紅外測溫計(jì)的原理檢定及使用

劉宇虹

摘? 要：由于紅外測溫具有測量速度快、非接觸的突出優(yōu)點(diǎn)，中國在體溫篩查過程中大量使用了紅外測溫儀。有效校準(zhǔn)和正確使用是保證紅外測溫儀測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、支持疫情防控的基礎(chǔ)，這離不開計(jì)量技術(shù)人員的努力。文章將簡要介紹紅外測溫儀的工作原理，在公共衛(wèi)生安全問題中所展現(xiàn)出的重要作用，有關(guān)紅外測溫儀的分類以及特性。介紹紅外測溫儀的專有特點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)。并詳細(xì)指出了在實(shí)際應(yīng)用中可能影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的各種因素， 同時(shí)給出解決方法。

關(guān)鍵詞：紅外測溫儀? 公共衛(wèi)生問題? 波長? 輻射

中圖分類號：TH811? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（b）-0055-03

Abstract： Due to the advantages of rapid and non-contact infrared temperature measurement， infrared temperature measurement instrument is widely used in the process of temperature screening in China. Effective calibration and correct use are the basis to ensure the accuracy and reliability of the infrared thermometer measurement results and support the epidemic prevention and control， which cannot be achieved without the efforts of measurement technicians. This paper will briefly introduce the working principle of infrared thermometer， its important role in public health safety， and its classification and characteristics. The special features and precautions of infrared thermometer are discussed. The factors that may affect the accuracy of measurement results in practical application are pointed out in detail and the solutions are given.

Key Words： Infrared thermometer; Public health issues; Wavelength; Radiation

綜合比對市面上的多種測溫設(shè)備，紅外測溫計(jì)具有操作簡單、價(jià)格低廉、獲取數(shù)據(jù)快等優(yōu)點(diǎn)，對疾病公共衛(wèi)生安全問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防控至關(guān)重要，是重要的計(jì)量器具。而確保這種計(jì)量器具性能穩(wěn)定，量值準(zhǔn)確、可靠、有效，是我們檢定人員義不容辭的責(zé)任。

1? 紅外測溫計(jì)的分類及特性介紹

紅外測溫計(jì)分為紅外額溫計(jì)和紅外耳溫計(jì)，正常工作的環(huán)境溫度一般為16～35℃或10～40℃，超過該范圍會(huì)影響準(zhǔn)確測量。如果長時(shí)間在戶外低溫環(huán)境下工作，所得數(shù)值容易產(chǎn)生偏差，建議在室內(nèi)無風(fēng)環(huán)境中使用。

防控期間要求對大量人員做快速體溫篩查。日常家用的體溫測量常使用玻璃體溫計(jì)或電子體溫計(jì)在被測者腋下或口腔或嬰幼兒肛門內(nèi)測量，耗時(shí)長，使用不便。此外，接觸式測量若用于公共衛(wèi)生問題防控還存在交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。另一種體溫測溫式是利用紅外測溫，這種方式具有測量速度快、非接觸的突出優(yōu)點(diǎn)。

紅外測溫基于物體熱輻射。任何溫度高于0開爾文（K），也就是-273.15℃的物體，都會(huì)向外發(fā)出熱輻射，也就是電磁波。溫度越高，發(fā)出的熱輻射越強(qiáng)。體溫測量用紅外測溫儀就是利用人體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)弱來確定人體溫度的。

前面提到，用于體溫測量或篩查的紅外測溫儀主要有紅外耳溫計(jì)、紅外額溫計(jì)。

紅外耳溫計(jì)測量人的耳道和鼓膜所形成的耳腔發(fā)出的熱輻射來確定溫度。由于耳腔處于體內(nèi)，耳腔溫度可以代表人的體溫。所以，紅外耳溫計(jì)雖然與醫(yī)院和人們?nèi)粘＜矣玫牟Ａw溫計(jì)或電子體溫計(jì)的測量原理不同，但都屬于體溫計(jì)。在35°C～42°C之間，紅外耳溫計(jì)的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差可在2°C之內(nèi)。紅外耳溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是測量準(zhǔn)確度高，適用于對初篩發(fā)熱人員的體溫最終測量。需要注意的是，在疫情防控中對于每個(gè)被測人員，應(yīng)更換一個(gè)新的傳感器端保護(hù)套，以降低接觸引起交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

