Что означает surface на термометре

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

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.

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.

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:

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.

Табл. 2 Сравнение ИК термометра и контактного термометра

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.

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?

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.

Источник

Non-contact Digital IR Laser Infrared Thermometer Body Surface Forehead Temperature

Бесконтактный термометр (пирометр).

Кто хоть раз измерял температуру тела у ребёнка, тот знает, как нелегко это сделать. Особенно нелегко померить температуру у больного ребёнка. Он то хнычет, то во время измерения температуры (аксиллярно) двигает рукой, в итоге имеем либо неправильно измеренную температуру, либо измученного малыша с плохим настроением. Как бы хотелось минимизировать время измерения температуры. Электронные градусники не слишком выигрывают по времени у ртутных термометров, поэтому в своих поисках я решил остановиться на бесконтактном термометре.

Для себя я выбрал модельку на AliExpress с диапазоном измерения от 32 до 43 градусов. Данный термометр выбрал только потому, что у него узкий температурный диапазон, который перекрывает все потребности измерения температуры тела.
Заказал термометр и стал ждать.
Продавец быстро упаковал и отправил посылку. Дошла она ко мне с учётом китайских праздников за месяц. Когда получил посылку, при беглом осмотре мне не понравилась упаковка. Я знал, что термометр будет без коробки, но думал, что его хотя бы обмотают в стрессовую плёнку. А оказалось, что продавец ограничился обычным пакетом, проклеенным внутри стрессовой плёнкой. Пока нёс домой посылку, на ощупь мог спокойно оценить, что находится в пакете, а если приложить усилия (а они были, судя по виду посылки), то механических повреждений не избежать.
Вид посылки:

Вот так посылка выглядела изнутри

Достаю термометр, тщательно его осматриваю. Никаких повреждений нет (облегченно вздыхаю, могло быть хуже). Осматриваю посылку – нет инструкции. Эти китайцы даже здесь сэкономили. Ладно, мы не гордые, из-за такой ерунды ругаться не будем. Лезу в сеть, ищу инструкцию. Пять минут – и я читаю инструкцию на русском и на английском языках (копии инструкций выложу в конце обзора).

В принципе, устройство несложное, методом тыка можно разобраться, но для некоторых настроек инструкция пригодилась.

При тщательном осмотре ставлю термометру пять с минусом по пятибалльной шкале за качество изготовления. Есть некоторые наплывы при литье пластика, но, по большему счёту, это мои придирки, так как рукой они не чувствуются и в глаза не бросаются. Термометр легко ложится в руку, по эргономике пятёрка.
Сравнительные размеры:

Расстояние между большими рисками равно 1 см.

Дисплей и кнопки

Кнопок под дисплеем всего четыре.
1) Левая и правая кнопка с треугольниками (один направлен вверх, второй вниз). Этими кнопками перебираются показания в архиве и меняются настройки
2) Нижняя кнопка Mode. Этой кнопкой переключается единицы измерений – градусы Цельсия или Фаренгейта. При длительном нажатии – вход в меню настроек (описание ниже по тексту)
3) Верхняя круглая кнопка включает/отключает подсветку и лазерный указатель. Включение и выключение происходит по следующему алгоритму: каждое нажатие производит переключение – включение подсветки дисплея – включение лазерного указателя – выключение подсветки дисплея – выключение лазерного указателя. Далее переключение идёт по кругу.

Под ручкой находится главная кнопка – «курок». С помощью неё происходит включение устройства для замера температуры. Через 7 секунд дисплей гаснет. Если в это время пользоваться кнопками под дисплеем, то выключение дисплея происходит через 7 секунд после последнего нажатия.

Но прежде всего, чтобы устройство заработало, нужно вставить батарейку (крона). Для этого откидываем защитную крышку на рукоятке (она на защёлках) и подсоединяем батарейку.

При каждом включении на экране сначала загорается вся индикация

Примерно через секунду после включения звучит сигнал и на экране появляются показания

Немного расскажу о дисплее и его показаниях. На нем все сделано удобно, данные хорошо читается.

