Можно ли пирометром измерить температуру человека
Пирометры бывают промышленные и для человека медицинские. Промышленные имеют большой диапазон измерения от -30 до 250 градусов и более. А для человека пирометры имеют узкий диапазон измерения от 32 градусов до 42 градусов, благодаря чему имеют меньшую погрешность измерения 0,2 . 0,3 ℃. Промышленные пирометры имеют погрешность 1 . 2 ℃, т. е. для измерения температуры тела человека такая погрешность не подойдет. Для человека пирометры измеряют на расстоянии 1-10 см, термометр бесконтаткные представлены в каталоге.
Для правильного измерения нужно наводить на чистый лоб, на шею, одежда и волосы не должны закрывать кожу. Время измерения 0,5-1 секунда. В некоторых пирометрах для человека есть функция регулировки показаний, например прибавлять 0,6 ℃ после сравнения с показаниями ртутного термометра. При стабильных показания промышленного пирометра, возможно держать в уме поправку и уже делать вывод о реальной температуре. В таком случае промышленными пирометрами можно пользоваться, но для приблизительной оценки.
Первый пирометр DT-820, второй на фото п ирометр DT-8863
При измерении тепловизором погрешность измерения будет ± 1…2 ℃, для измерения температуры человека такая погрешностью не устраивает. Это касается почти все тепловизоров с техническим диапазоном температур. Пример снимка тепловизора модель Testo 875-1i представлена ниже.
Некоторые модели тепловизоров например Testo 890-2 с опцией специальной, имеют функцию обнаружения людей с повышенной температурой. Вычисляет повышенную температуру по температуре глаз, т.к. максимально близка к внутренней темперутуре, анализируя окружающую температуру, учитывает предыдущие измерения людей, т.к люди могут быть с улицы или из теплого помещения выходить.
Видеоролик о том, как измеряет пирометр для человека и технический пирометр. Чтобы открыть нужно нажать разблокировать всплывающее окно в браузере.
Почему пирометр некорректно измеряет температуру
Технические статьи
Пирометр, инфракрасный термометр: применение и выбор, характеристики.
Тепловизор: пространственное разрешение.
Индикаторы температуры — термоиндикаторы перегрева и их применение.
Практические советы по применению пирометров
Мы расскажем о некоторых практических знаниях без которых точное дистанционное измерение температуры пирометрами не представляется возможным.
Первый аспект касается акклиматизации. Пирометры калиброваны в лабораторных условиях (23°C±5°C). Не подвергайте нагреву или охлаждению корпус прибора. При резком увеличении или уменьшении рабочей температуры (температуры окружающей среды) погрешность прибора может временно возрастать. Это связано с особенностью метода относительного измерения, используемого в пирометрах — сравнением принятого инфракрасного излучения с температурой датчиков прибора. Для обеспечения точности во всем диапазоне пирометры имеют температурную компенсацию сигнала. На компенсацию требуется время: от 5 до 30 минут, в зависимости от перепада температуры окружающей среды. Это необходимо учитывать при работе. Стоит отметить, что зависимость времени акклиматизации не является линейной, более того — разные модели имеют разные особенности и возможности. Для каждой модели пирометра потребуется практический опыт применения.
Второй важнейший аспект — отношение расстояния к диаметру пятна, оптика пирометра. Отношение D:S (Distance to Spot ratio) — отношение расстояния от цели к диаметру измеряемого пятна. Это определено оптикой модуля. Чем меньше цель, тем ближе к ней Вы должны быть. Для точного измерения цель должна полностью заполнять пятно. Неправильное заполнение пятна закончится неточным измерением, из-за усреднения температуры цели с температурой окружающих областей. Например, оптическое отношение вашего пирометра 30:1 (тридцать к одному). Это означает, что на расстоянии 30 см он будет измерять площадь объекта диаметром 1 см, на 60 см — 2 см и т.д. Используйте пропорцию для вычисления.