紅外額溫計(jì)顧名思義，測量部位為人的額頭。紅外額溫計(jì)利用額頭發(fā)出的熱輻射測量額頭皮膚溫度。通常額溫計(jì)能夠直接指示體溫，這個(gè)體溫是根據(jù)對額頭皮膚溫度的測量結(jié)果加上從額頭皮膚溫度到體溫的修正值來獲得體溫的估計(jì)數(shù)值。由于不同人的額頭溫度與體溫的差異不同，額溫計(jì)采用的體溫修正值不可能根據(jù)每個(gè)人的特性進(jìn)行單獨(dú)確定，而是根據(jù)一組典型人員體溫與額頭溫度之差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來確定。所以，額溫計(jì)指示的體溫不是對被測人員體溫的測量結(jié)果，而是根據(jù)測得的額頭皮膚溫度，根據(jù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)修正得到的體溫估計(jì)值。校準(zhǔn)模式下紅外額溫計(jì)的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差通常可以控制在±0.3°C以內(nèi)。紅外額溫計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是測量速度快，并且是非接觸式測量，可避免交叉感染。但由于要用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對皮膚溫度修正得到體溫，使得對于特定的被測人員，體溫示值誤差可能較大。因此適用于通道入口處對人員逐一進(jìn)行的體溫初步篩查。

2? 工作原理

原理主要是黑體輻射，即所有高于絕對零度的物體向外輻射紅外能量，紅外測溫儀通過獲取被測對象輻射的紅外能量，來測量被測對象的溫度。

在自然界中，一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。根據(jù)基爾霍夫定律、普朗克定律、維恩公式這三大輻射定律，物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與其表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

3? 紅外測溫儀的特點(diǎn)

（1）非接觸測量。（2）測量范圍廣。（3）測溫速度快：即響應(yīng)時(shí)間快。只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可在短時(shí)間內(nèi)定溫。（4）準(zhǔn)確度高。紅外測溫不會(huì)與接觸式測溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測量精度高。（5）靈敏度高。只要物體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測出。可進(jìn)行微小溫度場的溫度測量和溫度分布測量，以及運(yùn)動(dòng)物體或轉(zhuǎn)動(dòng)物體的溫度測量。（6）使用安全及使用壽命長。

4? 使用應(yīng)注意的事項(xiàng)

4.1 規(guī)范的操作至關(guān)重要

一些紅外額溫儀具有物溫模式和體溫模式，應(yīng)確保紅外額溫計(jì)置于體溫模式。

4.1.1 要嚴(yán)格按照說明書操作

冬春季氣溫還比較低，手持紅外體溫監(jiān)測儀在使用之前要進(jìn)行校準(zhǔn)。使用手持式的紅外線測溫儀，應(yīng)該嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行操作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，在不同部位進(jìn)行測量，它的結(jié)果會(huì)有略微差別，這屬于正?，F(xiàn)象。

4.1.2 要選取合適的測量部位

紅外額溫計(jì)測量部位為被測對象從眉心到發(fā)際線的中點(diǎn)（也稱額心）。測量距離應(yīng)符合說明書的要求，一般距離約1～5cm不等，確保沒有頭發(fā)、汗水、帽子等的遮擋。重復(fù)測量時(shí)，先將紅外體溫計(jì)探測頭移開，間隔5s后再進(jìn)行下一次測量。在測量從室外進(jìn)入室內(nèi)的人員，或者在室外使用測量儀的時(shí)候，建議測量衣服或者圍巾覆蓋的皮膚部位，比如說手腕或者脖子，這樣的話能使數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。根據(jù)紅外線體溫檢測儀的原理，不需要接觸皮膚就能測出體溫。

