Медицинские бесконтактные термометры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Медицинские бесконтактные термометры

Введение

Целевые понятия. Рассмотрим понятие бесконтактного термометра или пирометра - это специальный прибор, который с помощью оптических преобразований измеряет температуру непрозрачных тел в инфракрасном диапазоне. Соответственно существует наука об измерениях температур - пирометрия.

Немного истории. Основоположником пирометрии был голландский ученый Питер Ван Мушенбрук, который изобрел первый аналог пирометра в 1731 году, и соответственно изначально под пирометрами понимались приборы, которые измеряли температуру визуально, по степени цвета и яркости сильно разогретого или раскаленного объекта.

Но позже пирометры расширили свою классификацию, например, появились инфракрасные радиометры, которые могут производить измерения в диапазонах низких температур.

Новая эра развития технологий в сферах пирометрии и производства пирометрических приборов началась с середины 60-х годов 20 столетия, когда были сделаны очень важные физические открытия, которые позволили наладить производство портативных пирометров, имеющих малые размеры и высокие характеристики. В результате пионером в области разработки портативных пирометров, в 1967 году стал фирма из США - Wahl. Новые принципы пирометрии, когда показатели температуры тела получались на основании данных инфракрасного приемника, определяющего объем энергии тепловой от тела, помогли увеличить возможности измерения твердых и жидких объектов, и расширить сферы применения пирометров. [5]

Актуальность. Бесконтактные методы измерения применяются в тех случаях, когда использование контактных цифровых термометров невозможно физически или просто не оптимально. Особенно полезность пирометров была проявлена в период пандемии 2020 года, когда требовалось получать показания температуры тела у большой массы людей.

Виды пирометров

Пирометры по признаку мобильности бывают стационарные и портативные. Первые используются узкоспециализировано в крупных производствах для беспрерывного и точного контроля над температурой, они конкретно монтируются на определенных участках. А портативные имеют более широкий спектр использования ввиду своей малогабаритности и мобильности, и могут использоваться в плохих климатических или промышленных условиях.

А по основному принципу действия пирометры делятся на:

· Оптические (работают в диапазонах спектра видимого цвета и инфракрасных лучей)

· Радиометры (используют радиационный метод для урезанного диапазона инфракрасных лучей, и оснащены лазерным указателем для точности наведения)

Также есть классификация по методу прицеливания:

· С лазерным прицелом

· С оптическим наведением

По виду коэффициента излучения:

· С постоянным коэффициентом

· С переменным коэффициентом

По рабочей температуре:

· Высокотемпературные

· Низкотемпературные

Оптические пирометры подразделятся на:

· Цветовые (получают показания на основе сравнения яркости объекта с другими участками спектра)

· Яркостные (получают показания на основе сравнения излучения поверхности объекта и излучения специальной нити, через которую проходит ток)Применение пирометров

Пирометры используются в следующих сферах:[9]

· Теплоэнергетика - оперативное и точное измерение температур на труднодоступных участках на теплотрассах, паропроводах и.т.д. :[9]

· Электроэнергетика - измерение элементов в распределительных щитах, трансформаторов, кабелей и контактных соединений с целью выявления перегревов. [4]

· Лабораторные исследования - при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента. Применяется в космонавтике (контроль, опыты) :[9]

· Строительство -- для качественного поиска утечек тепла в теплоизоляционной оболочке, сканирование на предмет теплопотерь на теплотрассах, в промышленных и жилых сооружениях. :[9]

· Бытовое применение - измерение температуры при: готовке пищи, контроле теплового режима электродвигателя, болезни человека, уровень нагрева микросхем компьютера (например, процессора). :[9]

· Металлургическая отрасль - измерение температуры печей, станков и прессов. :[9]

· Электронная промышленность - замеры уровня нагревания деталей и компонентов схем: [9]

· Наблюдение за рабочей температурой холодильного оборудования:

· Контроль за функционирования отопления, кондиционирования и вентиляции при обследовании сооружений и жилых домов.

