專利名稱：家畜開路式面具呼吸測熱裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種家畜呼吸產(chǎn)熱測定裝置及其測熱。
背景技術(shù)：
目前測定家畜呼吸產(chǎn)熱，普遍采用閉路循環(huán)式面具呼吸測熱裝置，該裝置由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)馮仰廉(馮仰廉，Mollison G.S. 1985.新閉路循環(huán)式面具呼吸測熱法的研究.北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1:7 78.)研制，面具具有吸氣和呼氣兩個管路，采用活門控制進(jìn)出氣。管路連接到氣袋上，呼氣中產(chǎn)生的水汽用吸收劑吸收 。通過計算測定開始和結(jié)束時氣袋中的02、C02、CH4氣體成分之差，計算O2消耗量和CO2XH4產(chǎn)生量，計算產(chǎn)熱量。該方法雖然較呼吸室測定方法成本低廉，但缺點是難以避免家畜呼吸時吸入外界空氣或呼出氣體溢出面罩的影響。而且采用充氣氣泵難以持續(xù)模仿氣袋內(nèi)的自然氣壓，很難保證家畜的正常自然呼吸。另外，該裝置需要采集氣體樣品進(jìn)行室內(nèi)分析后才能計算產(chǎn)熱量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種家畜開路式面具呼吸測熱裝置。本發(fā)明采用開路式呼吸面具，實時監(jiān)測管路溫濕度及壓差，并用精密氧氣分析儀可以直接分析家畜的呼吸耗氧量，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀器直接與電腦連接實時記錄分析。結(jié)合家畜心率測定，根據(jù)正常放牧或舍飼家畜每心跳耗氧量穩(wěn)定的原理，根據(jù)短時間(15 20min)家畜氧氣消耗和心率的測定，計算家畜每心跳耗氧量。然后根據(jù)家畜24h的心率監(jiān)測數(shù)據(jù)計算家畜產(chǎn)熱量(燃燒I升氧氣，釋放熱量20. 47KJ)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是包括有呼吸面罩，所述的呼吸面罩上設(shè)有吸氣和呼氣管路，且所述的吸氣和呼氣管路為一個管路，還包括交換器，所述的交換器包括高壓徑管、低壓徑管，高壓徑管設(shè)置在低壓徑管的一端，并與低壓徑管相連通；在高壓徑管上設(shè)有壓差測定儀進(jìn)氣口連接端，在低壓徑管上設(shè)有壓差測定儀出氣口連接端；低壓徑管的另一端通過抽氣泵連接管與抽氣泵相連接通；所述呼吸面罩通過軟管與交換器的高壓徑管相連通，在所述軟管上設(shè)有過濾加熱器；還包括壓差測定儀，所述交換器的壓差測定儀進(jìn)氣口連接端與壓差測定儀的氣體輸出管相連通，所述的交換器的壓差測定儀出氣口連接端與壓差測定儀的氣體輸入管相連通，壓差測定儀與數(shù)據(jù)采集儀的第一采集端相連接。所述的軟管形成的管路即為所述的吸氣和呼氣管路。所述的數(shù)據(jù)采集儀與電腦相連，實時監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，結(jié)合家畜心率的測定，可以更方便快捷的測定家畜呼吸耗氧量，而且采用抽氣泵通過呼吸面罩抽氣，可以將家畜呼出的氣體全部吸入系統(tǒng)，更符合家畜的自然呼吸狀態(tài)測定。在所述的交換器的抽氣泵連接管上還設(shè)有溫濕度傳感器，所述的溫濕度傳感器與數(shù)據(jù)采集儀的第二采集端相連接。在所述的低壓徑管上還設(shè)有密封泵進(jìn)氣口連接端，所述密封泵進(jìn)氣口連接端與密封泵相連通，交換器通過密封泵與氧氣分析儀相連通，所述的氧氣分析儀與數(shù)據(jù)采集儀的第三采集端相連接。所述的交換器的低壓徑管的管徑為42 46mm，所述的交換器的高壓徑管的管徑為 18 25mm。所述的壓差測定儀的氣體輸入管與壓差測定儀的氣體輸出管之間的距離為25 40cmo所述的密封泵的流量為I 4mL/min，功率為50 60HZ。所述的呼吸面罩包括橡膠密封外罩和設(shè)置在橡膠密封外罩內(nèi)的塑料支撐硬殼，所述的軟管與塑料支撐硬殼的內(nèi)腔相連通。