4.1.3 要選用正確的測量方法

當(dāng)被測人員來自與溫度環(huán)境溫度差異較大的地方，應(yīng)至少在測量環(huán)境內(nèi)停留5min以上，待與環(huán)境溫度一致后再測量。測溫前要調(diào)整體溫模式，鏡頭保持清潔，測量部位不能有毛發(fā)遮擋，與額頭距離1～3cm。若額頭有汗要擦干，按壓測溫鍵保持不少于1s，體溫將在屏幕上顯示。

4.2 外部影響不容忽視

4.2.1 注意環(huán)境和季節(jié)的影響

被測者所在的環(huán)境會(huì)影響讀數(shù)。比如將快到測溫點(diǎn)時(shí)關(guān)閉車內(nèi)暖氣，或在測溫點(diǎn)下車測量。劇烈運(yùn)動(dòng)后，應(yīng)休息調(diào)整幾分鐘后再進(jìn)行測量。在冬季室外進(jìn)行測溫時(shí)，建議使用前盡可能將額溫計(jì)或耳溫計(jì)放置在10°C以上的房間或保溫箱內(nèi)，穩(wěn)定15min或者更長時(shí)間，快速測溫后及時(shí)放回。若有多支額溫計(jì)或耳溫計(jì)可交替使用。

4.2.2 注意室外測溫方法

有兩種方法，方法一：先以未發(fā)熱人群（比如自己或同事）測出一個(gè)參考溫度，將其作為基準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)明顯高于基準(zhǔn)溫度的，立即進(jìn)行二次測量。方法二：將溫度不太高的暖寶寶貼在測溫計(jì)外側(cè)，幫助維持正常工作使用溫度。

4.3 定期進(jìn)行校準(zhǔn)不能忽略

一般來說，全新的額溫計(jì)雖然經(jīng)過出廠檢驗(yàn)檢測，但考慮到有的企業(yè)是逐批檢驗(yàn)，以及產(chǎn)品運(yùn)輸因素，建議在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)，確保額溫計(jì)的量值準(zhǔn)確可靠。當(dāng)前，由于沒有檢定規(guī)程，未定檢定周期，用戶可以根據(jù)使用情況自行定校準(zhǔn)周期。使用頻率高的，周期可短一些，使用頻率低的，周期可適當(dāng)延長。

4.4 工業(yè)用測溫設(shè)備不能用于測量人體溫度

工業(yè)檢測用的紅外溫度計(jì)，不是用于測量人體溫計(jì)的“紅外額溫計(jì)”。

4.4.1 測量準(zhǔn)確度不符合要求

工業(yè)檢測用的紅外溫度計(jì)測量范圍較廣，通常測量范圍下限可達(dá)-20℃～-30℃，上限從200℃～1000℃都有，準(zhǔn)確度較低，誤差超過1℃，而醫(yī)用的紅外額溫計(jì)一般不超過0.3℃的偏差。從測量準(zhǔn)確度來說，工業(yè)用的紅外溫度計(jì)是不適合測量人體溫度的。

4.4.2 工業(yè)用設(shè)備容易對人體造成傷害

工業(yè)用的紅外溫度計(jì)發(fā)出的紅點(diǎn)是激光，用于指示測量方向。特別要提醒用戶，注意不要將這紅點(diǎn)（激光）對準(zhǔn)眼睛，易導(dǎo)致人體傷害。

5? 紅外測溫儀的校準(zhǔn)

無論哪種紅外測溫儀，都要經(jīng)過校準(zhǔn)才能指示準(zhǔn)確的溫度值。對紅外測溫儀校準(zhǔn)需使用黑體輻射源標(biāo)準(zhǔn)器，它是一種依其自身溫度以發(fā)射率1向外輻射電磁波并且不會(huì)反射環(huán)境電磁波的標(biāo)準(zhǔn)輻射源，它提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的亮度溫度。在體溫范圍，中國常使用兩種級別的黑體輻射源：一種是采用液體工質(zhì)控溫的黑體輻射源，復(fù)現(xiàn)亮溫的不確定度可達(dá)0.04°C水平，裝置相對復(fù)雜，需在實(shí)驗(yàn)室中使用;另—種是便攜式非液體工質(zhì)控溫的黑體輻射源，復(fù)現(xiàn)亮溫的不確定度在0.07°C水平，可用于紅外測溫儀的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)或現(xiàn)場校準(zhǔn)。

