测额温传感器 如何科学测量你的体温？ 怎样打造一把有用的红外额温枪
如何科学测量你的体温？ 怎样打造一把有用的红外额温枪
如何科学测量你的体温？
这是两根合金丝，将它们焊接在一起接入一个电压表，一端插入冰水混合液，另一端使用酒精灯加热。两端的温差会让回路中产生热电势，温差越高热电势也就越大。因此即便在没有外接电源的情况下，电压表的读数也会逐步升高。
当读数显示为1.48mV时，就可以根据这样一张标准分度表得知此时工作端的温度是37°C，这样就制作出了一个简易的热电偶温度计。
既然它能测出37°C，是否可以用来对人体进行测温？答案是肯定的。只需将酒精灯替换为人体的腋窝，几分钟后就能根据电压表的读数得到大致的人体温度。
但这种方案的缺点显而易见，相比同为接触式的水银、数字体温计，热电偶温度计操作繁琐且精度不高。然而它却能实现非接触测温，前提是要进行一些改造。非接触测温的原理是利用人体辐射出的红外线加热热电偶温度计的工作端，然后根据电压表读数的变化测量出体温。
然而在实际使用中，较低的人体辐射功率使得热电偶中的温差、热电势等变化都不够明显。那么应该怎样改造它才能让它更灵敏地感知温度变化？
·首先是将热电偶的体积缩小，然后将多个串接在一起，使输出电势相互叠加形成热电堆。
·然后需要在热电堆下方添加一个硅衬底，硅衬底和热电堆之间通过沉积镀膜技术沉积一层氮化硅支撑层，通过在硅衬底的底部刻蚀一个热隔离腔体，可以保证氮化硅镀膜悬空，边缘为冷结区，中心为热结区。
·热结区上方覆盖一层薄膜材料作为吸收区，用于吸收人体的热辐射，使热结区升温。
·冷结区的温度与环境温度一致，可通过测定内置的NTC热敏电阻阻值变化来确定其温度。升温的热结区与冷结区产生温差，从而产生热电势输出电压值。
通过反复实验，可以建立目标物体温度、环境温度、输出电压之间的关系函数。在实际测量时只需将环境温度、输出电压代入公式，就能得到目标物体的温度。然而这样做出来的热电堆传感器还不够精确。
当举着它对准额头时，进入传感器视野的并不只有人体的红外辐射，还有可见光、近红外等杂波。因此需要在温度传感器上安装一个滤光片来选择特定波长的电磁波。人体的温度主要在30°C~40°C范围内，根据维恩位移定律计算出人体辐射的峰值波长主要集中在9200~9600nm之间的远红外波段。
因此可以使用8~14pm的带通滤光片就能有效过滤掉不必要的电磁波。将热电堆、NTC热敏电阻和滤光片封装在一起就组成了温度传感器，而这就是目前红外额温枪的核心元件。
温度传感器的后方是一个运算放大电路，用以将微弱的微伏级输出电压放大至毫伏级，放大后的电压再经AD模数转换输入单片机，经过内置算法输出目标物体温度示值。
最后可以在温度传感器的前方放置一个菲涅尔透镜来使传感器视野更窄、更远，加上蜂鸣器和电源就组装了一把成本大约在25元的红外额温枪。凭借非接触、响应快的特点，它现已成为新冠疫情中最重要的医疗器械之一。
问题是这把红外额温枪是否准确？正规的红外额温枪在出厂前都需要经过检定和校准。根据这份校准规范，额温枪在校准前需置于恒温恒湿的环境中稳定至少30分钟。接着将额温枪从体温模式转换为校准模式，记录被校红外额温枪的示值和标准温度。这样就得到了红外额温枪的示值校正值及实验室误差。
有了示值校正值就能修正红外额温枪，使其测量温度与标准温度保持一致，且不超过±0.3°C的实验室误差。因此正规的红外额温枪在校准模式下可以被认为是「准」的。
一个人的额头有几度，红外额温枪就能测出几度。问题是人体的额温为体表温度，并不是医学意义上的体温。医学和临床上的体温指的是人体核心温度的平均温度和额温这样的体表温度之间存在差异。想让红外额温枪测出体温就需要让它根据转换关系从额温算出体温，但想找到准确的转换关系没那么容易。
在这篇发表于2017年的论文中，研究者确定了人体核心温度额温环境温度之间的函数关系。经过实验测试表明，由额温经过函数转换得到的体温基本接近人体核心温度，但仍存在着一定的偏差。之所以出现这样的偏差是因为体表温度、核心温度分别受不同因素的影响。
对于体表温度而言，环境温度升高或对流换热系数减小都会造成其数值上升，核心温度也会随着昼夜差异、女性生理期而出现波动。这样的波动使得一一对应体表温度、核心温度几乎成了一件不可能的事情。
因此目前的红外额温枪显示的体温示值是额温的真实温度值加上由额温向人体体温转换的统计修正值。这一估测示值虽然接近了人体核心温度，但并不是真实温度，加上统计修正值一般由厂商自定。所以当使用两把不同品牌的额温枪测量同一目标物体时很可能显示出不同的示值。
因此红外额温枪不是临床上用于精确测量体温的工具，但在大规模发热筛查中仍然重要。所以当你被它顶着脑门时请放心大胆地贴近它，别担心，它并不会伤害你。
指着你脑袋测体温的“额温枪”，是什么？
最近进小区、进公司、进商场，你被“额温枪”指着脑袋测过体温了吗?
