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1、(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201210524551.9 (22)申请日 2012.12.09 A61B 5/083(2006.01) (73)专利权人 兰州大学 地址 730000 甘肃省兰州市天水南路 222 号 (72)发明人 丁路明 龙瑞军 王玉鹏 郭旭生 尚占环 李小刚 (74)专利代理机构 兰州振华专利代理有限责任 公司 62102 代理人 张真 CN 202920185 U,2013.05.08, CN 201316317 Y,2009.09.30, CN 201453269 U,2010.05.12, CN 201426710 Y,2010.03.2。
2、4, US 6582376 B2,2003.06.24, 冯仰廉 . 新闭路循环式面具呼吸测热法的研 究 .北京农业大学学报 .1985, 第 11 卷 ( 第 1 期 ),71-79. 李玉芝， 李茫雪， 孙黎， 栾冬梅， 单玉兰， 张振 斌， 王庆稿 . 开放式呼吸测热系统的研制 .动物 营养学报 .1998, 第 10 卷 ( 第 03 期 ),29-33. (54) 发明名称 家畜开路式面具呼吸测热装置及其方法 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 邵建霞 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)授权。
4、公告号 CN 103006226 B (45)授权公告日 2015.03.04 CN 103006226 B 1/1 页 2 1. 一种家畜开路式面具呼吸测热装置， 包括有呼吸面罩， 所述的呼吸面罩上设有吸气 和呼气管路， 其特征是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。
5、 ； 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 46 mm， 所述的交 换器的高压径管的管径为 18 25 。
6、mm ； 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 40 cm ； 所述的密封泵的流量为 1 4 mL/min， 功率为 50 60 HZ ； 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 ； 还包括心率测定装置和心率监测装置， 所述家畜开路式面具呼吸测热装置根据数据采 集仪采集的氧气分析仪、 压差测定仪和温湿度传感器的数据结合心率测定装置测定的心率 数据及心率监测装置监测的心率监测数据计算家畜产热量。 2. 一种使用权利要求 1 所述的家畜开路式面具呼吸测热装置进行呼吸测热的方法， 其 特征是步骤。
7、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， 通过数据采集仪采集氧气分析仪、 压差测定仪和温湿度传感 器的数据 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 ； （6） 为了避免系统存在密封不严的情况， 将已知重量的 99.。
8、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， 所述的系统回收率用于校正产热量计 算数值 ； （7） 测定家畜的心率并对家畜进行心率监测， 根据数据采集仪采集的氧气分析仪、 压差 测定仪和温湿度传感器的数据结合心率数据及心率监测数据计算家畜产热量。 权 利 要 求 书 CN 103006226 B 2 1/4 页 3 家畜开路式面具呼吸测热装置及其方法 技术领域 0001 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 0002 目前测定家畜呼吸产热， 普。
9、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 O2、 CO2、 CH4气体成分之差， 计算 O2消耗量和 CO2、 CH4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。
10、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 0003 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 1 升氧气， 释放热量 20.47KJ） 。 0。
11、004 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。
12、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。 0005 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。 0006 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。
13、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 说 明 书 CN 103006226 B 3 2/4 页 4 第三采集端相连接。 0007 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。 0008 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。 0009 所述的密封泵的流量为 1 4mL/min， 功率为 50 60HZ。 0010 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。 0011 本发明还提供一种家。
14、畜开路式面具呼吸测热的方法， 其主要特点是步骤为 ： 0012 （1） 测试前使家畜适应呼吸面罩 10 15 天， 每天适应 8 15 分钟 ； 0013 （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 ； 0014 （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 ； 0015 （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 ； 0016 （5） 关闭。
15、密封泵， 摘掉呼吸面罩， 保存数据 ； 0017 还包括步骤 ： 0018 （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。 0019 本发明的有益效果是 ： 0020 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。
16、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。 附图说明 : 0021 图 1 闭路循环式面具呼吸测热装置结构示意图 ； 0022 图 2 是本发明结构示意图 ； 0023 图 3 是本发明交换器的结构示意图 ； 0024 图 4 是本发明呼吸面罩的结构示意图。 0025 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 。
17、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 说 明 书 CN 103006226 B 4 3/4 页 5 0026 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。 0027 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 1 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。
18、 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 1 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。
19、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 4。
20、0cm。所 述的密封泵的流量为 1 4mL/min， 功率为 50 60HZ。所述的呼吸面罩 1 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。 0028 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 1mL/min， 功率为 50HZ。 0029 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。
21、换器的高压径管的管径为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 40cm。所述的密封泵的流量为 4mL/min， 功率为 60HZ。 0030 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。 0031 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。 0032 实施例 6， 与实。
22、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。 0033 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 仪 9 部件。 0034 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 ： 0035 （1） 测试前使家畜适应呼吸面罩 10 15 天， 每天适应 8 15 分钟 ； 0036 （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 ； 0037 （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 说 明 书 CN 103006。
23、226 B 5 4/4 页 6 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 ； 0038 （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 ； 0039 （5） 关闭密封泵， 摘掉呼吸面罩， 保存数据 ； 0040 还包括步骤 ： 0041 （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。
24、， 计算系统回收率， 该数据用于校正产热量计算数 值。 0042 对比例 ： 0043 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 BW0.75*day)。采用该发明换算获得生长牦牛绝食产热量为 274KJ/(kg BW0.75*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/(kgBW0.75*day)（韩兴泰。
25、， 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。 0044 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。
26、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。 0045 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。 说 明 书 CN 103006226 B 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103006226 B 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103006226 B 8 。