Cum funcționează un termometru în infraroșu și de ce doar cele medicale trebuie utilizate pentru măsurarea temperaturii umane

A început măsurarea temperaturii cetățenilor la intrarea în diverse instituții și magazine și foarte mulți și-au cumpărat termometre în infraroșu pentru asta. De ce? Pentru că măsoară temperatura în câteva secunde și fără contact cu pielea, pe când să-i dai omului un termometru normal cu mercur și să-i ceri să-l țină sub limbă vreo două minute este imposibil.

De ce se măsoară temperatura la intrarea în diverse clădiri?

Obligativitatea măsurării temperaturii apare în Anexa la Hotărârea 24 din 14 mai 2020, unde la punctul 3 scrie:

3. Instituțiile publice și operatorii economici care desfășoară activități comerciale/de lucru cu publicul ce implică accesul persoanelor în interiorul clădirilor, iau măsuri pentru organizarea activității, astfel:

b) să nu permită accesul persoanelor a căror temperatură corporală, măsurată la intrarea în incintă, depășește 37,3 grade C;

Asta ca să știți cine și ce le dă dreptul să vă ia temperatura. Din “operatorii economici” eu înțeleg că aproape orice business trebuie să măsoare temperatura clienților.

Este măsurarea temperaturii o idee bună? Asta este o altă discuție. Poți avea temperatura crescută din foarte multe motive, dar trăim vremuri în care se merge pe principiul “better safe than sorry”, iar legea este cea de mai sus.

În plus, dacă 5 secunde de măsurătoare la intrarea într-o clădire îi ferește pe cei din interior de îmbolnăvire sau măcar îi face să se simtă mai în siguranță, mai puțin stresați de covid-19, eu n-am nici o problemă în a accepta să fiu “termometrizat” (hai să nu mai inventăm cuvinte, totuși?). Mai ales că și eu mă simt mai bine știind că toți ceilalți din interior au fost la rândul lor măsurați.

De ce temperatura măsurată este de obicei mai mică decât cea reală?

Mai multe motive:

1. Temperatura la suprafața pielii este mai mică decât în interiorul corpului și, ca orice schimb de temperatură, contează și cât de cald este aerul în ziua respectivă.
2. Termometrele indică valori diferite pentru că nu sunt bine calibrate, o eroare uzuală fiind de +/- 2 grade Celsius. Cele cu infraroșu depind puternic de calibrarea din fabrică și de materialul și culoarea obiectului a cărui temperatură este măsurată; explic mai jos, în partea plictisitoare, de ce.

Uitați un test făcut de mine. Un termometru clasic no-name pe care-l am pe acasă și pe care l-am ținut un minut sub limbă zice că am 36 de grade. Camera mea cu termoviziune, ațintită pe fruntea mea, spune că am 33-35 de grade (oscila între valori), iar în vârful nasului am 32 de grade, că-i lung și mai slab inervat și deci mai rece.

Câte grade am de fapt? Nu știu, ba chiar toate citirile pot fi adevărate pentru că le-am făcut în puncte diferite ale corpului.

Concluzia este, însă, că pragul legal de 37,3 grade C nu-i prea mic. Dacă un termometru IR spune că cineva are 37,3, probabil are chiar mai mult de atât!

Ce termometru cu infraroșu trebuie cumpărat?

Sunteți operator economic și trebuie să cumpărați un termometru cu infraroșu, că așa cere legea. De care cumpărați? Răspunsul este: unul medical. Unul gândit pentru a măsura temperatura corpului omenesc, nu unul generic care poate avea diverse aplicații.

Asta când ne referim la pirometre ieftine de 300-500 de lei, desigur. Unul industrial ce măsoară temperaturi între -40 și +400 grade Celsius probabil va măsura foarte bine și temperatura pielii, dar costă sute de euro. Dacă vă uitați pe site la Fluke, de exemplu, prețurile încep de la 230 de dolari.

Răspunsul mai amplu: unul medical de la un producător de aparatură medicală. Adică nu orice no-name care pretinde că măsoară temperatura umană, ci alegeți un brand cu o activitate mai amplă în acest domeniu, că poate își calibrează mai bine senzorul respectiv. Nu zic că Omron, Beurer sau Hartmann, mărci populare la noi, sunt bune, dar măcar am mai auzit de ele. Inclusiv Xiaomi vinde un termometru IR.

Discuția este mai degrabă teoretică. Dacă vreți un termometru cu infraroșu pentru că vă cere legea, dar nu vă interesează cât de bine măsoară, îl veți lua oricum pe cel mai ieftin, iar de obicei cele mai ieftine chiar sunt medicale, cu interval de măsurare în 33-42 grade C.

