當前位置:
首頁 > 知識 > 可以不用水銀體溫計嗎?

可以不用水銀體溫計嗎?

正常情況下,人體能很好地將體溫控制在一個區間,但由於一系列疾病會伴隨著體溫升高,而過高的體溫是有危險的,所以發燒時我們需要頻繁檢測體溫,藉助體溫計了解身體的客觀狀況。中國目前普遍使用水銀體溫計,利用水銀體積熱脹冷縮的物理性質測量溫度;但水銀泄露會對人體和環境造成危害,因此歐美國家現在都普遍使用電子體溫計。本文介紹兩種電子體溫計的物理原理。

可以不用水銀體溫計嗎?

常見的水銀體溫計替代品是筆形的電子體溫計。溫度計的「筆尖」部分是金屬模樣的探測器,「筆」的後端有液晶顯示屏,探測器的核心部件通常是一個熱敏電阻,其電阻值隨溫度變化。只要溫度計內部有一個測量電阻的小數字電路(更常見的做法是測量電阻兩端的電壓降),另一個數字電路將電阻或者電壓讀數轉化為溫度,那麼就可以通過小屏幕讀出溫度值。

電阻和溫度之間的關係取決於具體的熱敏電阻,通常同一批次生產的熱敏電阻有足夠接近的「電阻-溫度」對應關係,所以製造廠商先挑一定量的熱敏電阻,在一個信得過的「源」溫度計上測量電阻與溫度的對應關係,存儲在數字電路中。

固體的電阻通常隨溫度變化,如一些純金屬的電阻值就隨溫度線性變化,這個特性可以用於溫度標定。但是金屬卻不適合作熱敏電阻,因為金屬在大溫度區間上有相同的溫度依賴關係,在小溫度區間上的電阻相對變化值較小。而熱敏電阻通常要求在感興趣的溫度區間內,有盡量大的電阻相對變化值,以便得到盡量大的溫度解析度。比如說,電飯鍋裡面的熱敏電阻,我們只關心電阻隨溫度變化在100攝氏度附近時是否足夠敏感,不會關心0攝氏度附近時是否敏感。根據不同的應用,廠家可以生產或購買不同的熱敏電阻。用於電子體溫計的熱敏電阻工作區間顯然需要在人體體溫附近。

可以不用水銀體溫計嗎?

固體物理的重要成果之一是能帶論,能帶論解釋了為什麼所有的固體都包含大量的電子,卻有導體和絕緣體的區分。對於絕緣體,電子正好填充滿了最低的一系列能帶,而滿帶不產生電流;對於導體,除了被完全填滿的能帶之外,還有部分被電子填滿的能帶,因而具備導電能力。通常的熱敏電阻是半導體。半導體的導電能力介於導體和絕緣體之間,在熱激發下其電子能從滿帶「跳躍」到導帶,因而導電能力與溫度關係非常大。所以當用半導體來做熱敏電阻時,在一個有限的溫度區間內,隨著溫度的降低,它的電阻值可以迅速從類似導體變化到類似絕緣體,能很靈敏地反映溫度變化。通過選擇不同的半導體材料,人們就能調節熱敏電阻的靈敏區間。

可以不用水銀體溫計嗎?

紅外體溫計是另外一種常見的電子溫度計,可以測量前額和耳內的溫度。物體對外輻射能量的能力與溫度和材料性質相關,能百分百吸收外界輻射的物體稱為絕對黑體,生活中常見的煤炭對太陽光的吸收率可以接近99%。對於絕對黑體,輻射的能量與其溫度的4次方成正比,因此通過測量輻射的總能量可以反推其溫度。絕對黑體輻射的能量密度也隨著輻射頻率有一個分布,溫度越高的物體輻射能量密度的峰值對應在越高的頻率。普通物體雖然不是絕對黑體,但是也有類似絕對黑體的輻射行為,所以可以通過探測某一頻率的輻射能量密度來探測溫度。如下圖所示,37攝氏度時輻射的峰值約9000nm,屬於紅外區域,因此利用輻射測量體溫的溫度計被稱為紅外體溫計。現實中的輻射探測裝置只能探測一個有限頻率範圍的能量密度,並且探測範圍和探測效率因材料、設計和工藝而不同,所以紅外體溫計出廠前也需要校正。

可以不用水銀體溫計嗎?

電子溫度計除了不使用水銀外,還有其他優點。熱敏體溫計的一個優點是測量速度快,通常測量時間不到一分鐘。普通熱敏電阻的比熱小於水銀體溫計中的水銀比熱,並且探測器外殼一般用金屬製備,導熱性能好於玻璃。對於嬰兒,因為金屬和塑料製品不易碎,還可以將電子溫度計做成奶嘴形狀,以便測量舌下溫度。紅外體溫計的測量時間一般只需要數秒時間,它的另一個優點是不一定非得與測量目標直接接觸,可以用來測量耳內鼓膜的溫度,而鼓膜的溫度非常接近人體體內溫度。

熱敏電阻體溫計在美國一般3美元以上,紅外體溫計一般15美元以上,通常最小讀數變化均可到0.1攝氏度。電子溫度計的準確使用依賴於電池,當電池電量不足時,溫度計的讀數是不可靠的。此外,有時候對電子產品的質量顧慮也會給人帶來煩擾。相比之下,水銀體溫計的測量穩定性非常高,並且不會給出偏高的讀數。一個可以考慮的法是,隔一段時間在清醒的成人身上同時使用水銀體溫計和電子體溫計,看看電子體溫計是否能正常工作。

最後,給出一些人體體溫的相關數值供大家參考。正常人體的平均體溫大約37度並隨年齡段變化,小孩的平均體溫比成年人高一些。成人一天正常的體溫波動在0.5攝氏度。最可信的體溫測量方式是測量直腸處溫度,其次是測量耳內和舌下溫度,再次是測量腋下溫度,最不可信的是測量前額溫度。腋下溫度與前額溫度屬於表皮溫度,容易受環境影響。成人的腋下溫度比直腸溫度低0.5-1.5攝氏度,嬰兒腋下溫度與直腸溫度差值小於成人。直腸溫度大於38攝氏度或腋下溫度大於37.3攝氏度時需要警惕。

作者寫於2014-03-13
喜歡這篇文章嗎?立刻分享出去讓更多人知道吧!

本站內容充實豐富,博大精深,小編精選每日熱門資訊,隨時更新,點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧!


請您繼續閱讀更多來自 知識百科 的精彩文章:

器官移植也會傳播癌症嗎?
酷刑能防止犯罪嗎?

TAG:知識百科 |