その赤外線体温計は正確ですか?/比較チェックをしてみました。


前回の記事「その体温計は正確ですか?/ご家庭で確認をする方法」を書いてから、

体温チェックで使われている赤外線体温計は正確ですかと質問をいくつか受けました。

そこで会社で4台ほど購入したのでチェックしてみる事に・・・

赤外線体温計は放射体温計、非接触温度計と原理的には同じものです。

すべての温度のある物からその温度に応じた赤外線を放射することから、

赤外線を赤外センサで受光して温度換算・表示しています。

詳しくは「温度を極める!その3の4・・・放射温度計の放射率と外乱の問題」を見てください。

その記事はこちら

 


通常の放射温度計との違いは体温測定用のBODYモードがあることです。

一般的に放射温度計の誤差はだいたい±1℃と言われています。

それだと体温計として使用できないので、

35℃~40℃近辺の間で補正曲線などを用いて指示させているのですね。

(もしくはこの狭い範囲で校正調整を行っているなど僕の推測です)

これにより±0.1℃の精度が出ると製造元は仕様に書いているようです。

僕的には原理的に±0.3℃が妥当な線ではという気がします。

 


ちょっと実験してみましょう。

こちらは工業用のサーモビュアーです。

二次元画像で温度分布を見ることが出来るのですね。

これで見ると十字のマークのおでこの温度は34.6℃と低めに指示しています。

これは皮膚の表面から汗が出ていて、
それが蒸発するときに熱を奪う蒸発潜熱による影響なのです。

また、おでこの直下には頭蓋骨があるので、これは断熱材的に働く物質。

皮膚と骨の間の毛細血管の量と太さ・血流量がキーになる事が予想されます。

実際に4台を普通体温計と比較した実験をしてみました。

被験者のA君は20代後半、B君は20代前半。

最初と最後に普通体温計で計測し・・・
その後に4台をそれぞれ3回計測しました。

モードはスイッチ切り替えで放射線とBODYモード。

放射線モードではほぼ工業用のサーモビュアーFLIARと同じ傾向。

BODYモードはスケール的に圧縮されている気がします。

数値的には普通体温計との比較ではAさんの場合低めに出ていますが、
Bさんでは同じような体温が測定されました。

やはり、皮膚表面と体温では個人差の方が大きいような結果でしょうか?

そうそう、発汗のしやすさも大きく影響する事も付け加えたいと思います。

 


話は変わりますが会社では外部の方との打ち合わせのパーテンションがこちら。

アクリル製だと定期的に消毒しなければいけませんが・・・

業務用のラップだと張り替えられるので重宝しています。

 


薄いラップは昔から赤外線を減少しても透過することが知られています。

こんな使い方が医療関係の方でも使えるのではないかと計測してみました。

 


また、このようにラップに包んでも良いと思います。

ほこりの多い現場測定で使われていた技法なのですね。

包む場合は引っ張るようにして包むことで薄く貼ることも出来ます。


結果がこちらです。

1℃から0.5℃ぐらい低めに出ます。

まあ、1℃持ち上げて見るようにすれば使えなくはありません。

かなり、マニアックな使い方として参考にして頂ければと思います。

社内で10人程度計測してみましたが、
それなりに35℃代から36℃台で計測できました。

万が一、37℃を越えた方がいた場合、
普通体温計で再度検温することにより二重チェックをしております。

幸い・・・まだ、我が社ではそのような機会はないようであります。

温度を極める!その3の4・・・放射温度計の放射率と外乱の問題

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物体から放射される赤外線の放射量は材質や表面状態により顕著な違いがあります。

たとえば同一温度でありながら、

鉄とアルミでは放射する赤外線エネルギー量(放射率)に違いがあるわけです。

これを放射率と呼ぶのですが違う面から言うと・・・

熱放射しやすい物体はそれと同程度に熱吸収しやすく(キルヒホフの法則)、

熱放射と熱吸収の割合である放射率と吸収率は次の関係になります。

 

放射率=吸収率

 

日なたに置いた黒い布は太陽熱を吸収しやすいと同時に熱放射もしやすい。

つまり、熱しやすく冷めやすい。

あ~こんな人もいるいる・・・なんてね。

 

次に物質により大まかに放射率を列挙した表があるのでご覧ください。

 

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これで見るとアルミが一般的に計りにくい材質なのが分かります。

