《口罩颗粒物过滤效率检测仪性能测试规范（征求意见稿）》

ICS17.040.30A61DB32Specificationforperformancetestofparticlefilteringefficiencytestersformasks江苏省市场监督管理局发布IDB32/Txxxx-202x前言 Ⅱ 12规范性引用文件 13术语和定义 14要求 25试验条件 36试验方法 4附录A（资料性）扫描电迁移率粒径谱仪的工作原理和测试方法 附录B（资料性）CMD和MMAD的换算方法 参考文献 13DB32/Txxxx-202x本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由江苏省市场监督管理局计量处提出并归口。本文件起草单位：江苏省计量科学研究院、江苏省纺织产品质量监督检验研究院、苏州市计量测试院、江苏省质量和标准化研究院、徐州市质量技术监督综合检验检测中心、南京市计量监督检测院、苏州诺达净化科技有限公司、青岛众瑞智能仪器股份有限公司。本文件主要起草人：崔宏恩、柴林玉、厉龙、刘滨、姜伟平、付川、冯亮、张超、张书、陈曦、陈鸿飞、林国喜、郭亮。1DB32/Txxxx-202x口罩颗粒物过滤效率检测仪性能测试规范本文件规定了口罩颗粒物过滤效率检测仪的术语和定义、要求、试验条件和试验方法。本文件适用于口罩颗粒物过滤效率检测仪的设计、生产和检验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JJF1562—2016凝结核粒子计数器校准规范JJF1800—2020气溶胶光度计校准规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。颗粒物particle悬浮在空气中的固态、液态或固态与液态的颗粒物状物质。[来源：GB2626—2019，3.1]3.2气溶胶aerosol悬浮于气体中的固体和/或液体颗粒分散体系。[来源：JJF1562—2016，3.1]3.3过滤效率filterefficiency在规定检测条件下，过滤元件滤除颗粒物的水平。[来源：GB2626—2019，3.13]3.42DB32/Txxxx-202x穿透率penetration在规定检测条件下，颗粒物穿透过滤元件的水平。[来源：GB2626—2019，3.14]3.5气流阻力airflowresistance过滤元件对气流的阻力。一般用规定流量下气流穿过规定面积过滤元件所产生的压力降来表示。3.6差分电迁移分离器differentialelectricalmobilityclassifier（DEMC）可根据电迁移率对气溶胶颗粒选择和分离，并得到单分散样品的一种分离器，也称静电分级器（DMA）。[来源：JJF1562—2016，3.2]3.7凝结核粒子计数器condensationparticlecounters（CPC）用于检测气溶胶颗粒，并记录颗粒数目的计数器。3.8扫描电迁移率粒径谱仪scanningmobilityparticlesizer（SMPS）由DEMC+CPC或DEMC+FCAE组成，用于1nm～1000nm的颗粒粒径分析的纳米颗粒粒径谱分析系统。4要求4.1外观与常规检查4.1.1仪器应具有下列标识：名称、型号、出厂编号、制造厂名及制造日期，铭牌应清晰地贴在明显处。4.1.2仪器外观结构应完好，仪器及附件的所有零件应紧固无松动，不应有妨碍正常工作的机械损伤；通电后，各部件都能正常工作，各旋钮、按键应能正常调节，气路连接正确，密封完好无漏气现象，显示单元应清晰完整。4.1.3盐性气溶胶的仪器应具有能将所发生的颗粒物的荷电进行中和的装置。4.2性能要求4.2.1夹具模口面积偏差DB32/Txxxx-202x口罩夹具的模口面积标称值为100cm2，面积的偏差值应不超过±1cm2。4.2.2流量示值误差流量示值误差应不超过±5%。4.2.3流量稳定性流量稳定性应不大于1.5%。4.2.4阻力示值误差阻力示值误差应不超过±3.0%。4.2.5阻力重复性阻力重复性应不大于1.0%。