GK-1000自動過濾效率測試儀

1、廈門高科抗靜電設(shè)備有限公司。GK-1000自動過濾效率測試儀研制報告1.研發(fā)背景1.1中國粉塵職業(yè)危害在中國注冊的粉塵工作人員超過2000萬人，到2010年，全國676541例塵肺病例占職業(yè)病的90.21%。近年來，每年有10，000個新病例在增加。因為還沒有特殊的治療方法，塵肺患者可以依靠晚期氧氣維持生命，有很多塵肺患者，對家庭有很大的影響，沉重的醫(yī)療費用給國家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟負擔(dān)和大量勞動能力的損失等。1.2發(fā)生生物呼吸系統(tǒng)傳染病2003年非典呼吸道傳染病發(fā)生在南方和北方的幾個城市，嚴重威脅了患者的生命，非典傳染性很強，引起了社會恐慌。個人保護方法，選擇什么保護面具？國家職業(yè)安全健康中心(

2、NIOSH)的多個口罩過濾效率(鈉鹽法)的測試數(shù)據(jù)報告成為人們最關(guān)心的問題：N95FPP2？因此，世界衛(wèi)生組織建議N95級口罩。據(jù)我國北京醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢查中心、美國TSI8130自動過濾器測試器的紗布口罩過濾效率(鈉鹽法)檢測數(shù)據(jù)顯示，16層紗布口罩為24%。24層紗布面膜為36.8%。紗布口罩不能阻止非典，N95口罩市場一小時內(nèi)供應(yīng)無法滿足需求。1.3國家標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(1)2003年4月21日，國家篩選效率要求和測試方法的美國標(biāo)準(zhǔn)(NIOSH 42 CFR 84 subparts k-non-powerd air purifying particulate respirator s，19

3、95)(2)2006年3月27日，國家公布了必備標(biāo)準(zhǔn)GB 2626-2006 醫(yī)用防護口罩技術(shù)要求。此時，過濾效率要求和檢測方法分別使用了EN143:2000、en 149: 2001和NIOSH42CFR84附錄k方法，過濾效率測試方法使用了NIOSH。目前，該標(biāo)準(zhǔn)是特殊勞動保護用品安全標(biāo)識產(chǎn)品中自吸過濾器微粒呼吸器的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，也是特殊勞動保護用品生產(chǎn)許可產(chǎn)品單元中自吸過濾器微粒呼吸器的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。1.4國內(nèi)外儀器現(xiàn)狀國外有很多歐洲制造商和測試機構(gòu)利用美國TSI生產(chǎn)的8130自動過濾過濾器效率測試設(shè)備進行過濾效率測試，以及SFP Services Ltd等歐洲公司的測試設(shè)備。在歐美等國家，對過

4、濾效率的檢測原理基本一致，只是實驗儀器和控制系統(tǒng)略有不同，但他們的核心技術(shù)內(nèi)容基本相同，使用NaCL氣溶膠檢測非油性顆粒過濾材料，使用DOP或拋物面氣溶膠檢測含油顆粒過濾材料，使用85 95l/min的檢測流量，粒子的空氣動力學(xué)粒子大小約為0.3立方米。歐洲公司的設(shè)備主要利用氫火焰光度計測量NaCL粒子濃度，利用光散射光度計測量蜂蠟油粒子濃度，并通過加熱產(chǎn)生蜂蠟油氣溶膠。美國的TSI設(shè)備使用激光光度計檢測NaCL顆粒物質(zhì)和DOP等油膩顆粒的濃度，無需加熱DOP氣溶膠。目前國內(nèi)使用的過濾效率測試設(shè)備有TSI 8130，進口到美國，費用達9萬美元，只購買極少數(shù)檢查人員和企業(yè)。2006年10月，清華

5、大學(xué)原子能和新能源技術(shù)研究院、北京廳能源創(chuàng)新技術(shù)有限公司一起開發(fā)為“高效口罩過濾器檢驗臺”，通過教育部組織確保了少量生產(chǎn)市場需求，但以40萬韓元左右的價格生產(chǎn)防護口罩的很多中小企業(yè)也難以承擔(dān)，只能進行NaCl粒子測試。2007年10月，中鐵集團武漢安全環(huán)境研究院引進了國外先進設(shè)備技術(shù)，開發(fā)了綜合創(chuàng)新技術(shù)路，開發(fā)了“自吸過濾式人工呼吸系統(tǒng)質(zhì)量監(jiān)督檢查系統(tǒng)”，通過科學(xué)技術(shù)部組織的合格和湖北省科學(xué)技術(shù)廳組織的成果評價，目前作為國家勞動保護用品質(zhì)量監(jiān)督檢查中心(武漢)的專用檢測設(shè)備發(fā)揮了作用。該檢測系統(tǒng)的核心技術(shù)是從國外進口的，檢測項目綜合，所以比較適合檢測機構(gòu)，對生產(chǎn)企業(yè)來說，不僅價格高，部分內(nèi)容也

