कोरोना महामारी में जिस तापमान गन (इन्फ्रारेड थर्मामीटर) को आप हर जगह देखते हैं, वह कैसे काम करती है? जानिए

Infrared Thermometer - यदि आप अभी कहीं बाहर मार्केट या भीड़-भाड़ वाली जगह में हैं (हालांकि दुनिया के अधिकांश हिस्सों में, आपको वास्तव में बाहर नहीं होना चाहिए), तो संभावना है कि आपका सामना तापमान गन (इन्फ्रारेड थर्मामीटर) से हो। चाहे किसी मॉल में या हॉस्पिटल या बैंक में। चिंता न करें, अन्य बंदूक़ों के विपरीत, यह तापमान गन आपको जीवित रहने में मदद कर सकती है।

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एक तापमान बंदूक, जिसे लेजर या गैर-संपर्क थर्मामीटर के रूप में भी जाना जाता है, एक अवरक्त थर्मामीटर है, जो एक निश्चित दूरी से किसी वस्तु के तापमान को मापता है। मूल रूप से चलती वस्तुओं और दुर्गम सतहों के तापमान को मापने के लिए। इस कोरोना महामारी में इसका उपयोग हर जगह होने लगा है, जैसे की हॉस्पिटल, शॉपिंग मॉल, बैंक, ऑफ़िस  इत्यादि हर जगह जहाँ आम जनता का आना जाना रहता है।

दुकानदारों द्वारा आने वाले ग्राहकों, हवाई अड्डों पर यात्रियों की स्क्रीनिंग के लिए, बैंक में जाने वाले ग्राहकों को, ऑफ़िस में जाने वाले कर्मचारी इत्यादि हर संभावित क्षेत्र में लोगों के तापमान की जांच करने के लिए इस तापमान गन (Temperature Gun) या इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) का उपयोग किया जा रहा है, लेकिन क्या आप जानते हैं कि ये बंदूकें कैसे काम करती हैं?

क्या हम अपने शरीर के तापमान को मापने के लिए अपने आर्मपिट के नीचे थर्मामीटर चिपका सकते हैं या अपनी जीभ के नीचे इसे लगा सकते हैं? खैर, इस कोरोना महामारी के समय तो आप ऐसा नही कर सकते हैं।


ब्लैक बॉडी रेडिएशन क्या है? What is Black Body Radiation ? 

इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि मानव सहित सभी वस्तुएं, शून्य से ऊपर के तापमान पर, थर्मल विकिरण के रूप में गर्मी का उत्सर्जन करती हैं। यह एक अवधारणा है जिसे ब्लैक बॉडी रेडिएशन के रूप में जाना जाता है।

निरपेक्ष शून्य (-273.15 डिग्री सेल्सियस या -460 डिग्री फ़ारेनहाइट के बराबर) एक न्यूनतम संभव तापमान है, जो एक वस्तु प्राप्त कर सकती है और यह एक बिंदु भी है जहां परमाणु अजीब और अनोखा व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।

हालांकि, निरपेक्ष शून्य से ऊपर किसी भी तापमान पर, परमाणु गति की निरंतर स्थिति में हैं और गतिज ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। तापमान जितना अधिक होता है, उतनी ही गतिज ऊर्जा परमाणुओं/अणुओं के पास होती है।

जब इन उत्तेजित परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन एक कक्षा (ऊर्जा अवस्था) से दूसरी कक्षा में जाते हैं या जब दो उत्तेजित अणु टकराते हैं, तो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित होती है। इस तरह के विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जो केवल गतिज ऊर्जा और केवल कणों में गति द्वारा उत्सर्जित होते हैं, को थर्मल विकिरण के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण का सबसेट होने के नाते थर्मल विकिरण, एकल तरंग दैर्ध्य (Single Wavelength) से अधिक होता है। इसमें रेडियो तरंगें, अवरक्त तरंगें और दृश्यमान प्रकाश शामिल हैं। उत्सर्जित थर्मल विकिरण का प्रकार स्रोत के तापमान पर निर्भर करता है।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, तापमान जितना अधिक होता है, अणुओं की गति उतनी ही तेज होती है, इसलिए अधिक से अधिक विकिरण उत्सर्जित होता है। उच्च पर्याप्त तापमान पर, ऑब्जेक्ट दृश्यमान प्रकाश को विकिरण (Radiating) करना शुरू कर देते हैं।

