Как работает бесконтактный термометр для измерения температуры тела

Пару слов в защиту инфракрасных градусников

Сезон простуд вроде бы завершается, но начинается переходные период, первые походы без шапки и шарфа, потому что «вроде бы потеплело», и так или иначе возрос спрос на инфракрасные градусники. А с ним и возросло количество возврата таковых «по браку»: «не измеряют», «показывают то 33, то 38» и т. п.

На самом деле: из всех вернувшихся «бракованных» термометров ни один не был сломан, напротив: все работали абсолютно корректно и точно. И, наверное, уместно сказать пару слов в защиту.

Проблема с подобными градусниками возникает, вероятно, куда чаще, чем кажется. Здесь, на Geektimes, инфракрасным термометрам, или пирометрам, посвящено довольно много разного рода материалов, а весь остальной интернет словно бы слышит о них впервые.

По большому счету все проблемы возникают потому что:

• Нет понимания, как измерять
• Нет желания читать инструкцию
• Нет желания менять батарейки

Все они так или иначе должны соответствовать «Федеральному закону о единстве измерений», чтобы обеспечить «потребности граждан, общества и государства в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства».

Они так или иначе регулируются Межгосударственным стандартом «ГОСТ 20790-93»: ПРИБОРЫ, АППАРАТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕДИЦИНСКИЕ. Также есть ASTM E1965, посвященный инфракрасным термометрам и, если копать, наберется такое количество бумаг, документов, сертификатов и отчетных тестов и общих, и по каждой единице в отдельности, что «лень читать».

Все эти документы (Пример от A&D в электронном виде) разработчики получают, чтобы пользователь мог сделать измерение за пару простых шагов, и тут снова:

• Прочитать инструкцию
• При необходимости заменить батарейки

Как работает инфракрасный термометр

Тоже проблема. В сети полно вопросов, многие сомневаются, надо или нет. В основном, понятное дело, на женских форумах.

Несмотря на то, что лучшим объяснением можно считать экспертный ответ с Mail:

Есть объяснения и куда более пространные: «Инфракрасные термометры измеряют поверхностную температуру объектов. Оптика прибора улавливает излучённую, отражённую и переданную (transmitted) энергию и фокусирует её на детекторе. Электроника прибора выдаёт величину этой энергии и преобразует её в цифровую величину температуры на экране прибора. Лазер, встроенный в прибор, используется только для целеуказания».

Собственно, как только доходит до этого, сразу рождается еще больше вопросов. Для торговли в сети или в аптеках куда проще и логичнее будет выглядеть нечто такое: «Человеческое тело, так же как и любой другой физический объект, температура которого отлична от абсолютного нуля, является источником инфракрасного излучения. Чем интенсивнее ИК-излучение, тем выше температура человека — именно на этом принципе работают приборы ночного видения, выделяющие контур человека на фоне более холодной окружающей среды».

Как работает конкретный инфракрасный термометр

В подавляющем большинстве случаев возвраты «по браку» происходят от мужчин. Анекдотическая ситуация, описывающая процесс обращение мужчины к инструкции тогда, когда уже все сломано, работает. Это связано с тем, что в описаниях такого типа термометров сказано все довольно общо:

1. Поднеси к телу
2. Нажми кнопку
3. Измерения за секунды

Один мы проверяли. Основная проблема была в том, что «он показывает температуру сразу с большим разбросом в несколько градусов». Вот результат:

Эту конкретную Medisan’у надо было предварительно «откалибровать», выбрать «место», с которого будет измерение: лоб и тело и дождаться завершения подсветки. В результате — одной проблемой меньше.

Вчера — B.Well с той же проблемой: «от 33 до 38». Модели B.Well попроще в плане настройки. И если все делать правильно, тоже больших проблем не будет:

При этом, стоит сказать, что одну из проблем, связанных с минимизацией погрешности, производители решают сами, еще на уровне формы. Что B.Well, что Medisana устроены таким образом, чтобы в руке они «сели» правильно, и датчик находился в правильном направлении ко лбу, ровно:

Какие могут быть общие рекомендации

Во-первых, так как это технология, для корректного воспроизведения требуются определенные условия. Безусловно, это несколько сложнее, нежели сунуть градусник под мышку. Однако это не должно смущать.