ただし、これは表面の問題なので、

アルミに樹脂のテープなどを貼るという事で解決できます。

あくまでも熱放射される表面の材質によるんですね。

 

ここで、この表から表面の状態によっても放射率が違うのも分かります。

研磨面と粗面の違いです。

この現象の一番の影響を反射と呼んでいます。

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赤外線と温度の関係を定義する理想黒体は、

他からの赤外線をまったく反射しないことを前提としています。

しかし実在の物質は、外部からの赤外線を反射しています。

測定対象が放射する赤外線と、

他の物体から放射され反射した赤外線は区別されることなく、

そのまま測定対象の赤外線エネルギー量として合わせて計測されてしまいます。

 

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鏡面仕上げの金属の温度測定を行う場合、

周りに熱源となる白熱球やヒーターなどの映り込みがあると・・・

実際の温度より高めになるケースですね。

 

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放射温度計が面白いと思うのがアイデア次第で色々なことが出来ることです。

反射に対して透過というのがこの現象。

食品用ラップフィルムは厚みが十数μm程ですが、

これだと薄すぎて透過し反対側の温度を取ってしまいます。

これを利用して放射温度計のレンズの埃避けに使うアプリもあるほどです。

 

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ところがこの写真のようにフィルムに対し鋭角に放射温度計をセットすると、

擬似的にフィルムの厚みを稼ぎ計測する事が出来るのです。

 

これこそ全方位に放射されるという赤外線の醍醐味と言えるのではないでしょうか?

実際にフィルムの製造工程では高速にフィルムは移動する訳ですから、

非接触という特性を活かした測定方法ですね!

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温度を極める!その3の3・・・放射温度計を赤外波長域から見てみよう。

前の記事で「放射温度計もしくは赤外線放射温度計として、

すでに数多く市場で使われている温度計です。」と書きました。

この赤外線というのが大事なんですね!

科学の世界では波長域という概念を理解することで、

様々な計測・分析のアイデアや応用につながる事が期待できます。

今回はその第一歩として赤外線という波長域に触れてみましょう。

 

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放射温度計が受光している波長域は赤外線でも遠赤外というところ。

ここは大気による吸収という影響をほとんど受けない為に、

遠くの温度まで測る事が出来ます。

この8~14μmの波長領域は「大気の窓」と呼ばれ、

赤外線エネルギー量を測定する放射温度計にとって重要な意味を持ちます。

 

ちょっと脱線しますがこの難しい波長域という考えは色々なところで役に立ちます。

それはほとんどすべての物質において特定の波長で吸収や透過をする性質があるからです。

たとえば・・・それを利用してガス中の分からない物質を特定するとか・・・

レントゲン写真なんかもX線の吸収や透過で成り立っているんですね。

この切り口はとても奥が広く面白いのですよ。

 

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ひとつの例として石英ガラスの吸収や透過の曲線を加えてみました。

石英ガラスは4μm以下で透過していますね。

これを放射温度計で具体的に表現すると・・・

「窓越しに遠くの景色は見えていますが、放射温度計が示している温度は

窓ガラスの温度になります。」です!

可視光は透過しても遠赤外光は通さないのですよ。

 

この現象を身近なところでも起こり利用されています。

 

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太陽の光が差し込む明るいハウスがそうですね。

可視光を含む範囲の広い波長の太陽光で暖められた地面からは遠赤外が放射されますが、

ガラスにより遮断されているためにハウスの中の温度は高くなります。

 

夏の車の中も同じですね・・・

ダッシュボードやシートが暖まり遠赤外を放射しますが、

ガラスで遮られるために内部は異常に高くなるのです。

もし透過するガラス系の物を使えば中はそれほど暑くなりません。(コストが合わないけど・・・)

 

そうそう、そのガラスも全波長域で見てみるとマイクロ波の波長域でまた透過が始まります。

つまり、通す通さないは全波長域では様々なんですね。

 

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例として電子レンジでガラスが使われているタイプがありますが、

温めるために使う波長のマイクロ波はガラスを透過します。

それはとても危険なのである対策がしてあるのですよ。

 

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皆さんご存じのこの小さな穴の空いた金属の網です。

マイクロ波はその波長より小さな穴を通り抜けられないという特性をもっています。

もし、これが無いと・・・

台所にあるレタスやリンゴ、花瓶の水などが温められてしまうことになります。

 