本發(fā)明還提供一種家畜開路式面具呼吸測熱的方法，其主要特點是步驟為(I)測試前使家畜適應(yīng)呼吸面罩10 15天,每天適應(yīng)8 15分鐘；(2)調(diào)節(jié)氧氣分析儀歸零，連接氧氣分析儀的密封泵處于關(guān)閉狀態(tài)；(3)讓家畜帶上呼吸面罩，打開抽氣泵，抽氣泵的功率為800 1000瓦，并檢查呼吸面罩密封情況，調(diào)節(jié)抽氣泵功率使壓差測定儀數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定；(4)將密封泵打開，同時，通過數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集氧氣分析儀、壓差測定儀和溫濕度傳感器數(shù)據(jù)15 20分鐘，期間測定家畜心率，記錄測試家畜名稱和測試時間；(5)關(guān)閉密封泵，摘掉呼吸面罩，保存數(shù)據(jù)；還包括步驟(6)將為了避免系統(tǒng)存在密封不嚴(yán)的情況，將已知重量的99. 999%高純氮氣通過呼吸面罩注入系統(tǒng)，并分別再次采集氧氣分析儀、壓差測定儀和溫濕度傳感器數(shù)據(jù)10 15分鐘，連續(xù)測定3次，根據(jù)氮氣重量損失，計算系統(tǒng)回收率，該數(shù)據(jù)用于校正產(chǎn)熱量計算數(shù)值。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集儀與電腦相連，實時監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，可以更方便快捷的測定家畜呼吸耗氧量。采用抽氣泵通過呼吸面罩抽氣，可以將家畜呼出的氣體全部吸入系統(tǒng)，與閉路循環(huán)式呼吸面具測試裝置相比，該方法短時間測定家畜呼吸耗氧量，結(jié)合心率測定計算每心跳耗氧量，然后根據(jù)24h心率監(jiān)測數(shù)據(jù)計算家畜產(chǎn)熱量，對家畜干擾較小，測定更符合家畜的自然呼吸狀態(tài)。


圖1閉路循環(huán)式面具呼吸測熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明交換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明呼吸面罩的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.呼吸面罩，2.軟管，3.交換器，4.抽氣泵，5.過濾加熱器，6.數(shù)據(jù)采集儀，7.溫濕度傳感器，8.壓差測定儀，9.氧氣分析儀，10.密封泵，11橡膠密封外罩，12塑料支撐硬殼，31高壓徑管，32低壓徑管，33抽氣泵連接管，34壓差測定儀進(jìn)氣口連接端，35壓差測定儀出氣口連接端，36密封泵進(jìn)氣口連接端
具體實施方式
以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實施例1 :如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種家畜開路式面具呼吸測熱裝置，包括有呼吸面罩1，所述的呼吸面罩I上設(shè)有吸氣和呼氣管路，且所述的吸氣和呼氣管路為一個管路，還包括交換器3，所述的交換器3包括高壓徑管31、低壓徑管32，高壓徑管31設(shè)置在低壓徑管32的一端，并與低壓徑管32相連通；在高壓徑管31上設(shè)有壓差測定儀進(jìn)氣口連接端34，在低壓徑管32上設(shè)有壓差測定儀出氣口連接端35 ;低壓徑管32的另一端通過抽氣泵連接管33與抽氣泵4相連接通；所述呼吸面罩I通過軟管2與交換器3的高壓徑管31相連通，在所述軟管2上設(shè)有過濾加熱器5 ;還包括壓差測定儀8，所述交換器的壓差測定儀進(jìn)氣口連接端34與壓差測定儀8的氣體輸出管相連通，所述的交換器的壓差測定儀出氣口連接端35與壓差測定儀8的氣體輸入管相連通，壓差測定儀8與數(shù)據(jù)采集儀6的第一采集端相連接。在所述的交換器3的抽氣泵連接管33上還設(shè)有溫濕度傳感器7，所述的溫濕度傳感器7與數(shù)據(jù)采集儀6的第二采集端相連接。在所述的低壓徑管32上還設(shè)有密封泵進(jìn)氣口連接端36，所述密封泵進(jìn)氣口連接端36與密封泵10相連通，交換器3通過密封泵10與氧氣分析儀9相連通，所述的氧氣分析儀9與數(shù)據(jù)采集儀6的第三采集端相連接。所述 的交換器的低壓徑管的管徑為42 46mm，所述的交換器的高壓徑管的管徑為18 25mm。所述的壓差測定儀的氣體輸入管與壓差測定儀的氣體輸出管之間的距離為25 40cm。所述的密封泵的流量為I 4mL/min，功率為50 60HZ。所述的呼吸面罩I包括橡膠密封外罩11和設(shè)置在橡膠密封外罩11內(nèi)的塑料支撐硬殼12，所述的軟管2與塑料支撐硬殼12的內(nèi)腔相連通。實施例2 :與實施例1相同，所述的交換器的低壓徑管的管徑為42mm，所述的交換器的高壓徑管的管徑為18mm。所述的壓差測定儀的氣體輸入管與壓差測定儀的氣體輸出管之間的距離為25cm。