En temperaturpistol— en typ av infraröd termometer – fungerar genom att mäta mängden infraröd strålning som sänds ut av ett föremål. Den emitterade IR-strålningen fokuseras på en termostapel med hjälp av en lins; termostapeln omvandlar sedan termisk energi till elektrisk energi, och slutligen används dessa elektriska signaler för att bestämma kroppens temperatur.
Om du skulle bege dig ut just nu (även om du inte borde göra det i de flesta delar av världen), är chansen stor att du kommer att hållas fast vid pistolhot. Oroa dig inte, i motsats till andra tider kan den här pistolen hjälpa dig att överleva!
A temperaturpistol, även känd som en laser- eller beröringsfri termometer, är en infraröd termometer som mäter temperaturen på ett föremål från ett visst avstånd. Ursprungligen avsedda att mäta temperaturen på rörliga föremål och otillgängliga ytor, temperaturpistoler har hittat sin väg in på sjukhus och de senaste månaderna har de blivit allestädes närvarande.
Temperaturpistoler tillåter snabbare och säkrare temperaturkontroller. (Fotokredit: JETACOM AUTOFOCUS/Shutterstock)
Temperaturpistoler används på flygplatser för att kontrollera passagerare, av butiksinnehavare för att kontrollera inkommande kunder, på uppfarter och alla andra möjliga områden, men hur fungerar dessa pistoler? Ska vi inte sticka en termometer under armhålorna eller föra in den under våra tungor för att mäta vår kroppstemperatur?
Tja, inte längre!
Svart kroppsstrålning
Infraröda termometrar drar fördel av det faktum att alla föremål, inklusive människor, har en temperatur över absolut noll, avger värme i form av termisk strålning. Detta är ett begrepp som kallas svart kroppsstrålning.
Absolut noll (motsvarande -273,15 grader Celsius eller -460 grader Fahrenheit) är den lägsta möjliga temperatur ett objekt kan uppnå och även en punkt där atomer uppvisar konstigt och exotiskt beteende. Men vid alla temperaturer över absolut noll är atomer i ett konstant rörelsetillstånd och har kinetisk energi. Ju högre temperatur, desto mer kinetisk energi har atomerna/molekylerna. När elektronerna i dessa exciterade atomer hoppar från en bana (energitillstånd) till en annan eller när två exciterade molekyler kolliderar, sänds ut energi i form av elektromagnetisk strålning. Denna typ av elektromagnetisk strålning, som emitteras enbart av den kinetiska energin och rörelsen av partiklar i materia, klassificeras som termisk strålning.
Eftersom den är en delmängd av elektromagnetisk strålning, omfattar termisk strålning mer än en enda våglängd. Det inkluderar radiovågor, infraröda vågor och synligt ljus. Vilken typ av värmestrålning som avges beror på källtemperaturen. Som nämnts tidigare, ju högre temperatur, desto snabbare rör sig molekylerna, så desto större mängd strålning släpps ut. Vid tillräckligt höga temperaturer börjar föremål utstråla synligt ljus.
Solen finns till exempel vid en temperatur nära 5 600 Celsius och avger det mesta av sin värmestrålning som synligt ljus. Människor och alla djur, å andra sidan, sänder ut infraröd strålning som ligger precis under synligt ljus i det elektromagnetiska spektrumet.
En termisk karta över människokroppen skapad baserad på infraröd strålning. (Fotokredit: PATARA/Shutterstock)
Stefan-Boltzmann lag
Kunskapen om infraröd strålning som sänds ut av människor och djur har mestadels använts för värmeavbildning. En infraröd termometer tar detta ett steg längre och sätter en siffra på mängden värmestrålning som avges. IR-termometrar gör detta genom att använda Stefan-Boltzmann-lagen.
Lagen säger: termisk energi som utstrålas per ytenhet per tidsenhet av en svart kropp är proportionell mot fjärde potensen av dess absoluta temperatur.
Matematiskt,
E ∝ T
4
Här är E strålningsenergin som emitteras per ytenhet per tidsenhet och T är objektets absoluta temperatur.
När tecknet på proportionalitet tas bort, en konstant term känd som Stefan–Boltzmann-konstanten (σ = 5,67 x 10 –
8 Wm
–
2K
–
4) läggs till i formel.
E = σT
4
Ovanstående ekvation relaterar strålningsenergi till temperaturen hos en svart kropp, en kropp/objekt som absorberar all strålning som infaller på den. En perfekt svart kropp existerar dock inte ännu (även om Vantablack kommer ganska nära), så ovanstående ekvation måste justeras för alla andra vanliga objekt.
E = eσT
4
Formeln modifieras genom att lägga till en term som kallas emissivitet (e). Detta är förhållandet mellan strålningsenergi som emitteras av en vanlig yta och strålningsenergin som emitteras av en svart kroppsyta vid samma temperatur. Emissivitetsvärden sträcker sig från 0 till 1. En emissivitet på 1 representerar en perfekt svart kropp och 0 representerar en perfekt reflektor. Människohud har ett emissivitetsvärde mellan 0,97 och 0,99! (Källa)
Hur en temperaturpistol fungerar
A en typisk infraröd termometer har följande delar – en laser, en konvergerande lins, en IR-sensor (termopil), en omgivnings-/referenstemperatursensor, en förstärkare och andra elektroniska komponenter för att konvertera och visa resultaten i numeriska värden.
