Введение
Действие термопары основано на эффекте термоэлектричества, открытом немецким физиком Т. Зеебеком в 1821 году . Если соединить два провода из разнородных металлов, то между их концами возникнет электродвижущая сила величиной порядка милливольта, с температурным коэффициентом около 50 мкВ на градус. Такие соединения называются термопарами и используются для измерения температуры в диапазоне от -270 до +2500 градусов Цельсия. Зависимость напряжения от температуры нелинейна, однако в небольшом диапазоне температур термо-э.д.с. пропорциональна разности температур спаев Т1 и Т2:
ЭДС = S(Т2 — Т1), (1)
где S- коэффициент Зеебека.
Принцип действия термопары иллюстрируется следующим рисунком (рис.1). Если температуры спаев различаются, и температура одного из спаев известна (например, измерена с помощью термометра или терморезистора), то температуру второго спая (т.е. измеряемую температуру) можно найти из уравнения (1). Для того, чтобы упростить процесс измерения температуры с помощью термопары, температуру холодного спая можно застабилизировать например, опустив холодный спай в ванночку со льдом. Однако применение компьютера совместно с системой сбора данных делает эту процедуру излишней, поскольку температура холодного спая изменяется в небольших пределах, и поэтому применение даже недорогого терморезисторного датчика позволяет получить хорошие результаты с помощью программной компенсации температуры холодного спая.
 |
 |
| Рис.1. Принцип действия термопары | Рис.2. Подключение вольтметра с помощью третьего металла |
При подключении к термопаре внешней электрической цепи появляются новые контакты разнородных металлов, которые вводят в измерительную цепь дополнительные ЭДС. Однако можно видеть (рис.2), что, например термоЭДС двух контактов медь-константан включены встречно и поэтому компенсируют друг-друга. Это позволяет использовать термопару на большом удалении от измерителя напряжения, соединив их обычными медными проводами.
Бесконтактные способы измерения
Получить необходимые данные можно и без непосредственного контакта с пациентом. Это стало возможным с помощью инфракрасных термометров, которые появились не так давно. Их принцип основан на определении величины тепла от диагностируемого человека с дальнейшим преобразованием информации в электрический сигнал. Инфракрасные термометры дают уровень погрешности в пределах 0,1–0,2 градуса.
Бесконтактные способы измерения температуры позволяют получить необходимые данные за 1–3 секунды. Для этого достаточно поднести прибор ко лбу даже спящего человека. Эта процедура уменьшает вероятность передачи инфекции через прибор, так как отсутствует прямой физический контакт. Поэтому этот способ идеально подходит для общественных учреждений: больниц, мед. кабинетов, школ, садиков.
Тепловизоры для измерения температуры тела
Разделяют портативные и стационарные тепловизоры. Портативные модели могут устанавливаться на штативах, различных креплениях и функционировать как стационарные модели.
Для задач видеонаблюдения и контроля доступа часто используют либо связку видеокамеры и тепловизора, либо устройство, соединяющее эти функции в одном корпусе, то есть тепловизионные камеры. От обычных камер они отличаются 2 объективами на фронтальной панели.
Чтобы сканировать температуру человеческого тела, можно использовать только специально предназначенные для этого тепловизоры
Их настройки позволяют снизить погрешность измерения до минимальных значений, что важно при сканировании людей. Промышленные тепловизоры имеют слишком большую погрешность, которая может дать как большое количество ложных тревог, так и пропустить людей с признаками инфекционных заболеваний.
Для получения требуемой точности данных в тепловизорах используются 2 разных метода:
- Сравнение однородных объектов с близкой температурой. На практике это выглядит так: регистрируются данные измерения первых 10 человек, проходящих мимо объектива, рассчитывается средний показатель. Это значение принимается как эталонное и с ним сравниваются результаты замеров всех последующих посетителей или сотрудников.
- Сравнение с тепловым эталоном, который чаще всего называют «абсолютно черным телом» (АЧТ). Данный прибор излучает строго определенную температуру, которая признается за эталон и в сравнении с ним происходит сканирование всех проходящих людей.
