红外体温计为何至今无法称霸“体温测量界”?

作者:枫子来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-05-11

红外线体温计的使用条件太苛刻了,一般条件下无法满足它。

  你的肌肤常说,“冷冰冰的水银温度计,我是拒绝的。瞧人家红外温体温计,那小手指一按,‘照哪测哪’,一眨眼的功夫便测了温度”。可倘若你去医院检查,护士姐姐很少使用红外体温计照两下你的额头便了事,水银体温计和电子体温计往往是首选。那为啥如此“高大上”的红外体温计至今不能完全取代传统体温计,大行其道呢?这还得从它的工作原理说起……

  顾名思义,红外体温计的核心在于红外线,红外线属于肉眼不可见光,并非红外体温计发射的“红光”(那是激光,仅仅帮助使用者确定被测物体的位置,并不参与测温)。

红外体温计为何至今无法称霸“体温测量界”?

红外温度计(网络图)

  当物体温度高于绝对零度[1]时,由于物质存在分子振动,其产生的能量以电磁波的形式向外辐射,其中大部分为红外线。根据斯忒藩-波尔兹曼定律,在单位时间内,黑体[2]向外辐射的总能量与它表面温度的四次方成正比。

Φ=A×σ×T4

  其中,A是发射率[3],σ是常数,红外测温仪基于这一原理,通过收集被测物体的全部红外能量,可以间接计算出物体的热力学温度。

  那么,微不足道的红外线如何摇身一变,变成了我们肉眼可读的摄氏温度呢?这一过程并不复杂。首先,你只需将体温计的滤镜正对被测物体,物体产生的红外线便主动“投怀送抱”,透过滤镜后被光电系统聚集并传输给光电探测器,光电探测器将其转化成电信号,送往信号处理器,经过信号处理器校正后,传输至显示输出系统,最终转化成温度值。

红外体温计为何至今无法称霸“体温测量界”?

红外测温仪的工作过程(作者自制图)

  如今,红外温度计技术上早已能实现高精度的测温,然而理想很美好,现实很骨感。实际生活中,物体无法向外界辐射其产生的全部红外能量,一般认为,被测物体能够向温度计辐射95%的红外线(发射率为0.95)[4],温度计对此作出相应的调整,能够测得准确温度。不幸的是,物体的发射率受到众多因素的影响,例如表面粘了土、蒙了尘、歪曲变形,都能改变其发射率。为确保其结果精确,需防止周遭环境(蒸汽、尘土、烟雾)的影响,保持被测物体表面清洁。

  众所周知,水银温度计的读数只增不减、肉眼读数容易产生偏差、测温时间长,破碎后还有水银中毒的危险,因此,我国将于全面2020年停产。而红外体温计则相反,安全简便,无需接触被测物体、测温快、还可以测量物体表面任何部位的温度。但是,它不能测量内部温度和表面光滑、透明度较高[5]的物体。此外,使用红外线体温计,为防止其它物体辐射的红外线来“捣乱”,还必须保持激光与被测物体垂直,近距离测量。

红外体温计为何至今无法称霸“体温测量界”?

用红外测温仪测量体温(网络图)

  由此可见,由于其使用条件苛刻,红外体温计通常多应用于精确度要求较低的领域,比如工业测温,或是快速排查体温异常的患者时(接触性温度计会带来传染疾病的风险)。但要求精确度较高的体温检测,接触式的水银温度计、酒精温度计、电子体温计等显然比红外测温仪更靠谱,毕竟37℃与37.5℃可是千差万别!

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  附注:

  [1]绝对零度:即热力学的最低温度——0开尔文,约等于-273.15摄氏度。

  [2]黑体:理论上假设存在的物质,黑体能够全部吸收所有外来的电磁波而不反射,其红外线的发射率为100%(自身产生的红外线100%向外辐射)。

  [3]发射率:指的是物体向外辐射能量的程度,黑体的发射率为1(向外辐射100%的能量),自然界中的物体发射率小于1(小于100%)。

  [4]由于物体的反射率、透射率、发射率之和为1,发射率为0.95时,必须得维持反射和透射率为0.05左右。

  [5]测量一些发光的金属表面,可用遮蔽黑胶纸或黑漆将待测表面盖住,等待一段时间让胶纸或涂料达到与其所覆盖的表面相同的温度,然后测量胶纸或者涂过漆表面的温度。

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