Komponenter i en infraröd termometer
När du riktar temperaturpistolen mot något eller någon och skjuter, en laser släpps ut från termometern. Lasern har dock ingen funktionell användning och det är inte heller det som faktiskt mäter temperaturen. Lasern är endast närvarande för att hjälpa till att noggrant pinpointa/rikta mot objektet som ska mätas.
Infraröd strålning, liksom synligt ljus, kan reflekteras, absorberas och koncentreras. Således fokuseras IR-strålning som sänds ut av ett föremål eller en människa först på termostapeln inuti temperaturpistolen med hjälp av en konvergerande (konvex) lins. Nästa är en termostapel, en elektronisk enhet som omvandlar termisk energi till elektrisk energi. Termostapeln är gjord genom att stapla flera termoelement i antingen en serie eller parallell konfiguration.
Temperaturen av termostapeln ökar med mängden strålning som faller in på den. Den motsatta sidan (den som är vänd mot den andra sidan av pistolen) av termostapeln håller sig dock vid en något lägre temperatur, eftersom infraröd strålning inte direkt infaller på den. Denna skillnad i temperatur leder till utvecklingen av en spänningsskillnad, och därmed elektricitet (termoelektrisk effekt). Den elektriska avläsningen förstärks sedan med hjälp av en förstärkare.
I slutändan förs den elektriska avläsningen igenom till en typisk datainsamlingskrets och den slutliga temperaturavläsningen visas på en LED-panel i Celsius eller Kelvin.
En omgivningssensor som finns nära termostapeln hjälper till att kompensera för all värmestrålning som kommer in i temperaturpistolen från själva atmosfären.
En optisk chopper är en annan komponent som ofta ingår i temperaturpistoler. En elmotor driver den optiska choppern och hjälper termostapeln att ta emot strålning på två olika våglängder. De består också av olika emissivitetsinställningar för att hjälpa till att kontrollera temperaturen på olika föremål. IR-termometrar karakteriseras baserat på deras avstånd-till-punkt-förhållanden (D:S) och uppenbarligen representerar detta tal förhållandet mellan storleken på fläcken/området som mäts och termometerns avstånd från fläcken. Ju större D:S-förhållande, desto större räckvidd och noggrannhet har IR-termometern.
Temperaturpistolapplikationer
En temperaturpistol har stor användning i olika industrier. Det används främst av brandmän för att leta efter heta punkter under släckning av en brand, inom tillverknings- och elektronikindustrin för att övervaka maskintemperaturer, prestanda hos värme-/kylsystem, isoleringssystem, bilmotorer, inspektion av elektriska paneler och andra temperaturkänsliga elektriska delar , etc. En IR-termometer kan också användas för att säkerställa livsmedelssäkerhet genom att övervaka värmarens/ugnstemperaturen och livsmedelstemperaturen, samt inom jordbruket för att bland annat övervaka växt- och jordtemperatur.
Den viktigaste tillämpningen av en temperaturpistol på senare tid har varit för allmän säkerhet. Temperaturpistoler möjliggör enklare, snabbare och säkrare temperaturkontroller av ett större antal människor på platser som flygplatser. De har tidigare varit anställda för att kontrollera resenärer för feber under epidemiska händelser som ebola och SARS. Nu används tekniken för att verifiera potentiella fall av covid-19.
Temperaturkontroller har blivit en oumbärlig del av allas reseupplevelse. (Fotokredit: VectorMine/Shutterstock)
Att använda en temperaturpistol minskar risken för korskontaminering och spridning av sjukdomar på grund av dess beröringsfria tillvägagångssätt. Dessutom erhålls temperaturavläsningarna i en mycket snabbare takt än traditionella metoder. En temperaturpistol bör dock endast användas för att screena patienter, inte för att diagnostisera dem.
temperaturavläsning som visas av en IR-termometer påverkas av en mängd olika faktorer. Detta inkluderar hur och var IR-termometern används och dess kalibrering. Viktiga punkter att tänka på inkluderar placeringen av lasern på pannan, att säkerställa att kropps- och panntemperaturen inte har påverkats på grund av överdriven klädsel eller användning av huvudskydd, som kepsar eller kosmetika för ansiktet, eller miljön (dvs. ta inga avläsningar i direkt solljus).
Medan exaktheten hos temperaturpistoler alltid har diskuterats, Med tanke på det aktuella scenariot (volymen temperaturmätningar, antalet kroppar som ska screenas och den höga risken för kontaminering) verkar användningen av en något felaktig men icke-invasiv teknik som en temperaturpistol över mer exakta men invasiva metoder vara avgörande !
The Measurement, Instrumentation, and Sensors: Handbook redigerad av John G. Webster
This website uses cookies so that we can provide you with the best user experience possible. Cookie information is stored in your browser and performs functions such as recognising you when you return to our website and helping our team to understand which sections of the website you find most interesting and useful.
Strictly Necessary Cookies
Strictly Necessary Cookie should be enabled at all times so that we can save your preferences for cookie settings.
If you disable this cookie, we will not be able to save your preferences. This means that every time you visit this website you will need to enable or disable cookies again.
