红外额温计测量结果的不确定度评定

郭鹭清

引言

红外额温计是指用辐射的原理来实现对人体温度测量的仪器，人体辐射出来的红外线被红外测温仪的探测器吸收，经过合适的发射率修正后得到人体温度。在2020年初暴发的新型冠状病毒肺炎疫情中，红外额温计起到了快速高效筛查疑似新冠感染者的关键作用，在海关、火车站、机场、学校及医院等公共场所和有较大流量人群测温要求的场合使用效率奇高。如果仪器出现准确性问题，势必成为疫情防控的缺口，因此在当下研究其不确定度具有十分重要的意义。

概述

1.测量依据

JJF 1107—2003《测量人体温度的红外温度计校准规范》。

2.测量标准

BF—50C型黑体辐射源标准装置，主要技术参数见表1。

表1 标准装置的技术指标

3.被测对象

红外额温计HA610型，允许误差（℃）见表2。

表2 被测的允许误差

4.测量参数

实验室示值修正值。

5.测量方法

将黑体辐射源标准装置设定至校准温度，待温度稳定后，直接比对被校红外额温计的示值和校准装置的温度显示值，计算出被校额温计误差。

6.评定结果的使用

在符合上述条件下的测量，一般可直接使用本不确定度的评定结果。

测量模型

式中：

tBBi——黑体辐射温度，℃；

其中，ti,j——红外额温计在第i校准点温度上，第j次读数值，℃；

n——读数次数。

输入量的标准不确定度评定

1.输入tBBi的标准不确定度u(tBBi)

u(tBBi)由下面几个分量构成：作为黑体温度的温控器示值u(x1)、辐射源长期稳定性u(x2)、环境温度u(x3)、温度控制的不稳定性u(x4)、黑体空腔辐射不均匀性u(x5)。

（1）用接触式测温的温控器示值表示黑体辐射源温度的不确定度分量u(x1)

根据中国计量科学院对黑体辐射源的校准证书，B类评定：

（2）校准周期内辐射源长期不稳定性引入不确定度分量u(x2)

由最近2次校准证书，辐射温度之差为0.03℃,按均匀分布评定：

（3）环境温度差异引入的不确定度分量u(x3)

实际校准时实际的环境温度为18℃～28℃，与黑体源校准时的环境温度差别不会大于10℃，此温度差别会造成温控器示值变化，根据温控器使用说明书，环境温度变化对示值的影响<0.03℃/10℃，按均匀分布评定，环境温度引入的不确定度为：

（4）温度控制波动性引入的不确定度分量u(x4)

在校准读数过程中黑体辐射源的温度控制稳定度为0.005℃/10min，按均匀分布评定

（5）黑体空腔辐射温度不均匀性引入的不确定度分量u(x5)

通过查询，黑体空腔的辐射温度不均匀性为0.02℃，按均匀分布

（6）黑体辐射温度标准的不确定度u(tBBi)合成

不确定度u(y)

u(y)由两部分分量构成：测量重复性和分辨力。

（1）红外额温度计示值重复性引入的不确定度分量u(x6)

在30℃、34℃和38℃下，重复性测量8次，数据见表3。

表3 重复性测量数据

由于额温计温度范围很窄，标准偏差取30℃、34℃、38℃中的最大值，由于实际校准时额温计的示值取自4次测量平均值，故示值重复性引入的不确定度分量为：

（2）红外温度计分辨力引入的不确定度分量u(x7)

分辨力为0.1℃的红外额温计，因分辨力引入的不确定度认为是均匀分布，故：

（3）读数引入的合成标准不确定度u(y)

根据JJG 133，分辨力和重复性引入的不确定度分量只取最大分量，故：

合成标准不确定度的评定

1.测量模型的各分量灵敏系数均为1，标准不确定度汇总表如下。

表4 标准不确定度汇总表

2.合成标准不确定度的计算

3.合成标准不确定度的有效自由度

扩展不确定度的评定

统一取置信因子k=2，则扩展不确定度U为：

测量不确定度的报告与表示

红外额温计在（30~38）℃温度范围测量结果的扩展不确定度可表示为：

总结

本文提出了红外额温计测量不确定度评定的较优方案，能为测量结果提供合理的可靠性区间，避免因评定的不确定度过大或过小对测量结果造成不合理判定。此次试验得出红外额温计在(30~38)℃范围内测量结果的扩展不确定度可表示为：U＝0.16℃，k=2。