所述的密封泵的流量為lmL/min，功率為50HZ。實施例3 :與實施例1相同，不同的是所述的交換器的低壓徑管的管徑為46mm，所述的交換器的高壓徑管的管徑為25_。所述的壓差測定儀的氣體輸入管與壓差測定儀的氣體輸出管之間的距離為40cm。所述的密封泵的流量為4mL/min，功率為60HZ。實施例4，與實施例1相同，不同的是所述的交換器的低壓徑管的管徑為43mm，所述的交換器的高壓徑管的管徑為21mm。所述的壓差測定儀的氣體輸入管與壓差測定儀的氣體輸出管之間的距離為32cm。所述的密封泵的流量為2mL/min，功率為55HZ。實施例5，與實施例1相同，不同的是不包括密封泵10、氧氣分析儀9及溫度傳感器7部件。實施例6，與實施例1相同，不同的是不包括壓差測定儀8和溫度傳感器7部件。實施例7，與實施例1相同，不同的是不包括壓差測定儀8與密封泵10、氧氣分析僅9部件。實施例8 :本發(fā)明還提供一種家畜開路式面具呼吸測熱的方法，其主要特點是步驟為(I)測試前使家畜適應(yīng)呼吸面罩10 15天，每天適應(yīng)8 15分鐘；(2)調(diào)節(jié)氧氣分析儀歸零，連接氧氣分析儀的密封泵處于關(guān)閉狀態(tài)；(3)讓家畜帶上呼吸面罩，打開抽氣泵，抽氣泵的功率為800 1000瓦，并檢查呼吸面罩密封情況，調(diào)節(jié)抽氣泵功率使壓差測定儀數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定；(4)將密封泵打開，同時，通過數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集氧氣分析儀、壓差測定儀和溫濕度傳感器數(shù)據(jù)15 20分鐘，期間測定家畜心率，記錄測試家畜名稱和測試時間；(5)關(guān)閉密封泵，摘掉呼吸面罩，保存數(shù)據(jù)；還包括步驟(6)將為了避免系統(tǒng)存在密封不嚴(yán)的情況， 將已知重量的99. 999%高純氮氣通過呼吸面罩注入系統(tǒng)，并分別再次采集氧氣分析儀、壓差測定儀和溫濕度傳感器數(shù)據(jù)10 15分鐘，連續(xù)測定3次，根據(jù)氮氣重量損失，計算系統(tǒng)回收率，該數(shù)據(jù)用于校正產(chǎn)熱量計算數(shù)值。對比例采用該發(fā)明測得生長放牧牦牛，4歲，體重250公斤，在夏季(8月份)的呼吸耗氧量為 4. 6 5. 8mL/ (min*kgBW)，產(chǎn)熱量 715KJ/ (kg BW0.75*day)，冬季(12 月份)為 3 3. 8mL/(min*kgBW)，產(chǎn)熱量415KJ/(kg BW°_75*day)。采用該發(fā)明換算獲得生長牦牛絕食產(chǎn)熱量為274KJ/(kg BW°_75*day)。采用閉路循環(huán)式面具呼吸測熱裝置在春季測定3歲牦牛絕食產(chǎn)熱量為312KJ/(kgBW°_75*day)(韓興泰，胡令浩等.生長牦牛能量代謝的研究.青海畜牧業(yè)，1993，1:13 16.)。由于閉路循環(huán)式面具呼吸測熱裝置無法實時測定家畜在實際放牧采食過程中的產(chǎn)熱量，因此只測定了絕食產(chǎn)熱量，而且兩種方法測得的絕食產(chǎn)熱量差異不顯著。本發(fā)明采用抽氣泵可以將家畜呼出的氣體全部吸入系統(tǒng)，避免溢出。吸濕過濾加熱裝置可以過濾家畜呼出的氣體中的雜質(zhì)和過多水分，而且如果管路較長還可以保溫氣體，避免外界溫度對呼出氣體的影響。壓差測定儀可以實時監(jiān)測抽氣過程中交換器粗細(xì)管之間產(chǎn)生的壓力差，并通過管路中實時監(jiān)測溫濕度換算成標(biāo)準(zhǔn)氣壓。密封蠕動泵將粗管中的其他泵入精密氧氣分析儀，實時測定氣體中毒氧氣含量。溫濕度、壓差、氧氣數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀直接與電腦相連，實時監(jiān)控采集數(shù)據(jù)。測定結(jié)束后，系統(tǒng)通過呼吸面罩注入高純氮氣，并測定注入前后氮氣質(zhì)量的變化，計算系統(tǒng)回收率，校正數(shù)據(jù)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是包括有呼吸面罩，所述的呼吸面罩上設(shè)有吸氣和呼氣管路，且所述的吸氣和呼氣管路為一個管路，還包括交換器，所述的交換器包括高壓徑管、低壓徑管，高壓徑管設(shè)置在低壓徑管的一端，并與低壓徑管相連通；在高壓徑管上設(shè)有壓差測定儀進(jìn)氣口連接端，在低壓徑管上設(shè)有壓差測定儀出氣口連接端；低壓徑管的另一端通過抽氣泵連接管與抽氣泵相連接通；所述呼吸面罩通過軟管與交換器的高壓徑管相連通，在所述