Тепловизионные системы позволяют работать с потоком людей, что важно в таких общественных местах, как вокзалы, метро, больницы, школы, стадионы и прочие.
И, хотя данные решения дороже терминалов или стационарных бесконтактных термометров, но возможности их шире, а функционал, несомненно, будет полезен для организаций с повышенными требованиями к используемому оборудованию, такими как высокая скорость проведения измерений, интенсивность потока людей, точность замеров, количество ошибок.
Среди тепловизионных систем можно отметить тепловизионные комплекты DAHUA для определения температуры тела. Готовые комплекты полностью готовы к использованию в общественных местах, обеспечивают высокую точность измерения и состоят из следующих устройств:
- тепловизионная камера,
- калибровочное оборудование (АЧТ),
- видеорегистратор,
- программное обеспечение,
- аксессуары – адаптеры, штативы и пр.
Подобранные составляющие комплектов полностью совместимы, упрощая внедрение системы на предприятии.
Достоинства тепловизионных комплексов:
- Обеспечивают высокую точность измерения.
- Тепловизор проводит сканирование на большой дистанции, обслуживающему персоналу нет необходимости подходить близко к посетителям, следовательно исключается перекрестное заражение.
- Высокая скорость – уменьшает заторы на входе, позволяя вести замеры в потоке людей.
Тепловизионные комплексы и камеры имеют некоторые ограничения, которые необходимо учитывать при их внедрении:
- Если используется АЧТ, то для начала его работы оно должно прогреться до заданного уровня в течение 10–15 минут. На практике это означает, что калибратор должен быть включен либо постоянно, либо включаться как минимум за 15–20 минут до начала прохода людей.
- На точность влияет нахождение различных нагретых предметов в поле зрения тепловизора – например, если тепловизор «смотрит» в сторону входа с тепловой пушкой, то он может некорректно проводить сканирование проходящих мимо людей.
- В холодное время года перед сканированием сотрудники и посетители должны согреться, побыв в теплом помещении – так замеры будут более точными. Это решается организацией тепловых коридоров, через которые проходят люди перед сканированием.
Необходимые компоненты
Arduino
В этом проекте мы используем микроконтроллер для контроля всего процесса, который размещен на плате Arduino. Некоторые называют Arduino микроконтроллером, но это не совсем так, потому что Arduino представляет собой операционную систему или начальный загрузчик, который работает на основе микроконтроллера AVR. Если говорить шире, то Arduino – это аппаратная платформа с открытым исходным кодом, которая очень удобна для реализации многих практических проектов в электронике.
Датчик температуры LM35
| Номер контакта | Функция | Обозначение |
| 1 | Питающее напряжение; 5V (+35V to -2V) | Vcc |
| 2 | Выходное напряжение (+6V to -1V) | Output |
| 3 | Земля (0V) | Ground |
Питание
Плата Arduino уже имеет встроенный модуль подачи питания, поэтому здесь нам необходимо только подсоединить адаптер на 9 или 12 вольт к плате, или можно запитать ее от USB-порта компьютера или ноутбука.
Конструкции термопар
Сварка проводов, изготовленных из разных металлов, выполняется таким образом, чтобы получилось небольшое по размеру соединение — спай. Провода можно просто скрутить, однако такое соединение ненадежно и имеет большой уровень шумов. Сварку металлов иногда заменяют пайкой, однако верхний температурный диапазон такой термопары ограничен температуров плавления припоя. При температурах, близких к температуре плавления припоя, контакт разнородных металлов в термопаре может нарушаться. Термопары, изготвленные сваркой, выдерживают более высокие температуры, однако химический состав термопары и структура металла в месте сварки могут нарушаться, что приводит к разбросу температурных коэффициентов термопар. Под действием высоких температур может произойти раскалибровка термопары вследствие изменения диффуции компонентов металла в месте сварки. В таких случаях термопару следует откалибровать заново или заменить.
Промышленностью выпускаются термопары трех различных конструкций: с открытым спаем, с изолированным незаземленным спаем и с заземленным спаем. Термопары с открытым контактом имеют малую постоянную времени, но плохую коррозионную стойкость. Термопары двух других типов применимы для измерения температуры в агрессивных средах. В таблице 3 приведены типы термопар и их маркировка в соответствии со стандартом ANSI.