По центру дисплея высвечиваются крупные цифры – это показания прибора. Справа от показаний прибора указаны единицы измерений. Если батарейка имеет низкий заряд, то появляется индикатор батареи.
Нижняя строка – это архив. Архив вмещает в себя 32 измеренных значения, потом затирает показания по кругу. Для примера, нижняя строка на предыдущей фотографии (LOG 22 35,8) означает следующее: было сделано 22 замера, последний замер 35,8 градуса. Пока экран включен, можно перемещаться по показаниям с помощью боковых кнопок.
Верхняя часть экрана состоит из двух строк.
Строка «HOLD» отображается всегда. Строка «Body temp» отображается, когда включен режим измерения температуры тела (диапазон 32-43 градуса). Как ни странно, но данный термометр имеет два режима измерения – температура тела (body), и температура поверхности (Surf). Последний режим имеет диапазон 0-60 градусов. Переключение диапазонов производится в настройках (описание ниже по тексту).
В верхней строке справа есть ещё две пиктограммы:
Пиктограмма динамика – появляется по окончании замера, одновременно раздаётся звуковой сигнал либо тройной звуковой сигнал, если температура превысила уставку (уставка задаётся в настройках, по умолчанию выставлено 38.0 градусов).
Пиктограмма лазера – показывается, если при нажатии на курок идёт подсветка лазером. Нужно для удобства наведения прибора. По мне так данная функция лишняя, а в руках детей ещё и опасная.
С экраном, вроде, все понятно. Без подсветки, читаемость экрана на свету хорошая. Углы обзора большие.

Начал измерять температуру себе, потом жене и ребёнку. Замерив несколько раз, пришёл к выводу, что показания термометра немного завышаются (приблизительно, на 0,2-0,3 градуса). В инструкции сказано, что термометр можно калибровать, главное – найти эталон температуры.
Для начала я попробовал делать измерения на воде, но от этой затеи пришлось отказаться. Так как показания воды, замеренные пирометром, отличаются от замеров воды ртутным термометром примерно на 2 градуса, решил все-таки эталоном температуры сделать температуру собственного тела. Кстати, делал замеры воды в термосе со стеклянной колбой: расхождения увеличились ещё на полградуса и стали больше относительно ртутного примерно на 2,5 градуса.
По поводу измерения температуры есть некоторая информация. Специально не выкладываю её в основном тексте, чтобы не засорять обзор.

Проблема правильного измерения температуры гораздо сложнее, чем кажется. Возможные сложности и погрешности, которые могут возникнуть в процессе измерения температуры тела, редко учитываются на практике, что становится причиной получения ложных «завышенных» или «заниженных» показателей температуры.

Правильность показаний термометра
Несмотря на тот факт, что конструкция и принцип работы многих термометров (особенно ртутных) далеки от совершенства, большинство людей привыкло слепо верить показателям термометра. Столкнувшись с проблемой длительного, но незначительного повышения (или понижения) температуры тела следует, в первую очередь, поставить под сомнение правильность работы градусника (термометра). Для того, чтобы проверить результаты измерения температуры, следует перемерить ее другим термометром (лучше другой конструкции). Этот простой совет может сэкономить много времени и денег, которые могут быть потрачены на визиты к врачу и обследования, причиной которых являет неисправно работающий термометр.

Место измерения температуры
Вопреки распространенному убеждению, измерение температуры в подмышечной впадине является наименее информативным и чаще всего становится причиной получения неправильных результатов. Тело человека – это неоднородная физическая среда, разные участки которой охлаждаются и нагреваются в разной степени, и, следовательно, имеют разную температуру. Например, в центре организма человека и внутри некоторых внутренних органов нормальная температура может достигать 38-39 С, а на поверхности кожи, при нормальной влажности и комнатной температуре 33-34 С.

Существует несколько методов измерения температуры:
Измерение температуры в ротовой полости – это удобный способ измерения температуры, однако на его результаты может повлиять частота дыхания, недавний прием горячей или холодной жидкости, дыхание через рот и т.д. При измерении температуры в полости рта необходимо воздержаться от приема пищи и жидкости, а также от курения за 1 час до измерения.

Измерение температуры в прямой кишке – как правило, температура в прямой кишке является на 0,3-0,6 С выше температуры в полости рта. Следует учитывать и тот факт, что после большой физической нагрузки или после горячей ванны, ректальная температура может повыситься на 2 градуса и больше.

Измерение температуры в ушном канале считается самым точным, на данный момент, методом измерения температуры тела (при условии использования специального термометра). Однако, несоблюдение правил измерения температуры, что часто встречается при измерении в домашних условиях, может привести к ошибочным результатам.