6、不需要，也不適用。另外，北京、江蘇、浙江等地也相繼開發(fā)了過濾效率測試裝置。另外，由于儀器性能不穩(wěn)定，智能度不高，測試項目單一，測試時間長(測試時間不同于60-300秒)，工作效率低等問題，很難普及。開發(fā)1.5 GK1000自動過濾效率測試儀的重要性自吸過濾微粒呼吸系統(tǒng)是國內(nèi)常用的個人呼吸保護用品，包括灰塵、煙霧、霧、微生物等顆粒性物質(zhì)(以下簡稱微粒)，在用戶呼吸區(qū)域外被切斷，防止吸入顆粒物引起的各種呼吸系統(tǒng)疾病(包括塵肺)。防塵口罩是防止呼吸性職業(yè)病危害的一線從業(yè)者的最后一道也是最重要的防線，保護性能好、不好是個人的安全和健康，過濾效率是評價防塵口罩性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，因此過濾效率測試是保證產(chǎn)

7、品質(zhì)量的前提。同時，在生產(chǎn)過程中，企業(yè)需要過濾效率測試設(shè)備，以確保產(chǎn)品保護性能。另外，在產(chǎn)品認證過程中，企業(yè)也要具備過濾效率測試設(shè)備。大部分防塵口罩制造商無法承受海外同類設(shè)備的價格和過多的運營和維護費用，而國內(nèi)部分同類設(shè)備無法提供價格高、性能不穩(wěn)定、產(chǎn)品保護性能的可靠評價，因此，價格低廉、自動化程度高、測試結(jié)果與國外設(shè)備比較，開發(fā)有關(guān)過濾效率的測試機，方便生產(chǎn)企業(yè)自我質(zhì)量管理，是非常必要的。我公司在兩年內(nèi)開發(fā)了2011年的GK-1000自動過濾效率測試器，該儀器體積小，質(zhì)量輕，一體設(shè)計，過濾效率測試控制和數(shù)據(jù)處理、管理功能融為一體，成本低廉，價格僅為國外同類儀器的5分之一，僅占國內(nèi)同類儀器的3

8、/2。根據(jù)千兆位GB2626-2006標(biāo)準(zhǔn)要求，過濾效率瞬時、透射比、電阻測試和負載測試，方便操作和維護，設(shè)計軟件人性化，過濾和防塵口罩測試的方便、快速、可靠的測試方法，可用于評估適合企業(yè)生產(chǎn)過程質(zhì)量管理和產(chǎn)品檢驗檢驗的過濾器、過濾元件或掩碼過濾器水平。2.開發(fā)的技術(shù)路線2.1技術(shù)基礎(chǔ)GB 26262006 呼吸防護用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器標(biāo)準(zhǔn)使用氣溶膠方法，以氯化鈉(NaCl，固體)和鄰苯二甲酸酯(DOP，油性液體)或其他特性相當(dāng)適用的油性粒子作為檢測介質(zhì)，進行過濾效率測試，氯化鈉粒子為KN型GB 26262006表明，過濾效率測試是通過連續(xù)穿透過濾元素，測量“負載”過濾效率，在一定氣

9、流下，具有一定濃度和粒度分布的粒子。換句話說，在實際使用過程中，粒子模擬過濾材料具有一定量沉積(灰塵量)狀態(tài)的質(zhì)量。美國TSI公司的Certi Test 8130自動過濾器測試器快速準(zhǔn)確地測量符合美國職業(yè)安全健康局(NIOSH regulation 42 CFR，part 84)技術(shù)參數(shù)的過濾器和掩碼的過濾效率，符合gigabit 2626-2006的過濾效率測試相關(guān)要求，并在國內(nèi)外許多過濾器和掩碼制造商及一些測試機構(gòu)中使用。本設(shè)備根據(jù)GB 26262006中所述的過濾效率測試原理和技術(shù)要求，參考TSI8130自動過濾器測試器的工作原理和技術(shù)特性，設(shè)計和制作了一套可以分別執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求、NaCI