Таблица 3
|
Обозначение, |
Тип по |
Материал |
Материал |
Максимальная погрешность |
Максимальная |
Температурный |
Выходное |
|
J |
ТЖК |
Железо, Fe |
Константан, Cu-Ni |
2,2 oС или 0,75% |
760 |
51,45 |
5,268 |
|
K |
TXA |
Хромель, Cr-Ni |
Алюмель, Ni-Al |
2,2 oС или 0,75% выше 0 oС, 2,2 oС или 2% ниже |
1370 |
40,28 |
4,095 |
|
T |
ТМК |
Медь, Cu |
Константан, Cu-Ni |
1 oС или 0,75% выше 0 oС, 1 oС или 1,5% ниже |
400 |
40,28 |
4,277 |
|
E |
ТХКн |
Хромель, Cr-Ni |
Константан, Cu-Ni |
1,7 oС или 0,5% выше 0 oС, 1,7 oС или 1% ниже |
1000 |
60,48 |
6,317 |
|
N |
ТНН |
Никросил, Ni-Cr-Si |
Нисил, Ni-Si-Mg |
2,2 oС или 0,75% выше 0 oС, 2,2 oС или 2% ниже |
— |
— |
— |
|
R |
ТПП |
Платина-Родий |
Платина Pt |
1,5 oС или 0,25% |
1750 |
5,8 |
0,647 |
|
S |
ТПП |
Платина-Родий |
Платина Pt |
1,5 oС или 0,25% |
1750 |
5,88 |
0,645 |
|
B |
ТПР |
Платина-Родий |
Платина-Родий |
0,5% выше +800 oС |
1800 |
— |
0,033 |
|
L |
TXK |
Хромель-Копель |
900 |
||||
|
C |
ТВР,A |
Вольфрам-Рений, |
Вольфрам-Рений, |
4,5 oС до _425 oС, 1% до 2320 oС |
— |
— |
— |
Особенностью термопар по сравнению с другими типами термодатчиков является то, что температурный коэффициент зависит только от материала, из которого изготовлена термопара и не зависит от ее конструкции (термопары выполняются в форме щупа, проклодки, бронированного зонда, и т.п.). Это делает термопары взаимозаменяемыми без дополнительной подстройки.
При высоких температурах сопротивление материала изоляции термопары уменьшается и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погрешность термопары возрастает также при попадании жидкости внутрь термопары, вследствие чего возникает гальванический эффект.
Разница показаний при замерах нагретых и холодных тел
К примеру, если у вас предмет имеет температуру окружающей среды, то излучает и отражает он приблизительно одну и ту же температуру. Но если его при этом нагреть, то сразу же появится погрешность, существенно искажающая реальные данные.
Чтобы удостоверится во всем вышесказанном, можете сами провести простейший эксперимент. Возьмите блестящую кастрюлю и какую-нибудь книжку.
Далее проведите замеры на них одним и тем же пирометром. Чтобы повысить точность эксперимента, старайтесь делать замеры в одной точке.
Результаты у вас точно не будут одинаковыми, правда сильной разницы вы не увидите. Если перепроверить это дело контактным термометром, то отклонения будут составлять всего 2-3 градуса.
Но это все будет справедливо только при комнатной температуре предметов. А что будет, если в кастрюлю залить горячую воду?
Измерения в этом случае тут же пойдут в разнос.
Это говорит о том, что температура нагретых гладких блестящих поверхностей, просто так пирометром не измеряется.
Поэтому, когда в видеороликах показывают, насколько элементарно бесконтактным измерителем определить температуру батарей или контактов, не сильно доверяйте данной рекламе.
Тестирование работы термометра
После того как аппаратная часть проекта будет готова, загрузите код программы в плату Arduino. После этого откройте окно монитора последовательной связи (serial monitor) и вы увидите что в нем будет печататься ошибка определения положения (position error). Если вы поднесете термометр достаточно близко к своей руке, вы увидите что в этом окне начнут выводиться измеренные значения температуры. Если у вас есть под рукой сертифицированный термометр, то вы можете откалибровать работу нашего самодельного термометра с его помощью изменяя значение корректировочного значения в программе (error correction value).
