Bagaimana Cara Kerja Termo Gun (Termometer Inframerah)?

Termo gun merupakan sejenis termometer inframerah yang bekerja dengan mengukur jumlah radiasi infra merah yang dipancarkan oleh suatu benda. Radiasi IR yang dipancarkan difokuskan ke termopile menggunakan lensa; thermopile kemudian mengubah energi panas menjadi energi listrik, dan terakhir, sinyal listrik ini digunakan untuk menentukan suhu tubuh.

Termo gun, juga dikenal sebagai laser atau termometer non-kontak, adalah termometer inframerah yang mengukur suhu suatu benda dari jarak tertentu. Awalnya dimaksudkan untuk mengukur suhu benda bergerak dan permukaan yang tidak dapat diakses, termo gun telah menemukan jalannya ke rumah sakit dan dalam beberapa bulan terakhir, alat tersebut telah ada di mana-mana.

Radiasi benda hitam
Termometer inframerah memanfaatkan fakta bahwa semua benda, termasuk manusia, pada suhu di atas nol mutlak, memancarkan panas dalam bentuk radiasi termal. Ini adalah konsep yang dikenal sebagai radiasi benda hitam.

Nol mutlak (setara dengan -273,15 derajat Celcius atau -460 derajat Fahrenheit) adalah suhu terendah yang mungkin dicapai suatu benda dan juga titik di mana atom menunjukkan perilaku aneh dan eksotis. Namun, pada suhu apa pun di atas nol mutlak, atom berada dalam keadaan gerak konstan dan memiliki energi kinetik. Semakin tinggi suhunya, semakin banyak energi kinetik yang dimiliki atom / molekul. Ketika elektron dalam atom tereksitasi ini melompat dari satu orbit (keadaan energi) ke orbit lain atau ketika dua molekul tereksitasi bertabrakan, energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik dipancarkan. Jenis radiasi elektromagnetik ini, yang dipancarkan hanya oleh energi kinetik dan pergerakan partikel dalam materi, diklasifikasikan sebagai radiasi termal.

Menjadi bagian dari radiasi elektromagnetik, radiasi termal terdiri lebih dari satu panjang gelombang. Ini termasuk gelombang radio, gelombang inframerah, dan cahaya tampak. Jenis radiasi termal yang dipancarkan bergantung pada suhu sumber. Seperti disebutkan sebelumnya, semakin tinggi suhu, semakin cepat molekul bergerak, sehingga semakin besar jumlah radiasi yang dipancarkan. Pada suhu yang cukup tinggi, benda mulai memancarkan cahaya tampak. Matahari, misalnya, berada pada suhu mendekati 5.600 Celcius dan memancarkan sebagian besar radiasi termalnya sebagai cahaya tampak. Manusia dan semua hewan, di sisi lain, memancarkan radiasi infra merah yang terletak tepat di bawah cahaya tampak dalam spektrum elektromagnetik.

Peta termal tubuh manusia yang dibuat berdasarkan radiasi infra merah.

Hukum Stefan-Boltzmann
Pengetahuan tentang radiasi infra merah yang dipancarkan oleh manusia dan hewan sebagian besar telah digunakan untuk pencitraan termal. Termometer inframerah mengambil langkah lebih jauh dan memberi angka pada jumlah radiasi termal yang dilepaskan. Termometer IR melakukan ini dengan menggunakan hukum Stefan-Boltzmann.

Hukum ini menyatakan, ‘Energi panas yang diradiasikan per satuan luas permukaan per satuan waktu oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu absolutnya’.

Secara matematika E ∝ T4

Di sini, E adalah energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu dan T adalah suhu absolut benda.

Setelah menghilangkan tanda proporsionalitas, sebuah konstanta yang dikenal sebagai konstanta Stefan – Boltzmann (σ = 5.67 x 10 –8 Wm ^–2K^–4) ditambahkan ke rumus.

E = σT⁴

Persamaan di atas menghubungkan energi radiasi dengan suhu benda hitam, benda / benda yang menyerap semua kejadian radiasi padanya. Namun, benda hitam yang sempurna belum ada (meskipun Vantablack hampir mendekati), jadi persamaan di atas harus disesuaikan untuk semua objek biasa lainnya.

E = eσT⁴

Rumusnya dimodifikasi dengan menambahkan istilah yang disebut emisivitas (e). Ini adalah rasio energi radiasi yang dipancarkan oleh permukaan biasa dengan energi radiasi yang dipancarkan oleh permukaan benda hitam pada suhu yang sama. Nilai emisivitas berkisar dari 0 sampai 1. Emisivitas 1 mewakili benda hitam sempurna dan 0 mewakili reflektor sempurna. Kulit manusia memiliki nilai emisivitas antara 0,97 dan 0,99!

Bagaimana termo gun bekerja
Termo gun atau termometer suhu inframerah tipikal memiliki bagian-bagian berikut: laser, lensa konvergen, sensor IR (termopile), sensor suhu sekitar / referensi, amplifier, dan komponen elektronik lainnya untuk mengubah dan menampilkan hasil dalam nilai numerik.