· Железнодорожный транспорт - измерение температуры БУКС (узлы ходовой части вагона), сканирование узла управления автоматическими стрелками (температура на соединениях заземления трансформатора, на контактах плавких вставок и.т.д) [12]

· Технические параметры и выбор пирометров

Оптическое разрешение. Данный параметр называют показателем визирования. Для расчета этого показателя используется отношение диаметра пятна (круглого участка) на поверхности, излучение которого фиксирует пирометр, к дистанции до исследуемого объекта. Другими словами, таким образом определяется максимальная дистанция, для которой реально снятие сканирование показателей температуры и рабочая область измерения. пирометр инфракрасный оптический

Обыкновенно оптическое разрешение соотносится с фокусным расстоянием бесконтактного термометра (для устройств с фиксированным фокусным расстоянием), либо оптическое разрешение может быть назначено с помощью диаграммы, отражающей зависимость размеров исследуемого объекта от дистанции измерения. [1]

Как правило, такая диаграмма входит в комплект пирометра или прилагается к руководству пользователя. С учетом фиксированной дистанции для измерения температуры объекта, качественные результаты пирометрических исследований получаются в тех случаях, когда объект, показатели, которого надо зафиксировать, по размерам превосходит измеряемую область в 2 раза.

Для правильного выбора пирометра требуется знать, для чего и где он будет использоваться. В случае, если снятие показателей температуры производится с небольшой дистанции, то необходимо брать в работу устройство с маленьким показателем визирования, к примеру, 4:1. Но в противоположном случае, когда расстояние измерения довольно большое (несколько метров), то желательно использовать пирометр, имеющие большое разрешение, тогда при таком условии не будут попадать в фокус внимания ненужные объекты. Для измерения температур с маленьких участков исследуемого предмета с большого расстояния необходимы пирометры с оптическим разрешением 100:1 и выше. Однако имеются некоторые противоречия в необходимости использования таких устройств (как правило, дорогостоящих), так как обычно дефектоскопия не предполагает принципиальное измерение температуры с маленьких участков поверхности объектов, поскольку с нахождением аномальных перепадов температур справляются устройства и с меньшим разрешением.

Кстати у большинства бесконтактных термометров есть лазерный целеуказатель для чёткого прицеливания на область измерения.

Коэффициент излучения - это свойство объекта отражать ниспадающее излучение. Это второй важнейший показатель для пирометрического исследования объекта, он рассчитывается как отношение энергии, исходящей от поверхности исследуемого предмета при фиксированной температуре к энергии излучения абсолютно чёрного тела при той же температуре. Он принимает значения в диапазоне от 0 до 1. Это регулируемый показатель, он настраивается функционально в процессе измерения, так как разные материалы или объекты имеют различные коэффициенты эмиссии (коэффициенты излучения), и поэтому если неправильно задать настройки пирометра относительно рассматриваемого показателя, то возникнет неприятная погрешность измерений в худшую сторону. Также на коэффициент влияет, например, окисление металлов. Например, показатель эмиссии стали, подвергшейся окислению, равен 0,85, а у полированной стали коэффициент излучения уменьшается до 0,75. Так что надо учитывать при выборе устройства масштаб его использования, если требуется измерения температур множества материалов, то лучше приобрести пирометр с регулируемым коэффициентом эмиссии.

Диапазон измерений. Это интервал температур, величины которых требуется сканировать. Выбор данного показателя зависит от сферы использования прибора и задач, в которых он должен будет задействован.

Например, надо провести аудит энергетический сооружений, помещений (к примеру, определение участков утечек тепла для получения показателя экономического эффекта от энергосбережения и.т.д.), то для этого нужен пирометр с диапазоном измерений от -30? до 50?. Но если прибор нужен для теплоконтроля в среде промышленных объектов, то тут уже требуются устройства с диапазонами, значения которых в десятки раз больше указанных выше. К слову, есть портативные пирометры, которые могут фиксировать температуру выше 2000?. Соответственно цена пирометров формируется пропорционально их возможностям.

