專利名稱:一種呼吸性粉塵及總粉塵個(gè)體采樣器(測(cè)頭部分)的制作方法
本發(fā)明為一種測(cè)定在有粉塵污染的環(huán)境中工作的工人一個(gè)工作班(按八小時(shí)計(jì)算)所吸入到人體呼吸系統(tǒng)內(nèi)的粉塵粒子(總粉塵)及進(jìn)入到人體肺部的粉塵粒子(呼吸性粉塵)重量濃度的裝置，由工人佩戴在呼吸帶處，可作為對(duì)于作業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)的測(cè)試儀器。
評(píng)價(jià)作業(yè)場(chǎng)所對(duì)人體的危害程度，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有個(gè)體采樣的方法與儀器，而通常采用定點(diǎn)短周期采樣方法，這種方法的測(cè)定結(jié)果往往與進(jìn)入人體內(nèi)的粉塵劑量相關(guān)系數(shù)很小，與作業(yè)場(chǎng)所中的粉塵對(duì)人體的實(shí)際危害程度相關(guān)系數(shù)也很小。因此國(guó)外自六十年代開始已著手個(gè)體采樣理論及技術(shù)的研究工作。這些研究工作主要從兩個(gè)方面進(jìn)行。第一研究粒子在人體呼吸系統(tǒng)內(nèi)各部位的沉積機(jī)理，提出了粒子在呼吸系統(tǒng)內(nèi)(尤其是肺部)沉積效率曲線，建立了相應(yīng)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)際上普遍采用的呼吸性粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)有兩種即美國(guó)政府衛(wèi)生工作者會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)(ACGIH)和英國(guó)醫(yī)學(xué)研究會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(BMRC)〔圖1〕;第二研制了多種能在不同工作環(huán)境中使用的個(gè)體采樣器。個(gè)體采樣器的收集效率應(yīng)滿足呼吸性粉塵的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn);儀器的入口應(yīng)符合總粉塵的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)上述要求，個(gè)體采樣器應(yīng)帶有分粒裝置，它對(duì)于粒子的捕集特性應(yīng)與粒子在人體肺部的沉積規(guī)律一致。這種分粒裝置通常的形式有水平淘析式，旋風(fēng)式、沖擊式三種。國(guó)外這幾種形式的個(gè)體采樣器在技術(shù)上仍存在一些問(wèn)題尚未很好解決。如水平淘析式體積過(guò)大不便于工人佩戴;旋風(fēng)式加工復(fù)雜且不便于測(cè)定總粉塵;沖擊式的捕集效率曲線斜率比衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率大且存在粒子反彈問(wèn)題等。
本發(fā)明的目的是提供一種具有上述幾種形式分粒裝置的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工，便于佩戴且適合我國(guó)國(guó)情的個(gè)體粉塵采樣器。
本發(fā)明的主要特征之一為分粒裝置模擬ACGIH衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)采用改進(jìn)型沖擊器結(jié)構(gòu)-主沖擊器即將通常沖擊器的單噴孔改為多個(gè)等直徑噴孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，克服了原有沖擊器結(jié)構(gòu)本身存在的問(wèn)題。在用沖擊器模擬粒子在人體肺部沉積曲線方面，美國(guó)學(xué)者M(jìn)arple在1983年曾提出采用復(fù)合噴孔結(jié)構(gòu)，但是在儀器的加工與使用上都有很大困難。由流體力學(xué)及沖擊器原理當(dāng)噴孔雷諾數(shù)Re較小時(shí)，噴孔內(nèi)邊界層變厚，出口速度呈二次方分布，出口斷面各點(diǎn)速度差異較大，使得粒子在出口不同位置具有不同的能量，從而使捕集效率曲線的斜率減小。沖擊器的基本公式如下Dp50=( (9μD0Stk50)/(ρpCνo) )1/2其中Dp50-捕集效率為50%時(shí)的粒子直徑。這一參數(shù)由衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)曲線確定(ACGIH曲線為3.5微米);
Stk50-捕集效率為50%時(shí)的斯托克斯數(shù)。當(dāng)噴孔R(shí)e在100～3000范圍內(nèi)時(shí)為一常量(Sty2k50]]>＝0.47);
Do、νo-噴孔直徑、氣流平均速度;
C-Cunningham修正系數(shù);