Обратите внимание, что у дешевых моделей пирометров не всегда целеуказатель настроен точно — он не всегда указывает точную область измерения. Для моделей с лазером необходимо провести минимальную проверку точности — прицельтесь используя оптическую ось пирометра и посмотрите совпадет ли предполагаемый центр цели с лазерным целеуказателем. Необходимо учитывать, что оптика пирометра и его целеуказатель находятся в разных плоскостях, что дает разное несовпадение на разных дистанциях. Только профессиональные промышленные пирометры (например пирометры Wahl Heat Spy) имеют точные целеуказатели, они размещают целеуказатель непосредственно в центре оптики пирометра.
Третий аспект непосредственно влияющий на точность измерения — это коэффициент излучения пирометра (иными словами эмиссии). Коэффициент излучения — возможность объекта излучать или поглощать инфракрасную энергию. У идеальных излучателей, поглащающих 100% падающей энергии, коэффициент излучения 1.00. Объект с коэффициентом излучения 0.80 поглотит 80% и отразит 20% падающей энергии. Коэффициент излучения определен, как отношение энергии, излученной объектом в данной температуре к энергии, излученной идеальным излучателем при той же самой температуре. Все значения коэффициента излучения находятся между 0.00 и 1.00. Погрешность измерения вызванная излучательными способностями объекта, она не линейна и тем больше чем выше его температура. Для большинства материалов коэффициент примерно равен 0,95. Это значение предустановлено в вашем пирометре. Для измерения металлических блестящих поверхностей, особенно при температурах свыше +400 °C необходим пирометр с регулируемым коэффициентом излучения. При неизвестном значении коэффициента излучения измеряемого материала его можно подобрать используя контактные измерения поверхности или наклеив на материал темную ленту со стандартным отражением или окрасив его. Значения коэффициента для некоторых материалов перечисляются в таблицах, но важно помнить, что способность излучать инфракрасные волны является различной для разных материалов при разной температуре — невозможно заранее составить все возможные таблицы.
От способности излучения волн в инфракрасном диапазоне также зависит выбор спектра частот пирометра. Большинство портативных ручных пирометров работают в диапазоне частот 8-14 микрон, в этом спектре можно измерить почти все не блестящие материалы и жидкости. Также волны на этих частотах не проникают сквозь стекло, прозрачные пластики и жидкость — вы будете измерять температуру их поверхности. Однако, есть специализированные пирометры измеряющие сквозь стекло, жидкость и пластик. Также они способны измерять температуру в тяжелых условиях — сильная запыленность, множественные отражения, сквозь шлаки и продукты горения. Промышленные пирометры Wahl созданы для конкретных задач применения, в том числе с их помощью контролируют температуру расплавов цветных и черных металлов. Отметим, что стандартные пирометры не способны решать такие задачи.
Соблюдая описанные выше рекомендации вы сможете добиться точности при измерениях температуры пирометром и будете знать, насколько ваши значения близки к истине, какова повторяемость измерений. Желаем удачи в работе и в ваших исследованиях!
Почему врёт бесконтактный ИК термометр (пирометр)
В данной статье мы расскажем именно о медицинских ИК термометрах, т.е. о приборах, предназначенных для измерения температуры тела, а также о том, от чего зависит точность пирометров.
В Интернете можно найти много информации по этому вопросу. В большинстве случаев всё пишется людьми далёкими от ИК термометрии и ИК термометров для контроля температуры тела. Поэтому и информация даётся неполной, несистемной и чаще всего далёкой от истины.
Именно поэтому, мы как разработчики и изготовители медицинских термометров и, в частности, ИК термометров решили по возможности понятным языком рассказать, как устроен ИК термометр, чем он отличается от промышленного пирометра, что влияет на его точность измерения и как сделать так, чтобы эту точность повысить.
Для начала немножко теории.
Любое тело излучает тепловую энергию Е, пропорциональную его температуре поверхности в четвёртой степени и коэффициенту излучения к.
Научившись измерять и обратно преобразовывать эту тепловую энергию в температуру можно измерять температуру поверхности на расстоянии (дистанционно).
