“測溫槍”到底是怎樣測出你的溫度的

你的外星小姨

當下這些天，大街上最威風的就是公共場所的安保人員和各小區(qū)的工作人員了。不管你平時多大派頭，也不管你哪個星球來的，遇見他們咱都得乖乖過去，要么舉起手來，要么伸過頭去，挨上一槍。

測溫槍是如何在你腦袋上“打一槍”就知道溫度的；它測得到底準不準；以及親戚群里最關心的，被這玩意打多了會不會影響健康？

這些問題，其實只要搞懂測溫槍的原理，就會一一迎刃而解。

1被測溫槍打多了會不會有損健康

被測溫槍打多了會不會有損健康？——這個問題很經(jīng)典。

測溫槍，學名是“紅外線測溫儀”或者“紅外線輻射測溫儀”。很多人一聽到“紅外”“輻射”這類詞就一哆嗦，直接嚇尿。

測溫槍這玩意雖然名頭上冠著“輻射”和“紅外”，但不會對你的身體施加任何哪怕一丁點的影響。

因為它是個接收器，不是發(fā)射器?；\統(tǒng)地說，紅外測溫儀的原理是：被動吸收目標的紅外輻射能量，從而獲得物體溫度數(shù)值。

意思就是，你的身體無時無刻不在向外擴散輻射能量，而測溫槍的作用，是接收你身體某區(qū)域的輻射能量。

紅外測溫槍能接收到的，只是各種波段的電磁波，絕不是直接的溫度傳導。而其中最關鍵的，從“電磁波信息”到“溫度信息”的這一轉(zhuǎn)換過程，就要提到今天要說的真正的重點了——黑體輻射定律。

2黑體輻射定律

自然界中一切高于絕對零度（-273.15℃）的物體都在不停地向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯(lián)系，物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強。

這個黑體輻射定律是干啥用的呢？說白了就是物理學家想搞懂“電磁波信息”到“溫度（能量）信息”的轉(zhuǎn)換關系。于是他們假想出了“黑體”這個東西。

假設“黑卡比”就是一個標準的“黑體”，它的特性是：入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射。

體現(xiàn)到卡比身上就是，吃掉的食物從來不吐出去，沒有浪費地全部自己消化掉。

那么，消化掉的東西，最后就變成了卡比體內(nèi)的熱量，也就是熱輻射（我們可以把它通俗地理解為溫度）。于是這個從“電磁輻射（光）”到“熱輻射（熱）”的過程，就叫黑體輻射。

好了，知道這個原理，現(xiàn)在新的問題來了——我們該怎么知道黑體吸進去的“光”到底轉(zhuǎn)化成了多少“熱”呢？

如果我們知道某段光的熱輻射強度和光線波長，就可以通過“黑體輻射定律公式”算出其代表的“溫度”是多少了。

根據(jù)工程應用所需的測量精度不同，紅外測溫儀有三種主要的設計方向。

其一，單色測溫法：利用單一波長下的單色輻射強度比值來判斷溫度；

其二，雙色測溫法：測量被測物體在兩個波長下的輻射強度比值的強度變化來判斷，這種方法比前者受外界影響更小，誤差也更小；

其三，全輻射測溫法：全輻射測溫法名字聽起來最牛，但其實是三種方法中精度相對最差的一種，不過優(yōu)勢就在于結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。

原因就在于其“大力出奇跡”式的設計思路——全輻射測溫法，是通過測量輻射物體的全波長的熱輻射總強度，來確定物體的輻射溫度的。

我們怎么理解這個概念呢？就好比把一個溫度下的全波段輻射強度比作一個米山，現(xiàn)在讓卡比把整個米山全部吃掉，我們來測它吃掉后轉(zhuǎn)化的熱輻射能量總共有多少，最終推導出當時的溫度值。

現(xiàn)在小區(qū)門口給你測體溫的紅外線測溫槍，基本都是按這一思路設計的。

所以思路厘清后，我們只需把一個這樣的卡比放在測溫槍中，測量出它吸收輻射后釋放的熱輻射量，就能換算出被測物對應的溫度了。

這個能將接收到的“紅外電磁波輻射”轉(zhuǎn)換為“熱輻射（黑體輻射過程）”，進而把“熱輻射”轉(zhuǎn)化為電信號（熱電轉(zhuǎn)化過程）的東西就是：熱釋電紅外傳感器（簡稱：PIR）。

3測溫槍到底準不準

另一個大家很關心的問題，就是這玩意測得準不準呢？

影響測量結(jié)果的原因是多方面的。

其一，客觀物理因素：

由于“黑體輻射定律”是在工作物質(zhì)是理論黑體的情況下演算的，而生活中物質(zhì)因為材質(zhì)關系都是屬于不同“純度”的黑體，這個純度用“發(fā)射率”來表示。

理論黑體的發(fā)射率是1，平時我們測溫槍用的大多數(shù)是0.95的發(fā)射率，這適用于生活中大多數(shù)的情況。所以你可以觀察一下，你能見到的測溫槍顯示屏基本上都會寫著“0.95”的字樣。

但這個0.95畢竟是根據(jù)被測物的材質(zhì)而定的浮動值，這是測溫槍很難絕對準確的原因之一。

其二，污染因素：

由于信息是通過電磁輻射（光）傳導的，這不可避免地會受到煙塵和水蒸氣等外界因素的影響；另外，機器入射口處的透鏡污染也是干擾項的一環(huán)。

其三，機器精度：

因為成本原因，我們平時所用的測溫槍大多沒有用更精確的雙色測溫法技術，內(nèi)部元件的精細度也參差不齊；再有就是使用時的距離誤差導致的數(shù)值波動了。

但是，這些有限的缺點還是很難成為我們拒絕測溫槍的理由。

現(xiàn)在我們正在使用的紅外測溫槍，比傳統(tǒng)的熱傳導測溫方式還是優(yōu)秀太多了——響應時間短、測溫效率高，不用接觸被測物體依然可以有著相對可靠的準確度，同時制作成本低廉，操作起來也足夠方便。

所以反過來想想，有這么多客觀因素的影響，紅外測溫槍依然能保證測量溫度維持在相對精確的范圍內(nèi)，這本身就是一種很厲害的事。

至少在今天來看，我已經(jīng)很難想象，這次防疫戰(zhàn)中如果沒有類似的科技產(chǎn)品的存在，會給防控工作帶來多大的困難了。

借此機會說明白測溫槍的原理，能傳遞出多少知識倒是其次，最在意的，還是能有幸和大家再次見證科學的力量吧。