Cum funcționează un pirometru (aka “the boring part”)

Pe scurt, acesta măsoară radiația pe care pielea ta o emite în infraroșu și în funcție de aceasta determină temperatura corpului. Un corp de temperatură mai mare emită mai multă radiație în spectrul infraroșu decât unul cu temperatură mai mică.

Este același principiu pe care se bazează și camerele cu termoviziune. Diferența este că o cameră cu termoviziune măsoară simultan o zonă mai mare pentru a obține o “imagine” precum cea de mai jos. Un pirometru măsoară temperatura unei zone mici, practic un punct. Majoritatea pirometrelor au și un laser ce indică punctul în care măsoară temperatura pentru ca operatorul să știe ce-a “țintit” cu acel aparat. De asta oamenii arată de parcă i-ar fi luat un lunetist în cătare, precum în imaginea din dreapta.

Pirometrele au două probleme.

Prima problemă este că pirometrele sunt imprecise din motive de componente de calitate slabă. Așteptați-vă la erori uzuale de +/- 2 grade Celsius, iar cu cât sunt mai ieftine probabil că și eroarea este mai mare deoarece senzorul de infraroșu utilizat este de slabă calitate sau calibrarea acestuia a fost făcută fără precizie mare. Cel Fluke de 230 de dolari? Eroare de +/- 1 grad C. Cel de 600 de dolari? Eroare de +/- 0,1 grade C, că are componente mai bune în interior.

A doua problemă este indusă de fenomenul fizic utilizat pentru determinarea temperaturii, adică radiația de căldură în infraroșu.

Fenomenul fizic funcționează astfel: energia radiata în infraroșu depinde și de materialul din care este făcut un corp și de culoarea acestuia, nu doar de temperatura sa.

Două corpuri de aceeași temperatură vor emite cantități diferite de energie în funcție de culoare și material! Un pirometru, măsurând niveluri diferite de energie, va concluziona deci că cele două corpuri au temperaturi diferite, deși nu este adevărat.

Treaba asta se compensează printr-o mărime fizică numită emisivitate, care spune cât de bun este un anumit material la a radia căldură. Un corp ideal care nu radiază deloc în IR are emisivitate zero; unul care radiază “maxim” are emisivitate 1. Materialele reale au emisivitate între 0 și 1 (tabel PDF), iar pielea umană undeva pe la 0,9.

Bored yet? Am ajuns la concluzie, e gata. Pirometrele ieftine au emisivitatea fixată din construcție și nu poate fi ajustată de utilizator. Temperatura unui om trebuie luată doar cu pirometre medicale, calibrate pentru emisivitatea specifică oamenilor, nu cu unele generice care poate că sunt gândite pentru inspectat conducte sau angrenaje.

Și da, am zis culoarea. Un corp vopsit în negru va emite mai multă căldură decât același corp vopsit în alb. Teoretic același lucru este valabil și pentru piele neagră versus piele albă, dar este rasism să zic asta în practică nu știu cât de mult contează asta, erorile probabil fiind mici.

Pirometrele industriale de la producători serioși au emisivitatea reglabilă de utilizator. Adică îi spui tu că vei măsura cauciuc sau lemn sau beton sau aluminiu vopsit în negru și aparatul va face singur compensarea necesară.

Cele ieftine nu fac așa ceva. Acum vreun an voiam să cumpăr un pirometru non-medical pentru că era ieftin, dar m-a convins nashu_mare să nu fac asta pentru că n-ar fi fost foarte precis, iar viața este prea scurtă pentru a utiliza pirometre imprecise. Visul meu de a măsura temperaturi în stânga și în dreapta s-a năruit într-o clipă!

De ce se utilizează totuși pirometre, dacă sunt așa complicat de folosit și vin cu aceste probleme? Pentru că de multe ori este imposibil să măsori folosind senzori montați pe obiect. Poate că obiectul este sub tensiune electrică sau se învârte cu 6.500 RPM (de exemplu, o freză) sau poate că încerci să identifici rapid unde se încălzește o suprafață sau este mai ieftin să ai un om care merge pe rând în 30 de puncte dintr-o fabrică și măsoară temperatura unor subansamble cu un pirometru decât să montezi 30 de senzori de temperatură.

În multe aplicații nu este nevoie de precizie mare, ce-i drept. Dacă vrei să vezi cam cât de tare se încinge țigla de pe casă, orice pirometru îți spune o valoare “pe acolo”. Dacă însă produci țigle și vrei să demonstrezi că ale tale ajung la 61 de grade în timp ce ale concurenței se încing la 65 de grade, ar fi bine să ai un pirometru bine calibrat și reglat sau să folosești senzori de alt tip.