Рис.1.Как происходит измерение температуры поверхности пирометром
Любой пирометр содержит некоторую оптическую систему, позволяющую снимать данные (собирать тепловую энергию) с пятна определённой площади S на расстоянии L. Отношение L/D, где D — это диаметр пятна называется оптическим разрешением пирометра. Чем этот параметр больше, тем на большем расстоянии можно измерять температуру конкретного тела и тем дороже прибор.
При помощи оптической системы прибора энергия излучения падает на сенсор ИК термометра (Рис.2).
Рис.2.Устройство сенсора ИК термометра
У современных пирометров сенсор представляет собой миниатюрную термопару, на рабочий спай которой и направлено тепловое излучение контролируемого объекта. Вблизи холодного спая термопары располагается сенсор температуры, в качестве которого чаще применяется термосопротивление.
Электронная схема прибора по термосопротивлению измеряет температуру холодного спая термопары и добавляет к ней вторую часть пропорциональную напряжению с термопары. ИК сенсоры уже давно научились изготавливать полностью в интегральном исполнении. Есть сенсоры с цифровым выходом.
Если бы все тела излучали одинаково, имея равную температуру, то погрешность пирометра определялась бы только точностью его юстировки .
Однако все тела излучают по-разному. Для того чтобы измерить температуру поверхности какого-либо тела достаточно точно, необходимо точно знать его коэффициент изучения к.
Обычно пирометр юстируется на производстве или в метрологической лаборатории при помощи «абсолютно-чёрного тела» (АЧТ), т.е. поверхности, с коэффициентом излучения близким к 1. Затем в память прибора устанавливают реальный, усреднённый коэффициент излучения. Чаще 0,95. Есть однако модели пирометров подороже, в которых потребитель сам устанавливает коэффициент. Но какой – вот в чём вопрос. А коэффициент излучения очень сильно зависит как от материала поверхности, так и от качества обработки, наличия загрязнений, ржавчины, влаги и т.д. В табл. 1 представлены коэффициенты излучения для ряда материалов.
| Материал | К |
| доска | 0,96 |
| бумага | 0,93 |
| базальт | 0,72 |
| ржавое железо | 0,70 |
Табл. 1 Коэффициент излучения к для нескольких материалов
При неправильно выставленном коэффициенте излучения можно получить погрешность в десятки градусов.
Итак, какие факторы влияют на точность измерения промышленного пирометра?
Перечислим несколько основных факторов:
- точность юстировки пирометра на АЧТ при к =1,
- точность задания к-коэффициента излучения,
- чистота поверхности измерения, наличие влаги, пыли и т.д.,
- временной фактор, влияющий на старение оптической системы и эл. компонентов,
- наличие «засветки» от посторонних источников,
- соответствие диаметра «пятна» и размеров контролируемой поверхности (диаметр пятна должен быть заведомо меньше).
Какая реальная точность измерения, указывается в документации на промышленные пирометры среднего ценового диапазона? +/-1% от измеряемой величины, т.е. примерно +/-0,4 ° С при измерении температуры поверхности нагретой до +40 ° С. Давайте запомним это значение. Оно нам пригодится далее.
В чём отличия между промышленным пирометром и ИК термометром для измерения температуры тела?
Итак мы кратко рассказали вам о работе промышленного пирометра, о том, какие факторы влияют на его точность измерения. Теперь поговорим о ИК термометре для измерения температуры тела.
Вообще зачем нужен ИК термометр для измерения температуры, когда есть контактные электронные термометры, которые при правильном изготовлении обеспечивают нужную точность? Главное преимущество ИК термометра — скорость измерения, около 1 с. В табл. 2 представлены сравнительные характеристики двух методов измерения.
| Параметр | ИК термометр | Контактный термометр |
| Удобство | + | — |
| Время измерения | + (около 1 с.) | — (более 30 сек.) |
| Точность измерения | — | + |
| Измерение разности температур и распределения температуры | + | — |
Табл. 2 Сравнение ИК термометра и контактного термометра
ИК термометр удобен, потому что измеряет быстро и дистанционно. Достаточно поднести прибор ко лбу на расстояние несколько сантиметров, нажать на кнопку и всё. Температура измерена. Но с какой точностью? А это самое больное место этих приборов и об этом мы поговорим далее. Но где ИК термометры не имеют себе равных в медицине — это в измерении разницы температур. Например это контроль распределения температуры по телу для выявления критических мест, связанных с какими-либо нарушениями. Или измерение разности температуры тела между людьми, находящимися длительное время в одних условиях. Для этих целей ИК термометр просто великолепен и никто его не сможет заменить.