Например, рекомендации для корректного измерения давления цифровыми тонометрами: сядьте спокойно, желательно в течение получаса пребывайте в расслабленном состоянии, — воспринимаются нормально.

А вот для термометров: не измеряйте прямо с улицы, не сидите долго возле батареи перед замером и т. п. — такие советы принимаются со скепсисом.

Затем надо понимать, что нормальная температура на разных частях тела — разная. Это также, как выясняется, знают далеко не все. Можно погуглить картинки или текстовые материалы на этот счет:

Также стоит учесть незначительные расхождения по возрасту:

Также мы рекомендуем всегда менять батарейки. Это вообще отдельный разговор, и также почему-то считается чем-то странным. Мол, я же беру градусник за 1000 — 3000 рублей, так еще и батарейки менять?!

С другой стороны, опять зеркальный пример. Скажем, инсулиновая помпа Accu-Chek корректно работает только с батарейками Duracell. Они стоят сильно дороже, чем, например, GP. Но ничего не поделать! Средняя стоимость Accu-Chek — около 100 000 рублей. Ничего, терпят же.

Насколько это корректно сравнивать и от чего больше зависит жизнь человека? От корректной работы инфракрасного градусника или от корректной работы инсулиновой помпы? — Вопросы этики.

Без батареек

Было бы странно предположить, что в категории «умной электроники», подключаемой к смартфону, никто ничего не предложит. Есть термометр, который не надо заряжать — Croise.A. У него есть отметка FDA.

Он может казаться неудобным при замере температуры на себе: градусник подключается в Jack, его надо поднести ко лбу и нажать кнопку в приложении. Однако для измерения объектов или температуры другого человека — он годный.

Цена

Еще один фактор, который, вероятно, становится причиной возврата. Ртутный градусник стоит в «Аптеке 36,6» 120 рублей. Инфракрасный — в среднем — от 1000. Температуру мы замеряем не так часто, и вроде как нужен-то такой градусник только для того, чтобы быстро сделать замер маленькому ребенку. Надо ли переплачивать?

Точность

Не знаю, насколько наши попытки заступиться и «реабилитировать» успешны, а доводы верны, но за все время тестирования ни одного брака — не было. Так или иначе мы тестируем все возвраты перед тем, как отправить производителю, но тут везло.

Если будет реальный брак — то, разумеется, тут все по законам/гарантиям и т. п. Обмен, возврат и прочие процедуры, но до сих пор, судя по всему, претензии возникали по каким-то другим причинам, часть из которых мы попытались найти.

Так что если у вас было размышление, на тему, покупать или нет. Точно/не точно. Проблемно/не проблемно. С инфракрасными градусниками известных брендов, которые можно купить в аптеке, в подавляющем большинстве случаев все в порядке, и проблем быть не должно.

Как это работает. Бесконтактный термометр

Бесконтактные, или инфракрасные, термометры измеряют температуру тела на расстоянии. В пандемию они приобрели особую популярность и сдавать позиции не собираются. Неудивительно, что такой девайс появляется в домашних аптечках по всему миру – всего одно нажатие на кнопку и через пару секунд температура отображается на дисплее.

Как появились бесконтактные градусники, действительно ли они точно определяют температуру тела и как они это делают – в нашем материале.

История появления «измерителя жара»

Прообразом бесконтактного термометра принято считать устройство из XVIII века. Его создателем стал голландский физик Питер ван Мушенбрук. Во время опытов по тепловому расширению твердых тел в 1731 году он изобрел прибор, который мог измерить температуру раскаленного объекта по мощности его излучения. Новинку прозвали пирометр, от сочетания двух греческих слов – «огонь, жар» и «измеряю». Конечно, современные пирометры сильно расширили свой диапазон работы и могут определять даже отрицательные температуры. Кроме того, уже в 1960-х годах появились переносные, более миниатюрные модели пирометров. Однако, принцип остался практически тем же – измеряется мощность исходящего от объекта теплового излучения, и из этого делается заключение о температуре объекта.