额温枪这种略显陌生的体温计，成了回家和上班的第一道关卡。和家里日常用的水银体温计、电子体温计不同，“额温枪”根据人体发射的红外线辐射能来测定体温，所以也被称作手持红外体温检测仪。
可能你平时没注意，很多公共场所都安装了红外体温检测仪，比如人们在机场车站安检时，要通过立式或门式的“全自动红外体温检测仪”。全自动的和手持的都能大范围快速筛选发热人群，只是全自动的要比“额温枪”这种手持式的贵很多，产量也少很多。
从数据对比来看，“额温枪”的产量比全自动式的要高出许多，产值却很低。也就意味着它的产量大却价格便宜。
我们将从产量和价格两方面验证一下，在抗疫实战环境下，“额温枪” 够用吗?卖的贵吗?
目前的额温枪够用吗?
根据工信部2月3日的数据，随着开工人群的返回，车站、小区、公司等场所的额温枪需求将攀升至55万台。工信部旗下的赛迪研究院预测，按目前额温枪最高15000台/天的产能，预计一个半月就能完全满足市场需求。
在各地工厂逐渐复工的情况下，目前临时需求缺口主要由上游物料供应不足引起。
尤其是缺乏作为核心组件的红外线感应器。在自然界，任何高于绝对零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射，而感应器可以接收这种红外辐射，从而转变为热图像，热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度。可以说感应器的精密程度决定了额温枪测温的准确性。
然而，有相当一部分红外线感应器依赖进口，它们在海关报关的速度将延迟额温枪的生产。
为此，国务院应对新型冠状病毒感染的肺炎疫情联防联控工作机制医疗物资保障组日前印发的《关于组织做好红外体温检测仪及配套零部件生产企业复工复产工作的紧急通知》，已经将红外体温检测仪及配套零部件等产品纳入了疫情防控重点物资生产运输保障工作。
而成品一旦产生，不用担心国内的物流运转速度。通过爬取某电商平台的商品信息，我们发现，额温枪的发货地分布很分散，有广东、浙江、四川、福建等省，也有北京、杭州、重庆、上海、深圳等地，就近发货，节省物流时间，相信需求缺口将很快得到解决。
额温枪现在卖多少钱?
物美价廉，节省成本是一款防疫物资的优秀品质。
在某电商平台上以“额温枪”为关键词搜索商品，我们得到了2260款额温枪的价格数据，手动去除额温枪的“维修”、“收纳包”、“替换头”、“预付款”等干扰性的价格数据，我们最终筛选到1318条额温枪单价的有效数据。
统计单价可以发现，额温枪的价格有时高达成千上万元，但极为少见，1318款额温计只有两款突破万元，千元区间的也很少见。
绝大部分额温枪都集中在几百元的价位，甚至低至几十元就可以买到。考虑到物资短缺造成的临时涨价现象，平时额温枪的售价可能会更低。
而作为集体测温的神器，一支几百元的额温枪可以在多个人身上多次使用，性价比算是很高了。
当然，额温枪也有令人诟病的缺点，温度总让人觉得不准。很多时候，即使你体温正常，也得在寒风中摘下帽子、摘下口罩、甚至脱了外套哆嗦哆嗦，额温枪才肯放行。你碰到过这种情况吗?
这是因为，额温枪是非接触式远程测温，周围的温度光线，和肤色深浅都会影响红外线。大部分额温枪说明书上的最低使用温度是10或15摄氏度，但北方冬天可比这冷多了，低温会削弱额温枪的精确度。
更何况，很多操作者并不知道额温枪的正确使用方法，人家明明叫额温枪，偏用来测量手腕温度，造成很大误差。
但在人员密集的公众场合，它以非接触式的卫生、随身携带的便捷、反应灵敏的效率，成为甄别疑似患者的难以替代的工具。尤其是疫情当前，额温枪的产能空前释放，预计将从2019年产量30万台跃升至2020年的65万台。
数据新闻编辑：孟融
设计：甲晨晨 校对：翟永军
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