Точность измерений. Этот показатель представляет собой разрешающую способность по температуре или наименьшая разность температур, считываемых устройством. Имеется немало второстепенных условий, которые влияют на точность определяемых показателей температур, как и бесконтактных, так и в контактных методах измерения. И объем их влияния на измерительные процесс варьируется от сотых градуса до нескольких градусов.

Диапазон рабочих температур. Это необходимый производственный параметр для любого полупроводникового прибора, показывающий диапазон температур, при котором устройство может нормально функционировать, и при перепадах температур окружающей среды сохранит качество показаний измерений. Поэтому исходя из вышеназванных условий необходимо учитывать наличие у пирометра функции калибровки, которая может компенсировать тепловой удар, и сохранить точность измерений при перепадах температур от теплой к холодной, и наоборот.

Условия отображения информации. Необходимо рассмотреть и эту характеристику, так результаты измерений должны куда-нибудь выводится. Обычно в конструкцию пирометра входи ЖК-дисплей, служащий для отображения полученных показателей температур. Для непостоянных, не привязанных к временной амплитуде измерений, такой вывод полученных данных оптимален.

Однако в тех случаях, когда пирометр выполняет функцию датчика температуры, необходимо использовать устройства с вольтовым, токовым или цифровыми выходами в зависимости от особенностей текущей САУ.[13]

Как выбрать медицинский пирометр. На самом деле значения характеристик медицинских бесконтактных пирометров весьма малы, так как сферы их применения весьма ограниченные. Поэтому при выборе такого вида устройств в первую очередь нужно определиться какой брать пирометр: обычный инфракрасный, который подходит для дома и для медицинских целей, и его не нужно дезинфицировать, так как измерение температуры человека производится на расстоянии, или, контактный лобный/ушной (такие устройства по точности не уступают ртутным градусникам), но требуют постоянной дезинфекции.

Также очень важная характеристика медицинского термометра - это точность измерений. Например, часто бывает, как при измерении температуры человека бесконтактным пирометром показывается результат 32? при нормальной фактической температуре 36,5, а это очень большая погрешность… Поэтому точность - это вторая важная характеристика медицинского пирометра.

И необходимо обратить на функционал термометра, поддержка памяти, сохранение результатов измерений и.т.д

Что касается остальных параметров пирометра, то они не играют большой роли при выборе медицинского оборудования, и на них особо можно не обращать внимание: показатель визирования небольшой у таких приборов, коэффициент излучения, фиксированный у них, рассчитанный на человека. Диапазон измерений тоже небольшой у них, кстати у бытовых пирометров бывает два режима: измерения температуры человека и режим бытовой. Просто не требуется большой интервал измерений в домашних условиях или условно в офисе. Рабочая температура, ограниченная у таких пирометров довольно, например, при морозе они могут выдавать ошибки в показаниях, в среднем рабочая температура у них от 10 ? до 40 ?. Ну соответственно надо ориентироваться на цену и производителя и соотношение цены-качество. Но в целом это недорогие устройства, так как решают задачи весьма в ограниченном диапазоне температур. И еще надо учитывать, что во время измерений бывает большая погрешность, обычно в дешевых устройствах и при неправильном использовании. И также такие приборы требуют периодичной поверки в сервисных центрах. [8]

Обзор пирометров

1. CEM DT-9860

Рисунок 1

Данный пирометр является устройством профессионального класса. Имеет широкий диапазон измерений от -50 до +1000 °C. На основе данных измерений возможно визуализировать полученные данные с помощью фото или видео.

Память устройства поддерживается с помощью карты MicroSd.

Пирометр имеет сверхвысокое оптическое разрешение 50:1

Коэффициент излучения регулируемый 0.10~1.0

Точность базовая (пирометр) - ±1.0%, очень сильный показатель, так как в среднем погрешность 2 %.

Этот прибор оснащен камерой с разрешением 640х 480 и встроенным цветным экраном.