参考:一般的に電子レンジの周波数が2.45GHz帯とすると波長は約12.2cmです。

 

ちょっと難しかったかもしれません。

すこし脱線してしまいましたが次回は放射率と透過レンズに関して書く予定です。

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温度を極める!その3の2・・・放射温度計はカメラと似ているのです。

すべての物体は赤外線を放射しています。

放射温度計はその放射エネルギー量を検知することで温度を知ることができるのですが、

これを勘違いする方も多いのです・・・。

 

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一部の放射温度計で計っている場所の特定をするために、

レーザーマーカーを照射するタイプがあります。

赤外を集光するレンズの左右に小さな穴二つ・・・

これがレーザーマーカー部です。

 

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計るときに測定面にピンクの光点が分かりますね。

写真の場合、ピンク色の2点のレーザーポイントを直径にした

オレンジの円の中の平均温度を測ることになります。

おそらく、この機能によりレーザー光を利用し

計測していると勘違いする方がいたのだと推測しています。

 

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これも知らない方が多いかな~と思い描いてみました。

主な放射温度計には視野角があります。

大きな分類として2つのタイプ。

距離が離れるとひたすら広い範囲を計測するもの。

一度、焦点を結びその後広がるタイプのものとなります。

後者は顕微鏡のイメージですね。

右の方にそれぞれの得意な計測用途例を書いてみました。

 

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放射温度計と熱容量との関係も重要ですね。

接触式の温度計ではセンサ自体に熱容量があるので、

計りたい物の熱を奪ってしまう/与えてしまう事例です。

焦点を結ぶタイプでは小さな基板上の部品の温度測定が代表的です。

また、薄く熱容量の小さな葉・紙・フィルム等の温度を計測する場合などにも使われています。

 

少し非接触で計るというメリットがおわかりいただけたでしょうか?

 

資料:タスコジャパン殿

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温度を極める!その3の1・・・放射温度計とは?

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放射温度計とは・・・

放射温度計もしくは赤外線放射温度計として、

すでに数多く市場で使われている温度計です。

(普通の家庭で使われているは耳式体温計もそうです。)

放射温度計とは
すべての物体は赤外線を放射しています。
この放射される赤外線の強さ(エネルギー量)は温度が
高くなるにしたがい増加しますので、その放射エネルギー量を検知することで温度を知ることができます。
このような原理から「(赤外線)放射温度計」と呼ばれます。

今までの温度センサーとは原理が違うので正しい使い方を知るとかなり応用できます。

この温度計のおもしろさを表す意味でも2問ほどクイズを出しましょう。

まずはビルの上から放射温度計を空に向けてみます。

 

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さて・・・この時、放射温度計は何を計っているでしょう?

さらに何度ぐらいを示すと思いますか?

 

 

 

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答えは・・・

上空の大気の温度です。

これを計ったときは7月だったのでまだ暖かいですね。

-14.7℃という値になりました。

これが冬になりますといわゆる寒気団になるので、

-40℃以下になることもあります。

 

つまり、放射温度計は理論的には無限大の距離の温度を取ることが出来ます。

面白いですね。

これに近いイメージの物はカメラと同じだと言うこと・・・

カメラで景色を撮すと遠くの山々まで写りますよね。

そう、これと同じなんです。

 

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お次は手の温度に関する質問です。

手の温度を放射温度計で測るのですが、

どこの部分が一番高い温度を示すのでしょう?

 

 

 

 

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答えは・・・

なんと指先の爪の部分です。

 

答えを分かりやすくするために放射温度計と同じ原理の赤外線サーモグラフィで撮ってみました。

白くなっている部分が一番温度が高いという事が分かります。
(個人差があり血行がいい人は違う場合もあります)

この理由も興味深いですよ。

体や手には無数の汗腺があって体温調節を行っています。

つまり、汗が気化することによって熱を奪う作用ですね(気化熱・蒸発潜熱)。

ところが爪にはこの汗腺が無いために、

表面温度が高いのでありますよ。

 

なかなか面白いでしょう?

 

この様に放射温度計はいろいろな計測に応用できます。

次回はもう少し深く放射温度計を解説いたしますね。

 

説明:安立計器殿より
写真:タスコジャパン殿/オプテックス殿より

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