Komponen termometer inframerah

Saat kita mengarahkan termo gun ke sesuatu atau seseorang dan menembakannya, laser dilepaskan dari termometer. Laser, bagaimanapun, tidak memiliki kegunaan fungsional apa pun, juga bukan hal yang sebenarnya mengukur suhu. Laser hanya hadir untuk membantu secara akurat men-pin-point / membidik objek yang akan diukur.

Radiasi infra merah, seperti halnya cahaya tampak, dapat dipantulkan, diserap, dan dipusatkan. Jadi, radiasi IR yang dipancarkan oleh suatu benda atau manusia pertama-tama difokuskan ke termopile di dalam termo gun menggunakan lensa konvergen (cembung). Berikutnya adalah thermopile, alat elektronik yang mengubah energi panas menjadi energi listrik. Thermopile dibuat dengan menumpuk beberapa termokopel baik dalam konfigurasi seri maupun paralel.

Suhu termopile meningkat dengan jumlah meningkatnya radiasi di atasnya. Namun, sisi berlawanan (yang menghadap sisi lain dari termo gun) dari thermopile tetap pada suhu yang sedikit lebih rendah, karena radiasi infra merah tidak langsung terjadi padanya. Perbedaan suhu ini mengarah pada perkembangan perbedaan tegangan, dan juga listrik (efek termoelektrik). Pembacaan listrik kemudian diperkuat menggunakan amplifier.

Akhirnya, pembacaan kelistrikan diteruskan ke sirkuit akuisisi data tipikal dan pembacaan suhu akhir ditampilkan pada panel LED dalam Celsius atau Kelvin.

Sensor ambien yang ada di dekat termopile membantu mengkompensasi radiasi termal yang masuk ke pistol suhu dari atmosfer itu sendiri.

Pemotong optik adalah komponen lain yang sering digunakan dalam termo gun. Motor listrik menggerakkan pencacah optik dan membantu termopile menerima radiasi pada dua panjang gelombang yang berbeda. Mereka juga terdiri dari berbagai pengaturan emisivitas untuk membantu memeriksa suhu objek yang berbeda. Termometer IR dikarakterisasi berdasarkan rasio jarak-ke-titik (D: S) dan, jelas, angka ini mewakili rasio ukuran titik / area yang diukur dengan jarak termometer dari titik. Semakin besar rasio D: S, semakin besar jangkauan dan akurasi termometer IR.

Aplikasi
termo gun  banyak digunakan di berbagai industri. Ini terutama digunakan oleh petugas pemadam kebakaran untuk memeriksa titik panas saat memadamkan api, di industri manufaktur dan elektronik untuk memantau suhu mesin, kinerja sistem pemanas / pendingin, sistem isolasi, mesin mobil, memeriksa panel listrik dan bagian listrik sensitif suhu lainnya , dll. Termometer IR juga dapat digunakan untuk memastikan keamanan pangan dengan memantau suhu pemanas / oven dan suhu pangan, serta di bidang pertanian untuk memantau suhu tanaman dan tanah, antara lain.

Aplikasi paling penting dari pistol suhu akhir-akhir ini adalah untuk keselamatan publik. Senjata suhu memungkinkan pemeriksaan suhu yang lebih mudah, lebih cepat, dan lebih aman untuk lebih banyak orang di tempat-tempat seperti bandara. Mereka sebelumnya telah dipekerjakan untuk memeriksa para pelancong untuk demam selama peristiwa epidemi seperti Ebola dan SARS. Sekarang, teknologi tersebut digunakan untuk memverifikasi potensi kasus c0v1d

Menggunakan termo gun mengurangi risiko kontaminasi silang dan penyebaran penyakit karena pendekatan non-kontaknya. Selain itu, pembacaan suhu diperoleh dengan kecepatan yang jauh lebih cepat daripada metode tradisional. Namun, termo gun sebaiknya hanya digunakan untuk menyaring pasien, bukan mendiagnosis mereka.

Pembacaan suhu yang ditampilkan oleh termometer IR dipengaruhi oleh berbagai faktor. Ini termasuk bagaimana dan di mana termometer IR digunakan dan kalibrasinya. Hal-hal penting yang perlu dipertimbangkan termasuk posisi laser di dahi, memastikan suhu tubuh dan dahi tidak terpengaruh karena pakaian yang berlebihan atau penggunaan penutup kepala, seperti topi atau kosmetik wajah, atau lingkungan (misalnya, jangan membaca di bawah sinar matahari langsung).

Sementara keakuratan termo gun selalu menjadi perdebatan, mengingat skenario saat ini (volume pengukuran suhu, jumlah tubuh yang akan diperiksa, dan risiko kontaminasi yang tinggi), penggunaan yang sedikit tidak akurat tetapi non-invasif teknologi seperti termo gun di atas metode yang lebih akurat tetapi invasif tampaknya penting!