μ-氣體介質(zhì)的粘度;
ρp-粒子的密度。
由上式可以看出，當(dāng)DP50被限定后， (Do)/(uo) 應(yīng)為一定值。通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)有下式成立當(dāng)流量Q1＝fQo時(shí)，D1＝f1/3D0，Re1＝f2/3Reo改進(jìn)型沖擊器噴孔數(shù)目增加到8個(gè)，每個(gè)噴孔流量降低了8倍，噴孔雷諾數(shù)Re由1000下降到200，使主沖擊器捕集效率曲線能很好地與ACGIH衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)曲線吻合〔圖2〕。主沖擊器結(jié)構(gòu)見(jiàn)〔圖3〕。
本發(fā)明的另一主要特征為設(shè)計(jì)了一個(gè)符合我國(guó)關(guān)于總粉塵定義現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的采樣器入口。目前我國(guó)還沒(méi)有呼吸性粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)采樣器入口時(shí)所采用的依據(jù)為我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而沒(méi)有采用英美等西方國(guó)家所普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)，有利于在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用。個(gè)體采樣器由工人佩戴在工作車間等室內(nèi)使用，可以看作是在靜止空氣中采樣，它符合匯點(diǎn)流動(dòng)模型。根據(jù)這一模型，采樣器的入口結(jié)構(gòu)為直徑26毫米的圓筒壁上互成90度布三個(gè)直徑6毫米圓孔〔圖5〕。這種結(jié)構(gòu)滿足匯點(diǎn)流動(dòng)模型的條件，克服了粒子重力及慣性力對(duì)采樣真實(shí)性的影響。對(duì)于空氣動(dòng)力直徑等于30微米的粒子，吸入效率為0.94。
本發(fā)明的主要特征之三為在主沖擊器與采樣器入口之間加一級(jí)予處理級(jí)一輔助沖擊器。由圖1可以看出ACGIH曲線要求主沖擊器在3.5～10微米范圍內(nèi)的捕集效率始終保持上升趨勢(shì)，而大粒子在主沖擊器內(nèi)的反彈必然造成其收集效率在大粒子區(qū)域下降。輔助沖擊器解決了這一問(wèn)題，它將能夠在主沖擊器產(chǎn)生反彈的大粒子捕集下來(lái)，使主沖擊器能夠更好地模擬衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)曲線。
與通常的沖擊器相比本發(fā)明還具有其它一些特征。特殊設(shè)計(jì)的集塵板形狀〔圖4〕使氣體可以從板中心及四周兩個(gè)通路流過(guò)，氣流間的干擾小，氣流分布合理;兩級(jí)沖擊器及多噴孔結(jié)構(gòu)使個(gè)體采樣器的容塵能力大大提高，使其能在較大的濃度范圍內(nèi)工作;沖擊器所分離下來(lái)的大粒子不是直接捕集在集塵板上，而是捕集到集塵板上的接塵紙墊上，便于稱重以及進(jìn)行其它各項(xiàng)分析;接塵紙墊安裝在集塵板上的圓環(huán)形凹槽內(nèi)。便于定位與裝卸;各板間均由O型膠圈加外殼螺紋緊固密封。個(gè)體采樣器整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。
由于這些主要特征，本發(fā)明較好地解決了原有沖擊器結(jié)構(gòu)自身存在的問(wèn)題，改善了沖擊器性能。等直徑多噴孔的改進(jìn)型沖擊器結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)且效果良好。
圖面說(shuō)明圖1.兩種國(guó)際上普遍采用的呼吸性粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
BMRC標(biāo)準(zhǔn)曲線(1)，ACGIH標(biāo)準(zhǔn)曲線(2)。
圖2.沖擊器收集效率曲線。
主沖擊器的收集效率曲線應(yīng)模擬標(biāo)準(zhǔn)曲線(3)-1-ACGIH各點(diǎn)的沉積效率值所得出的曲線。通常單噴孔的沖擊器收集效率曲線很陡(4)，采用改進(jìn)型沖擊器結(jié)構(gòu)其收集效率曲線(5)能較好地與標(biāo)準(zhǔn)曲線吻合。
圖3.主沖擊器結(jié)構(gòu)圖主沖擊器由噴孔(6)，沖擊孔板(7)，密封膠圖(8)集塵紙墊(9)及集塵板(10)所構(gòu)成。
圖4.集塵板結(jié)構(gòu)圖集塵板由圓形定位凹臺(tái)(11)，圓形定位凸臺(tái)(12)，圓環(huán)形密封槽(13)，三個(gè)圓弧形氣流通道(14)及中心氣流通道(15)所構(gòu)成。