4.2.6过滤效率示值误差当过滤效率≥90%时，过滤效率示值绝对误差不超过±2.0%（绝对值）；当80%≤过滤效率<90%时，过滤效率示值绝对误差不超过±3.0%（绝对值）；当过滤效率＜80%时，过滤效率示值绝对误差不超过±5.0%（绝对值）。4.2.7过滤效率重复性过滤效率重复性不大于1.0%。4.2.8盐性气溶胶粒径分布计数中位粒径（CMD）为（0.075±0.020）μm，粒径分布的几何标准偏差不大于1.86。4.2.9油性气溶胶粒径分布计数中位粒径（CMD）为（0.185±0.020）μm，粒径分布的几何标准偏差不大于1.60。5试验条件5.1环境条件如果设备需要与交流电网电源直接连接或通过充电器间接连接，额定电压的容差为±10%或制造商规定值，两者取较大者。应在5℃~40℃范围内进行试验。若制造商为设备规定了较宽的工作温度范围，则应在制造商规定的温度范围内试验。应在15%RH～90%RH范围内（无冷凝，但不要求水蒸气分压大于5kPa）进行试验。若制造商为设备规定了较宽的工作湿度范围，则应在制造商规定的湿度范围内试验。4DB32/Txxxx-202x5.1.4大气压应在70kPa～106kPa的大气压力范围内试验。若制造商为设备规定了较宽的大气压力范围，则应在制造商规定的大气压力范围内试验。5.2测量标准及其他设备5.2.1精密气溶胶光度计质量浓度测量范围为（0.5～200）μg/L，最大允许误差为±10%；流量测量范围（1.0～3.0）L/min，最大允许误差为±5%。5.2.2扫描电迁移率粒径谱仪粒径范围10nm~1000nm，颗粒计数效率100%±10%，颗粒计数重复性不大于3%。5.2.3气体标准流量计测量范围为0～150L/min，准确度等级不低于1.0级。5.2.4数字压力计测量范围0～1500Pa，准确度等级不低于0.05级。5.2.5标准滤膜过滤效率≥90%，最大允许误差为±1.0%；80%≤过滤效率<90%，最大允许误差为±1.5%；过滤效率<80%，最大允许误差为±2.0%。5.2.6气溶胶稀释器稀释倍数为4~100，最大允许误差为±15.0%。5.2.7游标卡尺测量范围0～150mm，最大允许误差为±0.02mm。5.2.8其他调压泵、三通及连接管路。6试验方法6.1外观与常规检查按4.1的要求进行。6.2夹具模口面积偏差用游标卡尺测量检测仪上下夹具模口的X和Y轴方向内直径，取算术平均值为夹具模口内直径，按公式（1）计算夹具模口面积误差。DB32/Txxxx-202x式中：δS——夹具模口面积误差，cm2；SM——夹具模口标称面积，cm2；d——夹具模口内直径，cm。6.3流量示值误差为测试点，对于流量固定的检测仪，选取固定流量值作为测试点。将气体标准流量计串联至检测仪进气管路，如图1所示，开启检测仪并进行采样，待流量稳定后，同时读取气体标准流量计示值和被校检测仪流量示值3次，按公式（2）计算流量示值误差。式中：δQ——流量示值误差，%；QM——被测检测仪流量示值的算术平均值，L/min；QT——气体标准流量计的算术平均值，L/min。图1流量测试系统示意图6.4流量稳定性对于流量可调的检测仪，选择85L/min为测试点，对于流量固定的检测仪，选取固定流量值作为测试点。按照与7.3相同方法测量检测仪夹具模口实际流量，待流量稳定后，然后在不调节流量的情况下连续运行10min，每隔2min测1次，共6次，按公式（3）计算流量稳定性。6DB32/Txxxx-202x式中：RQ——流量稳定性，%；Qmax——气体标准流量计实测流量最大值，L/min；Qmin——气体标准流量计实测流量最小值，L/min；Q——气体标准流量计实测流量的平均值，L/min。6.5阻力示值误差将检测仪差压计的低压端通大气，高压端与数字压力计、调压泵通过三通连接，调节检测仪差压计示值到零值，然后进行阻力示值误差校准，调节调压泵，选择压力校准点，待示值稳定后读数，分别读取3次数字压力计测量值和3次被校检测仪阻力示值，按公式（4）计算阻力示值误差。