После этого используйте соединитель OTG типа чтобы подключить термометр к своему смартфону. Мы протестировали его работу со смартфонами с разъемами Type-C и micro USB – в обоих случаях проблем не возникло. Только проверьте в своем смартфоне правильность настроек при подключении к нему устройств с помощью OTG. Некоторые смартфоны «спрашивают» об этом при подключении устройств, а некоторые – нет.
После выполнения всех необходимых подключений установите приложение Easy Scan (ссылка на его скачивание приведена выше в статье) и запустите его. Поместите получившуюся конструкцию напротив человека, температуру которого необходимо измерить, и если все работает нормально, вы должны увидеть на экране приложения измеренное значение температуры.
В приложении можно будет установить границу температуры, при превышении которой необходимо будет также делать фотографию лица с повышенной температурой. Все собранные сведения можно будет просмотреть в приложении в удобном виде, также они могут быть «расшарены» в Excel формате для других лиц. Более подробно работу с нашим самодельным термометром вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи.
Способы бесконтактного замера температуры тела
Рассмотрим, какое оборудование существует на рынке для решения задачи дистанционного выявления лиц с повышенной температурой тела:
- медицинские инфракрасные термометры (пирометры),
- стационарные бесконтактные термометры-стойки,
- биометрические терминалы с модулем измерения температуры человека,
- тепловизоры и тепловизионные камеры,
- температурное сканирование совместно с другими задачами контроля доступа.
Именно ручные медицинские пирометры стали оборудованием «первого выбора» в 2020 году. И именно их сейчас повсеместно заменяют на более удобные автоматизированные системы.
Проанализируем плюсы и минусы этих решений на примере оборудования бренда ZKTeco и Dahua.
Достоинства и недостатки бесконтактных устройств для измерения температуры тела
Бесконтактный способ измерения температуры посредством инфракрасного термометра имеет свои недостатки, а именно:
- Выбор покупки в пользу бесконтактного термометра обойдется дороже, чем покупка обычного градусника.
- Имеется небольшая погрешность измеряемой температуры.
- Может ошибаться в жару и холод.
Но бесспорно, у данного устройства имеется множество плюсов:
- Позволяет измерить температуру как у маломобильных пациентов, так и у очень подвижных детей.
- Позволяет измерить температуру у множества людей сразу с соблюдением санитарных норм.
- Измерение температуры происходит моментально.
Типы по материалам
Несмотря на то что с момента появления первых термометров прошло свыше 400 лет, тем не менее эти приборы и по сей день продолжают совершенствоваться. Промышленность постоянно предлагает все новые устройства, основанные на принципах действия, не используемых ранее.
Жидкостные
Такие термометры имеют самую давнюю историю. Принцип их действия базируется на особенностях расширения жидкости при любых измерениях температурных параметров. В процессе нагревания жидкость, в соответствии с законами физики, расширяется, а при охлаждении, наоборот, сжимается.
Устройство представляет собой колбу из стекла, наполненную действующим веществом, ее прикладывают к расположенной внутри шкале в форме линейки. Температура определяемой среды вычисляется по приведенной шкале — высота столбика жидкости отражает соответствующий параметр.
Наиболее распространены ртутный, спиртовой и керосиновый.
Подобные приборы относятся к высокоточным, погрешность их замеров не превышает 0,1 гр.
В зависимости от наполнения этот градусник может высчитывать температуру в границах от 0 до +700 гр., однако при падении он может расколоться.
Газовые
Эти термометры функционируют по тому же механизму, что и жидкостные, но они наполнены инертным газом. За счет этого можно существенно увеличить рабочий диапазон измеряемых параметров. Как правило, наибольшее значение на таких устройствах находится в границах от +270 до +1000 гр. Чаще всего газовые термометры используются для определения степени нагрева горючих веществ.
Механические
Подобные градусники работают от деформации спирали из металла. Их оборудуют стрелкой, потому визуально напоминают обычные стрелочные часы. Чаще всего устанавливаются на панельных приборах автомашин и спецтехники. Основное их преимущество — прочность. Им нестрашны удары и встряски, чего не скажешь о стеклянных моделях.
