Vanligtvis, du kommer inte att stöta på en strålningstermometer förrän någon stoppar en i ditt öra på läkarmottagningen eller du pekar en mot din panna när du känner dig febrig. Men mer sofistikerad och högt kalibrerad, "Beröringsfria" termometrar av forskningsklass – som mäter den infraröda (värme) strålningen som avges av föremål utan att röra dem – är kritiskt viktiga för många ansträngningar förutom sjukvård.

Dock, även avancerade konventionella strålningstermometrar har gett avläsningar med oroväckande stora osäkerheter. Men nu har forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) uppfunnit en bärbar, anmärkningsvärt stabil strålningstermometer av standardkvalitet, cirka 60 cm (24 tum) lång, som kan mäta temperaturer med en precision inom några tusendelar av en grad Celsius.

NIST har en lång historia av att studera strålningstermometrar. Det nya prototypinstrumentet, som bygger på det arbetet, kan mäta temperaturer mellan -50 ˚C (-58 ˚F) till 150 ˚C (302 ˚F). Motsvarande infraröda våglängder är från 8 till 14 mikrometer (miljondelar av en meter), vilket är en sorts termodynamisk sweet spot.

"Alla temperaturer är lika, men vissa är mer jämlika än andra, " sa NIST-fysikern Howard Yoon, som skapade termometerdesignen och ledde projektet, beskrivs i journalen Optik Express . "Denna 200-graders spännvidden täcker nästan alla naturligt förekommande temperaturer på jorden. Om du gör en stor inverkan på att mäta objekt i det området, det spelar verkligen roll."

Förutom klinisk medicin, temperaturer i den regionen är av akut betydelse i tillämpningar där kontakt inte är lämplig eller möjlig. Till exempel, Kirurger måste mäta temperaturen på organen före transplantation. Moderna bönder behöver exakta temperaturer vid hantering, lagring, och bearbetning av mat. Satelliter kräver beröringsfria termometrar för att mäta temperaturer på land och havsytan.

Konventionella strålningstermometrar innehåller ofta lite mer än en lins för att fokusera den infraröda strålningen och en pyroelektrisk sensor, en enhet som omvandlar värmeenergi till en elektrisk signal. Deras mätningar kan påverkas av temperaturskillnader längs termometern och av temperaturen utanför instrumentet.

NIST-designen, kallad Ambient-Radiation Thermometer (ART) är utrustad med en svit av invändiga termometrar som ständigt mäter temperaturer vid olika punkter i instrumentet. Dessa avläsningar skickas till ett återkopplingssystem som håller 30 cm (12 tum) cylindern som innehåller detektorenheten vid en konstant temperatur på 23 ˚C (72 ˚F).

Den har även andra designförbättringar, inklusive en metod för att minska fel från det som kallas storleken på källan, vilket uppstår när strålning kommer in i instrumentet från områden utanför dess angivna synfält.

ART:s stora fördel är dess oöverträffade stabilitet. Efter att den har kalibrerats mot kontakttermometrar av standardkvalitet, instrumentet kan förbli stabilt inom några tusendels grader i månader under kontinuerlig drift. Det gör systemet mycket lovande för tillämpningar som involverar fjärranalys under långa perioder.

"Föreställ dig att kunna ta NIST-designen ut på fältet som resande strålningstermometrar för att noggrant mäta variabler som land- och havstemperaturer, " sa Yoon. "Det kan fungera som en pålitlig metod för att kalibrera satellit IR-sensorer och validera de enorma vädervetenskapsprogram som används för att förutsäga, till exempel, orkanernas vägar och styrkor." Dess lägre intervall på -50 ˚C (-58 ˚F) gör den lämplig för att övervaka temperaturen på is över polarområden, typiskt i intervallet -40 ˚C (-40 ˚F) till -10 ˚C (14 ˚F).

Det finns flera metoder för att göra temperaturmätningar med mycket hög noggrannhet, men få är väl lämpade för fältarbete. Platinaresistanstermometrar är ömtåliga och behöver ofta omkalibreras. Standardtemperaturkällan för att överföra den kalibreringen till ART involverar en värmekällas hålighet inuti cirka 42 liter (11 gallons) vätska.

"Det är de bästa källorna vi har, " sa Yoon. "Men det är opraktiskt att mäta vattentemperaturen genom att sätta en termometer i havet med intervaller, och du vill inte ständigt kalibrera din strålningstermometer med en sådan kalibreringskälla ombord på ett fartyg."

Gerald Fraser, chef för NIST:s sensorvetenskapsavdelning, sade att "Yoons innovation gör beröringsfri termometri konkurrenskraftig med de bästa kommersiella kontakttermometrarna i noggrannhet och stabilitet i ett temperaturintervall som människor upplever dagligen. Detta möjliggör många nya möjligheter inom produktinspektion och kvalitetskontroll och inom försvar och säkerhet där konventionella kontaktmetoder är opraktiska eller för dyra."

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av NIST. Läs originalberättelsen här.