医用口罩气体交换压力差测试仪的设计

2020-12-28冀中祥

机械工程与自动化 2020年6期

冀中祥

(沈阳紫微恒检测设备有限公司，辽宁沈阳 110114)

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2020年突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情席卷了全球各个国家，由于新型冠状病毒通过飞沫传播，因此人们出行佩戴口罩成为必须。同时市场上涌现出各种各样的口罩并且质量参差不齐，特别是医用口罩应用于医疗门诊、实验室、手术室等高要求环境，所以对于口罩质量的检测刻不容缓。

医用口罩具有阻止血液、体液及飞溅物传播的防护功能，其防护安全性较高，对于病毒和细菌的阻隔也有较强的能力。口罩为了达到较好的防护效果其阻力必然加大，但是影响人体呼吸的流畅及舒适度，所以气体交换性压力差值非常关键。为了保证医用口罩的气体交换压力差数值，本文参考我国相关标准要求，设计研制了医用口罩气体交换压力差测试仪，可实现对医用口罩压力差数值的直观便捷测量。

1 医用口罩气体交换压力差测试仪测试原理与结构

1.1 测试原理

医用口罩气体交换压力差测试仪用于医用口罩通力阻力的测定,一定流量气体通过口罩表面一定截面积A时，口罩两侧产生的气体压力差值为PM，即口罩在单位面积对气流的阻力为交换压力差值ΔP，计算公式为：

(1)

1.2 测试仪结构

本医用口罩气体交换压力差测试仪主要由箱体、测试夹具、质量流量计、压差传感器、缓冲容器、隔膜泵、电气控制系统及人机界面等组成，如图1所示。测试时，将医用口罩装于测试夹具并夹紧，通过流量计和电气控制系统的PLC调节隔膜泵输出流量为8 L/min的气体，通过PLC采集压差传感器信号，经触摸屏处理显示出口罩两侧气体交换压力差值。

1-被检医用口罩；2-测试夹具；3-质量流量计；4-缓冲容器；5-隔膜泵

1.2.1 测试夹具

测试夹具主要由固定板、固定座、上腔、下腔、O型圈、石墨铜套、快速夹钳、快插接头等组成，如图2所示。

1-固定板；2-锁母接头；3-快插接头；4-顶丝；5-下腔固定座；6-下腔；7-O型圈；8-滑动上腔；9-石墨铜套；10-上腔固定座；11-快速夹钳固定座；12-快速夹钳

本测试夹具夹持口罩并在口罩两侧形成检测气腔，所以密封很重要，故采用端面密封方式，既保证了口罩与下腔的密封，又方便口罩的夹持，无需裁剪口罩即可进行试验。

下腔装入下腔固定座内并用顶丝紧固，以防转动;上腔固定座内镶入石墨铜套并与滑动上腔进行滑动配合，其中石墨铜套具有自润滑性，既提高了铜套的使用寿命又保证了石墨铜套与滑动上腔之间滑动自如；下腔固定座、上腔固定座及快速夹钳固定座均固定在固定板上，这样容易保证滑动上腔、下腔及快速夹钳之间的同轴度，以保证上、下腔压紧后上、下腔内孔气流经过的截面积一致。

在口罩装夹时，先将快速夹钳旋转至0°，将口罩展开平铺在下腔端面的O型圈上，然后将快速夹钳旋转至90°，经快速夹钳带动滑动上腔使其端面压紧口罩，行成测试腔。

1.2.2 电气控制系统及人机界面

控制系统上位机采用触摸屏界面作为人机界面，下位机采用PLC作为控制系统。PLC的模拟量输入点用于采集压差传感器和质量流量计的输出信号，模拟量输出点用于调节隔膜泵以满足调节流量的要求。

测试时，在人机界面上设定气体流量8 L/min，点击开始按键，隔膜泵自动启动，PLC自动调节隔膜泵转速和采集质量流量计的输出信号来调节所需气体流量。当流量稳定后，PLC会自动采集压差传感器输出信号，经触摸屏数据处理后相关数据均显示在触摸屏界面上，包括当前压差、当前阻力和流量。检测完成后，试验数据均自动记录并且自动保存在历史数据里，以便查询。控制系统人机界面如图3所示。