在人體溫度測量領(lǐng)域，精度與響應(yīng)速度始終是研發(fā)工程師關(guān)注的核心問題之一，尤其是在耳溫槍等快速紅外測溫設(shè)備中，如何在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境中保持穩(wěn)定、準確的讀取結(jié)果，是提升用戶體驗與產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。

如果我們查看紅外熱電堆的輸出電壓信號和環(huán)境溫度之間的關(guān)系(參考《紅外熱電堆的特性淺析及應(yīng)用》)，知道理想情況下有:

其中除了被測物體溫度和傳感器冷端溫度之外，其余被認為是常數(shù)。

在測溫過程中，當(dāng)信號放大和數(shù)據(jù)讀取時，我們希望這些兩個變量是穩(wěn)定的。從某種意義上，被測物體的溫度和傳感器的本身溫度都受到環(huán)境溫度的影響，不過被測物體的溫度還好說，尤其是耳朵內(nèi)部這些小環(huán)境內(nèi)；然而傳感器的溫度就不是你說了算的，它受環(huán)境溫度的影響顯然會更大一些。

這種情況下，當(dāng)傳感器的冷端溫度還在變化的時候，而傳感器內(nèi)部的環(huán)溫測溫部件還存在加熱時間常數(shù)因而尚不能表達環(huán)境溫度的時候就開始測溫，得到的結(jié)果往往會存在偏差。

對一些工業(yè)測溫槍，我們可以通過加大傳感器探頭的熱容量的方式，來降低環(huán)境溫度對傳感器探頭溫度的影響，但是對于耳溫槍，耳溫槍這類應(yīng)用，尤其是耳溫槍，本身需要探頭尺寸要盡可能小巧，因此使用大的外部金屬件來增加探頭熱容量的方式并不適合。

那么，有什么解決方法嗎？

牛頓冷卻定律

當(dāng)物體與周圍環(huán)境的溫差不大時，單位時間內(nèi)物體溫度的變化率與物體和環(huán)境的溫差成正比。

這里，T表示物體溫度，T_env表示環(huán)境溫度，k是冷卻常數(shù)。負號表示物體溫度向環(huán)境溫度靠近。如果有傳感器的初始溫度To，那么有傳感器的溫度T：

前面提到熱電堆的輸出信號和傳感器熱電堆的冷端溫度息息相關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度和熱電堆傳感器的本地溫度（我們稱之為冷端）溫度相差較大時，傳感器本身的溫度變化率就會較大，而內(nèi)置的NTC也因為存在跟蹤溫度的一階時間常數(shù)，就存在可能無法及時跟蹤傳感器冷端的溫度變化。

在不加其它額外的部件來增加熱容量的情況下，怎么樣減少傳感器的溫度變化率？

我們回頭再看牛頓一眼，他告訴我們：可以減少傳感器和環(huán)境溫度之間的溫差，來降低傳感器的溫度變化率。

新產(chǎn)品：ZTP-210H

這里小編要為安費諾傳感器的工程師團隊點贊。這些家伙基于前面提到的原理搞了個紅外熱電堆傳感器新產(chǎn)品：既然我們無法控制環(huán)境溫度，那我就控制傳感器自己的溫度。針對人體測溫，比如人體的溫度在37C°左右，那就把傳感器溫度加熱到這個溫度附近，不僅控制了傳感器的溫度變化率，而且還提供了測溫的親和性，尤其針對小孩的測溫。一舉兩得啊!

這就是ZTP-210H，一款主動加熱紅外熱電堆傳感器。該產(chǎn)品專為耳溫槍、額溫槍的人體測溫應(yīng)用打造，其最大亮點在于通過內(nèi)部微型加熱模塊對傳感器自身進行控溫，從而使測量結(jié)果更獨立于周圍環(huán)境變化，實現(xiàn)高穩(wěn)定性、高精度的非接觸溫度檢測。

為什么“主動加熱”？

紅外熱電堆傳感器通過黑體吸收目標物體發(fā)出的紅外輻射而使得和熱電堆的冷端形成溫差，并且由于賽貝克原理造成熱電勢差。然而，在快速變化或不穩(wěn)定的環(huán)境溫度（如開空調(diào)、開門時的突變氣流）下，纖細的傳感器自身溫度也會發(fā)生波動，進而影響測量精度。這種溫漂問題尤其在高要求的醫(yī)療測溫設(shè)備中表現(xiàn)明顯，容易導(dǎo)致誤差大、重復(fù)性差的問題。

Amphenol的主動加熱型紅外熱電堆傳感器通過緊湊內(nèi)置的微型加熱元件持續(xù)維持傳感器本體在一個穩(wěn)定的工作溫度，提高熱電堆溫端與冷端之間的溫差控制能力，從而在環(huán)境溫度變化劇烈的工況下依然保持高的響應(yīng)穩(wěn)定度。

因為傳感器內(nèi)部原本就有測環(huán)境溫度的NTC，當(dāng)環(huán)境溫度（比如耳蝸）高于傳感器探頭溫度，我們持續(xù)加熱探頭讓傳感器探頭溫度接近這個環(huán)境溫度；當(dāng)環(huán)境溫度低于探頭溫度時，我們?nèi)匀豢梢约訜崽筋^，通過控制功率的方式讓探頭溫度維持在一個相對較高但是穩(wěn)定的溫度。這樣就可以讓紅外熱電堆的工作始終處于一個相對穩(wěn)定的環(huán)境溫度之中。

實驗結(jié)果：溫度變化率顯著降低

在我們的內(nèi)部實驗中，主動加熱版本傳感器在模擬常溫房間中開啟空調(diào)（模擬冷風(fēng)沖擊）的工況下，相比傳統(tǒng)無加熱型熱電堆，其測溫值的瞬時變化率（ΔT/Δt）平均下降達46%以上，極端情況下降幅甚至超過60%。

這意味著耳溫槍用戶在環(huán)境溫度突變時所受到的誤差擾動將顯著被抑制，例如在醫(yī)院、家庭或戶外測溫場景中，測溫值保持更加一致可靠。

應(yīng)用優(yōu)勢：不僅限于耳溫槍

雖然該系列傳感器目前主要面向耳溫槍應(yīng)用，但其所體現(xiàn)出的溫度抑制特性和邊界穩(wěn)定性，也讓它成為以下領(lǐng)域的理想選擇：

醫(yī)療級額溫儀和紅外體溫篩查設(shè)備

工業(yè)自動測溫崗哨系統(tǒng)

IoT環(huán)境監(jiān)測中需要精確響應(yīng)的人體存在識別與發(fā)熱檢測

室內(nèi)智能溫控領(lǐng)域中精準識別人類體溫差的裝置

Amphenol Sensors持續(xù)推進創(chuàng)新傳感科技

作為全球領(lǐng)先的傳感與互連方案提供商，Amphenol不斷致力于推動傳感器性能邊界的突破。本次推出的主動加熱紅外熱電堆產(chǎn)品，正是我們以客戶場景為中心，洞察應(yīng)用痛點，也是理論聯(lián)系實際并實現(xiàn)的一項成果。

借助主動熱穩(wěn)方案，讓環(huán)境變化不再干擾您的精密測量。

若需獲取產(chǎn)品手冊、或樣品，請聯(lián)系您的 Amphenol 銷售代表，或訪問我們在溫度傳感器領(lǐng)域的產(chǎn)品頁面。