紅外耳溫計

人的耳膜臨近大腦下視丘，而下視丘是腦部溫控中心，並不斷向外輻射紅外線，“近水樓台先得月”嘛，在耳部通過紅外感測技術測得的溫度更能準確的反映出人體核心溫度。該產品測量體溫非常快捷，把探頭深入耳孔內，按下測量按鍵，一般只需1秒鐘就完成一次測量，無需像水銀溫度計那樣長時間等待。

需要提醒大家的是，這種紅外耳式體溫計配有一次性可更換保潔護套，能杜絕了接觸式交叉感染，使用者一定不要貪圖省事而不更換護套。

1984年 ,David Philips 發明了世界上第一台紅外耳溫計。紅外耳溫計通過測量人體耳道和(或)鼓膜的熱輻射來測定人體溫度。紅外耳溫計通常採用 熱電探測器為感測器 ,測量範圍一般為 32～42. 5 ℃,探測器波長響應範圍為7 ～13 μm ,在36～39 ℃ 範圍內測量準確度為 ±0. 2 ℃。紅外耳溫計測量的數學模型[1 - 2 ]

為: U0 = S· < = S·K· ε b· ε s· σ( T4 b - T4 s) (1)

式中, U0 為探測器輸出, (V) ; S 為探測器靈敏度, (V/ W) ; <為探測器接收到的輻射通量, (W) ; K為紅外耳溫計的儀器係數，包含探測器立體角, 探測器受光面積因素，對於特定紅外耳溫計，其值為 常數;ε b 為被測物體表面發射率;ε s 為探測器表面 發射率;σ為斯蒂芬 - 波爾茲曼常數，其值為 5. 67 ×10 - 8 W/ (m2 · K4

) ; Tb 為被測物體表面溫度, ( K) ; Ts 為探測器表面溫度, ( K) 。對應於任一確定探測器溫度( Ts) ,可以建立探 測器輸出( U0)與被測物體表面溫度( Tb)之間一一 對應關係。紅外耳溫計測溫時，通過測量探測器的輸出( U0)和探測器溫度( Ts) ,計算被測物體的表面 溫度( T ) ,測量過程如圖1 所示。

紅外耳溫計通常具有耳溫模式、估計模式和校 准模式三種工作狀態。耳溫模式下，紅外耳溫計顯 示的測量結果為耳溫，是考慮了人體耳鼓膜和耳道 共同構成的生理結構的溫度分佈和有效發射率等因 素而測定的人體耳溫。估計模式下，利用人體不同 部位溫度分佈差異的統計結果，紅外耳溫計根據測 定的當前耳溫通過數學運算估計出處於當前耳溫下 時，人體其他部位對應的溫度，如紅外耳溫計的顯示

測量結果為口腔溫度、腋下溫度或直腸溫度等。耳 溫模式和估計模式都是紅外耳溫計用於人體溫測量 時所處工作狀態。校準模式是紅外耳溫計測量標準 黑體溫度時所處的工作狀態，是紅外耳溫計分度及 校準時所處的工作狀態。一種紅外耳溫計產品不一 定完全具備以上三種工作狀態，即可能只具有耳溫 模式或估計模式，但一定具備校準模式。紅外耳溫 計的分度及校準必須在校準模式下進行。通過對紅 外耳溫計進行特定按鍵操作或跳線方法可以進入紅 外耳溫計的校準模式。

紅外耳溫計為輻射測溫儀器，採用溫度準確已 知的標準黑體輻射源校準。與工業用紅外溫度計相 比，具有測量範圍小，準確度高的特點。在充分考慮 耳溫計校準實驗研究需要及可行性的基礎上，我們 建立了水浴式耳溫計校準裝置，如圖 2 所示。耳溫 計校準裝置由恆溫水槽、黑體輻射源空腔、標準鉑電 阻和電測設備組成。水流從內桶底部快速盤旋上 升, 形成均勻穩定的恆溫水浴環境。圓錐圓柱形紫 銅空腔垂直浸沒在恆溫水浴中，空腔內壁表面噴塗 高發射率漆，空腔有效發射率 ≥0. 9997。耳溫計校 准裝置採用二等標準鉑電阻作為參考溫度計。使用 Keithley2010 數字多用表和低熱電勢四線制轉換開 關測量參考溫度計電阻值。耳溫計校準裝置輻射溫 度的擴展不確定度為38mK ( k = 2) 。

