紅外額溫計測量結果的不確定度評定

郭鷺清

引言

紅外額溫計是指用輻射的原理來實現對人體溫度測量的儀器，人體輻射出來的紅外線被紅外測溫儀的探測器吸收，經過合適的發射率修正后得到人體溫度。在2020年初暴發的新型冠狀病毒肺炎疫情中，紅外額溫計起到了快速高效篩查疑似新冠感染者的關鍵作用，在海關、火車站、機場、學校及醫院等公共場所和有較大流量人群測溫要求的場合使用效率奇高。如果儀器出現準確性問題，勢必成為疫情防控的缺口，因此在當下研究其不確定度具有十分重要的意義。

概述

1.測量依據

JJF 1107—2003《測量人體溫度的紅外溫度計校準規范》。

2.測量標準

BF—50C型黑體輻射源標準裝置，主要技術參數見表1。

表1 標準裝置的技術指標

3.被測對象

紅外額溫計HA610型，允許誤差（℃）見表2。

表2 被測的允許誤差

4.測量參數

實驗室示值修正值。

5.測量方法

將黑體輻射源標準裝置設定至校準溫度，待溫度穩定后，直接比對被校紅外額溫計的示值和校準裝置的溫度顯示值，計算出被校額溫計誤差。

6.評定結果的使用

在符合上述條件下的測量，一般可直接使用本不確定度的評定結果。

測量模型

式中：

tBBi——黑體輻射溫度，℃；

其中，ti,j——紅外額溫計在第i校準點溫度上，第j次讀數值，℃；

n——讀數次數。

輸入量的標準不確定度評定

1.輸入tBBi的標準不確定度u(tBBi)

u(tBBi)由下面幾個分量構成：作為黑體溫度的溫控器示值u(x1)、輻射源長期穩定性u(x2)、環境溫度u(x3)、溫度控制的不穩定性u(x4)、黑體空腔輻射不均勻性u(x5)。

（1）用接觸式測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)

根據中國計量科學院對黑體輻射源的校準證書，B類評定：

（2）校準周期內輻射源長期不穩定性引入不確定度分量u(x2)

由最近2次校準證書，輻射溫度之差為0.03℃,按均勻分布評定：

（3）環境溫度差異引入的不確定度分量u(x3)

實際校準時實際的環境溫度為18℃～28℃，與黑體源校準時的環境溫度差別不會大于10℃，此溫度差別會造成溫控器示值變化，根據溫控器使用說明書，環境溫度變化對示值的影響<0.03℃/10℃，按均勻分布評定，環境溫度引入的不確定度為：

（4）溫度控制波動性引入的不確定度分量u(x4)

在校準讀數過程中黑體輻射源的溫度控制穩定度為0.005℃/10min，按均勻分布評定

（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）黑體輻射溫度標準的不確定度u(tBBi)合成

不確定度u(y)

u(y)由兩部分分量構成：測量重復性和分辨力。

（1）紅外額溫度計示值重復性引入的不確定度分量u(x6)

在30℃、34℃和38℃下，重復性測量8次，數據見表3。

表3 重復性測量數據

由于額溫計溫度范圍很窄，標準偏差取30℃、34℃、38℃中的最大值，由于實際校準時額溫計的示值取自4次測量平均值，故示值重復性引入的不確定度分量為：

（2）紅外溫度計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，因分辨力引入的不確定度認為是均勻分布，故：

（3）讀數引入的合成標準不確定度u(y)

根據JJG 133，分辨力和重復性引入的不確定度分量只取最大分量，故：

合成標準不確定度的評定

1.測量模型的各分量靈敏系數均為1，標準不確定度匯總表如下。

表4 標準不確定度匯總表

2.合成標準不確定度的計算

3.合成標準不確定度的有效自由度

擴展不確定度的評定

統一取置信因子k=2，則擴展不確定度U為：

測量不確定度的報告與表示

紅外額溫計在（30~38）℃溫度范圍測量結果的擴展不確定度可表示為：

總結

本文提出了紅外額溫計測量不確定度評定的較優方案，能為測量結果提供合理的可靠性區間，避免因評定的不確定度過大或過小對測量結果造成不合理判定。此次試驗得出紅外額溫計在(30~38)℃范圍內測量結果的擴展不確定度可表示為：U＝0.16℃，k=2。