Пирометр Мушенбрука

Сегодня промышленные пирометры очень популярны – они используются для измерения температуры не только на предприятиях, но и везде, где необходим температурный контроль за производственными процессами. Например, пирометр может измерить температуру даже раскаленного предмета без необходимости как-то дотронуться до него. Идея дистанционного определения температуры отлично подошла и для медицинских целей – при измерении температуры тела. Возможность сделать это бесконтактно стала особенно актуальна в эпоху коронавирусной инфекции. Такие устройства стали более популярны среди населения, приобретались массово школами, поликлиниками, торговыми центрами и т.д. Так, холдинг «Швабе» оснастил бесконтактными термометрами российские школы, а также около 30 тыс. приборов в самый разгар пандемии, летом 2020 года, поставил в Центральную избирательную комиссию для использования на избирательных участках общероссийского голосования.

Устройство и принцип работы

Итак, пирометры и бесконтактные термометры работают на основе определения мощности излучения, в данном случае – инфракрасного. Если сказать по-научному, то в основе принципа их действия лежит закон Стефана-Больцмана, описывающий зависимость плотности и мощности излучения тела от его температуры.

Устройство и работу таких приборов можно описать следующим образом. Тепловое излучение от объекта вначале считывается датчиком, или первичным пирометрическим преобразователем. Он превращает эту информацию в электрический сигнал, который направляется во вторичный пирометрический преобразователь, а затем попадает в измерительно-счетное устройство. Обработанный результат выводится на дисплей прибора.

В промышленных пирометрах, которые измеряют температуру в диапазоне от −50 до +380 °С, погрешность составляет порядка 1,5 °С. Медицинские бесконтактные градусники работают в более узком диапазоне, который равен температуре человеческого тела: от +34 до +42,9 °C, но при этом их точность более высокая – погрешность на уровне 0,3 °С.

Использовать инфракрасный термометр очень просто, справиться с этим может любой. Чтобы замерить температуру, нужно навести термометр на объект примерно на расстоянии десяти сантиметров и нажать кнопку. Участком для измерений чаще всего выступает лоб или же запястье руки. Таким способом очень легко и всего за пару секунд температура определяется как у взрослых, так и у детей. В наши дни практически каждый ощутил на себе все преимущества подобного скрининга.

При всей несложности данной операции подходить к выбору модели термометра стоит серьезно. Только сертифицированный, откалиброванный прибор может показать достоверные результаты и прослужить долгое время. Рекомендуем обратить внимание на новую модель ТБ-А01 от холдинга «Росэлектроника». Уже совсем скоро устройство появится в продаже на крупных маркетплейсах. ТБ-А01 измеряет температуру всего за пять секунд, при определении повышенной температуры экран прибора становится красным. Термометр запомнит до 99 последних измерений, что позволяет отслеживать динамику состояния больного. Данный бесконтактный термометр подходит как для домашней аптечки, так и для медицинского использования.

Развенчиваем мифы: ртутный или инфракрасный?

При всем удобстве использования бесконтактных термометров, все еще находятся те, кто предпочитает традиционные ртутные градусники, считая их более точными. При этом, в пользу отказа от ртутных моделей говорит и тот факт, что это просто опасно. В одном градуснике содержится до 1,5 грамма ртути. К примеру, если это содержимое попадет в озеро, то вся рыба в нем будет отравлена. В нашей стране производство ртутных термометров приостанавливается – еще в 2014 году Россия присоединилась к конвенции о запрете бытовой ртути.

Чтобы разобраться в уровне точности термометров, стоит обратиться к научным исследованиям на данную тему, которых было проведено немало. Медики постоянно организуют научные исследования, в которых сравнивают точность различных видов градусников между собой. На сегодняшний день самым авторитетным научным анализом специалисты признают обзор в журнале Internal and Emergency Medicine, в котором изучены около 40 исследований с участием более 12 тыс. пациентов. Сравнивались несколько видов бесконтактных термометров, а также электронные и ртутные. В общем зачете на первом месте по точности оказались модели бесконтактных инфракрасных термометров и только затем контактные – ртутный и электронный.

