体温枪测出的体温为什么忽高忽低？

本文来自微信公众号：把科学带回家（ID：steamforkids），作者：七君

在疫情期间，我们看到感人的一幕幕。比如杭州等地高速入城的体温检测点，在凌晨的寒风中，坚守在一线的工作人员宁可把暖宝宝给体温仪用，也不给自己用。

把“暖宝宝”留给测温仪。图片来源：安吉卫健局

为什么体温仪到了晚上就没用了呢？还有，为什么体温枪测出来的值变化这么大呢？

要回答这些问题，就要了解一下体温枪的原理。

体温枪到了晚上就需要暖宝宝，这是因为体温枪无法在0摄氏度中工作。

手持式红外测温仪也就是体温枪，它原理是这样的，物体发射的红外线射入后，被内部的热电堆（thermalpile）接收，热电堆会将红外线转化为热能，然后转化为电信号。电信号最终被转化为屏幕上的温度数值。

热电堆，价格很便宜，几十块钱就可以买到

热电堆里面的主要元件，是热电偶。简单来说，热电偶就是两根不同导体制作的电线，这两根电线在一端相连，另一段不相连。

早在1821年，德国物理学家Thomas Johann Seebeck就发现，如果把这两根电线的接头处放在热的地方，不连接的那一端放在冷的地方，那么它们不相连的那两端之间就会产生热电压，这个效应就被称为塞贝克效应（Seebeck effect），或者说第一热电效应。

加热两种不同金属（铜和回形针）制成的导线连接处，电表就有了变化。

当导线连接处冷却，导线两端失去温差，电表就归零了。

根据热电偶导体材料的不同，它们也被标准化命名为 K、R、S、J、K型热电偶。比如最常见的K型热电偶就是用镍铬合金和铝镍合金制造的。

常用于制造体温枪的K型热电偶在0-1000摄氏度的时候，对温度的敏感度不怎么变化，比如温度增加10摄氏度，输出电压就固定增加400微伏。利用输出电压，就可以倒推温度升高了多少，体温就是这么测出来的。

从图上看，这个敏感度，也就是塞贝克系数（单位温度变化带来的电压变化）就是一条水平线。但是到了0摄氏度以下，它就开始疯狂下坠——

K型热电偶（绿色）的塞贝克系数（单位温度变化带来的电压变化）随温度的变化。

体温枪是按照人体温附近的塞贝克系数计算温度的，0摄氏度以下它算出来的值就“瓦特”了，没用了。也因为体温枪容易受到环境温度的影响，它的精度要比普通水银体温计差。体温枪说明书也对此进行了解释，会要求使用前把体温枪保持在稳定的室温内至少30分钟。

第二个问题，为什么体温枪波动这么大？

我们刚才说到，体温枪的是依靠射入的红外线测量温度。更具体来说，材料的发射率，也就是物体吸收和发射热量的能力对温度的计算非常关键。

发射率反映的是物体表面讲真话（真实还原材料内部温度）的性质。一般来说，越粗糙，颜色越深的材料的发射率越接近1，测出来的温度越真实；而越反光的材料，像镜子的发射率就越低，测出来的温度越不准。所以，平面的黑色物体在测量时不需要发射率补偿，而测量具有反射性的物体则需要进行调整。

可是，大多数体温枪的默认发射率只有0.95，遇到强反射的物体，比如光明顶、玻璃，或者痘油脑门的时候测出的温度就偏低。这就是为什么测油脑门还不如测手腕处。

当然，更贵更精准的红外测温仪可以调整发射率，不过每次使用时要和普通温度计校准，十分麻烦。

不过，油皮使体温枪测不准只是一方面，另一方面在于测量距离。

是这样的，体温枪的说明书里会给一个测量距离比（distance to spot ratio），告诉你拿枪时多远的距离能测多大的面积。

比如，测量距离比为12:1的体温枪，可以在12厘米远的地方测量直径为1厘米的圆内的温度。可是，如果把体温枪拿太远，那么实测面积就会超出预期，奇怪的东西就混进来了。

一些非专业人士测量时没有控制好距离，就会导致测出来数值低于真实体温。所以你明白了吧，为什么你的油皮让体温枪的值波动这么大，为什么寒风中体温枪会失灵。

那么，商场、机场，还有火车站这些地方使用的热成像仪又是什么原理呢？

和体温枪一样，热成像仪也是利用红外线测量体温。但是和普通的相机镜头不同，热成像仪的镜头能过滤除红外线以外的电磁波，这样就只有红外线能够通过了。

射入热成像仪的红外线汇聚在探测器上，并在1/30秒内被绘制成热谱。热谱然后被转化为电信号，电信号被信号处理单元分析，然后被绘制成人能看得懂的图像，将红外线的强度和颜色关联起来。

但是，和几百块的体温枪相比，热成像仪的价格不菲，每台价格便宜的也要上千人民币，所以只有比较土豪的地方才用得起。

但是热成像仪可以看到世界的真实，看穿人类的伪装。一起来看看热成像仪下赤果果的生活吧。红色表示较高温度，蓝绿色表示较低温度。

肚肚，橙色的地方被脂肪覆盖，保温效果好，所以皮肤表面看起来温度低——

抽烟的叔叔眉毛和胡子温度很低。害怕的时候，鼻子会变得更冷，因为血液会流入手和腿的肌肉里，这是战或逃反应的现象。

护肤完毕后的脸，温度变低了——

被笔记本“坐过”的大腿变熟了，所以 laptop 其实应该叫 laphot——

直发器拉过的头发——

我们刚才说过，玻璃的反射能力很强，因此戴着眼镜的部位看起来温度比较低——

冰柜内外——

加入牛奶的咖啡出现了瑞利-泰勒不稳定性的典型图案——

运动前后，明显头胸部位温度变高了——

饮水机倒热水——

么么哒的两个人，男生的低发量处清晰可见——

电话键盘上手指触碰留下的温度——

噬面兽——

吃冷饭的你——

膀胱在“呕吐”的你——

用冷水洗手的样子，水管看起来温度高是因为金属反射了附近的红外线——

当然，括约肌打嗝者在热成像仪下也无所遁形（大雾）——

本文来自微信公众号：把科学带回家（ID：steamforkids），作者：七君