温度ガン (赤外線温度計の一種) は、物体から放出される赤外線の量を測定することによって機能します。放射された IR 放射は、レンズを使用してサーモパイルに集束されます。サーモパイルは熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、最終的にこれらの電気信号を使用して体温を測定します。
今すぐ外に出れば (世界のほとんどの地域ではそうすべきではありませんが)、銃を突きつけられる可能性が高くなります。心配しないでください。いつもとは違い、この銃があれば生き残ることができるかもしれません!
レーザーまたは非接触温度計とも呼ばれる温度ガンは、特定の距離から物体の温度を測定する赤外線温度計です。元々は、動く物体や手の届かない表面の温度を測定することを目的としていましたが、温度ガンは病院に導入され、ここ数か月でどこにでもあります.
温度ガンにより、より迅速で安全な温度チェックが可能になります。 (写真提供:JETACOM AUTOFOCUS/Shutterstock)
温度ガンは、空港で乗客をスクリーニングするために、店主が入ってくる顧客をチェックするために、私道、およびその他のあらゆる場所で使用されていますが、これらのガンはどのように機能するのでしょうか?わきの下に体温計を刺したり、舌の下に挿入して体温を測ったりするべきではありませんか?
ええ、もうありません!
黒体放射
赤外線温度計は、人間を含むすべての物体が絶対零度を超える温度で熱放射の形で熱を放出するという事実を利用しています。これは、黒体放射として知られる概念です。
絶対零度 (摂氏 -273.15 度または華氏 -460 度に相当) は、物体が到達できる最低温度であり、原子が奇妙でエキゾチックな動作を示す点でもあります。ただし、絶対零度を超える温度では、原子は一定の運動状態にあり、運動エネルギーを持っています。温度が高いほど、原子/分子が持つ運動エネルギーが大きくなります。これらの励起された原子内の電子が、ある軌道 (エネルギー状態) から別の軌道 (エネルギー状態) にジャンプするとき、または 2 つの励起された分子が衝突するときに、電磁放射の形でエネルギーが放出されます。この種の電磁放射は、運動エネルギーと物質中の粒子の動きによってのみ放出され、熱放射に分類されます。
電磁放射のサブセットである熱放射は、複数の波長で構成されています。電波、赤外線、可視光線などがあります。放射される熱放射の種類は、放射源の温度によって異なります。前述のように、温度が高いほど分子の動きが速くなるため、放出される放射線の量が多くなります。温度が十分に高くなると、物体は可視光を放射し始めます。
たとえば、太陽は摂氏 5,600 度近くの温度にあり、その熱放射のほとんどを可視光として放出します。一方、人間とすべての動物は、電磁スペクトルの可視光のすぐ下にある赤外線放射を放出します。
赤外線放射に基づいて作成された人体の温度マップ。 (写真提供:PATARA/Shutterstock)
ステファン・ボルツマンの法則
人間や動物が放射する赤外線に関する知識は、主に赤外線画像に利用されてきました。赤外線温度計はこれをさらに一歩進めて、放出される熱放射の量を数値化します。 IR 温度計は、ステファン・ボルツマンの法則を採用してこれを行います。
この法則は、「黒体が単位時間あたり単位表面積あたりに放射する熱エネルギーは、その絶対温度の 4 乗に比例する」と述べています。
数学的には、
E∝T4
ここで、E は単位面積あたり単位時間に放出される放射エネルギーであり、T は物体の絶対温度です。
比例の符号を取り除くと、ステファン・ボルツマン定数 (σ =5.67 x 10 –8 Wm –2K –4) として知られる定数項が式に追加されます。
E =σT4
上記の式は、放射エネルギーを黒体、つまりそれに入射するすべての放射を吸収する物体/物体の温度に関連付けます。ただし、完全な黒体はまだ存在しないため (Vantablack はかなり近づいていますが)、他のすべての通常のオブジェクトについて上記の方程式を調整する必要があります。
E =eσT4
式は、放射率 (e) と呼ばれる項を追加することによって変更されます。これは、同じ温度で黒体表面から放出される放射エネルギーに対する通常の表面から放出される放射エネルギーの比率です。放射率の値の範囲は 0 ～ 1 です。放射率 1 は完全な黒体を表し、0 は完全な反射体を表します。人間の皮膚の放射率は 0.97 ～ 0.99 です。 (出典)