Сегодня даже в поликлиниках и больницах температуру измеряют электронными термометрами, отказываясь от ртутных, а после пандемии, медучреждения и вовсе переходят на более удобные и безопасные бесконтактные инфракрасные градусники. К тому же время измерения температуры снизилось с 8-10 минут до 10 секунд.

События, связанные с этим

«Биотехмед 2022»: новинки от Ростеха

Особенности бесконтактных термометров: как пользоваться.

Термометр – это обязательный прибор в аптечке каждого дома, так как температура тела – это отражение состояния здоровья человека. Как для диагностики заболевания, так и для мониторинга в процессе лечения термометр просто необходим.

Ртутные и электронные

Ртутные градусники сдают свои позиции ввиду их опасности (содержат ртуть и стекло) и длительности процесса измерения (около 10-15 минут). Электронные термометры являются безопасными устройствами (не содержат ртуть и стекло), но также требуют 10-15 минут времени (даже после звукового сигнала рекомендуется его держать в течение 2-3 минут). Общим недостатком также в ртутных и электронных термометрах является необходимость полного плотного контакта наконечника с телом. Это условие соблюсти непросто, особенно с детьми, особенно при оральном или анальном методе измерения.

Инфракрасные бесконтактные

Перешагнув через все недостатки вышеперечисленных термометров, на радость людям существуют бесконтактные инфракрасные термометры. Принцип их работы – датчик термометра улавливает инфракрасные волны, исходящие от тела человека, от предметов, продуктов питания и т.д.

• безопасность (не содержит стекла и ртути, не является переносчиком инфекций),
• время измерения – несколько секунд,
• встроенная память в термометре позволяет отслеживать динамику температуры,
• простота использования – в правилах измерения разберется даже ребенок или пожилой человек,
• широкий диапазон измеряемых температур, что позволяет измерять температуру и других объектов (еда, напитки, вода в ванночке, воздух в комнате, животное),
• подсветка позволяет измерить температуру тела даже в темноте (например, ребенку, не разбудив его, так как контакта с кожей не требует).

Калибровка

Погрешность при измерении температуры бесконтактным инфракрасным термометром составляет до 0.5С (в среднем около 0.2-0.3). Для сведения погрешности к минимуму существует принцип калибровки. Калибровка заводская проводится производителем в лабораторных условиях с применением специальных устройств. Но можно провести калибровку и в домашних условиях: вычислить разницу между заведомо известной температурой предмета и значением, которое выдал нам термометр при измерении температуры этого же предмета.

Пример: наливаем воду, определяем ее температуру с помощью ртутного термометра (допустим, получилось значение 38.0С). Затем проводим измерение с помощью бесконтактного инфракрасного термометра (допустим, получилось 37.7С). Разница в измерениях = 0.3С, что и составляет погрешность. При последующих измерениях бесконтактным термометром к полученной цифре просто надо прибавлять 0.3, чтобы получить более объективное значение температуры.

Инструкция по применению:

1. Включаем прибор нажатием на кнопку (вкл./выкл. или старт),
2. Выбираем нужный режим – измерение температуры тела (или измерение других поверхностей),
3. С поверхности лба вытираем капельки пота, убираем волосы,
4. При готовности прибора к измерению будет мигать символ С или F (это выбранная ранее шкала измерения температуры — в градусах Цельсия (С) или Фаренгейт (F)),
5. Подносим датчик ко лбу на расстояние 4-6 см., нажимаем на кнопку старт (в некоторых приборах измерение начинается автоматически) ждем несколько секунд,
6. Звуковой сигнал оповещает о конце измерения, значение высвечивается на экране.

• Для переключения шкалы измерения (С и F) необходимо нажать и удерживать кнопку MODE.
• Важно следить за состоянием батареи, так как низкий заряд приведет к некорректному измерению температуры. О низком заряде батарейки оповестит значок “батарея”, в таком случае необходимо срочно ее заменить.

Микролайф

В нашем интернет-магазине мы предлагаем Вам две модели бесконтактных инфракрасных термометров от самой популярной фирмы медицинской техники Микролайф. Это модели NC 100 и NC 200.

