紅外額溫計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

郭鷺清

引言

紅外額溫計(jì)是指用輻射的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體溫度測(cè)量的儀器，人體輻射出來(lái)的紅外線被紅外測(cè)溫儀的探測(cè)器吸收，經(jīng)過(guò)合適的發(fā)射率修正后得到人體溫度。在2020年初暴發(fā)的新型冠狀病毒肺炎疫情中，紅外額溫計(jì)起到了快速高效篩查疑似新冠感染者的關(guān)鍵作用，在海關(guān)、火車站、機(jī)場(chǎng)、學(xué)校及醫(yī)院等公共場(chǎng)所和有較大流量人群測(cè)溫要求的場(chǎng)合使用效率奇高。如果儀器出現(xiàn)準(zhǔn)確性問(wèn)題，勢(shì)必成為疫情防控的缺口，因此在當(dāng)下研究其不確定度具有十分重要的意義。

概述

1.測(cè)量依據(jù)

JJF 1107—2003《測(cè)量人體溫度的紅外溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》。

2.測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

BF—50C型黑體輻射源標(biāo)準(zhǔn)裝置，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)裝置的技術(shù)指標(biāo)

3.被測(cè)對(duì)象

紅外額溫計(jì)HA610型，允許誤差（℃）見表2。

表2 被測(cè)的允許誤差

4.測(cè)量參數(shù)

實(shí)驗(yàn)室示值修正值。

5.測(cè)量方法

將黑體輻射源標(biāo)準(zhǔn)裝置設(shè)定至校準(zhǔn)溫度，待溫度穩(wěn)定后，直接比對(duì)被校紅外額溫計(jì)的示值和校準(zhǔn)裝置的溫度顯示值，計(jì)算出被校額溫計(jì)誤差。

6.評(píng)定結(jié)果的使用

在符合上述條件下的測(cè)量，一般可直接使用本不確定度的評(píng)定結(jié)果。

測(cè)量模型

式中：

tBBi——黑體輻射溫度，℃；

其中，ti,j——紅外額溫計(jì)在第i校準(zhǔn)點(diǎn)溫度上，第j次讀數(shù)值，℃；

n——讀數(shù)次數(shù)。

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

1.輸入tBBi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(tBBi)

u(tBBi)由下面幾個(gè)分量構(gòu)成：作為黑體溫度的溫控器示值u(x1)、輻射源長(zhǎng)期穩(wěn)定性u(píng)(x2)、環(huán)境溫度u(x3)、溫度控制的不穩(wěn)定性u(píng)(x4)、黑體空腔輻射不均勻性u(píng)(x5)。

（1）用接觸式測(cè)溫的溫控器示值表示黑體輻射源溫度的不確定度分量u(x1)

根據(jù)中國(guó)計(jì)量科學(xué)院對(duì)黑體輻射源的校準(zhǔn)證書，B類評(píng)定：

（2）校準(zhǔn)周期內(nèi)輻射源長(zhǎng)期不穩(wěn)定性引入不確定度分量u(x2)

由最近2次校準(zhǔn)證書，輻射溫度之差為0.03℃,按均勻分布評(píng)定：

（3）環(huán)境溫度差異引入的不確定度分量u(x3)

實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)實(shí)際的環(huán)境溫度為18℃～28℃，與黑體源校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境溫度差別不會(huì)大于10℃，此溫度差別會(huì)造成溫控器示值變化，根據(jù)溫控器使用說(shuō)明書，環(huán)境溫度變化對(duì)示值的影響<0.03℃/10℃，按均勻分布評(píng)定，環(huán)境溫度引入的不確定度為：

（4）溫度控制波動(dòng)性引入的不確定度分量u(x4)

在校準(zhǔn)讀數(shù)過(guò)程中黑體輻射源的溫度控制穩(wěn)定度為0.005℃/10min，按均勻分布評(píng)定

（5）黑體空腔輻射溫度不均勻性引入的不確定度分量u(x5)

通過(guò)查詢，黑體空腔的輻射溫度不均勻性為0.02℃，按均勻分布

（6）黑體輻射溫度標(biāo)準(zhǔn)的不確定度u(tBBi)合成

不確定度u(y)

u(y)由兩部分分量構(gòu)成：測(cè)量重復(fù)性和分辨力。

（1）紅外額溫度計(jì)示值重復(fù)性引入的不確定度分量u(x6)

在30℃、34℃和38℃下，重復(fù)性測(cè)量8次，數(shù)據(jù)見表3。

表3 重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)

由于額溫計(jì)溫度范圍很窄，標(biāo)準(zhǔn)偏差取30℃、34℃、38℃中的最大值，由于實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)額溫計(jì)的示值取自4次測(cè)量平均值，故示值重復(fù)性引入的不確定度分量為：

（2）紅外溫度計(jì)分辨力引入的不確定度分量u(x7)

分辨力為0.1℃的紅外額溫計(jì)，因分辨力引入的不確定度認(rèn)為是均勻分布，故：

（3）讀數(shù)引入的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(y)

根據(jù)JJG 133，分辨力和重復(fù)性引入的不確定度分量只取最大分量，故：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

1.測(cè)量模型的各分量靈敏系數(shù)均為1，標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表如下。

表4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

2.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

3.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度

擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

統(tǒng)一取置信因子k=2，則擴(kuò)展不確定度U為：

測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

紅外額溫計(jì)在（30~38）℃溫度范圍測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度可表示為：

總結(jié)

本文提出了紅外額溫計(jì)測(cè)量不確定度評(píng)定的較優(yōu)方案，能為測(cè)量結(jié)果提供合理的可靠性區(qū)間，避免因評(píng)定的不確定度過(guò)大或過(guò)小對(duì)測(cè)量結(jié)果造成不合理判定。此次試驗(yàn)得出紅外額溫計(jì)在(30~38)℃范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度可表示為：U＝0.16℃，k=2。