10、粒子和DOP或類似的知性粒子過濾效率測試的設(shè)備。2.2技術(shù)方案開發(fā)的核心技術(shù)是氣溶膠的發(fā)生及濃度測試。GB 26262006規(guī)定，粒度分布范圍小、濃度相對高的粒子的發(fā)生、檢測和分析，以質(zhì)量濃度進行，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)還不成熟，國外儀器價格太貴，無法應(yīng)用。考慮到GB 2626標(biāo)準(zhǔn)利用空氣動力學(xué)粒子大小約為0.3m的粒子作為檢測介質(zhì)，該儀器結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)技術(shù)，采用壓縮空氣噴霧法產(chǎn)生氣溶膠，使用多分散氣溶膠系數(shù)法對激光塵埃粒子計數(shù)器進行分析，并選擇其中0.3m粒子大小通道的測試數(shù)據(jù)，進行過濾效率評價。為了實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求測試過程，本設(shè)備建立了過濾效率測試方法，設(shè)計和制作了安裝了氣溶膠發(fā)生氣體路徑、氣溶膠檢測氣體

11、路徑和檢測控制系統(tǒng)的測試站。整個氣體路徑所需的空氣來源是外部壓縮空氣，檢測氣體道路的動力由真空泵提供。在氣道上安裝了氣溶膠發(fā)生器、壓電靜電中和器、快速加熱裝置、一臺混合裝置，在氣道上安裝了一套帶缸的氣動夾具、一套溫度和濕度計、兩臺激光塵埃粒子計數(shù)器、一臺轉(zhuǎn)子流量計和一臺真空泵。氣動夾具用于封閉上下夾緊樣品的氣缸工作，溫度和濕度計用于測量上述夾具激光塵埃粒子計數(shù)器腔(即樣品上游)內(nèi)的溫度和濕度，一個激光塵埃粒子計數(shù)器用于收集樣品上游的混合氣體分析，另一個用于收集樣品下游的混合氣體分析，測試流通過真空泵抽取產(chǎn)生氣體流量的氣流，大小由手動調(diào)整流量計控制。測試控制系統(tǒng)是基于PC的集成控制系統(tǒng)，包括計算

12、機系統(tǒng)、I/O接口、所有類型的控制閥、進程輸入和輸出通道、計數(shù)器數(shù)據(jù)傳輸鏈路等硬件和相關(guān)應(yīng)用程序。氣溶膠發(fā)生器、壓電靜電中和器、快速加熱器裝置、混合器和氣動夾具根據(jù)測試要求設(shè)計和制作。為了實現(xiàn)測試過程的自動控制，根據(jù)本裝置的測試方法，設(shè)計了安裝在計算機上的一套控制軟件，運行計算機自動控制測試過程，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。該儀器可以在檢測氣流的上游和下游安裝差壓傳感器，并測試過濾器和防塵口罩的呼吸阻力。2.3主要技術(shù)參數(shù)氣溶膠類型：氯化鈉、DOP、DEHS、石蠟油、玉米油等氣溶膠濃度：(5020) mg/m3(油性)，(1220) mg/m3(氯化鈉)探測器：clj-e激光塵埃粒子計數(shù)器(符合jjf 11

13、90-2008 呼吸防護用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器)檢測溫度：(255) c相對濕度：(3010) c流量范圍：(15/100)L/min流量測量準(zhǔn)確度：總范圍2%壓力檢測：電子壓力傳感器(差壓變送器)壓力感應(yīng)范圍：(1-1000)pa壓力測量準(zhǔn)確度：2.5級效率測量范圍：過濾效率(099.999)%，透射率0.001%自動化操作和數(shù)據(jù)管理：專用軟件，計算機控制處理電源：230 VAC、50Hz、1500W壓縮空氣來源需求：550 kPa至198 L/min流量形狀尺寸：900MM880MM1510MM3.儀器工作原理圖1 GK-1000自動過濾效率測試儀系統(tǒng)示意圖該儀器提供了兩臺智能氣溶