軟管上設(shè)有過濾加熱器；還包括壓差測定儀，所述交換器的壓差測定儀進(jìn)氣口連接端與壓差測定儀的氣體輸出管相連通，所述的交換器的壓差測定儀出氣口連接端與壓差測定儀的氣體輸入管相連通，壓差測定儀與數(shù)據(jù)采集儀的第一采集端相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是在所述的交換器的抽氣泵連接管上還設(shè)有溫濕度傳感器，所述的溫濕度傳感器與數(shù)據(jù)采集儀的第二采集端相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是在所述的低壓徑管上還設(shè)有密封泵進(jìn)氣口連接端，所述密封泵進(jìn)氣口連接端與密封泵相連通，交換器通過密封泵與氧氣分析儀相連通，所述的氧氣分析儀與數(shù)據(jù)采集儀的第三采集端相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是所述的交換器的低壓徑管的管徑為42 46mm,所述的交換器的高壓徑管的管徑為18 25mm。
5.如權(quán)利要求1所述的家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是所述的壓差測定儀的氣體輸入管與壓差測定儀的氣體輸出管之間的距離為25 40cm。
6.如權(quán)利要求3所述的家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是所述的密封泵的流量為I 4mL/min,功率為50 60HZ。
7.如權(quán)利要求1至6任一所述的家畜開路式面具呼吸測熱裝置，其特征是所述的呼吸面罩包括橡膠密封外罩和設(shè)置在橡膠密封外罩內(nèi)的塑料支撐硬殼，所述的軟管與塑料支撐硬殼的內(nèi)腔相連通。
8.一種家畜開路式面具呼吸測熱的方法，其特征是步驟為 (1)測試前使家畜適應(yīng)呼吸面罩10 15天，每天適應(yīng)8 15分鐘； (2)調(diào)節(jié)氧氣分析儀歸零，連接氧氣分析儀的密封泵處于關(guān)閉狀態(tài)； (3)讓家畜帶上呼吸面罩，打開抽氣泵，抽氣泵的功率為800 1000瓦，并檢查呼吸面罩密封情況，調(diào)節(jié)抽氣泵功率使壓差測定儀數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定； (4)將密封泵打開，同時，通過數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集氧氣分析儀、壓差測定儀和溫濕度傳感器數(shù)據(jù)15 20分鐘，期間測定家畜心率，記錄測試家畜名稱和測試時間； (5)關(guān)閉密封泵，摘掉呼吸面罩，保存數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的家畜開路式面具呼吸測熱的方法，其特征是，還包括步驟 (6)將為了避免系統(tǒng)存在密封不嚴(yán)的情況，將已知重量的99.999%高純氮氣通過呼吸面罩注入系統(tǒng)，并分別再次采集氧氣分析儀、壓差測定儀和溫濕度傳感器數(shù)據(jù)10 15分鐘，連續(xù)測定3次，根據(jù)氮氣重量損失，計算系統(tǒng)回收率，該數(shù)據(jù)用于校正產(chǎn)熱量計算數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種家畜呼吸產(chǎn)熱測定裝置和方法。一種家畜開路式面具呼吸測熱裝置，所述的呼吸面罩上設(shè)有吸氣和呼氣管路，且所述的吸氣和呼氣管路為一個管路，還包括交換器、壓差測定儀、數(shù)據(jù)采集儀等部件。同時提供了家畜的呼吸產(chǎn)熱測定方法。本發(fā)明采用開路式呼吸面具，實時監(jiān)測管路溫濕度及壓差，并用精密氧氣分析儀可以直接分析家畜的呼吸耗氧量，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀器直接與電腦連接實時記錄分析。結(jié)合家畜心率測定，根據(jù)正常放牧或舍飼家畜每心跳耗氧量穩(wěn)定的原理，根據(jù)短時間內(nèi)家畜氧氣消耗和心率的測定，計算家畜每心跳耗氧量。然后根據(jù)家畜24h的心率監(jiān)測數(shù)據(jù)計算家畜產(chǎn)熱量。
文檔編號A61B5/083GK103006226SQ20121052455
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月9日
發(fā)明者丁路明, 龍瑞軍, 王玉鵬, 郭旭生, 尚占環(huán), 李小剛 申請人:蘭州大學(xué)