उदाहरण के लिए, सूर्य 5,600 डिग्री सेल्सियस के करीब तापमान पर रहता है और दृश्यमान प्रकाश के रूप में अपने अधिकांश थर्मल विकिरण का उत्सर्जन करता है। दूसरी ओर मनुष्य और सभी जानवर, अवरक्त विकिरण का उत्सर्जन करते हैं जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में दृश्यमान प्रकाश के नीचे स्थित है।


स्टीफन बोल्ट्जमैन नियम (Stefan Boltzmann Law)

मनुष्यों और जानवरों द्वारा उत्सर्जित होने वाले अवरक्त विकिरण का पता लगाने के लिए ज्यादातर थर्मल इमेजिंग का उपयोग किया जाता है। इन्फ्रारेड थर्मामीटर इसे एक कदम आगे ले जाता है और थर्मल विकिरण की मात्रा को एक संख्या के रूप में बता देता है। इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) इसी स्टीफन बोल्ट्जमैन नियम (Stefan Boltzmann Law) के अनुसार काम करते हैं।

स्टीफन बोल्ट्जमैन नियम (Stefan Boltzmann Law) कहता है, काले शरीर द्वारा प्रति इकाई समय में प्रति यूनिट सतह क्षेत्र में विकिरणित की गई ऊर्जा अपने पूर्ण तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है।

गणित की भाषा में आप इसे ऐसे लिख सकते हैं: E समानुपाती T की पावर 4 

E ∝ T4

यहाँ, E प्रति इकाई समय प्रति इकाई क्षेत्र पर उत्सर्जित होने वाली ऊर्जा है और T वस्तु का पूर्ण तापमान है।

आनुपातिकता (Proportionality) के संकेत को हटाने पर, स्टेफेन बोल्ट्जमैन स्थिरांक (σ = 5.67 x 10–8 Wm-2K –4) के रूप में जाना जाने वाली वैल्यू फ़ॉर्म्युला में जुड़ जाती है।

वैल्यू जुड़ने पर ऐसे लिखते हैं :

E = σT4

उपरोक्त समीकरण ब्लैक बॉडी/वस्तु के तापमान में उज्ज्वल (Radiant) ऊर्जा से संबंधित है जो उस पर सभी विकिरण को अवशोषित करता है। हालाँकि, एक पूर्ण ब्लैक बॉडी अभी तक मौजूद नहीं है (हालाँकि वैंटलैक बहुत करीब आता है), इसलिए उपरोक्त समीकरण को अन्य सभी नियमित वस्तुओं के लिए समायोजित किया जाना चाहिए।

E = eσT4

सभी नियमित वस्तुओं के लिए फ़ॉर्म्युला को समायोजित करने के लिए एमिसिटी (e) शब्द जोड़कर इसको संशोधित किया गया है। यह एक समान तापमान पर एक ब्लैक बॉडी की सतह द्वारा उत्सर्जित उज्ज्वल (Radiant) ऊर्जा के लिए एक नियमित सतह द्वारा उत्सर्जित उज्ज्वल (Radiant) ऊर्जा का अनुपात है। उत्सर्जन मान 0 से 1 तक होता है। 1 का उत्सर्जन एक परिपूर्ण ब्लैक बॉडी का प्रतिनिधित्व करता है और 0 एक आदर्श प्रतिक्षेपक का प्रतिनिधित्व करता है। मानव त्वचा में 0.97 और 0.99 के बीच एक उत्सर्जन मूल्य होता है।


How does a temperature gun work? तापमान बंदूक (Infrared Thermometer) कैसे काम करती है?