Для определения температуры и влажности воздуха в помещении, а также для определения точки росы, пирометр лазерный DTS-9860 оснащен бесконтактным измерением температуры и влажности воздуха, а также вычисляет точку росы. Имеется возможность измерять минимальное, максимальное и дифференциальное значения, сигнализировать о достижении предельного значения, а также сохранять данные на дисплее. С помощью встроенной памяти прибора можно сохранять полученные результаты в виде фото и видеоизображение, и передавать их на ПК посредством USB-разъема. Удобно, что в сдвоенной лазерной указке имеется двойной лазерный луч, который позволяет наводиться на цель с двух сторон. Цена: от 33000 до 45300 р. [6][7]

2. FLUKE-62 MAX+

Рисунок 2

Этот пирометр разработали непосредственно для использования в тяжелых условиях вибраций, высокой влажности, большой запыленности и функционирует даже при случайном воздействии воды на корпус, то есть он реализован с внедрением стандарта IP 54. Опытным путем доказано, что Fluke 62 MAX+ ESPR остается целым при падении с высоты 3 метра.

Также данная модель имеет диапазон температур -30 °C - +650 °C и точность 1°C.

Регулировка коэффициента излучения в пределах от 0 до 1 дает возможность проводить пирометрические исследования с любыми материалами.

Показатель визирования устройства - 12:1 - дает возможность снимать показания с горячей поверхности, на дистанции, безопасной для пользователя.

Бесконтактный термометр Fluke 62 MAX+ ESPR имеет проработанную эргономику, и может управляться пальцами той руки, которая держит устройство, размещенное в ней с удобством. Экран ЖК-дисплея имеет подсветку, и с помощью масштабирования вывода результатов измерений показывает большие цифры показателей, что удобно для слабовидящих людей или при плохом освещении. Пирометр имеет небольшие размеры и вес, поэтому может транспортироваться на ремне. Цена от 11200 до 21000 р. [6][7]

3. СЕМ DT-8806H

Рисунок 3

DT-8806H - это простой в применении лобный термометр, предназначенный для бесконтактного измерения температуры тела. Пирометр DT-8806H абсолютно безопасен для пользователя, так как регистрирует тепловое излучение. Устройство не содержит ртути или других опасных веществ, не испускает излучение и не требует физического контакта с пациентом.

CEM DT-8806H пригодится для использования в поликлиниках и больницах, как детских, так и взрослых. Кроме того, это устройство очень удобно для применения в домашних условиях. При помощи этого термометра вы сможете измерить температуру даже у спящего ребенка.

Термометр CEM DT-8806H измеряет температуру тела всего за одну секунду. С его помощью также вы сможете измерить температуру различных жидкостей, например, детского питания и молока, воды для купания ребенка.

Термометр CEM DT-8806H имеет понятное и удобное русскоязычное меню и встроенную таблицу со значениями нормально температуры для каждой возрастной категории и участка тела. Выбрать подходящий режим вы можете в меню устройства.

Термометр CEM DT-8806H оснащен жидкокристаллическим дисплеем с подсветкой, благодаря чему вы можете использовать это устройство даже в темном помещении. На экране отображается индикатор заряда батареи и режим работы. При разряженной батарее аппарат подает звуковой сигнал.

DT-8806H имеет встроенную память, которая позволяет сохранять 32 результатов измерений. Записанные значения вы всегда сможете вывести на экран устройства. Аппарат оснащен функцией автоматического отключения, которая срабатывает через 7 секунд после завершения измерений. Но базовая точность устройства ± 0,2 ° С-± 0,3 ° С. Цена от 2600 до 3500. [6][7]

4. Кельвин Компакт 200 Д с пультом - стационарный пирометр



Рисунок 4

Пирометр Кельвин Компакт 200 Д с пультом АРТО (А 21) имеет двухблочное исполнение: пульт управления, ИК-датчик, соединительный кабель 3м, выход RS 232, токовый выход, установка коэффициента излучения, установка порога, контакты реле для управления исполнительными устройствами. Огромная оптическое разрешение 1:100, диапазон измерения температуры -50…+200 С, регуляция коэффициентах излучения в пределах 0,01 … 1,00. Цены от 35200 до 46680 р. [6][7]

5. HT3320 - Пирометр.

Рисунок 5

Цифровой термометр HT3320 используется для измерения температуры любых объектов.