Приведём пример. Самолёт совершил посадку. Работник Роспотребнадзора, вооружённый ИК термометром, зашёл на борт и последовательно замерил температуру каждому пассажиру. Неважно, какую абсолютную величину температуры он получает. Важна разность измеренной температуры между пассажирами. Они долгое время находились в равных условиях и повышенная температура нескольких пассажиров относительно среднего измеренного значения может трактоваться как болезнь. У этих пассажиров после изоляции их от основной массы нужно будет измерить температуру точно контактным электронным термометром. Допустим, температура пассажиров оказалась равна 34,7…36,1 ° С, а у двух пассажиров: 36,6 ° С. Это означает, что у этих двух пассажиров имеется повышенная температура. Дальнейшие измерения точным контактным термометром смогут подтвердить, что их температура равна на самом деле 37…38 ° С. Сейчас, к сожалению, об этом не знают.
В табл. 3 мы кратко показали, чем отличается промышленный пирометр от ИК термометра температуры тела.
| Промышленный пирометр | ИК термометр температуры тела | |
 |
 |
|
| от -50 до +650 °С, 1% ИВ + 1°С |
диапазон измерения и точность | от 32,0 до 42,9°С, ±0,2°C |
| линза или без линзы |
оптическая система | «ракушка» |
| любое | расстояние до объекта измерения | 0. 3 см |
| прямое измерение |
способ измерения | расчет температуры тела по температуре лба и температуре окружающей среды |
Табл. 3 Основные отличия промышленного пирометра от ИК термометра температуры тела
У ИК термометра очень узкий диапазон измерения и небольшое расстояние до поверхности измерения. У большинства ИК термометров в паспорте приводится точность измерения +/-0,2…0,3 ° С. Скажем сразу, что верить этому значению нельзя. С большой натяжкой это может быть точность измерения температуры абсолютно-чёрного тела, проводимая в лабораторных условиях при заданных параметрах окружающей среды. Это даже не точность контроля температуры поверхности кожи и уж тем более не точность измерения температуры тела.
Грустно то, что в нашей стране продаются ИК термометры, имеющие Регистрационное удостоверение Росздравнадзора, у которых в паспорте указана точность измерения температуры тела +/-0,1 ° С! Получается так, что Российская компания-дистрибьютор покупает в КНР приборы, имеющие точность +/-0,3 ° С, делает документацию на русском, где указывается точность уже +/-0,1 ° С и продаёт эти приборы. Почему так происходит? Да потому, что ИК термометры у нас в стране отнесены к медицинским термометрам, а им ГОСТом предписано иметь точность +/-0,1 ° С. Получается, что приборы подстроили под норматив.
Так какую же реальную погрешность имеют ИК термометры, спросите вы? Огромную, если не выполнять множество требований к процессу измерения. А ведь большинство граждан их не выполняет или физически не может выполнить. Поэтому прежде чем купить домой ИК термометр, хорошо подумайте. Им нужно уметь пользоваться.
Как работает ИК термометр температуры тела?
ИК термометр для измерения температуры тела — это в определённом плане прибор более сложный, чем промышленный пирометр. Прибор имеет два режима работы: поверхность (sгrface) и тело (body). В режиме surface прибор работает как обычный пирометр, измеряя температуру поверхности и его можно использовать для различных хозяйственных нужд. В режиме body, который нас как раз интересует, прибор вычисляет значение температуры тела по температуре поверхности лба, температуре окружающей среды, используя введённые в него усреднённые коэффициенты расчёта. Данные коэффициенты учитывают теплопроводность и толщину различных участков головы (кожи, кости и т.д.). Понятно, что у разных людей, особенно разных расс, у различных возрастных групп эти параметры отличаются и это очень сильно сказывается на точности измерений. На Рисунке 3 показана температура тела как функция этих параметров.
Рисунок 3. Температура тела, как функция большого количества параметров
Итак, к погрешности измерения температуры поверхности в режиме body добавляется погрешность связанная с различием у людей различных физических параметров и погрешность измерения температуры окружающей среды, а также погрешность связанная с тем, что температура прибора может быть не равна температуре окружающей среды, в которой находится испытуемый. Последнее очень важно. Прибор и человек до момента измерения должны находиться длительное время при одной и той же температуре. Теперь вам должно быть понятно, почему при измерении температуры у людей, входящих в здание, так сильно разнится температура. Ведь до входа в здание они находились в различных условиях. Кто-то пришёл, кто-то приехал на авто и т.д.
Перечислим основные правила более-менее точного измерения температуры тела ИК термометром.
Основные правила, которые необходимо соблюдать при измерении температуры медицинским пирометром:
— пирометр должен иметь температуру окр. среды (выдержан не менее 30 мин.),
— необходимо предварительно вытереть насухо лоб,
— предотвратить сквозняки, падение прямых лучей солнечного света, влияние нагревательных приборов,
— предварительно убрать со лба косметику, волосы,
— расстояние от лба: 1. 3 см,
— необходимо провести несколько измерений, чтобы исключить случайные значения.
Так может ли ИК термометр иметь точность +/-0,1 ° С при измерении температуры тела? Конечно нет. Если человек очень хорошо понимает принцип работы ИК термометра и как им пользоваться, то он может использовать его для экспресс контроля температуры тела. Но любому человеку использовать этот прибор нельзя. Может и трагедия случиться. Представьте себе картину. У маленького ребёнка горячка, родители его раздели, обдувают вентилятором и время от времени контролируют температуру ИК термометром. Что они измерят? Всё что угодно. Самая большая опасность, если они вместо 40,0 ° С измерят 37,0, успокоятся и завершат процедуры.
ИК термометром для измерения температуры тела может пользоваться не каждый. Единственное, в чём он очень хорош — это в вычленении людей с повышенной температурой среди других людей, находящихся длительное время в одинаковых условиях.
Принципы работы с инфракрасными пирометрами
Инфракрасные термометры (пирометры) измеряют поверхностную температуру объектов, от которой напрямую зависит спектр ИК- излучения нагретого тела. Оптика прибора улавливает излучённую, отражённую и переданную (transmitted) энергию и фокусирует её на детекторе. Электроника прибора выдаёт величину этой энергии и преобразует её в цифровую величину температуры на экране прибора. Лазер, встроенный в пирометр, используется только для целеуказания.
Поле обзора
При измерении убедитесь, что измеряемый объект больше, чем размер пятна, внутри которого проводится измерение. Чем меньше объект, тем ближе нужно располагать к нему прибор. Если точность измерения особенно важна, размер объекта должен превышать размер пятна по крайней мере в два раза.
Расстояние и размер пятна
При увеличении расстояния (D) до объекта, величина пятна (S), температура которого измеряется, также увеличивается.
Нахождение горячей точки
Для того, чтобы найти горячую точку, наведите термометр на интересующую вас область и водите им вверх и вниз, пока горячая точка не будет найдена.
Рекомендации
а) Не используйте пирометр для измерения температуры блестящих или полированных металлических поверхностей (нержавеющая сталь, алюминий и т. п.) – см. Коэффициент излучения.
б) Прибор не может измерять температуру сквозь прозрачные поверхности, такие как стекло. Вместо температуры видимого сквозь стекло объекта будет измерена температура стекла.
в) Пар, пыль, дым и т. п. между оптикой пирометра и объектом могут снизить точность измерения.
Коэффициент излучения
Коэффициент излучения – это термин, используемый для описания свойств материалов при излучении ими энергии.
Большинство (90% типичных случаев) органических материалов и окрашенных или покрытых оксидами поверхностей имеют коэффициент излучения 0,95, который установлен в приборе по умолчанию. Измерение блестящих или полированных металлических поверхностей будет неточным. Для проведения измерений покройте поверхность такого объекта клейкой лентой или чёрной матовой краской, а затем дайте такому покрытию время, чтобы приобрести температуру находящегося под ним объекта. После этого можно измерить температуру ленты или окрашенной поверхности.
Типичные величины коэффициента излучения
| Материал | Коэффициент излучения | Материал | Коэффициент излучения |
|---|---|---|---|
| Цинк (окисленный) | 0,1 | Гальванизированное железо | 0,3 |
| Луженая сталь | 0,1 | Золото (полированное) | 0,1 |
| Серебро (полированное) | 0,1 | Красный кирпич (не шлифованный) | от 0,75 до 0,9 |
| Обожженная глина | 0,75 | Асбест | 0,95 |
| Бетон | 0,7 | Мрамор | 0,9 |
| Карбид кремния | 0,85 | Штукатурка | 0,9 |
| Окись алюминия (мелкозернистая) | 0,25 | Окись алюминия (крупнозернистая) | 0,45 |
| Двуокись кремния (мелкозернистая) | 0,4 | Двуокись кремния (крупнозернистая) | 0,55 |
| Силикат циркония до 500 °С | 0,85 | Силикат циркония при 850 °С | 0,6 |
| Кварц (необработанный) | 0,9 | Уголь (графит) | 0,75 |
| Уголь (сажа) | 0,95 | Лесоматериалы (различные) | от 0,8 до 0,9 |
| Эмаль (любого цвета) | 0,9 | Масляная краска (любого цвета) | 0,95 |
| Лакированные изделия | 0,9 | Матовая черная краска | от 0,95 до 0,98 |
| Лакированный алюминий | 0,5 | Вода | 0,98 |
| Резина (гладкая) | 0,9 | Резина (негладкая) | 0,98 |
| Пластмассы (различные, твердые) | от 0,8 до 0,95 | Пластмассовая пленка | от 0,5 до 0,95 |
| Полиэтиленовая пленка | от 0,2 до 0,3 | Бумага и картон | 0,9 |
| Полированный силикон | 0,7 | Чугун (полированный) | 0,2 |
| Чугун (обработанный при 100 °С) | 0,45 | Чугун (обработанный при 1000 °С) | от 0,6 до 0,7 |
| Сталь (ground sheet) | 0,6 | Мягкая сталь | от 0,3 до 0,5 |
| Листовая сталь (оксидированная) | 0,9 | Чугунные листы (ржавые) | от 0,7 до 0,85 |
| Чугун (необработанный) ржавый | 0,95 | Расплавленный чугун | 0,3 |
| Расплавленная мягкая сталь | от 0,3 до 0,4 | Нержавеющая сталь (полированная) | 0,1 |
| Нержавеющая сталь (разная) | от 0,2 до 0,6 | Алюминий (полированный) | 0,1 |
| Алюминий (высоко оксидированный) | 0,25 | Оксид алюминия при 260 °С | 0,6 |
| Оксид алюминия при 800 °С | 0,3 | Алюминиевые сплавы | от 0,1 до 0,25 |
| Латунь (полированная) | 0,1 | Латунь (неполированная) | 0,2 |
| Оксид латуни | 0,6 | Медь (полированная) | 0,05 |
| Медь листовая | 0,8 | Расплавленная медь | 0,15 |
| Свинец (чистый) | 0,1 | Свинец (оксидированный при 25 °С) | 0,3 |
| Свинец (оксидированный, reated 200 °С) | 0,6 | Никель (чистый) | 0,1 |
| Никель листовой (оксидированный) | от 0,4 до 0,5 | Нихром | 0,7 |
| Нихром (оксидированный) | 0,95 |