红外耳温计的校准.docxVIP

红外耳温计的校准柏成玉原遵东王铁军(中国计量科学研究院,北京100013)摘要建立了红外耳温计校准装置,在30～50℃范围内黑体辐射源温度的扩展不确定度为38mK(k=2)。对影响红外耳温计校准结果的主要因素开展实验研究,提出红外耳温计校准实验条件。关键词红外耳温计;校准条件;测量重复性度,(V/W);为探测器接收到的辐射通量,(W);K为红外耳温计的仪器系数,包含探测器立体角,探测器受光面积因素,对于特定红外耳温计,其值为常数;εb为被测物体表面发射率;εs为探测器表面发射率;σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,其值为5.67×10-8W/(m2·K4);Tb为被测物体表面温度,(K);Ts为探测器表面温度,(K)。对应于任一确定探测器温度(Ts),可以建立探测器输出(U0)与被测物体表面温度(Tb)之间一一对应关系。红外耳温计测温时,通过测量探测器的引言体温是人体一项重要基本生理指标,是临床疾病诊断和生命状态判定的重要依据之一,尤其在严重急性呼吸系统综合症(SARS)、禽流感等大规模流行病防治及控制中,体温的快速准确测定尤为重要。红外耳温计(以下简称耳温计)具有测量速度快、耳温计本身与被测者不直接接触和对环境不产生污染等优点,应用日渐广泛。在欧洲、美国和日本等发达国家或地区,耳温计已经成为常规体温检测仪器,并已经制定完备的产品标准1-3。自2003年后,在我国耳温计被广泛应用于临床研究4、出入境口岸、公共场所体温监测和家庭保健。同时,我国已具有一定的耳温计生产能力,由此建立稳定可靠的耳温计校准方法和统一的产品评估标准成为计量科学工作一项迫切要求。为此,中国计量科学研究院建立了一套耳温计校准装置,进行耳温计校准方法实验研究,并开展了耳温计校准和型式批准工作。0输出(U和探测器温度T,计算被测物体的表面0)(s)温度(T,测量过程如图1所示。b)红外耳温计测温原理1984年,DavidPhilips发明了世界上第一台红外耳温计。红外耳温计通过测量人体耳道和(或)鼓膜的热辐射来测定人体温度。红外耳温计通常采用热电探测器为传感器,测量范围一般为32～42.5℃,探测器波长响应范围为7～13μm,在36～39℃范围内测量准确度为±0.2℃。红外耳温计测量的数学模型1-2为:1图1红外耳温计测量过程红外耳温计通常具有耳温模式、估计模式和校准模式三种工作状态。耳温模式下,红外耳温计显示的测量结果为耳温,是考虑了人体耳鼓膜和耳道共同构成的生理结构的温度分布和有效发射率等因素而测定的人体耳温。估计模式下,利用人体不同部位温度分布差异的统计结果,红外耳温计根据测定的当前耳温通过数学运算估计出处于当前耳温下时,人体其他部位对应的温度,如红外耳温计的显示U0=S·=S·K·εb·εs·σ(T4-T4)(1)bs式中,U0为探测器输出,(V);S为探测器灵敏计量技术20071No4·46·检定与校准测量结果为口腔温度、腋下温度或直肠温度等。耳温模式和估计模式都是红外耳温计用于人体温测量时所处工作状态。校准模式是红外耳温计测量标准黑体温度时所处的工作状态,是红外耳温计分度及校准时所处的工作状态。一种红外耳温计产品不一定完全具备以上三种工作状态,即可能只具有耳温模式或估计模式,但一定具备校准模式。红外耳温计的分度及校准必须在校准模式下进行。通过对红外耳温计进行特定按键操作或跳线方法可以进入红外耳温计的校准模式。红外耳温计校准实验研究红外耳温计校准的数学模型为:Δt=t-t03(2)式中,Δt为红外耳温计固有误差,(℃);t为红外耳温计测量的黑体辐射源温度,(℃);t0为参考温度计测量的黑体辐射源温度,(℃)。本文随机抽取了4个品牌的8支红外耳温计样品,利用红外耳温计校准装置,针对测量时间,测量时间间隔和探头保护罩这三个影响校准结果的主要因素展开实验研究,在理论分析及实验的基础上确定了红外耳温计校准实验条件。311测量时间对红外耳温计测量结果的影响进行耳温计校准时,将耳温计插入黑体空腔开口放置一定时间后进行测量。表1反映了将耳温计插入黑体空腔开口放置不同时间后再进行测量,耳温计示值的变化。由表1可知,对于大多数品牌,耳温计插入黑体空腔开口后放置时间的长短对测量结果有明显影响,影响幅度因品牌而异。理论分析其原因为耳温计进行测量时,辐射换热及热传导作用引起耳温计内的探测器温度变化,将对测量过程中的温度补偿信号(见图1)产生影响,进而影响耳温计测量结果。考虑到耳温计实际使用情况及提高操作重复性,确定在耳温计的校准时,将耳温计插入黑体空腔开口后立即进行测量。3.2测量时间间隔对红外耳温计测量结果的影响连续测量时,典型红外耳温计示数变化趋势如图3所示。红外耳温计校准装置红外耳温计为辐射测温仪器,采用温度准确已知的标准黑体辐射源校准。与工业用红外温度计相比,具有测量范围小,准