हम आपको बताने वाले हैं की इन्फ्रारेड थर्मामीटर कैसे काम करता है (How does a Infrared Thermometer work)। आइए जानते हैं

एक सामान्य इंफ्रारेड थर्मामीटर में निम्नलिखित भाग होते हैं- एक लेज़र, एक कन्वर्ज़िंग लैंस, एक IR सेंसर (थर्मोपाइल), एक एम्बिएंट/रेफरेंस टेम्परेचर सेंसर, एक एम्पलीफायर, और अन्य इलेक्ट्रॉनिक कंपोनेंट्स, जो न्यूमेरिकल वैल्यूज में परिणाम को प्रदर्शित करते हैं।

जब आप किसी पर तापमान बंदूक को इंगित करके बटन दबाते हैं, तो थर्मामीटर से एक लेजर निकलती है। हालाँकि, लेजर का कोई कार्यात्मक उपयोग नहीं है, और न ही यह वास्तव में तापमान को मापता है। लेजर केवल मापी जाने वाली वस्तु पर सटीक रूप से पिन-पॉइंट / उद्देश्य में मदद करने के लिए उपयोग होता है।

इन्फ्रारेड विकिरण जैसे दृश्य प्रकाश परावर्तित, अवशोषित और केंद्रित हो सकता है। इस प्रकार, एक वस्तु या मानव द्वारा उत्सर्जित IR विकिरण को पहले एक परिवर्तित (उत्तल) लेंस का उपयोग करके तापमान गन के अंदर थर्मोपाइल पर केंद्रित किया जाता है। इंफ्रारेड थर्मामीटर का अगला भाग एक थर्मोपाइल होता है, यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरण थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। थर्मोपाइल या तो एक श्रृंखला या समानांतर कॉन्फ़िगरेशन में कई थर्मोक्यूल्स को स्टैक करके बनाया जाता है।

विकिरण की मात्रा के साथ थर्मोपाइल का तापमान बढ़ जाता है। हालांकि थर्मोपाइल के विपरीत थोड़ा कम तापमान पर रहता है, क्योंकि अवरक्त विकिरण सीधे उस पर नहीं टकराती है। तापमान में यह अंतर एक वोल्टेज अंतर के विकास की ओर जाता है, इसे थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहते हैं। विद्युत रीडिंग (Electrical Reading) को फिर एक एम्पलीफायर का उपयोग करके प्रवर्धित किया जाता है।

अंततः विद्युत रीडिंग (Electrical Reading) को एक विशिष्ट डेटा अधिग्रहण सर्किट के माध्यम से पास किया जाता है और अंतिम तापमान रीडिंग को सेल्सियस या केल्विन में एक एलईडी पैनल पर प्रदर्शित किया जाता है।

थर्मोपाइल के पास मौजूद एक परिवेश सेंसर (Ambient Sensor) किसी भी थर्मल विकिरण को वायुमंडल से इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) में प्रवेश करने के लिए क्षतिपूर्ति करने में मदद करता है।

एक ऑप्टिकल चॉपर एक और घटक है जिसे अक्सर इन्फ्रारेड थर्मामीटरों में शामिल किया जाता है। एक विद्युत मोटर ऑप्टिकल चॉपर को चलाता है और थर्मोपाइल को दो अलग-अलग तरंग दैर्ध्य पर विकिरण प्राप्त करने में मदद करता है। इन्फ्रारेड थर्मामीटरों से विभिन्न वस्तुओं के तापमान को जांचने में मदद करने के लिए विभिन्न उत्सर्जन सेटिंग्स भी शामिल होती हैं। इन्फ्रारेड थर्मामीटर को उनके दूरी-दर-स्थान अनुपात (D:S) पर आधारित किया जाता है और जाहिर है, यह संख्या उस स्थान/क्षेत्र के आकार के अनुपात को दर्शाती है, जिसे स्पॉट से थर्मामीटर की दूरी पर मापा जाता है। जितना अधिक D:S अनुपात होगा, IR थर्मामीटर की रेंज और सटीकता उतनी ही अधिक होगी।