Электрические
Подобные приборы функционируют, основываясь на мониторинге изменения параметров сопротивления проводника в разных средах. Сопротивляемость в момент передачи тока будет тем выше, чем горячее будет металл.
Границы чувствительности таких приборов разнятся. Все зависят от вида металла-проводника. Так, для меди они соответствуют -50-+180 гр. изделия на платине вычисляют значения в диапазоне от -200 до +850 гр. — именно их обычно используют в научных лабораториях.
Термоэлектрические
Такой градусник имеет пару проводников, способных измерять температурные показатели по физико-механическому принципу. Они имеют довольно широкий функциональный диапазон: от -100 гр. до +2000, при этом погрешность замеров никогда не превышает 0,1 гр. В основном нашел свое применение в промышленности, когда нужно определить температуры выше 1000 гр.
Инфракрасные
Наиболее известное название агрегата – пирометр, и он стал одним из новых изобретений. Максимальная граница может быть в температурном промежутке от +100 до +3000 гр. Такие градусники позволяют производить замеры без взаимодействия с измеряемой средой — устройство самостоятельно посылает ИК-лучи на нужную поверхность, и вскоре на мониторе отображается температура. Однако точность таких измерений никак нельзя назвать высокой — полученные показатели отличаются от реальных на 2–3 гр. Такие приборы актуальны при выполнении работ с металлом в корпусе мотора, горне и других труднодоступных местах.
Волоконно-оптические
Как и следует из названия, эти термометры выполняются из оптоволокна. Это особо чувствительные датчики, измеряющие температуру в границах до +400 гр. Принцип действия базируется на использовании натянутого оптического волокна, которое под действием изменяющейся температуры может либо сжиматься, либо растягиваться. Проводимый через него поток света преломляется, это фиксируется датчиком, который и сопоставляет степень преломления с параметрами нагрева внешней среды.
Другие способы детекции посетителей и сотрудников с признаками инфекционных заболеваний
На рынке существуют еще и другие устройства для определения людей с признаками инфекционных заболеваний, например:
- рамки прохода со встроенным модулем измерения температуры тела,
- металлодетекторы с аналогичными функциями,
- температурные считыватели, подключаемые к уже имеющимся терминалам.
Подобные решения обычно удобны для прохода большого количества людей, не создают скоплений и толпы на входе, быстро развертываются и настраиваются. Кроме того, они мобильны и позволяют устанавливать их в любом удобном месте.
Для предотвращения распространения вирусных инфекций организации могут применять различные устройства температурного сканирования – в зависимости от места и условий работы, количества сотрудников и посетителей, а также других факторов. Имеет значение и бюджет – тепловизионные комплексы потребуют больших затрат, а биометрические терминалы будут доступны даже небольшим организациям с малыми финансовыми возможностями.
Получите консультацию специалистов TELECAMERA.RU по подбору оборудования для температурного контроля и предотвращения распространения инфекционных заболеваний.
Алгоритм измерения температуры
Если по теореме об эквивалентном генераторе электрической цепи левый (по схеме) спай заменить источником напряжения, а затем перенести этот источник к вольтметру, то получим окончательно измерительную цепь, которая используется в большинстве приборов для измерения температуры на основе термопар (рис.4). Величина ЭДС источника Екомп является функцией температуры холодного спая T1. «Холодным спаем» в этом случае являются контакты между медью и железом и медью и константаном. Эти контакты должны иметь одинаковую температуру. Источник Екомп в системе RealLab! реализуется программно, а температура, на основании которой вычисляется величина компенсирующей ЭДС, измеряется каким-либо термодатчиком, например, терморезистором, полупроводниковым датчиком или RTD.
Таким образом, алгоритм измерения температуры должен состоять из следующих шагов:
- измерение температуры холодного спая;
- преобразование этой температуры в эквивалентное напряжение на выводах холодного спая термопары, используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение;
- добавление этого напряжения к измеренному напряжению на выводах термопары;
- преобразование полученного напряжения в температуру используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение.