HT3320 отличается эргономическим исполнением в форме пистолета. Исользует направленный поток инфракрасных лучей с точностью лазерной указки.

Прибор HT3320 выполняет сохранение JPG фотографий и небольших видео 3GP в свою внутреннюю память или на внешнюю микро SD карту, а также температурных записей с программируемым временем благодаря внутренней функции регистратора данных.

Все тесты можно легко загрузить на ПК через прилагаемый кабель USB без программного обеспечения. Другими измерениями, которые могут быть выполнены пирометром, являются температура воздуха / влажности с внутренним зондом, точки росы / температуры по влажному термометру и температуры с зондом типа K.

Прибор HT3320 преобразовывает результаты в °C или °F без непосредственного контакта с объектом

Модель HT3320 имеет большой ЖК-дисплей с подсветкой для более удобного чтения в критических условиях. Функция авто выключения позволяет экономить батарею, когда прибор не работает. [6][7]

· Диапазон измерений -50°C до 1000 °C

· Базовая погрешность ±3,5%

· Разрешение 0,1 °C

· Оптическое разрешение 50:1

· охранение снимков в формате JPG;

· Сохранение видео в формате 3GP;

· Измерение температуры воздуха / влажности внутренним сенсором;

· Измерение точки росы / температуры по влажному термометру;

· Измерение температуры зондом типа К;

· Регистратор данных для записи измерений температуры;

· Внутренняя память и внешняя SD Card;

· Регулирование коэффициента излучения;

· Двойная лазерная указка;

· Выбор между C/°F;

· Установка сигнализации порога Hi и Lo на измерениях;

· Установка будильника на измерении;

· Удержание данных; мак, мин, среднее, дифф. значения;

· Подсветка;

· Автоматическое выключение;

· Подключение к ПК через кабель USB. [6][7]

Отличие устройства медицинского пирометра от промышленного

Пирометр промышленный кардинально отличается от медицинского по характеристикам. Отличия прописаны на рисунке 6 ниже.

Рисунок 6 [8]

При выборе промышленных пирометров необходимо учитывать все характеристики ввиду измерений в большом температурном диапазоне и решения множества задач. А дела с медицинским пирометром обстоят скромнее, там нужно учитывать только тип устройства (лобное, ушное или бесконтактное) и точность измерений. Есть еще такая особенность, как цвет корпуса устройства, медицинские обычно имеют белый цвет. [8]

Получается, что у пирометров вышепоказанных много отличий в оптике, электронике, технологии, размерах и типа корпуса, однако, независимо от этого, способ обработки сигнала у всех одинаковый (т.е. он всегда начинается с инфракрасного сигнала и заканчивается выходным электронным сигналом температуры). Соответственно, ниже прилагаю рисунок 7, показывающий общее строение инфракрасных пирометров, без которого нельзя будет понять отличия технического от медицинского устройств.

Рисунок 7

Через раструб устройства излучение фиксируется на пирометрическом датчике, который служит для преобразования тепловой энергии в электрическую. Чем больше температура измеряемой поверхности, тем выше мощность принимаемого сигнала, и тем больше силы тока будет производится датчиком.

Полученные показатели измерений фиксируются на ЖК-экране, после обработки электронным преобразователем. В технических пирометрах используется вспомогательный контактный датчик, эталон показателя измерений. И учитывая этот параметр и регулируя коэффициент излучения, можно получить минимальную разницу между бесконтактным и контактным методами измерения температуры.[3]

Но в медицинском бесконтактном термометре коэффициент излучения фиксированный, следовательно, нет в наличии регулятора данного параметра, и, следовательно, устройство медицинского пирометра несколько проще, так как в нем нет приемника и преобразователя сигналов регулирования коэффициента излучения.[10]

Также в технических пирометрах более продвинутая оптическая система с линзами или без, когда у медицинских пирометров оптическая система "ракушка", то есть очень простая система, обеспечивающее небольшое оптическое разрешение. К тому же есть еще одно большое отличие в устройстве пирометров это способ измерения. У технических устройств прямые измерения, то есть температура считывается напрямую с поверхности. Тогда в медицинских пирометрах добавлен преобразования, которые суммируют температуру поверхности измерения и приблизительную разницу между вышеназванной температурой и фактической температуры тела человека. То есть температура поверхности кожи меньше, чем внутренняя температура. Поэтому, если технический термометр покажет температуру тела человека равную 32?, тогда как медицинский - 36,5? (за счет преобразований).



