专利名称：家畜开路式面具呼吸测热装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种家畜呼吸产热测定装置及其测热。
背景技术：
目前测定家畜呼吸产热，普遍采用闭路循环式面具呼吸测热装置，该装置由中国农业大学冯仰廉(冯仰廉，Mollison G.S. 1985.新闭路循环式面具呼吸测热法的研究.北京农业大学学报，1:7 78.)研制，面具具有吸气和呼气两个管路，采用活门控制进出气。管路连接到气袋上，呼气中产生的水汽用吸收剂吸收 。通过计算测定开始和结束时气袋中的02、C02、CH4气体成分之差，计算O2消耗量和CO2XH4产生量，计算产热量。该方法虽然较呼吸室测定方法成本低廉，但缺点是难以避免家畜呼吸时吸入外界空气或呼出气体溢出面罩的影响。而且采用充气气泵难以持续模仿气袋内的自然气压，很难保证家畜的正常自然呼吸。另外，该装置需要采集气体样品进行室内分析后才能计算产热量。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种家畜开路式面具呼吸测热装置。本发明采用开路式呼吸面具，实时监测管路温湿度及压差，并用精密氧气分析仪可以直接分析家畜的呼吸耗氧量，数据通过数据采集仪器直接与电脑连接实时记录分析。结合家畜心率测定，根据正常放牧或舍饲家畜每心跳耗氧量稳定的原理，根据短时间(15 20min)家畜氧气消耗和心率的测定，计算家畜每心跳耗氧量。然后根据家畜24h的心率监测数据计算家畜产热量(燃烧I升氧气，释放热量20. 47KJ)。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是包括有呼吸面罩，所述的呼吸面罩上设有吸气和呼气管路，且所述的吸气和呼气管路为一个管路，还包括交换器，所述的交换器包括高压径管、低压径管，高压径管设置在低压径管的一端，并与低压径管相连通；在高压径管上设有压差测定仪进气口连接端，在低压径管上设有压差测定仪出气口连接端；低压径管的另一端通过抽气泵连接管与抽气泵相连接通；所述呼吸面罩通过软管与交换器的高压径管相连通，在所述软管上设有过滤加热器；还包括压差测定仪，所述交换器的压差测定仪进气口连接端与压差测定仪的气体输出管相连通，所述的交换器的压差测定仪出气口连接端与压差测定仪的气体输入管相连通，压差测定仪与数据采集仪的第一采集端相连接。所述的软管形成的管路即为所述的吸气和呼气管路。所述的数据采集仪与电脑相连，实时监控采集数据，结合家畜心率的测定，可以更方便快捷的测定家畜呼吸耗氧量，而且采用抽气泵通过呼吸面罩抽气，可以将家畜呼出的气体全部吸入系统，更符合家畜的自然呼吸状态测定。在所述的交换器的抽气泵连接管上还设有温湿度传感器，所述的温湿度传感器与数据采集仪的第二采集端相连接。在所述的低压径管上还设有密封泵进气口连接端，所述密封泵进气口连接端与密封泵相连通，交换器通过密封泵与氧气分析仪相连通，所述的氧气分析仪与数据采集仪的第三采集端相连接。所述的交换器的低压径管的管径为42 46mm，所述的交换器的高压径管的管径为 18 25mm。所述的压差测定仪的气体输入管与压差测定仪的气体输出管之间的距离为25 40cmo所述的密封泵的流量为I 4mL/min，功率为50 60HZ。所述的呼吸面罩包括橡胶密封外罩和设置在橡胶密封外罩内的塑料支撑硬壳，所述的软管与塑料支撑硬壳的内腔相连通。