Рис.3. Замена левого спая эквивалентным генератором
Шаг 1. Вступление
Инфракрасные термометры широко используются для определения температуры поверхности объектов. Часто в технических системах или в электронной цепи повышение температуры является одним из первых признаков того, что что-то не так. Быстрая бесконтактная проверка с помощью инфракрасного термометра поможет понять, что происходит с температурой системы, что позволит отключить ее, прежде чем это приведет к необратимому повреждению.
Инфракрасное излучение — это просто еще один тип излучения, которое существует в электромагнитном спектре. Мы этого не видим, но если бы вы поместили руку рядом с чем-то горячим, например, с плитой, вы бы почувствовали воздействие инфракрасного излучения. Все объекты излучают энергию в виде инфракрасного излучения. Большинство ручных термометров используют линзы для фокусировки света от одного объекта на термобатарею, которая поглощает инфракрасное излучение. Чем больше инфракрасной энергии поглощается, тем больше она нагревается и уровень тепла преобразуется в электрический сигнал, который в конечном итоге преобразуется в показание температуры.
Я работал на трассе на днях, и у меня был компонент, который был очень горячим. Я хотел узнать его температуру, но, поскольку у меня не было инфракрасного термометра под рукой, то было принято решение создать свой собственный. Устройство будет иметь специальный 3D-корпус, который можно распечатать и собрать прямо у себя дома.
Это простой проект, который можно использовать как отличное введение в сенсоры, 3D дизайн или печать, электронику и программирование.
Дизайн корпуса для термометра
Мы в нашем проекте для изготовления корпуса нашего бесконтактного термометра использовали 3D принтер. Корпус термометра состоит из двух частей. Верхняя часть термометра содержит все его основные компоненты: плату Arduino, OLED дисплей, датчик температуры и лазерный диод. Нижняя часть термометра представляет собой ручку, в которой размещены батарейка и кнопка включения термометра. Внешний вид корпуса термометра показан на следующем рисунке.
3D печать компонентов термометра
Представленная 3D модель затем была сохранена в виде STL файлов и конвертирована в G-code (G-код) с помощью программного обеспечения Cura. Для печати компонентов термометра мы использовали 3D принтер Tevo tarantula. После печати компонентов мы скрепили их вместе с помощью шурупов. Если ваш принтер поддерживает возможность печати корпуса термометра целиком, то тогда ваша задача упрощается.
Напечатанные нами элементы корпуса термометра с размещенными внутри электронными компонентами показаны на следующих рисунках.
Мы решили верхнюю часть корпуса термометра оставить открытой для возможности внесения в нее изменений, но вы можете сделать ее закрытой.
Исходный код программы (скетча)
Arduino
float error_correction = 3.5; //мы будем добавлять это корректировочное значение к показаниям
int Range_sensitivity = 200; //уменьшите это значение чтобы увеличить диапазон работы термометра
#include <Wire.h> //библиотека для протокола I2C
#include «MLX90615.h»
MLX90615 mlx = MLX90615();
void setup()
{
Serial.begin(9600);
delay(100);
while (! Serial);
pinMode(2,OUTPUT);
mlx.begin();
}
int Noise;
int Signal;
int Noise_P_Signal;
boolean trigger = true;
float temperature;
float pvs_temperature;
void loop()
{
digitalWrite(2,HIGH); // включаем инфракрасный светодиод
delayMicroseconds(500); // время, в течение которого инфракрасный светодиод будет находиться во включенном состоянии
Noise_P_Signal=analogRead(A7); // считываем значение с контакта A0 => noise+signal (шум + сигнал)
digitalWrite(2,LOW); // выключаем инфракрасный светодиод
delayMicroseconds(500); // время, в течение которого инфракрасный светодиод будет находиться в выключенном состоянии
Noise=analogRead(A7); // считываем значение с контакта A0 => noise only (только шум)
Signal = Noise — Noise_P_Signal;
//Serial.print(«Noise + Signal = «); Serial.println(Noise_P_Signal);
//Serial.print(«Noise =»); Serial.println(Noise);
//Serial.print («—> Signal =»); Serial.println (Signal);
