体温测量原理以及各种花式体温计!

ittbank 2020-02-26 00:00 3747浏览 0评论 0点赞

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正常体温是大多数人在正常情况下的平均体温，大约在37°C（98.6°F）。每个人体温会在此正常值上下浮动1°F(0.6°C)。

正常体温的变化与你的活动量和一天的时间有关系，也和体内荷尔蒙激素的分泌有关系。比如当女人排卵或者来例假时体温会有更大的升高和降低。

人体内的温度也各不相同。直肠或者耳朵鼓膜温度要比口腔温度高0.3~0.6°C，而腋窝处温度要低0.3~0.6°C。

使用普通的水银体温计一般需要在口腔、腋窝保持3~5分钟。通过红外方法测量体温相对比较快捷，测量前额、耳朵鼓膜温度则只需几秒钟时间。

红外温度计属于非接触式测温，它是利用物体热辐射与物体温度之间的关系来工作的。

热量通常由热传导、对流、热辐射三种方式来进行传递。热辐射本质上是一定波长的电磁波，波长范围在0.7~1000微米。实际使用红外温度计测量热辐射波长范围在0.7~14微米，大多数物体在这个范围内辐射最强。

物体吸收能量（包括热能）会引起温度上升，从而也会辐射热能。在热平衡时，吸收的热能(Wa)等于发送的热能(We)。物体温度会通过两种形式反映在辐射热能上。

一种方式就是热能总量与物体绝对温度呈现四次方的关系：

We：热辐射能力； E：物体辐射系数; σ： Stefan-Boltzmann常数。 T:物体绝对温度； A：发射面积。

通常情况下，被测物体的E,A,σ都是常量，所以可以通过测量We反过来求得物体温度。这种方法需要事先通过标定确定E、A等参数。

第二种影响方式是物体辐射能量密度与红外波长关系会受到温度影响。温度越高，辐射能量曲线峰值就越短。下图显示了黑体相对辐射能量在两种温度下的频率曲线。

基于光电检测的传感器响应速度很快。使用硅半导体制作红外光传感器，受到红外线照射后会产生自由电子，进而改变导电性能。

测量环境中的空气、水蒸气以及其它遮挡物也会改变物体辐射曲线。通常在红外温度计中的光学部分增加不同的滤波片，只选择特定频率红外线进行检测，可以减少这类影响。

手边有一款AR802B红外测温仪，它标注的测量距离与视野大小比D:S=12。在测量距离12厘米的距离，视野的尺寸也就是1厘米左右。

同样有一块半导体制冷片，它的边长为4厘米。施加12V电压之后，表面可以产生-10摄氏度。它可以当做室温环境中的一个温度校验块，测试一下红外测温仪中的测量范围。

使用AR802B在不同的距离对准制冷片进行扫描，可以间接测量得它的测温视野范围。

下图显示了在距离从1厘米到41厘米四种距离下，AR802B对准制冷块方向，水平移动。在不同的横向偏移量情况下，红外测温仪的读数显示的曲线。

由于红外测温仪是根据物体辐射来测温，是反映了物体表面的温度，对于物体内部的温度则无法测量。

即使物体是透明的，内部温度和外部辐射温度还是有很大区别。使用AR802B测量热水壶在加热之后温度的变化。同时使用热电偶伸到热水壶内部，直接测量水温。对比一下测量得到的温度结果。

下图显示了加热过程，两种测量方法所得到的温度变化。

通过红外测温仪中读取的温度要比热电偶直接测量结果小五摄氏度左右。

如果是降温，则红外测温仪中所得到的数值比内部要低。

将上面的开水泡方便面，AR802B测量面碗内的温度要比实际热电偶测量内部的温度低30~40°。

使用手持测温仪测量体温时，距离身体需要在20厘米之内。如果需要得到身体的真实温度，最好是靠近耳朵，测量耳蜗内的温度。当然，测量前需要将耳朵掏干净了。 (以上作者：卓晴来源：TsinghuaJoking)

下面一起看看这种花式体温计：

“非接触式”红外体温检测仪的三大系列

红外体温检测仪大致可分为“非接触式”和“接触式”。其中“非接触式”设备中又可分为便携式、在线式和扫描式三大系列，每一个系列又有不同的型号和规格。

1、便携式红外体温检测仪

我们常见的便携式红外体温检测设备有耳温枪、额温枪、手持式红外体温检测仪，该类产品的价格相对较便宜，大约在几百元到上千元之间。

当前，国内市场对手持式红外体温检测仪的需求较大，本月2日工信部表示，2020年我国对该类设备的需求约为55万台。与耳温枪、额温枪相比，手持式红外体温检测仪的确有更大的优势。

·耳温枪

耳温枪通常使用热电堆传感器，此传感器包含了光学系统、光电探测器——热电堆、热敏电阻。耳温枪通过热电堆传感器来检测人体鼓膜的远红外辐射强度，其所得到的结果与被测物的辐射强度及热电堆本身的温度相关，通过计算辐射强度及热电堆本身的温度即可得到被测物的温度。据了解，耳温枪允许存在一定的误差，通常在36-39℃范围内，误差为±0.2℃，高于39℃和低于36℃时，误差为±0.3℃。

虽然耳温枪并不接触鼓膜，但是在使用过程中需要把探头放置在外耳道深处，这样实际上也会接触皮肤。所以严格意义上来说，它不适合作为一线人员的疫情排查工具。

·额温枪

额温枪是家庭生活中较为常见的非接触式红外体温计，它主要由红外探头组件、主线路板组件、LCD显示组件和外壳组件组成。该设备在使用过程中，将探头对准额前3-5厘米处，按一下测量钮，约等几秒即能显示测量数据，额温枪测量精度一般为±0.3℃。