本发明还提供一种家畜开路式面具呼吸测热的方法，其主要特点是步骤为(I)测试前使家畜适应呼吸面罩10 15天,每天适应8 15分钟；(2)调节氧气分析仪归零，连接氧气分析仪的密封泵处于关闭状态；(3)让家畜带上呼吸面罩，打开抽气泵，抽气泵的功率为800 1000瓦，并检查呼吸面罩密封情况，调节抽气泵功率使压差测定仪数据显示稳定；(4)将密封泵打开，同时，通过数据采集仪进行数据采集氧气分析仪、压差测定仪和温湿度传感器数据15 20分钟，期间测定家畜心率，记录测试家畜名称和测试时间；(5)关闭密封泵，摘掉呼吸面罩，保存数据；还包括步骤(6)将为了避免系统存在密封不严的情况，将已知重量的99. 999%高纯氮气通过呼吸面罩注入系统，并分别再次采集氧气分析仪、压差测定仪和温湿度传感器数据10 15分钟，连续测定3次，根据氮气重量损失，计算系统回收率，该数据用于校正产热量计算数值。本发明的有益效果是本发明通过数据采集仪与电脑相连，实时监控采集数据，可以更方便快捷的测定家畜呼吸耗氧量。采用抽气泵通过呼吸面罩抽气，可以将家畜呼出的气体全部吸入系统，与闭路循环式呼吸面具测试装置相比，该方法短时间测定家畜呼吸耗氧量，结合心率测定计算每心跳耗氧量，然后根据24h心率监测数据计算家畜产热量，对家畜干扰较小，测定更符合家畜的自然呼吸状态。
图1闭路循环式面具呼吸测热装置结构示意图；图2是本发明结构示意图；图3是本发明交换器的结构示意图；图4是本发明呼吸面罩的结构示意图。图中1.呼吸面罩，2.软管，3.交换器，4.抽气泵，5.过滤加热器，6.数据采集仪，7.温湿度传感器，8.压差测定仪，9.氧气分析仪，10.密封泵，11橡胶密封外罩，12塑料支撑硬壳，31高压径管，32低压径管，33抽气泵连接管，34压差测定仪进气口连接端，35压差测定仪出气口连接端，36密封泵进气口连接端
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例1 :如图1、图2、图3、图4所示，一种家畜开路式面具呼吸测热装置，包括有呼吸面罩1，所述的呼吸面罩I上设有吸气和呼气管路，且所述的吸气和呼气管路为一个管路，还包括交换器3，所述的交换器3包括高压径管31、低压径管32，高压径管31设置在低压径管32的一端，并与低压径管32相连通；在高压径管31上设有压差测定仪进气口连接端34，在低压径管32上设有压差测定仪出气口连接端35 ;低压径管32的另一端通过抽气泵连接管33与抽气泵4相连接通；所述呼吸面罩I通过软管2与交换器3的高压径管31相连通，在所述软管2上设有过滤加热器5 ;还包括压差测定仪8，所述交换器的压差测定仪进气口连接端34与压差测定仪8的气体输出管相连通，所述的交换器的压差测定仪出气口连接端35与压差测定仪8的气体输入管相连通，压差测定仪8与数据采集仪6的第一采集端相连接。在所述的交换器3的抽气泵连接管33上还设有温湿度传感器7，所述的温湿度传感器7与数据采集仪6的第二采集端相连接。在所述的低压径管32上还设有密封泵进气口连接端36，所述密封泵进气口连接端36与密封泵10相连通，交换器3通过密封泵10与氧气分析仪9相连通，所述的氧气分析仪9与数据采集仪6的第三采集端相连接。所述 的交换器的低压径管的管径为42 46mm，所述的交换器的高压径管的管径为18 25mm。所述的压差测定仪的气体输入管与压差测定仪的气体输出管之间的距离为25 40cm。所述的密封泵的流量为I 4mL/min，功率为50 60HZ。所述的呼吸面罩I包括橡胶密封外罩11和设置在橡胶密封外罩11内的塑料支撑硬壳12，所述的软管2与塑料支撑硬壳12的内腔相连通。实施例2 :与实施例1相同，所述的交换器的低压径管的管径为42mm，所述的交换器的高压径管的管径为18mm。所述的压差测定仪的气体输入管与压差测定仪的气体输出管之间的距离为25cm。所述的密封泵的流量为lmL/min，功率为50HZ。实施例3 :与实施例1相同，不同的是所述的交换器的低压径管的管径为46mm，所述的交换器的高压径管的管径为25_。