紅外耳溫計校準的數學模型為: Δt = t - t0 (2) 式中,Δt 為紅外耳溫計固有誤差, ( ℃) ; t 為紅外耳 溫計測量的黑體輻射源溫度, ( ℃) ; t0 為參考溫度 計測量的黑體輻射源溫度, ( ℃ ) 。本文隨機抽取了 4 個品牌的 8 支紅外耳溫計樣 品 ,利用紅外耳溫計校準裝置 ,針對測量時間 ,測量 時間間隔和探頭保護罩這三個影響校準結果的主要 因素展開實驗研究 ,在理論分析及實驗的基礎上確 定了紅外耳溫計校準實驗條件。

測量時間對紅外耳溫計測量結果的影響

進行耳溫計校準時 ,將耳溫計插入黑體空腔開 口放置一定時間後進行測量。表 1 反映了將耳溫計 插入黑體空腔開口放置不同時間后再進行測量 ,耳 溫計示值的變化。由表 1 可知 ,對於大多數品牌 ,耳溫計插入黑體 空腔開口後放置時間的長短對測量結果有明顯影 響 ,影響幅度因品牌而異。理論分析其原因為耳溫 計進行測量時 ,輻射換熱及熱傳導作用引起耳溫計 內的探測器溫度變化 ,將對測量過程中的溫度補償 信號(見圖 1)產生影響 ,進而影響耳溫計測量結果。考慮到耳溫計實際使用情況及提高操作重複性 ,確 定在耳溫計的校準時 ,將耳溫計插入黑體空腔開口 后立即進行測量。

3. 2 測量時間間隔對紅外耳溫計測量結果的影響 連續測量時 ,典型紅外耳溫計示數變化趨勢如溫計在實際測量人體溫度時都要求使用探頭保護 罩 ,因此在校準耳溫計時 ,也應使用探頭保護罩。在 耳溫計最佳測量時間間隔條件下 ,進行耳溫計探頭 護罩對測量影響的實驗研究 ,結果如表 3 所示。 C、 D、 E廠耳溫計的探頭保護罩質量不穩定性 ,對測量結果產生很大影響。在進行耳溫計產品型式批准 和產品性能測試時 ,如發現耳溫計測量重複性差 ,通 過實驗確定使用探頭保護罩是否導致耳溫計性能下 降 ,對於客觀反映耳溫計產品計量特性是必要的。

紅外耳溫計校準實驗條件的確定

1)紅外耳溫計的校準必須在紅耳溫計的校準模 式下進行;

2)被校紅外耳溫計在所處環境中穩定足夠時間 (一般 30 分鐘) ;校準過程中避免環境溫度劇烈變 化;

3)在紅外耳溫計的校準過程中 ,紅外耳溫計插 入黑體空腔開口后 ,應立即測量;

4)在進行紅外耳溫計校準時 ,應根據製造商要 求或通過實驗確定紅外耳溫計最優間隔時間 ,在此 條件下進行校準;

5)對於使用探頭保護罩的耳溫計 ,應測試更換 探頭保護罩引起的測量誤差是否超出紅外耳溫計准 確度範圍。

1)建立了紅外耳溫計校準裝置 ,可用於紅外耳 溫計的校準和計量特性實驗研究。紅外耳溫計校準 裝置溫度範圍為 30～50 ℃,黑體輻射源有效發射率 ≥0. 997 ,校準不確定度為 38mK;

2)紅外耳溫計校準裝置對多個品牌紅外耳溫計 校準開展實驗研究 ,提出紅外耳溫計校準實驗條件;

3)外耳溫計計量特性的長期穩定性有待於進一 步開展實驗研究。