Измерение температуры в подмышечной впадине – как уже было сказано выше, считается наименее точным методом. Кожа человека является главным органом терморегуляции, а в подмышечной впадине очень много потовых желез, поэтому измерение температуры на поверхности кожи в подмышечной впадине не всегда дает точный результат.

Температура тела является одним из физических параметров человеческого организма и вопреки распространенному убеждению, она НЕ ДОЛЖНА быть неизменной и находиться всегда на уровне 36,6 С. Незначительное, по физическим меркам, (на 0,4-1,0 С) отклонение от магического числа «36,6» расценивается многими людьми как «повышенная температура», что совершенно неправильно.

Согласно данным многочисленных исследований, средняя нормальная температура тела большинства взрослых людей – составляет не 36.6, а 37 С.
Более того, нормальная температура значительно варьирует (от 35,5 С до 37,5 С) у разных людей в зависимости от физиологического состояния их организма, времени суток, места измерения, физической нагрузки, гормонального статуса, а также от факторов окружающей среды (влажность, температура в помещении).

У здоровых людей температура тела изменяется на протяжении суток примерно на 0,5 С. Как правило, самая низкая температура тела отмечается между 4 и 6 часами утра, а самая высокая – между 16 и 20 часами вечера. Таким образом, подавляющее большинство жалоб на скачки температуры до 37 – 37,5 к вечеру объясняются обычным физиологическим повышением температуры.
У каждого человека свой собственный дневной ритм изменения температуры тела, который меняется в зависимости от часового пояса, режима работы и отдыха, и т.д.
У женщин, кроме дневных вариаций, температура тела также меняется на 0,3 – 0,5 градусов на протяжении менструального цикла: температура тела немного повышается при овуляции, и самые высокие цифры (до 38 – 38,3 С) наблюдаются между 15 и 25 днем менструального цикла длиной в 28 дней.
Также температура тела может повыситься после еды, после курения и в случае психического возбуждения (после стресса).

У детей, нормальной считается температура тела до 37,5 С, если кроме нее нет никаких других симптомов болезни. У детей постарше температура тела может повыситься после активной игры.

У пожилых людей температура тела повышается меньше чем у более молодых лиц.

У некоторых здоровых молодых людей, особенно у женщин, отмечается стойкая слегка «повышенная» температура тела (от 37,5 до 38,0 С), которая не имеет никакого клинического значения и не является признаком болезни. В медицинской литературе такая температура считается вариантом нормы и не требует дополнительного обследования.

Что такое нормальная температура тела.

Итак, давайте для начала разберемся, что считается нормальной температурой тела, и когда ее уже можно назвать высокой. Почему считается нормой температура тела 36,6°С? Потому, что однажды американский ученый решил провести тестирование на очень большом количестве людей, и пришел к средней температуре 36,6°С. Отсюда и корни. Но это вовсе не значит, что температура 36,7°С или 36,8°С это уже не норма. Нормой принято считать 36,6°С плюс-минус 0,5 градуса. У каждого человека своя индивидуальная температура и ее нужно знать. Для этого нужно измерить температуру в состоянии покоя, когда вы себя прекрасно чувствуете. Существуют еще и возрастные нормы. Дом советов приводит верхние границы норм температуры тела, измеренной в подмышечной впадине:

старше 65 лет – 36,3°С

Что влияет на температуру?

Следует учитывать тот факт, что температура тела в течение дня меняется: утром она ниже, вечером – выше;
После горячего обеда или чашки чая температура поднимается;
Физическая нагрузка способствует повышению температуры;
Волнения, беспокойства также способствуют повышению температуры.

Температуру тела обычно все измеряют подмышкой (аксиллярной). Но есть любители измерения температуры во рту (оральная), в заднем проходе (ректальная) и в ухе (тимпаническая). Она, конечно же, отличается от температуры, измеренной подмышкой, и вот эти цифры, которые вы должны знать, чтобы не впадать в панику при виде высокой цифры:

Оральная температура выше, чем в подмышечной впадине на 0,3 – 0,6°С

Ректальная температура выше, чем в подмышечной впадине на 0,6 – 1,2°С

Тимпаническая температура выше, чем в подмышечной впадине на 0,6 – 1,2°С

Испытания и калибровка прибора:
Измерения проводил аксиллярно. Замерив температуру ртутным термометром, электронным и пирометром я выяснил, что расхождение между ртутным и электронным 0.0 градусов, а между ртутным и пирометром составляют 0,2 градуса. Данную поправку ввёл в настройках.
В итоге, после поправки решил провести финишные испытания.
Сначала замер под правой подмышкой
Замер электронным термометром:

Замер ртутным термометром

Четыре замера пирометром. Специально делал замеры в разным местах подмышечной впадины

Аналогичные замеры под левой подмышкой
Замер ртутным термометром

Четыре замера пирометром.