//temperature = (mlx.get_object_temp()) + error_correction;
//Serial.println(temperature,1);
//delay(100);
if (Signal>Range_sensitivity && Noise >500) // уменьшаем сигнал чтобы увеличить диапазон
{
if (trigger == true)
Serial.println(«start»);
digitalWrite(2,LOW); //выключаем инфракрасный датчик чтобы предотвратить помехи
for (int i=1; i<=3; i++)
{
temperature = (mlx.get_object_temp()) + error_correction;
Serial.println(temperature,1);
delay(150);
}
trigger = false;
}
else
{
delay(100);
trigger = true;
digitalWrite(13,LOW);
Serial.println(«position_error»);
}
}
|
1 |
floaterror_correction=3.5;//мы будем добавлять это корректировочное значение к показаниям intRange_sensitivity=200;//уменьшите это значение чтобы увеличить диапазон работы термометра #include <Wire.h> //библиотека для протокола I2C MLX90615mlx=MLX90615(); voidsetup() { Serial.begin(9600); delay(100); while(!Serial); pinMode(2,OUTPUT); mlx.begin(); } intNoise; intSignal; intNoise_P_Signal; booleantrigger=true; floattemperature; floatpvs_temperature; voidloop() { digitalWrite(2,HIGH);// включаем инфракрасный светодиод delayMicroseconds(500);// время, в течение которого инфракрасный светодиод будет находиться во включенном состоянии Noise_P_Signal=analogRead(A7);// считываем значение с контакта A0 => noise+signal (шум + сигнал) digitalWrite(2,LOW);// выключаем инфракрасный светодиод delayMicroseconds(500);// время, в течение которого инфракрасный светодиод будет находиться в выключенном состоянии Noise=analogRead(A7);// считываем значение с контакта A0 => noise only (только шум) Signal=Noise-Noise_P_Signal; //Serial.print(«Noise + Signal = «); Serial.println(Noise_P_Signal); if(Signal>Range_sensitivity&&Noise>500)// уменьшаем сигнал чтобы увеличить диапазон { if(trigger==true) Serial.println(«start»); digitalWrite(2,LOW);//выключаем инфракрасный датчик чтобы предотвратить помехи for(inti=1;i<=3;i++) { temperature=(mlx.get_object_temp())+error_correction; Serial.println(temperature,1); delay(150); } trigger=false; } delay(100); trigger=true; digitalWrite(13,LOW); Serial.println(«position_error»); } |
Где применяются тепловизионные комплексы
Тепловизор — оптико-электронное устройство, которое «видит» в инфракрасном спектре. Да, это та самая штука из боевиков про лихой спецназ и фильмов про Хищника, которая красиво раскрашивает обычное изображение в красно-синие тона. На практике ничего необычного в ней нет и их используют достаточно широко: тепловизорами определяют положение и форму излучающих тепло объектов и измеряют их температуру. В промышленности тепловизоры давно применяют для контроля температуры на производственных линиях, промышленного оборудования или трубопроводов. Часто тепловизоры можно заметить по периметру серьёзных объектов: тепловизионные комплексы «видят» тепло, которое излучает человек. С их помощью охранные системы засекают несанкционированное проникновение на объект даже в абсолютной темноте.
Из-за COVID-19 тепловизоры всё чаще интегрируются с системами биометрической идентификации для контроля доступом. Например, интегрированные в «БиоСКУД» (комплексное решение Ростелекома, которое разрабатывается и производится в России) тепловизионные устройства могут измерять температуру людей, отслеживать перемещение и выделять отдельных лиц с повышенной температурой.
Обязательных нормативов по применению тепловизионных систем в России нет, но есть общая рекомендация Роспотребнадзора, согласно которой необходимо контролировать температуру всех посетителей и сотрудников. И тепловизионные комплексы делают это почти мгновенно, не требуя от сотрудников и посетителей дополнительных действий.
Погрешность при отражении луча и коэффициент излучения
Когда вы измеряете градусы контактным термометром, вы по факту делаете замер только температуры тела. А вот если вы попытаетесь тоже самое проделать на некотором расстоянии, то вы попутно измерите все те волны и лучи, которые не зависимо от вашего желания так или иначе попадают в объектив пирометра.
А попадает туда не только то излучение, которое испускает тело.