所述的压差测定仪的气体输入管与压差测定仪的气体输出管之间的距离为40cm。所述的密封泵的流量为4mL/min，功率为60HZ。实施例4，与实施例1相同，不同的是所述的交换器的低压径管的管径为43mm，所述的交换器的高压径管的管径为21mm。所述的压差测定仪的气体输入管与压差测定仪的气体输出管之间的距离为32cm。所述的密封泵的流量为2mL/min，功率为55HZ。实施例5，与实施例1相同，不同的是不包括密封泵10、氧气分析仪9及温度传感器7部件。实施例6，与实施例1相同，不同的是不包括压差测定仪8和温度传感器7部件。实施例7，与实施例1相同，不同的是不包括压差测定仪8与密封泵10、氧气分析仅9部件。实施例8 :本发明还提供一种家畜开路式面具呼吸测热的方法，其主要特点是步骤为(I)测试前使家畜适应呼吸面罩10 15天，每天适应8 15分钟；(2)调节氧气分析仪归零，连接氧气分析仪的密封泵处于关闭状态；(3)让家畜带上呼吸面罩，打开抽气泵，抽气泵的功率为800 1000瓦，并检查呼吸面罩密封情况，调节抽气泵功率使压差测定仪数据显示稳定；(4)将密封泵打开，同时，通过数据采集仪进行数据采集氧气分析仪、压差测定仪和温湿度传感器数据15 20分钟，期间测定家畜心率，记录测试家畜名称和测试时间；(5)关闭密封泵，摘掉呼吸面罩，保存数据；还包括步骤(6)将为了避免系统存在密封不严的情况， 将已知重量的99. 999%高纯氮气通过呼吸面罩注入系统，并分别再次采集氧气分析仪、压差测定仪和温湿度传感器数据10 15分钟，连续测定3次，根据氮气重量损失，计算系统回收率，该数据用于校正产热量计算数值。对比例采用该发明测得生长放牧牦牛，4岁，体重250公斤，在夏季(8月份)的呼吸耗氧量为 4. 6 5. 8mL/ (min*kgBW)，产热量 715KJ/ (kg BW0.75*day)，冬季(12 月份)为 3 3. 8mL/(min*kgBW)，产热量415KJ/(kg BW°_75*day)。采用该发明换算获得生长牦牛绝食产热量为274KJ/(kg BW°_75*day)。采用闭路循环式面具呼吸测热装置在春季测定3岁牦牛绝食产热量为312KJ/(kgBW°_75*day)(韩兴泰，胡令浩等.生长牦牛能量代谢的研究.青海畜牧业，1993，1:13 16.)。由于闭路循环式面具呼吸测热装置无法实时测定家畜在实际放牧采食过程中的产热量，因此只测定了绝食产热量，而且两种方法测得的绝食产热量差异不显著。本发明采用抽气泵可以将家畜呼出的气体全部吸入系统，避免溢出。吸湿过滤加热装置可以过滤家畜呼出的气体中的杂质和过多水分，而且如果管路较长还可以保温气体，避免外界温度对呼出气体的影响。压差测定仪可以实时监测抽气过程中交换器粗细管之间产生的压力差，并通过管路中实时监测温湿度换算成标准气压。密封蠕动泵将粗管中的其他泵入精密氧气分析仪，实时测定气体中毒氧气含量。温湿度、压差、氧气数据通过数据采集仪直接与电脑相连，实时监控采集数据。测定结束后，系统通过呼吸面罩注入高纯氮气，并测定注入前后氮气质量的变化，计算系统回收率，校正数据。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是包括有呼吸面罩，所述的呼吸面罩上设有吸气和呼气管路，且所述的吸气和呼气管路为一个管路，还包括交换器，所述的交换器包括高压径管、低压径管，高压径管设置在低压径管的一端，并与低压径管相连通；在高压径管上设有压差测定仪进气口连接端，在低压径管上设有压差测定仪出气口连接端；低压径管的另一端通过抽气泵连接管与抽气泵相连接通；所述呼吸面罩通过软管与交换器的高压径管相连通，在所述软管上设有过滤加热器；还包括压差测定仪，所述交换器的压差测定仪进气口连接端与压差测定仪的气体输出管相连通，所述的交换器的压差测定仪出气口连接端与压差测定仪的气体输入管相连通，压差测定仪与数据采集仪的第一采集端相连接。