式中：δP——阻力示值误差，%；PM——被测检测仪阻力示值的算术平均值，Pa；PT——数字压力计测量值的算术平均值或标准孔板的阻力标准值，Pa。6.6阻力重复性按照与6.5.2相同方法，读取6次被检检测仪阻力示值，按公式（5）计算阻力重复性。式中：sr——阻力重复性，%；PMi——第i次的测量结果，Pa；PM——被测检测仪阻力示值的算术平均值，Pa；n——测量次数。6.7过滤效率示值误差6.7.1标准光度计法如图2所示，通过气路选择开关，把精密气溶胶光度计并联入检测仪夹具上下游压差计接口，先置气路选择开关于上游，启动气溶胶发生器，口罩夹具空置夹紧。对于流量可调的检测仪，选择85L/min为测试点，对于流量固定的检测仪，选取固定流量值作为测试点。调节检测仪流量至额定值，调节上游气溶胶浓度至检测仪推荐范围，待气溶胶浓度稳定后，调节检测仪，使下游气溶胶光度计读数等于或趋近于上游气溶胶光度计读数（过滤效率趋于零值）。选取过滤效率约为99%、95%和90%（或其他测试点）的玻纤滤纸或等同滤纸，安装在口罩夹具中夹紧，待读数稳定后，同时记录精密气溶胶光度计浓度C1和检测仪过滤效率Em1；切换气路选择开关于下游，待读数稳定后，同时记录精密气溶胶光度计浓度C2和检测仪过滤效率Em2。按上述方法连续交替测量3次（非加载状态校准，总测量时间不大于6min），按公式（6）计算单次过滤效率示值误差，取3次算术平均值，按公式（7）计算过滤效率示值误差。若检测仪同时具备盐性和油性气溶胶发生器，应分别校准其过滤效率示值误差。当改变校准条件时应更换新的滤纸。7DB32/Txxxx-202x式中：δE——过滤效率示值误差，%；δEi——单次过滤效率示值误差，%；Em1——第一次检测仪过滤效率，%；Em2——第二次检测仪过滤效率，%；C1——精密气溶胶光度计（上游）浓度，μg/L；C2——精密气溶胶光度计（下游）浓度，μg/L。图2过滤效率示值误差（标准光度计法）测试系统示意图6.7.2标准滤膜法根据仪器常用流量及标准滤膜推荐的上游气溶胶浓度，调整仪器至最佳状态，选取过滤效率约为99%、95%和90%（或其他测试点）的标准滤膜，放入口罩夹具中夹紧，分别连续测试3次（非加载状态测试，总测量时间不大于6min），取算术平均值，按公式（8）计算过滤效率示值误差。若仪器同时具备盐性和油性气溶胶发生器，应分别测试其过滤效率示值误差。当改变测试条件时应更换新的标准滤膜。式中：δE——过滤效率示值误差，%；EM——仪器过滤效率3次测量的平均值，%；ET——标准滤膜的过滤效率标准值，%。6.7.3标准稀释器法8DB32/Txxxx-202x根据仪器常用流量及气溶胶稀释器推荐的上游气溶胶浓度，调整仪器至最佳状态，把气溶胶稀释器原位串联至上游气溶胶光度计和下游气溶胶光度计采样管路，如图4所示，选取过滤效率约为99%、95%和90%（或其他测试点）的气溶胶稀释器倍数，分别连续测试3次，取算术平均值，按公式（9）计算过滤效率示值误差。若仪器同时具备盐性和油性气溶胶发生器，应分别测试其过滤效率示值误差。图3过滤效率示值误差（标准稀释器法）测试系统示意图式中：δE——过滤效率示值误差，%；EM——仪器过滤效率3次测量的平均值，%；fT——气溶胶稀释器的稀释倍数标准值，无量纲。6.8过滤效率重复性启动检测仪气溶胶发生装置，压实口罩夹具，使其处于空置状态，调节上游气溶胶浓度至检测仪推荐范围，待颗粒物浓度稳定后，调节检测仪过滤效率示值至最佳状态（趋于零值然后进行过滤效率重复性校准，在不调节气溶胶发生浓度的情况下连续运行10min（加载状态校准），每隔1min记录1次过滤效率，共10次，取算术平均值，按公式（10）计算过滤效率重复性。若检测仪同时具备盐性和油性气溶胶发生器，应分别校准其过滤效率重复性。式中：SE——过滤效率重复性，%；Ei——第i次测量的过滤效率，%；n——测量次数。6.9盐性气溶胶粒径分布DB32/Txxxx-202x如图4所示，使用气溶胶粒径分布校准系统（扫描电迁移率粒径谱仪），将洁净空气通入气溶胶发生器，发生出多分散气溶胶，再经洁净空气稀释，在动态混匀箱中进行充分混合。