紅外耳溫計(jì)、紅外額溫計(jì)、體溫篩檢用紅外熱像儀通過校準(zhǔn)溯源到國家或省市級計(jì)量院實(shí)驗(yàn)室使用的標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源（稱作紅外體溫計(jì)校準(zhǔn)裝置）或現(xiàn)場使用的便攜式黑體輻射源標(biāo)準(zhǔn)器，便攜式黑體輻射源溯源至紅外體溫計(jì)校準(zhǔn)裝置，紅外體溫計(jì)校準(zhǔn)裝置向上溯源至鉑電阻溫度計(jì)工作基準(zhǔn)或一等標(biāo)準(zhǔn)，再向上溯源至溫度國家基準(zhǔn)。國家計(jì)量院和省市級計(jì)量院的紅外體溫計(jì)校準(zhǔn)裝置通過比對實(shí)現(xiàn)體溫范圍亮溫量值的國內(nèi)等效一致，不同國家計(jì)量院的紅外體溫計(jì)校準(zhǔn)裝置通過比對實(shí)現(xiàn)體溫范圍亮溫量值的國際等效一致。

2017—2020年，亞太計(jì)量規(guī)劃組織（ APMP ）組織了耳溫計(jì)黑體的國際比對，共有不同國家和地區(qū)的9家計(jì)量院（實(shí)驗(yàn)室）參加，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室是中國計(jì)量科學(xué)研究院。該比對是亞太地區(qū)第一次針對體溫范圍亮溫的國際比對，將促進(jìn)亞太區(qū)域的亮溫量值等效—致。

使用黑體輻射源校準(zhǔn)紅外測溫儀時(shí)，要先把紅外測溫儀置于校準(zhǔn)模式，然后由黑體輻射源產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度的輻射，再按照紅外測溫儀的使用要求將其置于黑體輻射空腔一定距離處，測溫儀傳感器視軸正對黑體空腔中心，完成對黑體溫度的測量，并獲得校準(zhǔn)所需的測量結(jié)果相對于標(biāo)準(zhǔn)值的誤差。

6? 結(jié)語

中國近期公共衛(wèi)生問題防控期間集中出現(xiàn)的數(shù)量龐大的紅外測溫儀校準(zhǔn)和準(zhǔn)確度核查需求得到了有效滿足，使得應(yīng)用中紅外測溫儀的質(zhì)量得到了管控，從而使得紅外測溫儀在體溫篩查、輔助控制疫情方面發(fā)揮了應(yīng)有的作用， 有關(guān)計(jì)量管理體系也望由此得到改善。

本文內(nèi)容為個(gè)人對紅外測溫儀的使用和特性進(jìn)行的闡述分析，希望對大眾了解“紅外測溫儀應(yīng)用于疾病公共衛(wèi)生問題”起到一定的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭子偉.紅外測溫儀概述[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2006（10）：22-23.

[2] 如何保證人體測溫儀的準(zhǔn)確使用[J].國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2020，23（2）：7-8.

[3] 丁巖.紅外體溫測量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2017.

[4] 崔雨，李鴻飛.紅外測溫儀的原理與實(shí)際應(yīng)用指南[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2009（6）：103-104，107.

[5] 艾海明，胡敏露，劉洪運(yùn)，等.基于熱幅射的耳腔式紅外體溫計(jì)研制[J].傳感器與微系統(tǒng)，2020，39（5）：94-96，99.

[6] 葛澤勛.醫(yī)用紅外測溫儀及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2019.

[7] 丁巖.紅外體溫測量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2017.

[8] 王振運(yùn)，孟立凡，張璐.紅外人體測溫儀[J].電子世界，2015（14）：163-165.

[9] 范超.紅外體溫計(jì)日常使用注意事項(xiàng)[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2020，47（6）：45-46.