Аналогичные замеры сделал у жены: расхождения не более 0,1 градуса относительно ртутного термометра.
На данном этапе точность считаю приемлемой.

Теперь немного расскажу о настройках прибора. Их не так много, но они есть.
Как я писал выше, чтобы попасть в меню настроек, необходимо в течение 2-3 секунд удерживать нажатой кнопку Mode. Всего существует 4 пункта меню, которые называются F1, F2, F3, F4. Перемещение по меню осуществляется боковыми кнопками, выход – нажатием на «курок» термометра. Теперь подробно о каждом пункте.
Первый пункт меню F1. В этом пункте выбирается значение уставки. Если температура выше значения уставки, то показания начинают мигать, а звуковой сигнал раздается трижды (при включенном сигнализаторе). Ввод уставки осуществляется боковым кнопками

Третий пункт меню F3. Этот пункт включает или отключает звуковой сигнализатор. Боковыми кнопками можно установить всего два значения On (включен), Off (выключен). Одновременно с выбранным условием либо показывается пиктограмма динамика, либо нет.

Четвертый пункт меню F4. Этот пункт переключает режимы измерения – тело (body) или поверхность (Surf). Диапазон измерения в режиме body от 32.0 до 43.0 градусов. Диапазон измерения в режиме Surf от 0.0 до 60.0 градусов. В пункт F4 можно попасть, если перебирать пункты меню левой боковой кнопкой, то есть перебор пунктов меню происходит по алгоритму F1 — F2 — F3 — F4 — F1 и так далее. Если нажимать правую боковую кнопку, то перебор пунктов меню происходит по алгоритму F1 – F3 – F2 – F1.

По меню все написал. По измерениям хочу добавить несколько слов.
Если температура измерения меньше, чем диапазон измерения термометра, то на дисплее высвечивается значение — Lo. Я так понимаю, это сокращение от слова Low (низкий).

Если температура измерения больше, чем диапазон измерения термометра, то на дисплее высвечивается значение — Hi. Это, соответственно, от слова High (высокий).

Точных показаний можно добиться, если поднести термометр близко к телу. Я замеряю, поднеся термометр почти вплотную к телу или оставляя миллиметров 5-10 зазора. На самом приборе написано, что расстояние до поверхности должно быть 5-15 см, но в этом случае термометр захватывает большую поверхность измерения, тем самым усредняя показания (негативно сказывается на точности)

Инструкции приборов.
Оригинальная английская
Русская, но прибор немного другой (кнопки управления вынесены на боковую поверхность).

Плюсы:
1) Очень быстрое измерение температуры (около 1 сек). Это самый важный показатель прибора
2) Удобство измерения. Прибор не сложный. Если не вдаваться в настройки, то достаточно взять термометр в руки и нажать на «курок».
3) Хороший дисплей, который хорошо читается как днем, так и ночью.
4) Память на 32 измерения.
5) Приемлемая точность измерения.

Минусы:
1) Лазер. Я вообще не понимаю, зачем термометру для тела нужен лазерный указатель. Если бы данная опция включалась бы в меню, то данный пункт в минусы я не записал. Хоть на самом приборе написано предупреждение на английском, но детям ведь трудно объяснить, чтобы они не нажимали другие кнопки. Возможно, заклею отверстие лазера изолентой.
2) Размер прибора. Десять раз подумаешь, взять ли подобный прибор с собой на курорт.

Придирки:
1) Боковая кнопка увеличения сделана слева, а уменьшения справа. Всегда считал, что подобные вещи должны быть наоборот. Мы ведь читаем слева направо, нумерация у нас тоже слева направо. По инерции жмешь на левую кнопку, желая посмотреть предыдущие замеры, а в итоге идешь по кругу.
2) В идеале, хорошо бы иметь в архиве дату и время замеренных значений. Подобная индикация у меня сделана на тонометре.

Вывод: Все мои ожидания на данный термометр оправдались – замеряет быстро, точность приемлемая, минусы не существенные. Однозначно, полезная вещь для дома. Настоятельно рекомендую к покупке.

Источник