И если при этом не знать как правильно настраивать пирометр, то прибор будет показывать полную белиберду.
Что это за помехи, которые влияют на точность измерения? При работе с инструментом в его объектив попадает 3 составляющих:
лучи, которые тело пропускает через себя
лучи, которые оно испускает (это его собственная температура)
отраженные лучи от окружающих предметов
Пропускаемые лучи в расчетах обычно не учитываются, потому то большинство тел попросту непрозрачны для них. Поэтому в расчет берутся только две величины:
коэффициент излучения или коэффициент эмиссии
коэффициент отражения
Причем вас в большей степени должен интересовать именно коэфф. излучения, так как это и есть та самая температура, которую имеет тело.
В этом плане стоит заметить, что пирометр не может измерять температуру предмета, который находится за стеклом, в дыму или тумане.
Стекло для оптики прибора – это не прозрачный элемент, а отдельный объект, выделяющий свое собственное излучение. Поэтому его нужно убирать из области замера.
Большинство тел и поверхностей нас окружающих, имеют коэффициент излучения равный 0,95. Именно такие заводские настройки изначально выставляются на приборах.
Причем на дешевых моделях, они жестко встроены в программную составляющую раз и навсегда, и изменить вы их не сможете. На более дорогих аппаратах, данный коэфф. можно регулировать вручную.
Для чего это необходимо делать? У разных по составу и свойствам тел, коэфф. излучения отличается. И чем он выше, тем точнее будут результаты измерения температуры пирометром.
Например, если он составляет величину К=0,95, то у вас на отражение остается всего 5%. Ошибка, которую будут вносить эти самые 5%, будет крайне мала и ей можно пренебречь.
Но дело в том, что на практике как в электричестве, так и в отоплении, нас мало интересуют предметы с высоким коэффициентом излучения. К таковым относятся стены, пол, поверхность стола, предметы мебели и т.д.
Пирометром мы в первую очередь измеряем медные или алюминиевые контакты, радиаторы батарей отопления, трубы, хромированные полотенцесушители и т.п.
Все они имеют яркую блестящую поверхность, которая как раз-таки и вносит существенную ошибку в данные замеров. При этом есть определенный нюанс.
Возможности тепловизионных комплексов
Точность измерения и её скорость зависят от разрешения матрицы тепловизора и других его характеристик. Но за любой матрицей стоит ПО: за определение объектов в кадре, за их идентификацию и фильтрацию отвечает алгоритм видеоаналитики. Например, алгоритм одного из комплексов измеряет температуру у 20 человек одновременно. Пропускная способность комплекса — до 400 человек в минуту, этого достаточно для использования на крупных промышленных предприятиях, в аэропортах и на вокзалах. При этом тепловизоры фиксируют температуру на расстоянии до 9 метров с точностью плюс-минус 0,3 °С. Есть комплексы попроще. Однако и они могут эффективно справляться со своими задачами. Одно из решений – интеграция тепловизора в рамку металлодетектора. Такой комплект оборудования подойдёт для пропускных пунктов с небольшим потоком посетителей – до 40 человек в минуту. Подобное оборудование детектирует лица людей и измеряет температуру с точностью до 0,5 °С на расстоянии до 1 метра.
Колебания температуры у здорового человека
Общепринятым вариантом нормы считается показатель температуры 36,60С. Увеличение ее на 0,5 не всегда является признаком воспалительного процесса. Перечень факторов, провоцирующих незначительный подъем температуры:
- Нарушение вегетативной функции. Происходит при дисбалансе работы симпатической и парасимпатической нервной системы. Под влиянием неблагоприятных внешних факторов человек становится более подвержен стрессам, эмоционально неустойчивым. В результате этих состояний нарушается тонус сосудов и, как следствие, возможен подъем температуры до субфебрильных значений.
- При приеме горячей ванны, употребления внутрь горячего питья, после интенсивных физических нагрузок, пребывания в некомфортном душном помещении также может увеличиваться температура.
- Вариантом нормы является незначительное суточное колебание показателей, увеличивающихся во второй половине дня.
Такие суточные колебания являются полностью обратимыми и не опасны для жизни человека.