基于该特性，这个产品较适合家庭用户、宾馆、图书馆、企事业单位，以及医院、学校、海关、机场等综合性场所来排查流感。对于当前的疫情而言，由于其测量距离仅为几厘米，且显示测量结果有1-3秒左右的延时，在人流量过大时，该设备的效率会比较低。

·手持式红外体温检测仪

手持红外体温检测仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，具备便捷、精确、安全的优势。在医疗、设备故障诊断中的应用较为广泛。

其工作原理是，将物体发射的红外线具有的辐射能转变成电信号。红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，确定测量物体表面的温度。

不同于点触式测温的耳温枪和额温枪，手持式红外体温检测仪能在1米-1.5米的范围内，对准人脸进行面阵非接触式测温，而且其测量结果可实时显现。因此，它更适合应用在高速路口、医院、社区等相对较小的场景，其需求量较大。

2、在线式红外体温监测系统

在人流密集的高铁站、火车站、汽车站、地铁站等场所中，如果使用手持式红外体温检测仪，容易出现漏检的情况。在这些场所中布设在线式红外体温筛查仪，结合专用红外镜头、可控制重型云台、护罩等设备，可集成一套完整的红外在线监控系统。在线式设备的价格较昂贵，据《国际电子商情》了解，一些厂商该类产品报价6万元左右。不过，某方案商一套含黑体的在线式红外体温监测系统的报价达15万元(含税)，不含黑体的方案报价13万元(含税)。

实际上，线式红外体温监测系统多用于工业生产现场的在线测温，分为一体式和分布式形态，在人体体温检测应用中以分布式为主。这类系统利用红外热图像技术，可同时监测大范围人群的体温，测量精度为±0.5℃/±0.3℃(具体看有无黑体)，与可见光视频配合时，能快速找出并追踪体温较高的人员，并发出警报信号，可实现全天候监控。该系统针对人脸进行温度测量，不会因烟头、食物等其他高温物体而误报警。

(红外体温检测设备中的黑体是指：一个恒温目标，黑体安装在摄像机的视野里，后者对黑体进行温度测量，并以此为基准实时进行测温校准，以达到人体测温精度在±0.3℃的要求。如果没有黑体，使用热成像摄像机进行人体测温，测温精准度可能为±1℃。)

在集成人脸识别、手机探针、AI等技术时，还可掌握体温较高人员的更多信息。此外，这类系统还支持24小时在线存储，可通过远程监控网络上传报警图像和视频至监控中心进行分析处理。广泛应用于火车站、汽车站、地铁站、飞机场、医院、学校、政府大楼、企事业单位、商场、菜市场、园区等公共场所人体体温异常排查。

3、扫描式红外体温检测仪

在人流量较大的场所中，也有很多扫描式红外体温检测设备的应用。扫描式系列包括门式自动扫描红外体温检测仪、悬挂式自动扫描红外体温检测仪、立式扫描红外体温检测仪等。这些不同形态的设备，分散布局在各个场所，助力一线工作人员的抗“疫”工作。

·门式自动扫描红外体温检测仪

门式自动扫描红外体温检测仪，也称全自动红外热成像测温告警系统。该系统由一体式安检门、台式机套装组合而成，利用红外热成像技术，可对所有通过安检门的人员进行无感红外人体温度筛查。设备一旦监测到体温超标的目标就会自动报警并拍照留存，可大面积排查人群中的发热人员，提高疫情防控效率。

一般该类设备的测温范围为20℃-50℃，测温精度为±0.5℃/±0.3℃(具体看有无黑体)，测试的距离为1-1.5米，适合室内/无风的环境中使用，可在车站、医院、工厂、学校、商场、写字楼等可新建人员通道的场景中使用。据《国际电商情》了解，门式红外体温检测仪的价格一般在近万元到近十万元之间。

值得注意的是，门式红外体温检测仪与平时我们在高铁站、机场安检口、博物馆等场所看到的安检门外形相似。市面上也有金属探测和体温检测融合的方案：通过金属安检门前，先进行红外人体测温，如果被测量人的人体温异常，则会发出报警声。

另外，还有一种与门式较为相似的悬挂式红外体温检测仪。该类设备在测量方式和外形上，都与门式红外体温检测仪接近。

·立式自动扫描红外体温检测仪

在小场景通道需要快速通行的场合，也会看到立式自动扫描红外体温检测仪的身影。由立式红外体温检测仪和支架、台式机套装组成全套立式测温系统。经《国际电子商情》了解，厂商对立式自动扫描红外体温检测仪的报价一般为近万元至近十万元之间。

立式红外体温检测仪主要是测量人体额头的表面温度，根据人体额头的温度与体温的关系得到人体的实际体温。当温度读数超过高温报警值时，仪器会发出报警声，同时红色报警灯点亮。该设备的测量精度为±0.5℃/±0.3℃(具体看有无黑体)。

因为布设立式自动扫描红外体温检测仪非常快捷方便，测量效率比一般的手持式红外体温检测仪更高。且具备数据存储能力和云端接入能力，能筛选发热目标、自动报警抓拍、智能人脸识别、自动校温。适用于地铁站、医院、工厂、学校等人流有序进出的场所。

其他形式的红外体温检测设备

因为红外体温检测仪器根据不同的使用场景，有不同的形态。我们也能在一些特殊的使用场景中，看到各种形态。（作者：Clover）

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