紅外測溫計的原理檢定及使用

劉宇虹

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

關鍵詞：紅外測溫儀? 公共衛生問題? 波長? 輻射

中圖分類號：TH811? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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備，紅外測溫計具有操作簡單、價格低廉、獲取數據快等優點，對疾病公共衛生安全問題的及時發現和防控至關重要，是重要的計量器具。而確保這種計量器具性能穩定，量值準確、可靠、有效，是我們檢定人員義不容辭的責任。

1? 紅外測溫計的分類及特性介紹

紅外測溫計分為紅外額溫計和紅外耳溫計，正常工作的環境溫度一般為16～35℃或10～40℃，超過該范圍會影響準確測量。如果長時間在戶外低溫環境下工作，所得數值容易產生偏差，建議在室內無風環境中使用。

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或電子體溫計在被測者腋下或口腔或嬰幼兒肛門內測量，耗時長，使用不便。此外，接觸式測量若用于公共衛生問題防控還存在交叉感染風險。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、非接觸的突出優點。

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，都會向外發出熱輻射，也就是電磁波。溫度越高，發出的熱輻射越強。體溫測量用紅外測溫儀就是利用人體發出的熱輻射強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、紅外額溫計。

紅外耳溫計測量人的耳道和鼓膜所形成的耳腔發出的熱輻射來確定溫度。由于耳腔處于體內，耳腔溫度可以代表人的體溫。所以，紅外耳溫計雖然與醫院和人們日常家用的玻璃體溫計或電子體溫計的測量原理不同，但都屬于體溫計。在35°C～42°C之間，紅外耳溫計的測量結果與標準值的偏差可在2°C之內。紅外耳溫計的優點是測量準確度高，適用于對初篩發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被測人員，應更換一個新的傳感器端保護套，以降低接觸引起交叉感染的風險。

紅外額溫計顧名思義，測量部位為人的額頭。紅外額溫計利用額頭發出的熱輻射測量額頭皮膚溫度。通常額溫計能夠直接指示體溫，這個體溫是根據對額頭皮膚溫度的測量結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數值。由于不同人的額頭溫度與體溫的差異不同，額溫計采用的體溫修正值不可能根據每個人的特性進行單獨確定，而是根據一組典型人員體溫與額頭溫度之差的統計規律來確定。所以，額溫計指示的體溫不是對被測人員體溫的測量結果，而是根據測得的額頭皮膚溫度，根據統計經驗修正得到的體溫估計值。校準模式下紅外額溫計的測量結果與標準值的偏差通常可以控制在±0.3°C以內。紅外額溫計的突出優點是測量速度快，并且是非接觸式測量，可避免交叉感染。但由于要用統計經驗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出紅外輻射能量。根據基爾霍夫定律、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系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。

3? 紅外測溫儀的特點

（1）非接觸測量。（2）測量范圍廣。（3）測溫速度快：即響應時間快。只要接收到目標的紅外輻射即可在短時間內定溫。（4）準確度高。紅外測溫不會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。可進行微小溫度場的溫度測量和溫度分布測量，以及運動物體或轉動物體的溫度測量。（6）使用安全及使用壽命長。

4? 使用應注意的事項

4.1 規范的操作至關重要

一些紅外額溫儀具有物溫模式和體溫模式，應確保紅外額溫計置于體溫模式。

4.1.1 要嚴格按照說明書操作

冬春季氣溫還比較低，手持紅外體溫監測儀在使用之前要進行校準。使用手持式的紅外線測溫儀，應該嚴格按照說明書進行操作，保證數據的準確，在不同部位進行測量，它的結果會有略微差別，這屬于正常現象。

4.1.2 要選取合適的測量部位

紅外額溫計測量部位為被測對象從眉心到發際線的中點（也稱額心）。測量距離應符合說明書的要求，一般距離約1～5cm不等，確保沒有頭發、汗水、帽子等的遮擋。重復測量時，先將紅外體溫計探測頭移開，間隔5s后再進行下一次測量。在測量從室外進入室內的人員，或者在室外使用測量儀的時候，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，這樣的話能使數據更為準確。根據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

當被測人員來自與溫度環境溫度差異較大的地方，應至少在測量環境內停留5min以上，待與環境溫度一致后再測量。測溫前要調整體溫模式，鏡頭保持清潔，測量部位不能有毛發遮擋，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 注意環境和季節的影響

