(shí)際是(dp)/(dt)倒數(shù)的積分量，在標(biāo)準(zhǔn)中

6、規(guī)定它不得少于20s，相當(dāng)于平均的漏氣速率不得超過2.2ml/min。標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備中抽氣流不好掌握些。二、關(guān)于面具視野的試驗(yàn)方法定義：人員頭、眼不動(dòng)，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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)GB2890-82中已經(jīng)提到了兩種視野的表征方法：就是按整個(gè)能觀察到的立體角相對值表示法和按各個(gè)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(gè)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(jì)算?！懊婢邩?biāo)準(zhǔn)”采取了兼容的規(guī)定，理由見該“標(biāo)準(zhǔn)”的編制說明。雖然國外有不同的表示法和要求，但試驗(yàn)方法和基本設(shè)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(shè)置表明方位角的刻度線和視野寬度刻度線以及視標(biāo)。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(yàn)。要求有較多的受試者，得到統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，變差一般較大。我國已有人頭模型的標(biāo)準(zhǔn)。采取用頭型測量的方法，可以大大節(jié)省測試時(shí)間和縮小測試的變差。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)”那樣，把兩眼中點(diǎn)放在球心處。這樣能更好地反映立體角，特別當(dāng)弧弓半徑不大的時(shí)候更好些。計(jì)算總視野或雙目視野的保存率，應(yīng)該先分別算未戴面具時(shí)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?jǐn)?shù)表示的保存率。2= (1

9、-cos)(d) (2)計(jì)算工作可在計(jì)算器上進(jìn)行。假若視野圖是標(biāo)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(jì)，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?wù)劇跋路揭曇啊钡囊?guī)定。當(dāng)人從某方位觀察時(shí)，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(gè)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(shí)際些。但這可能計(jì)算，較繁。若規(guī)定死按某方位角(例270°處)來取，則測量時(shí)佩戴稍歪，取得的值變差很大。故試驗(yàn)方法應(yīng)規(guī)定以左右眼視野圖的下方交叉點(diǎn)為準(zhǔn)，比較明確。用標(biāo)準(zhǔn)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(huì)影響測試，所以要求操作者多加注意，使用與面具相應(yīng)的頭型號(hào)碼，戴測3次，以平均結(jié)果表示。三、關(guān)于面罩實(shí)際有害空間的試驗(yàn)方法分幾點(diǎn)作說明：1. 基本概念戴著面具時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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?yàn)樗枇粢徊糠趾舫鰵?，而這部分氣在吸氣時(shí)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(shí)際起作用的部分稱為實(shí)際有害空間。2 測試原理將面具(罩)戴在標(biāo)準(zhǔn)頭型上，排除密合框的漏氣(必要時(shí)可采取貼封之類的輔助措施)，用人工肺(或稱機(jī)械肺)做模擬呼吸。以高濃度為 a的二氧化碳作試驗(yàn)氣，供給頭型呼吸氣，測得吸氣時(shí)吸入頭型后的二氧化碳濃度為b，若設(shè)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(shí)際有害空間，可以得出：P=(b-c)V/(a-c)-K (6)實(shí)驗(yàn)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(yù)先用灌水，灌沙或幾何計(jì)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(huì)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(shí)驗(yàn)證實(shí)呼吸量增加會(huì)引起P增大。所以“試驗(yàn)方法”規(guī)定機(jī)械肺的呼吸氣量為24±1L/min，呼吸頻率為2124次/min，這相當(dāng)于中等勞動(dòng)時(shí)的呼吸。(2) 環(huán)境條件：面具進(jìn)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(fēng)措施及時(shí)把呼出的高濃度二氧化碳?xì)馀烹x進(jìn)氣口周圍，否則式(6)中c值實(shí)際可能變大，不能忽視。(3) 器材設(shè)備條件：帶有呼氣閥的面具，其吸氣閥在呼氣時(shí)嚴(yán)重漏氣或失效，也會(huì)使結(jié)果變大，應(yīng)予清除。密合框漏氣當(dāng)然造成結(jié)果偏高。所以這部分漏氣應(yīng)盡量排除。四、關(guān)于佩戴面具漏氣系數(shù)的試驗(yàn)方法1. 受試人問題防毒面具要有效地達(dá)到防護(hù)目的，一是靠濾毒器(罐)的濾毒能力，再是靠面具結(jié)構(gòu)嚴(yán)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(shè)計(jì)得好不好，適應(yīng)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(gè)因素，卻是個(gè)變異很大的因

14、素。對這個(gè)問題，國外有不同的試驗(yàn)方法，英、美國家，采用人受試。日本以標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)充，77年的標(biāo)準(zhǔn)，則只規(guī)定了用標(biāo)準(zhǔn)頭型的檢驗(yàn)。人受試測試，情況近實(shí)，能信服地說明問題。但由于人的因素變異大，有一個(gè)基本的抽樣人數(shù)問題，要很好解決。英國標(biāo)準(zhǔn)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(yán)，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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的氣密試驗(yàn)用人頭模型，所以試驗(yàn)方法規(guī)定每種面具選10名人員佩戴試驗(yàn)。這里除受試子樣大小可討論，還有

15、判別標(biāo)準(zhǔn)亦要斟酌。2. 判別標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)有關(guān)單位的經(jīng)驗(yàn)，在隨機(jī)征集的一批受試者中，總有個(gè)別的所謂“特殊頭型”出現(xiàn)，他們對面具密合框的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(hù)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(hù)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(dāng)于生理室設(shè)計(jì)的保護(hù)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(yīng)該要求測試時(shí)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(yàn)用的氣溶膠( 油霧或鈉鹽霧)。4. 其他影響因素除標(biāo)準(zhǔn)GB 2891.6-82中提