14、膠發(fā)生器，可以使用DOP、石蠟、DEHS、玉米油等油膩物質(zhì)。一種是鹽城氣溶膠發(fā)生器，一般使用2%的NaCl溶液。根據(jù)濾鏡或濾鏡元素的類別，KN類中的示例使用鹽城氣溶膠生成器，而KP類中的示例使用知性氣溶膠生成器。來自外部的壓縮空氣被壓力調(diào)節(jié)器分成3度，移動到氣溶膠發(fā)生器，發(fā)射顆?；旌衔?，然后在混合器中與其他壓縮空氣稀釋，形成所需的檢測介質(zhì)，還有壓縮空氣，可以關(guān)閉上下鉗夾緊樣品。過濾效率測試時，真空泵提取指定流量的檢測介質(zhì)通過鉗制，測試結(jié)果通過兩個計數(shù)器分別測量上游0.3m粒子的計算濃度，然后計算。過濾效率=(上游計數(shù)器濃度-下游系數(shù)計數(shù)器濃度)100/上游計數(shù)器濃度電阻是通過壓力傳感器測量鉗內(nèi)

15、樣品上下游的壓力差而獲得的。4.設(shè)備設(shè)計4.1整體結(jié)構(gòu)圖2 GK-1000自動過濾效率測試儀正面設(shè)計時考慮到了人員安全、整體外觀美觀和操作維護的便利性，這些設(shè)備均采用可移動控制臺樣式(如上圖所示)，采用集成了煤氣發(fā)生、煤氣檢測和控制系統(tǒng)的集成金屬結(jié)構(gòu)。發(fā)生器、壓電靜電中和器、快速加熱器裝置、激光塵埃粒子計數(shù)器等部件根據(jù)測試要求合理放置在儀器內(nèi)，維護時考慮到方便和空間結(jié)構(gòu)的緊湊節(jié)約。夾具、流量計、顯示器等將操作和數(shù)據(jù)顯示部件放置在面板上，測試器操作和方便觀察。在儀表的氣體發(fā)生道路上，兩個壓縮空氣流入管道時，一個管路連接到氣溶膠發(fā)生器入口，發(fā)生器氣溶膠出口連接到混合器，另一個管路依次連接到加熱器、

16、靜電中和器和攪拌機?；旌掀髦械臍怏w分為兩種方法。固定裝置串用測試氣體連接，將多余的檢測氣體排出室外的方式。另一種方法是，壓縮空氣進入氣缸，擠壓上下夾具，形成閉合探測器，通過真空泵連接的下夾具檢測氣流，在真空泵和下夾具之間建立可調(diào)流量計。整個煤氣連接保證了機密性，沒有泄漏。4.2主要組件設(shè)計4.2.1氣溶膠發(fā)生器過濾效率測試需要在氣溶膠發(fā)生裝置上發(fā)生符合測試要求的人工氣溶膠作為測試灰塵來源。氣溶膠發(fā)生在壓縮空氣霧化方法比較簡單、顆粒濃度高的情況下，該儀器是使用核心部件噴嘴中高濃度多分散亞微米氣溶膠粒子可能發(fā)生的壓縮空氣霧化方法設(shè)計的。發(fā)生器總體設(shè)計確保噴嘴噴射產(chǎn)生的氣溶膠分散度和粒度保持正常狀態(tài)

17、分布。噴嘴的結(jié)構(gòu)和氣溶膠的發(fā)生圖3 GK-1000自動過濾效率測試儀氣溶膠發(fā)生器示意圖儀器提供的兩個氣溶膠發(fā)生器根據(jù)坦克體積使用相同的噴嘴設(shè)計，鹽城氣溶膠發(fā)生器使用2%的NaCI溶液，為了確保一定的氣溶膠濃度，坦克設(shè)計大于知性氣溶膠。4.2.2加熱器用途：用加熱稀釋用壓縮空氣干燥NaCI氣溶膠。原理：利用金屬在交變磁場中產(chǎn)生渦流熱原理，當(dāng)厚金屬在交變磁場中時電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生電流，電流在金屬內(nèi)部形成螺旋流動路徑，產(chǎn)生的熱量被金屬本身吸收，金屬加熱環(huán)迅速加熱通過的氣流加熱。技術(shù)設(shè)計：采用高質(zhì)量不銹鋼材料和嚴格的工藝技術(shù)制作，具有彈簧圈、加熱線圈外表面明亮、溫控絕緣、快速加熱功能，從室溫到150 僅需幾十秒鐘。圓形截面最大功率密度為9W/cm2，加熱功率為350W，電壓為220V，交流電源，k型溫度熱電偶，20秒內(nèi)從室溫到300 的溫度調(diào)節(jié)設(shè)置。國內(nèi)生產(chǎn)試驗機從室溫到300