इन्फ्रारेड थर्मामीटर के उपयोग - Uses of infrared thermometer

इन्फ्रारेड थर्मामीटर का विभिन्न उद्योगों में व्यापक उपयोग होता है। इसका मुख्य रूप से उपयोग निम्नलिखित है

  1. अग्निशामकों द्वारा मशीन के तापमान पर नजर रखने के लिए,
  2. विनिर्माण और इलेक्ट्रॉनिक उद्योगों में आग बुझाने के दौरान गर्म स्थानों की जांच करने के लिए उपयोग किया जाता है
  3. हीटिंग / शीतलन प्रणाली में
  4. इन्सुलेशन सिस्टम का तापमान पता करने के लिए
  5. कार इंजन का तापमान चेक करने के लिए 
  6. बिजली के पैनल और अन्य तापमान-संवेदनशील बिजली भागों का निरीक्षण करने के लिए।
  7. एक IR थर्मामीटर का उपयोग हीटर / ओवन तापमान और खाद्य तापमान की निगरानी के लिए किया जाता है।
  8. साथ ही इसका उपयोग कृषि में संयंत्र और मिट्टी के तापमान की निगरानी के लिए अन्य चीजों के साथ खाद्य सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए भी किया जा सकता है।
  9. हाल के दिनों में इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) का सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग सार्वजनिक सुरक्षा के लिए किया गया है। हवाई अड्डों जैसी जगहों पर तापमान बंदूकें अधिक से अधिक लोगों की आसान, तेज और अधिक सुरक्षित तापमान जांच की अनुमति देती हैं। इसे पहले इबोला और सार्स जैसे महामारी की घटनाओं के दौरान यात्रियों के बुखार की जांच करने के लिए इसका उपयोग किया जाता था। अब Covid-19 के संभावित मामलों को सत्यापित करने के लिए इसका उपयोग किया जा रहा है।


इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) का उपयोग करना क्यों सही है

एक गैर-संपर्क दृष्टिकोण के कारण इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) का उपयोग क्रॉस-संदूषण और फैलने वाली बीमारी के जोखिम को कम करता है। इसके अलावा, तापमान रीडिंग पारंपरिक तरीकों की तुलना में इससे बहुत तेज गति से प्राप्त की जाती है। हालांकि, एक इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) का उपयोग केवल रोगियों की स्क्रीनिंग करने के लिए किया जाना चाहिए, न कि उनका निदान करने के लिए।


इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) की रीडिंग कैसे प्रभावित होती है या कब गलत आती है?

इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) द्वारा प्रदर्शित तापमान रीडिंग विभिन्न कारकों से प्रभावित होती है। इसमें आईआर थर्मामीटर का उपयोग कैसे और कहां किया जाता है यह सबसे महत्वपूर्ण है। तापमान चेक करने के लिए महत्वपूर्ण बिंदुओं में जैसे माथे पर इसे पोईंट करके शरीर को तापमान सुनिश्चित किया जाता है लेकिन इसका तापमान इन कारकों की वजह से प्रभावित होता है जैसे कपड़े से सिर को ढकना या सिर के कवर (जैसे टोपी), चेहरे के सौंदर्य प्रसाधन या पर्यावरण के कारण, या प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश में। अगर कोई व्यक्ति धूप से आ रहा है या धूप में है तो उस समय रीडिंग नही लेनी चाहिए, नही तो गलत आएगी।

जबकि इन्फ्रारेड थर्मामीटर (Infrared Thermometer) की सटीकता हमेशा बहस का कारण रही है, वर्तमान परिदृश्य (तापमान माप की मात्रा, जांच की जाने वाली निकायों की संख्या और संदूषण का उच्च जोखिम) को देखते हुए, इसका उपयोग आवश्यक लगता है। इस कोरोना महामारी में तो कोई भी थर्मामीटर (Thermometer) लेकर किसी का तापमान चेक नही करेगा।

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