被測者所在的環境會影響讀數。比如將快到測溫點時關閉車內暖氣，或在測溫點下車測量。劇烈運動后，應休息調整幾分鐘后再進行測量。在冬季室外進行測溫時，建議使用前盡可能將額溫計或耳溫計放置在10°C以上的房間或保溫箱內，穩定15min或者更長時間，快速測溫后及時放回。若有多支額溫計或耳溫計可交替使用。

4.2.2 注意室外測溫方法

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

4.3 定期進行校準不能忽略

一般來說，全新的額溫計雖然經過出廠檢驗檢測，但考慮到有的企業是逐批檢驗，以及產品運輸因素，建議在使用前進行校準，確保額溫計的量值準確可靠。當前，由于沒有檢定規程，未定檢定周期，用戶可以根據使用情況自行定校準周期。使用頻率高的，周期可短一些，使用頻率低的，周期可適當延長。

4.4 工業用測溫設備不能用于測量人體溫度

工業檢測用的紅外溫度計，不是用于測量人體溫計的“紅外額溫計”。

4.4.1 測量準確度不符合要求

工業檢測用的紅外溫度計測量范圍較廣，通常測量范圍下限可達-20℃～-30℃，上限從200℃～1000℃都有，準確度較低，誤差超過1℃，而醫用的紅外額溫計一般不超過0.3℃的偏差。從測量準確度來說，工業用的紅外溫度計是不適合測量人體溫度的。

4.4.2 工業用設備容易對人體造成傷害

工業用的紅外溫度計發出的紅點是激光，用于指示測量方向。特別要提醒用戶，注意不要將這紅點（激光）對準眼睛，易導致人體傷害。

5? 紅外測溫儀的校準

無論哪種紅外測溫儀，都要經過校準才能指示準確的溫度值。對紅外測溫儀校準需使用黑體輻射源標準器，它是一種依其自身溫度以發射率1向外輻射電磁波并且不會反射環境電磁波的標準輻射源，它提供了一個標準的亮度溫度。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控溫的黑體輻射源，復現亮溫的不確定度可達0.04°C水平，裝置相對復雜，需在實驗室中使用;另—種是便攜式非液體工質控溫的黑體輻射源，復現亮溫的不確定度在0.07°C水平，可用于紅外測溫儀的實驗室校準或現場校準。

紅外耳溫計、紅外額溫計、體溫篩檢用紅外熱像儀通過校準溯源到國家或省市級計量院實驗室使用的標準黑體輻射源（稱作紅外體溫計校準裝置）或現場使用的便攜式黑體輻射源標準器，便攜式黑體輻射源溯源至紅外體溫計校準裝置，紅外體溫計校準裝置向上溯源至鉑電阻溫度計工作基準或一等標準，再向上溯源至溫度國家基準。國家計量院和省市級計量院的紅外體溫計校準裝置通過比對實現體溫范圍亮溫量值的國內等效一致，不同國家計量院的紅外體溫計校準裝置通過比對實現體溫范圍亮溫量值的國際等效一致。

2017—2020年，亞太計量規劃組織（ APMP ）組織了耳溫計黑體的國際比對，共有不同國家和地區的9家計量院（實驗室）參加，主導實驗室是中國計量科學研究院。該比對是亞太地區第一次針對體溫范圍亮溫的國際比對，將促進亞太區域的亮溫量值等效—致。

使用黑體輻射源校準紅外測溫儀時，要先把紅外測溫儀置于校準模式，然后由黑體輻射源產生一個標準溫度的輻射，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，并獲得校準所需的測量結果相對于標準值的誤差。

6? 結語

中國近期公共衛生問題防控期間集中出現的數量龐大的紅外測溫儀校準和準確度核查需求得到了有效滿足，使得應用中紅外測溫儀的質量得到了管控，從而使得紅外測溫儀在體溫篩查、輔助控制疫情方面發揮了應有的作用， 有關計量管理體系也望由此得到改善。

本文內容為個人對紅外測溫儀的使用和特性進行的闡述分析，希望對大眾了解“紅外測溫儀應用于疾病公共衛生問題”起到一定的作用。

參考文獻

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

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

[3] 丁巖.紅外體溫測量管理系統的設計[D].呼和浩特：內蒙古大學，2017.

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

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

[6] 葛澤勛.醫用紅外測溫儀及其關鍵技術研究[D].長春：長春理工大學，2019.

[7] 丁巖.紅外體溫測量管理系統的設計[D].呼和浩特：內蒙古大學，2017.

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

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