经稀释后的多分散气溶胶通过差分电迁移分离器分离成单分散气溶胶，最后经凝结核粒子计数器计数。通过数据采集与数据管理单元统计出计数中位粒径与几何标准偏差。测试方法见附录A，典型盐性气溶胶粒径谱图见图5。图4气溶胶粒径分布测试系统图5质量分数2%的NaCl溶液发生的盐性气溶胶粒径谱图6.10油性气溶胶粒径分布校准方法参考6.9。典型油性气溶胶（PAO-4）粒径谱图见图6。DB32/Txxxx-202x图6PAO-4发生的油性气溶胶粒径谱图（资料性）扫描电迁移率粒径谱仪的工作原理和测试方法A.1工作原理扫描电迁移率粒径谱仪（SMPS）主要由气溶胶中和器、气溶胶电迁移器（DMA）和凝结核粒子计数器（CPC）组成。当气溶胶样品由采样口进入仪器后，首先经过气溶胶中和器，使得气溶胶样品呈玻尔兹曼电荷平衡，即呈整体电中性。之后在鞘流保护下，气溶胶样品进入气溶胶电迁移器，其流动方向与气溶胶电迁移的电场方向相互垂直。在电场力和斯托克斯力的共同作用下，带电颗粒在电场方向匀速移动，而颗粒的电迁移率与其粒径大小、电场强度密切相关。因此，通过改变气溶胶电迁移器内的电场强度，可获取得到不同粒径（或电迁移率）的颗粒。当经筛分的颗粒物样品进入凝结核粒子计数器内的饱和腔和冷凝腔后会凝结“长大”，变成光学可测的颗粒物样品，且散射光的脉冲信号与颗粒数量相对应。因此，通过改变气溶胶电迁移器内的电压和测量该电压通道下的颗粒物光散射脉冲信号，可实现对不同粒径（或电迁移率）下颗粒数量浓度的准确测量，并计算得到样品的粒径分布等信息。DB32/Txxxx-202x图A.1扫描电迁移率粒径谱仪工作原理图A.2测试方法a）启动风机，根据说明书调节至适当的风量；b）启动被测的气溶胶发生器，使发出的气溶胶进入混匀管道，并在混匀管道内与洁净空气进行充分的混匀；c）启动SMPS，通过测试管道上预留的等速采样口，用等速采样的方法将气溶胶抽取进入SMPSd）调节静电分级器DMA的电压值，筛选出对应粒径的气溶胶进入CPC，同时利用CPC对各粒径的粒子进行数量测试，从而得到该粒径下的粒子数量浓度；e）调节不同的电压值，测试不同粒径下的颗粒物数量浓度，最终得到待测气溶胶的颗粒物粒径分布。（资料性）CMD和MMAD的换算方法B.1将计数中位径（CMD）换算为质量中位径（MMAD）使用式（B.1），将CMD换算为MMD：式中：DMMD——颗粒物的质量中位径，μm；DCMD——颗粒物的计数中位径，μm；σg——颗粒物粒度分布的几何标准偏差。在6.9中NaCl颗粒物的CMD为（0.075±0.020）μm，即分布在0.055μm～0.095μm范围内，粒度分布的几何标准偏差不大于1.86；在6.10中，DOP等适用的油类颗粒物的CMD为（0.185±0.020）μm，即分布在0.165μm～0.205μm范围内，粒度分布的几何标准变差不大于1.60，分别代入式（B.1计算得岀：DMMD,Nacl=(0.055~0.095)exp(3ln21.86=0.175~0.302)………………（B.2）式中：DMMD,Nacl——6.9中规定的NaCl颗粒物的质量中位径，μm。DMMD,DOP=(0.165~0.205)exp(3ln21.60=0.320~0.398)………………（B.3）式中：DMMD,DOP——6.10中规定的DOP等适用的油性颗粒物的质量中位径，μm。B.2将MMD换算为空气动力学质量中位径(MMAD)使用式（B.4），将MMD换算为MMAD：DB32/Txxxx-202x式中：DMMAD——颗粒物的空气动力学质量中位径，μm；DMMD——颗粒物的质量中位径，μm；pP——颗粒物的密度，kg/m3；pO——标准球形颗粒物，即水的密度，为1000kg/m3；X——颗粒物的动力学形状系数，由表B.1提供。表B.1某些典型颗粒物的动力学形状系数(χ)χB.3本文件规定的NaCl颗粒物的MMADNaCl的密度为2200kg/m3，NaCl颗粒的几何形状最接近立方体，NaCl的χ从表B.1中按立方体形状取1.08。将式（B.2）计算得出的DMMD.NaCl粒度范围代入式（B.4），计算得出：1DMMAD,Nacl