Заключение

В реферате были рассмотрены виды пирометров, их характеристики и область применения, устройство общее пирометра, отличия медицинского пирометра от технического, и также приведен небольшой обзор различных устройств, представленных на рынке. Исходя из этой информации, были сделаны следующие выводы:

· Для медицинских целей не требуются устройства с высоким оптическим разрешением и плавающим коэффициентом излучения, так как задачи таких приборов весьма ограничены, и их функционала достаточно для замера температуры человека

· Не требуются также для вышеназванных целей устройства с большим диапазоном измерений, так как требуются замеры от 36? до 42?.

· Так как медицинские пирометры ограниченны в своей функциональности, то имеют гораздо меньшую стоимость, чем технические, но из-за этого есть риск приобрести заведомо дешевую некачественную вещь, поэтому при выборе нужно учитывать отзывы покупателей, рейтинг бренда производителя и.т.д

· Нужно подумать, прежде чем выбирать медицинский термометр бесконтактный, так как контактные имеют большую точность, но их необходимо дезинфицировать после использования.

· При выборе медицинского пирометра ключевым показателем является точность измерений

· Медицинский термометр уступает во всем промышленному, но выигрывает только по правильности измерения температуры человека, то есть это весьма узкоспециализированный прибор, хотя есть аналоги бытовых пирометров, у которых есть две режима: измерения температуры тела человека и измерения объектов



Список литературы и источников

1. Кулаков M.В., Технологические измерения и приборы для химических производств, M., 1983, с.81-86;

2. Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, M., 1986, с. 108-12;

3. Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник, под ред. В.В. Черенкова, Л., 1987, с.67-87.

4. Газета Энергетика и промышленность России. Бесконтактные средства измерения температуры. URL: https://www.eprussia.ru/epr/45/2973.htm

5. Википедия. Пирометр. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пирометр

6. Выборовед. Рейтинги. 13 лучших пирометров. Автор: Ярослава Клочко. URL: https://vyboroved.ru/reyting/1929-luchshie-pirometry.html

7. Олдис Измерительная Техника. Термометры инфракрасные (Пирометры). URL: https://novapribor.ru/catalog/temperatura_i_vlazhnost/termometry_infrakrasnye_pirometry/

8. РэлСиб Научно-производственная компания. Тех. Поддержка. Статьи. Измерение и регулирование температуры, датчики температуры, измерители и термометры. Почему врёт бесконтактный ИК термометр (пирометр)? URL: https://relsib.com/articles/pochemu-vret-beskontaktnyj-ik-termometr-pirometr

9. АРК ЭнергоСервис. ОСОБЕННОСТИ ИНФРАКРАСНЫХ ТЕРМОМЕТРОВ. 28.03.2019. URL: https: // www. kipspb.ru/articles/Hum/infrakrasnyj-termometr.html

10. OdinElectric.Для чего нужен пирометр и как измерять температуру бесконтактным методом. 05.04.2021 URL: https://odinelectric.ru/kipia/dlja-chego-nuzhen-pirometr

11. Kontech-system.LTD. ПИРОМЕТРИЯ - НАСТОЛЬНОЕ ПОСОБИЕ. ЧАСТЬ 3. УСТРОЙСТВО, ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПИРОМЕТРА. URL: http://kontech-system.com.ua/articles/pirometrija-chast-3-ustrojstvo-funktsionirovanie-i-ekspluatatsija-pirometra/

12. Астэна. Применение инфракрасного термометра "КЕЛЬВИН". Железнодорожный транспорт. URL:https://www.astena.ru/kelvin2.html

13. Мастерок. Принцип работы инфракрасного термометра. URL:https://morflot.su/princip-raboty-infrakrasnogo-termometra/

Размещено на Allbest.ru

...