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如何科学测量你的体温? 怎样打造一把有用的红外额温枪

发布:2024-07-30 浏览:87

核心提示:如何科学测量你的体温?这是两根合金丝,将它们焊接在一起接入一个电压表,一端插入冰水混合液,另一端使用酒精灯加热。两端的温差会让回路中产生热电势,温差越高热电势也就越大。因此即便在没有外接电源的情况下,电压表的读数也会逐步升高。当读数显示为1.48mV时,就可以根据这样一张标准分度表得知此时工作端的温度是37°C,这样就制作出了一个简易的热电偶温度计。既然它能测出37°C,是否可以用来对人体进行测温?答案是肯定的。只需将酒精灯替换为人体的腋窝,几分钟后就能根据电压表的读数得到大致的人体温度。但这种方案的缺点

如何科学测量你的体温?这是两根合金丝,将它们焊接在一起接入一个电压表,一端插入冰水混合液,另一端使用酒精灯加热。
两端的温差会让回路中产生热电势,温差越高热电势也就越大。
因此即便在没有外接电源的情况下,电压表的读数也会逐步升高。
当读数显示为1.48mV时,就可以根据这样一张标准分度表得知此时工作端的温度是37°C,这样就制作出了一个简易的热电偶温度计。
既然它能测出37°C,是否可以用来对人体进行测温?答案是肯定的。
只需将酒精灯替换为人体的腋窝,几分钟后就能根据电压表的读数得到大致的人体温度。
但这种方案的缺点显而易见,相比同为接触式的水银、数字体温计,热电偶温度计操作繁琐且精度不高。
然而它却能实现非接触测温,前提是要进行一些改造。
非接触测温的原理是利用人体辐射出的红外线加热热电偶温度计的工作端,然后根据电压表读数的变化测量出体温。
然而在实际使用中,较低的人体辐射功率使得热电偶中的温差、热电势等变化都不够明显。
那么应该怎样改造它才能让它更灵敏地感知温度变化?·首先是将热电偶的体积缩小,然后将多个串接在一起,使输出电势相互叠加形成热电堆。
·然后需要在热电堆下方添加一个硅衬底,硅衬底和热电堆之间通过沉积镀膜技术沉积一层氮化硅支撑层,通过在硅衬底的底部刻蚀一个热隔离腔体,可以保证氮化硅镀膜悬空,边缘为冷结区,中心为热结区。
·热结区上方覆盖一层薄膜材料作为吸收区,用于吸收人体的热辐射,使热结区升温。
·冷结区的温度与环境温度一致,可通过测定内置的NTC热敏电阻阻值变化来确定其温度。
升温的热结区与冷结区产生温差,从而产生热电势输出电压值。
通过反复实验,可以建立目标物体温度、环境温度、输出电压之间的关系函数。
在实际测量时只需将环境温度、输出电压代入公式,就能得到目标物体的温度。
然而这样做出来的热电堆传感器还不够精确。
当举着它对准额头时,进入传感器视野的并不只有人体的红外辐射,还有可见光、近红外等杂波。
因此需要在温度传感器上安装一个滤光片来选择特定波长的电磁波。
人体的温度主要在30°C~40°C范围内,根据维恩位移定律计算出人体辐射的峰值波长主要集中在9200~9600nm之间的远红外波段。
因此可以使用8~14pm的带通滤光片就能有效过滤掉不必要的电磁波。
将热电堆、NTC热敏电阻和滤光片封装在一起就组成了温度传感器,而这就是目前红外额温枪的核心元件。
温度传感器的后方是一个运算放大电路,用以将微弱的微伏级输出电压放大至毫伏级,放大后的电压再经AD模数转换输入单片机,经过内置算法输出目标物体温度示值。
最后可以在温度传感器的前方放置一个菲涅尔透镜来使传感器视野更窄、更远,加上蜂鸣器和电源就组装了一把成本大约在25元的红外额温枪。
凭借非接触、响应快的特点,它现已成为新冠疫情中最重要的医疗器械之一。
问题是这把红外额温枪是否准确?正规的红外额温枪在出厂前都需要经过检定和校准。
根据这份校准规范,额温枪在校准前需置于恒温恒湿的环境中稳定至少30分钟。
接着将额温枪从体温模式转换为校准模式,记录被校红外额温枪的示值和标准温度。
这样就得到了红外额温枪的示值校正值及实验室误差。
有了示值校正值就能修正红外额温枪,使其测量温度与标准温度保持一致,且不超过±0.3°C的实验室误差。
因此正规的红外额温枪在校准模式下可以被认为是「准」的。
一个人的额头有几度,红外额温枪就能测出几度。
问题是人体的额温为体表温度,并不是医学意义上的体温。
医学和临床上的体温指的是人体核心温度的平均温度和额温这样的体表温度之间存在差异。
想让红外额温枪测出体温就需要让它根据转换关系从额温算出体温,但想找到准确的转换关系没那么容易。
在这篇发表于2017年的论文中,研究者确定了人体核心温度额温环境温度之间的函数关系。
经过实验测试表明,由额温经过函数转换得到的体温基本接近人体核心温度,但仍存在着一定的偏差。
之所以出现这样的偏差是因为体表温度、核心温度分别受不同因素的影响。
对于体表温度而言,环境温度升高或对流换热系数减小都会造成其数值上升,核心温度也会随着昼夜差异、女性生理期而出现波动。
这样的波动使得一一对应体表温度、核心温度几乎成了一件不可能的事情。
因此目前的红外额温枪显示的体温示值是额温的真实温度值加上由额温向人体体温转换的统计修正值。
这一估测示值虽然接近了人体核心温度,但并不是真实温度,加上统计修正值一般由厂商自定。
所以当使用两把不同品牌的额温枪测量同一目标物体时很可能显示出不同的示值。
因此红外额温枪不是临床上用于精确测量体温的工具,但在大规模发热筛查中仍然重要。
所以当你被它顶着脑门时请放心大胆地贴近它,别担心,它并不会伤害你。

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