2.如权利要求1所述的家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是在所述的交换器的抽气泵连接管上还设有温湿度传感器，所述的温湿度传感器与数据采集仪的第二采集端相连接。
3.如权利要求1所述的家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是在所述的低压径管上还设有密封泵进气口连接端，所述密封泵进气口连接端与密封泵相连通，交换器通过密封泵与氧气分析仪相连通，所述的氧气分析仪与数据采集仪的第三采集端相连接。
4.如权利要求1所述的家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是所述的交换器的低压径管的管径为42 46mm,所述的交换器的高压径管的管径为18 25mm。
5.如权利要求1所述的家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是所述的压差测定仪的气体输入管与压差测定仪的气体输出管之间的距离为25 40cm。
6.如权利要求3所述的家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是所述的密封泵的流量为I 4mL/min,功率为50 60HZ。
7.如权利要求1至6任一所述的家畜开路式面具呼吸测热装置，其特征是所述的呼吸面罩包括橡胶密封外罩和设置在橡胶密封外罩内的塑料支撑硬壳，所述的软管与塑料支撑硬壳的内腔相连通。
8.一种家畜开路式面具呼吸测热的方法，其特征是步骤为 (1)测试前使家畜适应呼吸面罩10 15天，每天适应8 15分钟； (2)调节氧气分析仪归零，连接氧气分析仪的密封泵处于关闭状态； (3)让家畜带上呼吸面罩，打开抽气泵，抽气泵的功率为800 1000瓦，并检查呼吸面罩密封情况，调节抽气泵功率使压差测定仪数据显示稳定； (4)将密封泵打开，同时，通过数据采集仪进行数据采集氧气分析仪、压差测定仪和温湿度传感器数据15 20分钟，期间测定家畜心率，记录测试家畜名称和测试时间； (5)关闭密封泵，摘掉呼吸面罩，保存数据。
9.如权利要求8所述的家畜开路式面具呼吸测热的方法，其特征是，还包括步骤 (6)将为了避免系统存在密封不严的情况，将已知重量的99.999%高纯氮气通过呼吸面罩注入系统，并分别再次采集氧气分析仪、压差测定仪和温湿度传感器数据10 15分钟，连续测定3次，根据氮气重量损失，计算系统回收率，该数据用于校正产热量计算数值。
全文摘要
本发明涉及一种家畜呼吸产热测定装置和方法。一种家畜开路式面具呼吸测热装置，所述的呼吸面罩上设有吸气和呼气管路，且所述的吸气和呼气管路为一个管路，还包括交换器、压差测定仪、数据采集仪等部件。同时提供了家畜的呼吸产热测定方法。本发明采用开路式呼吸面具，实时监测管路温湿度及压差，并用精密氧气分析仪可以直接分析家畜的呼吸耗氧量，数据通过数据采集仪器直接与电脑连接实时记录分析。结合家畜心率测定，根据正常放牧或舍饲家畜每心跳耗氧量稳定的原理，根据短时间内家畜氧气消耗和心率的测定，计算家畜每心跳耗氧量。然后根据家畜24h的心率监测数据计算家畜产热量。
文档编号A61B5/083GK103006226SQ20121052455
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月9日 优先权日2012年12月9日
发明者丁路明, 龙瑞军, 王玉鹏, 郭旭生, 尚占环, 李小刚 申请人:兰州大学