Выбираем бесконтактный градусник: топ-5 лучших моделей

В отличие от обычных ртутных или спиртовых градусников, бесконтактные термометры позволяют измерить температуру мгновенно. CHIP расскажет, чем еще интересны такие устройства, и предложит пять лучших моделей.

Измерение температуры тела обычными градусниками может стать утомительным процессом, особенно, когда это приходится делать часто и самому больному. К тому же, при высокой температуре и слабом освещении людям с ослабленным зрением очень трудно рассмотреть узкую полоску на жидкостного термометра. На помощь может прийти цифровой термометр с ЖК-дисплеем, где температура показывается более наглядно. Но и они требуют довольно длительного процесса измерения и к тому же его точность зависит от плотности прилегания датчика к телу.

Хорошим решением для быстрого и точного измерения температуры тела является инфракрасный бесконтактный термометр, который в профессиональных кругах называют пирометр. Он позволяет за доли секунды выполнить замер и отобразить ее на большом ЖК-дисплее. В большинстве моделей экран имеет подсветку, поэтому увидеть уровень температуры можно даже с выключенным светом, чтобы не потревожить больного.

Как работает бесконтактный термометр

Устройство и функционирование современного инфракрасного термометра можно описать следующим образом. Тепловой луч, принятый прибором, фокусируется оптической системой и попадает на датчик температуры — первичный пирометрический преобразователь. На его выходе получается электрический сигнал, значение которого пропорционально значению температуры исследуемого объекта. Этот сигнал проходит через электронный преобразователь — вторичный пирометрический преобразователь, и попадает в измерительно-счетное устройство, обрабатывается в нем и результат этих вычислений отображается на дисплее в виде цифр.

Отметим, что изначально бесконтактные пирометры были предназначены для промышленных целей, например, для измерения температуры накаленного металла и других поверхностей. Следующим шагом стало использование таких датчиков в бытовых приборах, в том числе в микроволновых печах, где требуется точно выставить температуру нагрева пищи. Но если для технических целей точность измерения допустима ± 1 градус, то для медицинских измерений каждая десятая доля градуса на счету, ведь согаситесь, есть разница между температурой больного 36,6 и 36,9. Поэтому бесконтактные градусники отличаются от промышленных более точными датчиками, что отражается на их стоимости.

Инфракрасный бесконтактный термометр имеет следующие основные технические характеристики:

• оптическое разрешение (соотношение расстояния к диаметру пятна);
• диапазон измеряемых температур (предельно от -50 до 4000°С);
• разрешение (как правило 0,1°С);
• точность измерения (от ± 1% до ±2%),
• быстродействие (у хороших моделей очень высокое — меньше 1 секунды);
• излучающая способность — переменная либо фиксированная;
• приспособление для нацеливания — оптический или лазерный прицел.

Как выбрать надежный инфракрасный термометр

Для точной работы градусника очень важно качество его комплектующих. Поэтому, если прибор сделан известной компанией, то можно рассчитывать на его точность и надежность. Конечно, большая часть продаваемых в России устройств сделаны в Китае, даже если на коробке написано «Designed of Japan». Но, по нашему опыту покупки гаджетов на AliExpress, и менее известные компании могут производить весьма качественные приборы измерения.

Чтобы выбрать надежный инфракрасный градусник, необходимо следовать нескольким правилам:

• Важно оценить качество исполнения прибора. Если на корпусе имеются заусенцы, большие щели и ощущается дешевый пластик, то лучше избежать такой покупки. Если вы нашли в Интернете очень дешевый термометр, то вполне вероятно, что он будет иметь большую погрешность, что для измерения температуры тела недопустимо.
• Необходимо обратить особое внимание на тип питания. Лучшим вариантом являются те устройства, которые имеют сменные батареи. Такие приборы прослужат дольше термометров со встроенным аккумулятором, хотя последние обеспечивают схему наибольшим напряжением, а значит инфракрасный датчик имеет большую мощность.
• Бесконтактные термометры, как медицинские приборы, в большинстве своем имеют дополнительные функции, за которые производитель завышает цену. Если они вам не нужны, то найдите менее функциональную, но более дешевую модель.