圖5，個(gè)體采樣器結(jié)構(gòu)圖個(gè)體采樣器由入口(16)，入口段(17)，外套(18)輔助沖擊器噴孔(19)，密封膠圈(20)，沖擊孔板(21)集塵板(22)，主沖擊器噴孔(23)，沖擊孔板(24)，集塵板(25)，底座(26)，抽氣咀(27)及過(guò)濾濾膜(28)所構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種呼吸性粉塵及總粉塵個(gè)體采樣器(測(cè)頭部分)，它是勞動(dòng)衛(wèi)生、環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域?qū)ψ鳂I(yè)場(chǎng)所中的粉塵對(duì)人體危害程度進(jìn)行衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)的一種測(cè)試儀器，其特征在于它由采樣器入口，輔助沖擊器，主沖擊器及過(guò)濾層所構(gòu)成，它既能測(cè)定呼吸性粉塵濃度，又能測(cè)定總粉塵濃度。本發(fā)明的沖擊孔板、集塵板、入口段及過(guò)濾段定位，密封準(zhǔn)確可靠；便于工人佩戴及現(xiàn)場(chǎng)使用。
2.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種呼吸性粉塵及總粉塵個(gè)體采樣器其特征在于主沖擊器為等直徑多噴孔的改進(jìn)型沖擊器結(jié)構(gòu)，它的8個(gè)直徑1.1毫米圓孔均布于直徑12毫米的圓周上。在1.5升/分的工作流量下，其切割直徑DP50為3.5微米，噴孔雷諾數(shù)Re為240，斯托克斯數(shù)(Stk50)1/2為0.452。
3.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的一種呼吸性粉塵及總粉塵個(gè)體采樣器其特征在于特殊設(shè)計(jì)的采樣器入口。它是一個(gè)外徑26毫米，高16毫米，壁厚1毫米的圓筒，上端加工出半徑為5毫米的圓弧，在圓筒壁上距上下端面等距處有3個(gè)互成90度直徑6毫米圓孔。
4.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的個(gè)體采樣器其特征在于它帶有一個(gè)預(yù)處理級(jí)一一輔助沖擊器。它也是改進(jìn)型沖擊器結(jié)構(gòu)，在直徑12毫米圓周上均布8個(gè)直徑1.7毫米圓孔。
5.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的個(gè)體采樣器其特征在于各級(jí)板間采用直徑35毫米圓形凸凹臺(tái)定位，凸臺(tái)上裝有O型橡膠密封圈，直徑42毫米外套螺紋緊固的組合形式，定位、密封、緊固一次完成。
6.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的個(gè)體采樣器其特征在于集塵板中心有一直徑6毫米圓孔，外環(huán)內(nèi)有均分的3個(gè)圓弧形孔槽，槽寬3毫米。
7.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的個(gè)體采樣器其特征在于接塵濾膜為外徑17毫米，內(nèi)徑7毫米的圓環(huán)狀，用專用工具將其壓入集塵板上的圓環(huán)槽內(nèi)，便于濾膜裝拆，定位與更換。
8.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的個(gè)體采樣器其特征在于沖擊孔板與集塵板間的距離為噴孔直徑的2.2～2.3倍。
9.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的個(gè)體采樣器其特征在于采樣器入口段與外套筒分為兩體，不論外套筒的螺紋緊固到什么位置，都能調(diào)整入口段，保證入口段沒(méi)有吸氣孔的位置朝向人體一面。
專利摘要
本發(fā)明為一種呼吸性粉塵及總粉塵個(gè)體采樣器，它由符合匯點(diǎn)流動(dòng)模型的采樣器入口、等直徑多噴孔的改進(jìn)型沖擊器——主沖擊器、預(yù)處理級(jí)——輔助沖擊器及過(guò)濾濾膜構(gòu)成。它所測(cè)得的總粉塵符合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的定義，測(cè)得的呼吸性粉塵符合ACGIH衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的定義。本發(fā)明較好地解決了通常個(gè)體采樣器本身存在的問(wèn)題，改善了沖擊器的性能。
文檔編號(hào)G01N9/00GK86103666SQ86103666
公開日1987年12月9日 申請(qǐng)日期1986年5月31日
發(fā)明者劉凡, 張希仲, 劉光銓 申請(qǐng)人:中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生與衛(wèi)生工程研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan