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【经验】红外测温仪到底准不准?影响准确性的因素是什么?

2019-02-18 Amphenol Sensors

新型冠状病毒疫情使测温产品的市场需求急速上升,红外测温仪和口罩一样,成为防疫抗灾的重点管控医疗产品。红外测温仪,常见的市场名称包括耳温枪、额温枪等,是一种常见的二类医疗设备。


随着产量的剧增和应用的增加,也有不少群众在网上反映,一些场所使用的测温仪测量不准,这是什么原因呢?这方面问题应该怎么解决?本文将从产品设计的角度,对影响红外测温仪准确性的因素进行分析。


产品分类

体温测量分为接触式和非接触式,接触式的以负温度系数热敏电阻原理(NTC: negativetemperature coefficient)为主,非接触式的以红外原理(IR: Infrared)为主:

表一:产品分类


红外测温仪产业链



图一:中国红外体温检测仪企业数量分布图


我国的红外测温设备生产企业主要集中在珠三角和长三角,这也和整个医疗器械产业的地域分布高度重合。红外测温设备的上下游相关产业链如下所示:



图二:红外测温设备产业链图


从上游供应链管理来看,影响红外测温设备准确度最关键的因素有3个:红外传感器性能,光路系统,校准系统。


本文主要讨论热电堆原理的红外检测仪(耳温枪、额温枪)。关于焦平面技术,请参考昆明物理研究所王忆锋和黄江平老师的论文《红外焦平面探测器阵列规格的发展》。


红外传感器性能


下面以市面上常见的安费诺传感器(ASTG)公司ZTP-148SR红外热电堆传感器为例,来分析传感器性能对测温准确性的影响。ZTP-148SR红外热电堆传感器结构如下图所示


图三:红外传感器产品和结构图


下表是ZTP-148SR的参数表,里面的专业术语很多。大家可以找一些相关教科书做一个系统的学习,譬如电子工业出版社的《红外物理与技术》,当然也可以在后台给小编留言,进行更详细的探讨。在这里,将会和大家一起讨论一个主要的参数---“噪声电压”


表二:ZTP-148SR参数图表

所谓噪声电压,就是这个传感器自身的热噪声幅度,如果接受到的红外信号比噪声电压还小,探测器就无法区分是噪声还是信号了。一个好的红外传感器,至少要能够区分0.03度的温差对应的红外信号。

另外,还有一个隐藏参数也需要考虑,就是传感器的长期稳定性。长期稳定性无法在出厂时进行检测,所以很多厂家都是通过老化模型进行模拟,而安费诺传感器公司(AST)作为老牌红外传感器生产企业,使用的是直接法进行评测,下图是一批放置了5年(2013年~2018年)的传感器的测试数据,可以看出:平均敏感度漂移在1%以下。

图四:红外传感器长期稳定性数据表


光路系统


图五:光路系统图


如图所示,S为感温面积,D是测温枪到被测物体的距离;S是被测物体(高温区域)的直径。


案例1(D1:S1),被测物体直径大于测温仪视场的直径,可以准确获得被测物体的温度,是最好的测温方式。


盛天集团官方网站案例2(D2:S2),被测物体直径等于测温仪视场的直径,理论上可以准确获得被测物体的温度,但是很有可能受到干扰,不推荐。


盛天集团官方网站案例3(D3:S3),被测物体直径小于测温仪视场的直径,受背景或周围物体温度的影响,难以准确获得被测物体的温度,不推荐。


测温仪的DS比越高,测温仪的视场就越小,能够准确捕捉到的目标物体也就越小。


校准系统 

盛天集团官方网站红外人体测温系统对精度的要求(0.2度)比一般的工业测温高(1~2度),所以出厂前的校准是一个非常重要的环节,下图是一个典型的红外人体测温系统的校准的过程,从图中可以看出,一套高精度校准设备非常重要,需要定期去国家计量检测中心检验标定。


图六:校准系统


医疗设备认证 

盛天集团官方网站最后,还需要提醒大家注意的一点是:人体测温设备属于二类医疗设备,销售前需要取得国家食品药品监督局的注册证,现在各大检测机构也在加班加点,指导企业规范生产流程,在提升产量的同时也要保证质量。


下面是2020年2月3日《呼和浩特晚报》的相关报道,也可以从另一个侧面帮助大家了解国家对红外测温设备准确度的重视程度(以下内容摘自《呼和浩特晚报》)。


盛天集团官方网站从前期自治区市场监管局组织现场检测校准情况看,测温仪存在问题主要如下:

一是购买产品不合格。有些使用单位通过网络渠道购买的人体红外测温仪不符合国家标准,质量不可靠。

二是许多单位和消费者使用前未进行检测校准,也未进行调试,容易产生测温偏差;

三是操作人员不了解测温仪性能,测温仪对环境温度等条件有一定要求,室外温度过低时容易停机;

盛天集团官方网站四是一些操作人员对测温时的人机距离、操作规程不掌握,造成测量失准。


盛天集团官方网站内蒙古计量测试研究院抽调专业技术人员组成现场检测服务工作组,开通人体测温仪等计量仪器检测业务24小时绿色通道,做到检测业务全时受理、快速检测。


最后,向所有奋斗在一线的医护人员表示最崇高的敬意!向所有奋斗在产线的医疗设备上下游从业人员表示最诚挚的谢意!大家齐心协力,共克时艰,相信走出困境后,我们的医疗系统和供应体系都会上一个新的台阶!


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  • 闲云 Lv7. 资深专家 2019-02-21
    学习了,好资料
  • tiankai001 Lv3. 高级工程师 2019-02-21
    非常全面,详细的经验分享,有图有真相,有理论有依据。
  • 用户63147486 Lv3. 高级工程师 2019-02-21
    学习了
  • lizzy Lv4. 资深工程师 2019-02-21
    谢谢分享
  • ACE Lv5. 技术专家 2019-02-20
    学习了
  • terrydl Lv8. 研究员 2019-02-19
    学习了
  • 134******99 Lv7. 资深专家 2019-02-19
    得益不浅!!!
  • maomao Lv7. 资深专家 2019-02-18
    不错的资料~~
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