紅外測溫儀最大允許誤差測試方法的研究

鄧振進，吳碧濤，劉鵬舉，彭再明，彭明霞

湖南省醫療器械檢驗檢測所，湖南 長沙 410001

引言

紅外測溫儀是一種利用輻射原理來測量人體體溫的儀器，紅外測溫儀采用的紅外傳感器只吸收人體輻射的紅外線而不向外界發射任何射線，通過非接觸式的方法感應人體的溫度[1]。包括耳溫槍、額溫槍和紅外熱成像儀，自2019 年底爆發新型冠狀病毒肺炎疫情以來，對疫情起到十分重要的檢測和防控作用[2]。這些儀器經常長時間滿負荷地工作，一臺儀器可能平均每天需要檢測上千人的體溫，若儀器的準確性出現問題，則可造成巨大潛在危害，因此疫情當前研究其最大允許誤差具有重大意義。

1 測試依據

常見紅外測溫儀有校準模式（即物體表面模式）和體溫模式（包含額溫模式和耳溫模式）兩種，校準模式是指黑體溫度的一種顯示模式，也稱未調整模式，這時顯示的是未對發射率，身體部位等因素進行修正的溫度值[3]；體溫模式是指被測對象的溫度，并針對環境溫度、發射率、身體部位等因素修正該溫度后，輸出相應體溫的一種顯示模式，體溫模式也稱為調整模式、估算模式，此模式下顯示人體某一部位的溫度，如人體表面溫度、耳溫、額溫[4-5]。目前國內有GB/T 21417.1-2008《醫用紅外體溫計 第1 部分：耳腔式》[6]、GB/T 19146-2010《紅外人體表面溫度快速篩查儀》[7]、GB/T 19665-2005《電子紅外成像人體表面測溫儀通用規范》三個國家標準[8]，產品技術要求基本按照這三份標準制定執行，三個標準適用范圍、測試方法，見表1。

表1 標準的適用范圍、測試方法

2 測試方法

2.1 測試設備

322 標準恒溫槽：恒溫槽至少在0～80℃之間可以設定，溫度穩定度0.005℃；

耳溫槍黑體爐：腔體有效發射率≥0.998；不確定度不超過0.07℃（覆蓋因子k=2）；

額溫槍黑體爐：有效發射率≥0.96；溫度的不確定度不超過0.13℃；溫度穩定度0.05℃/10 min，有效靶面滿足紅外測溫儀試驗要求；

紅外熱成像儀的面源黑體：有效發射率≥0.97；均勻性優于0.1℃，溫度在（30℃～ 42℃之間設定，控制精度在±0.1℃以內）；

1529 四通道便攜式測溫儀：溫度測試范圍：-189℃～960℃；溫度精度：±0.024℃，溫度分辨率：0.001℃；

變頻電源：輸出電壓0～300 V、電壓穩定度≤1%、波形失真度≤3%；

溫濕度儀：溫度分辨率0.1℃，濕度分辨率：1%。

2.2 測試條件

實驗室溫度23℃±3℃，相對濕度：55 RH%±15 RH%，實驗室溫度波動應不大于0.5℃，大氣壓力：860～1060 hPa；為了減小供電網電源對溫度穩定度的影響，使用穩壓源供電，使供電電源的電壓波動率±3%，總諧波失真度≤ 5%[9]。

2.3 測試步驟

測試前在規定的試驗環境溫度和濕度條件下穩定30 min以上，若制造商有特殊規定，按制造商規定的時間進行預處理。測試前先檢查紅外光路部分是否清潔無層，如果有可移除的污染物，則需要按照制造商說明的方法進行清除，一般在使用液體清潔劑清潔之后還是要保持30 min 以上時間或制造商規定的時間[10]。最大允許誤差的測量應在校準模式下進行，校準模式的設置一般在使用說明書上找到，如果說明書上沒有提供相應的信息，請聯系紅外測溫儀的制造商。

2.3.1 耳溫槍

通常情況下，恒溫槽溫度設定穩定之后，一般需要5～10 min 就可以進行檢測。在溫度顯示范圍內，黑體溫度取間隔大致相同的三個溫度點，若有需要，可以適當增加測試點[6]；在溫度顯示范圍外，黑體溫度在低端和高端分別設置兩個溫度點；先將耳溫計的探頭插入黑體空腔的開口，注意耳溫計前端入空腔內壁開口的深度最好不要超過2 mm，測溫結束后同時記錄標準體溫計的示值和被測紅外測溫儀校準模式下的示值。當一個測量點結束之后，可以調整恒溫槽到下一個溫度點。紅外測溫儀應在每個黑體溫度下各測量3 次。對于耳溫槍，若使用說明書中說明帶一次性保護罩工作，則每次測試讀數后都應更換新的一次性探測保護罩[6]。

