新型冠狀病毒感染的肺炎疫情使得今年農曆新年相對比較冷清，在中央主樓值班的門衛師傅卻不清閒。來往的人員不僅需要登記，還有一項重要的過程，就是使用手持紅外測溫儀測量體溫。
人的體溫會因為很多狀況（病症）而發生變化，測量體溫可以來發現和記錄異常情況。
正常體溫是大多數人在正常情況下的平均體溫，大約在37°C（98.6°F）。每個人體溫會在此正常值上下浮動1°F(0.6°C)。
正常體溫的變化與你的活動量和一天的時間有關係，也和體內荷爾蒙激素的分泌有關係。比如當女人排卵或者來例假時體溫會有更大的升高和降低。
人體內的溫度也各不相同。直腸或者耳朵鼓膜溫度要比口腔溫度高0.3~0.6°C，而腋窩處溫度要低0.3~0.6°C。
使用普通的水銀體溫計一般需要在口腔、腋窩保持3~5分鐘。通過紅外方法測量體溫相對比較快捷，測量前額、耳朵鼓膜溫度則只需幾秒鐘時間。
使用紅外測溫傳感器測量溫度似乎很簡單。對準、按動按鈕、讀出溫度數值。然而，如果不掌握測量原理和方法，測出的溫度結果則會出現很大偏差。
測量溫度方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式的傳感器包括熱電偶、熱敏電阻、RTDs和半導體溫度傳感器等。這類傳感器輸出的信號實際上是反映了它們自身溫度的變化，需要將它們與被測溫物體充分接觸，使得它們溫度達到一致。
在有些情況下，使用接觸式溫度傳感器會遇到麻煩，比如：被測物體或者媒介在遠處，或者危險環境，不容易接觸到；被測物體在運動過程中；被測物體很小，溫度會受到傳感器的影響。使用非接觸式測溫方法可以解決這些問題。
紅外溫度計屬於非接觸式測溫，它是利用物體熱輻射與物體溫度之間的關係來工作的。
熱量通常由熱傳導、對流、熱輻射三種方式來進行傳遞。熱輻射本質上是一定波長的電磁波，波長範圍在0.7~1000微米。實際使用紅外溫度計測量熱輻射波長範圍在0.7~14微米，大多數物體在這個範圍內輻射最強。
物體吸收能量（包括熱能）會引起溫度上升，從而也會輻射熱能。在熱平衡時，吸收的熱能(Wa)等於發送的熱能(We)。物體溫度會通過兩種形式反映在輻射熱能上。
一種方式就是熱能總量與物體絕對溫度呈現四次方的關係：
We：熱輻射能力；E：物體輻射係數; σ：Stefan-Boltzmann常數。T:物體絕對溫度；A：發射面積。
通常情況下，被測物體的E,A,σ都是常量，所以可以通過測量We反過來求得物體溫度。這種方法需要事先通過標定確定E、A等參數。
第二種影響方式是物體輻射能量密度與紅外波長關係會受到溫度影響。溫度越高，輻射能量曲線峰值就越短。下圖顯示了黑體相對輻射能量在兩種溫度下的頻率曲線。
紅外測溫儀測量兩個不同波段輻射能量，通過計算獲得物體的溫度。這種方法簡便，但會受到物體表面輻射係數影響。
紅外測溫儀可以基於上述兩種原理來測量物體的溫度。通常包括有光學透鏡、紅外檢測器，信號放大和調理、ADC、結果顯示和操作界面等部分。其中紅外線傳感器是傳感器的核心。它分為兩大類：一類是溫度檢測；一類是光電檢測。
吸收紅外線引起傳感器的溫度變化，進而影響檢測器的電學性能。比如熱電堆改變極化電壓；熱電偶產生熱電壓；熱輻射傳感器改變電阻等。
基於光電檢測的傳感器響應速度很快。使用矽半導體製作紅外光傳感器，受到紅外線照射後會產生自由電子，進而改變導電性能。
測量環境中的空氣、水蒸氣以及其它遮擋物也會改變物體輻射曲線。通常在紅外溫度計中的光學部分增加不同的濾波片，只選擇特定頻率紅外線進行檢測，可以減少這類影響。
在紅外溫度計中，視野範圍（Field of View）是一個很重要的概念。溫度計顯示的數值反映了在視野範圍內的平均溫度。
紅外溫度計一般會給出視測量距離與視野半徑之間測比值。這個比值越大，在同樣的測溫距離下，測溫視野越小，反映測溫位置也精確。
在測量物體溫度時，需要根據距離以及估計出相應的視野範圍，保證物體的被測區域大於視野範圍。否則就會受到周圍環境溫度的影響導致測量數值不準確。
手邊有一款AR802B紅外測溫儀，它標註的測量距離與視野大小比D:S=12。在測量距離12釐米的距離，視野的尺寸也就是1釐米左右。
同樣有一塊半導體製冷片，它的邊長為4釐米。施加12V電壓之後，表面可以產生-10攝氏度 。它可以當做室溫環境中的一個溫度校驗塊，測試一下紅外測溫儀中的測量範圍。
使用AR802B在不同的距離對準製冷片進行掃描，可以間接測量得它的測溫視野範圍。
下圖顯示了在距離從1釐米到41釐米四種距離下，AR802B對準製冷塊方向，水平移動。在不同的橫向偏移量情況下，紅外測溫儀的讀數顯示的曲線。
在1釐米到20釐米測量範圍內，在製冷塊邊緣處，讀數從室溫降低低於0 攝氏度，水平位移距離大約是1釐米。這反映了手持測溫儀在這個距離內，它的視野尺寸保持恆定，大約是1釐米見方。
由於受到周圍環境的影響，在不同的距離所測量得到的最低溫度有差異。隨著距離的增加，最低溫度增大。
當測量距離在41釐米時，AR802B的視野就達到了4釐米左右。此時所讀出的製冷片低溫溫度誤差就增加很多。
下圖反映測量溫度低於不同溫度，測溫儀水平移動的距離，反映了被測製冷塊的寬度。
由於紅外測溫儀是根據物體輻射來測溫，是反映了物體表面的溫度，對於物體內部的溫度則無法測量。
即使物體是透明的，內部溫度和外部輻射溫度還是有很大區別。使用AR802B測量熱水壺在加熱之後溫度的變化。同時使用熱電偶伸到熱水壺內部，直接測量水溫。對比一下測量得到的溫度結果。
下圖顯示了加熱過程，兩種測量方法所得到的溫度變化。
通過紅外測溫儀中讀取的溫度要比熱電偶直接測量結果小五攝氏度左右。
如果是降溫，則紅外測溫儀中所得到的數值比內部要低。
將上面的開水泡方便麵，AR802B測量面碗內的溫度要比實際熱電偶測量內部的溫度低30~40°。
使用手持測溫儀測量體溫時，距離身體需要在20釐米之內。如果需要得到身體的真實溫度，最好是靠近耳朵，測量耳蝸內的溫度。當然，測量前需要將耳朵掏乾淨了。
原文題目：測量體溫
來源：TsinghuaJoking
編輯：米老貓