温度ガンの仕組み
一般的な赤外線放射温度計は、レーザー、集光レンズ、赤外線センサー (サーモパイル)、周囲/基準温度センサー、アンプ、および結果を数値に変換して表示するためのその他の電子部品で構成されています。
赤外線温度計のコンポーネント
温度銃を何かや誰かに向けて発射すると、温度計からレーザーが発射されます。ただし、レーザーには機能的な用途はなく、実際に温度を測定するものでもありません。レーザーは、測定対象物を正確に特定/照準するためにのみ存在します。
赤外線は、可視光と同様に、反射、吸収、および集中することができます。したがって、物体または人間から放出される赤外線放射は、最初に収束 (凸) レンズを使用して、温度ガン内のサーモパイルに集束されます。次は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する電子デバイスであるサーモパイルです。熱電対列は、複数の熱電対を直列または並列構成で積み重ねることによって作成されます。
サーモパイルの温度は、それに入射する放射量に応じて上昇します。ただし、サーモパイルの反対側 (ガンの反対側に面している側) は、赤外線が直接入射しないため、わずかに低い温度のままです。この温度差により、電圧差が発生し、電気 (熱電効果) が発生します。次に、増幅器を使用して電気的読み取り値を増幅します。
最終的に、電気測定値は一般的なデータ取得回路に渡され、最終的な温度測定値が LED パネルに摂氏またはケルビンで表示されます。
サーモパイルの近くに存在する周囲センサーは、大気自体から温度ガンに入る熱放射を補正するのに役立ちます。
光チョッパーは、温度ガンに組み込まれることが多い別のコンポーネントです。電気モーターが光チョッパーを駆動し、サーモパイルが 2 つの異なる波長の放射を受け取るのを助けます。また、さまざまなオブジェクトの温度をチェックするのに役立つさまざまな放射率設定で構成されています。赤外線温度計は、距離とスポットの比率 (D:S) に基づいて特徴付けられます。明らかに、この数値は、スポットから温度計までの距離に対する、測定されるスポット/領域のサイズの比率を表します。 D:S 比が大きいほど、赤外線温度計の範囲と精度が高くなります。
温度ガン アプリケーション
温度ガンは、さまざまな業界で広く使用されています。主に消防士が消火中にホットスポットをチェックするために使用され、製造および電子産業で機械の温度、加熱/冷却システム、断熱システム、自動車エンジンの性能を監視し、電気パネルやその他の温度に敏感な電気部品を検査するために使用されます。など。赤外線温度計は、ヒーター/オーブンの温度と食品の温度を監視することで食品の安全性を確保するためにも使用できます。また、農業では植物と土壌の温度などを監視するために使用することもできます。
最近の温度ガンの最も重要な用途は、公共の安全です。温度ガンを使用すると、空港などの場所でより多くの人々の温度を簡単、迅速、かつ安全にチェックできます。彼らは以前、エボラ出血熱や SARS などの流行の際に旅行者の発熱をチェックするために採用されていました。現在、この技術は COVID-19 の潜在的な症例を検証するために使用されています。
検温は、すべての旅行者にとって欠かせないものになっています。 (写真提供:VectorMine/Shutterstock)
温度ガンを使用すると、非接触アプローチにより、相互汚染や病気の拡散のリスクが軽減されます。また、温度測定値は、従来の方法よりもはるかに速いペースで取得されます。ただし、温度ガンは患者を診断するためではなく、スクリーニングするためだけに使用する必要があります。
赤外線放射温度計で表示される温度測定値は、さまざまな要因の影響を受けます。これには、赤外線温度計の使用方法と場所、およびその校正が含まれます。考慮すべき重要な点には、レーザーを額に配置すること、過度の衣服、帽子や顔の化粧品などのヘッドカバーの使用、または環境 (つまり、測定値を取得しない) によって体温と額の温度が影響を受けていないことを確認することが含まれます。直射日光の当たる場所)
温度ガンの精度は常に議論の的になっていますが、現在のシナリオ (温度測定の量、スクリーニングされる遺体の数、および汚染のリスクが高い) を考えると、わずかに不正確ですが非侵襲的な温度ガンの使用より正確だが侵襲的な方法よりも温度銃のような技術が不可欠のようです!