測量時應注意一個小的細節：如何使耳溫計瞄準耳溫計的黑體空腔，耳溫計的黑體空腔是一個軸對稱的空腔，耳溫計的測量光路也有一個光軸，當把耳溫計探頭插入開口的時候，稍微調整一下耳溫計的位置，使得耳溫計的測量光軸與黑體空腔的軸線重合，注意插入深度不要超過2 mm[11-12]。

2.3.2 額溫槍

額溫計的黑體空腔與耳溫計的不同，額溫計的黑體空腔開口要求達到50 mm。在進行額溫計測量的時候，同樣要調整被檢額溫計處于校準模式，額溫計測量時要特別注意測量的距離，一般在使用說明書上可以找到，不同的額溫計具有不同的測量距離，一般規定的測量距離1～3 cm，因此遠離額溫槍黑體空腔開口末端1、3 cm分別進行測試，當兩個測量距離條件下被檢額溫計測量值有明顯的變化時，應在原始記錄和報告當中明示測試距離[11-12]。

耳溫和額溫最大允許誤差及推薦的溫度設置點，見表2。按公式(1)計算最大允許誤差[7]：

式中：δj-最大允許誤差，℃；

tb-標準體溫計測量值（即1529 四通道便攜式測溫儀的測量值），℃；

tj-被測紅外測溫儀校準模式下的測量溫度，℃。

試驗后每個溫度點對應三個數據，分別計算出規定的溫度顯示范圍內和顯示范圍外所有數據的誤差，最大的δj值就是所測最大允許誤差。

2.3.3 紅外熱成像儀

紅外熱成像儀測量時要特別注意工作距離，一般在使用說明書上可以找到，用鋼卷尺測量距離，將標準面源黑體分別置于制造商規定的最小和最大工作距離[13]，開機運行并采集圖像，直至獲得清晰圖像，工作穩定30 min 后開始測量。重復測量黑體溫度N次，記下每次溫度測量值Ti，按公式(2)計算測溫準確度δ[8]。

表2 最大允許誤差及推薦的溫度設置點（℃）

式中：δ-測溫準確度，℃；

Tb-黑體源的溫度，℃；

Tj-每次測量的溫度值，℃；

N-測量次數。

紅外熱成像儀測溫準確度及推薦的溫度設置點[14]，見表3。

表3 測溫準確度及推薦的溫度設置點

利用紅外熱成像儀對目標溫度進行測量時，隨著工作距離的增大，大氣透過率減小而導致測溫準確度變差[15]，當距離增加時，紅外熱成像儀的瞬時視場角的視場面積也隨之增大，目標尺寸相對于瞬時視場面積的倍數必然減小，當目標不能充滿瞬時視場時，輸出信號低，導致測量誤差；當工作距離很近，目標尺寸相對瞬時視場很大[16]，測量誤差也會降低，因此準確度試驗距離必須在制造商規定的工作距離。

3 數據分析

控制實驗室環境溫度和濕度，保證溫度波動不大于0.5 ℃，使用制造商規定清潔劑清潔光路部分，調整到校準模式，穩定30 min 或制造商規定時間，黑體溫度設置點及測試結果，見表4～6。

因此，當測量光軸與黑體空腔軸線重合時， 最大允許誤差符合標準要求；當稍微調整耳溫的紅外測溫儀的位置，使測量光軸與黑體空腔軸線不重合，測量數據偏低，最大允許誤差不符合標準要求，在新型冠狀病毒肺炎疫情篩查時容易出現漏檢。

不同的額溫紅外測量儀制造商規定的測量距離不同，必須在規定測量距離最小值、最大值分別測量，且在聲稱測量距離范圍內最大允許誤差均需滿足標準要求；上述兩個測量距離測量值有明顯的變化，在1 cm 處符合標準要求，而在5 cm 處不符合標準要求，所以必須在原始記錄和報告中注明測試距離。

不同的紅外熱成像儀制造商規定的測量距離不同，必須在規定測量距離最小值、最大值分別測量，上述試驗在制造商規定最小測量距離0.3 m 時符合標準要求，但在最大測量距離5 m 時不符合標準要求，因此當測量值有明顯變化時必須在原始記錄和報告中注明測試距離。

表4 耳溫最大允許誤差及溫度設置點（℃）

表5 額溫最大允許誤差及溫度設置點（℃）

表6 人體表面最大允許誤差及溫度設置點（℃）

4 結論

紅外測溫儀試驗方法不規范，導致溫度準確度不符合要求，如果出現錯誤檢測或漏檢，對社會造成巨大的危害，因此疫情當前對紅外測溫儀的準確度進行有效的質量控制有著重要臨床意義，切實保障廣大人民群眾用械安全有效，保證數據的準確，對防止疫情地擴散起到巨大的作用。