可以不用水銀體溫計嗎

/可以不用水銀體溫計嗎?導語:我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(huán)境造成危害，因此歐美國家現(xiàn)在都普遍使用電子體溫計。正常情況下，人體能很好地將體溫控制在一個區(qū)間,但由于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(fā)燒時我們需要頻繁檢測體溫,借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(huán)境造成危害,因此歐美國家現(xiàn)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.（熱敏電阻溫度計。圖片來源：gｏoglｅ圖片搜索）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”的后端有液晶顯示屏，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(nèi)部有一個測量電阻的小數(shù)字電路（更常見的做法是測量電阻兩端的電壓降）,另一個數(shù)字電路將電阻或者電壓讀數(shù)轉化為溫度，那么就可以通過小屏幕讀出溫度值。電阻和溫度之間的關系取決于具體的熱敏電阻，通常同一批次生產(chǎn)的熱敏電阻有足夠接近的“電阻-溫度”對應關系,所以制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系，存儲在數(shù)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，這個特性可以用于溫度標定。但是金屬卻不適合作熱敏電阻,因為金屬在大溫度區(qū)間上有相同的溫度依賴關系,在小溫度區(qū)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(qū)間內(nèi)，有盡量大的電阻相對變化值，以便得到盡量大的溫度分辨率。比如說，電飯鍋里面的熱敏電阻,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(jù)不同的應用，廠家可以生產(chǎn)或購買不同的熱敏電阻.用于電子體溫計的熱敏電阻工作區(qū)間顯然需要在人體體溫附近。（電阻vｓ溫度曲線：黑色實線是熱敏電阻，虛線是純Pt金屬絲。圖片來源：“RTDs,ＰＴCｓ，ａndNTCs:ＨowtoEffectｉvｅlyDecipherThｉsAlphabetSｏｕpoｆTeｍpｅratureSeｎsｏｒs”bySteveTａranｏvｉｃh）固體物理的重要成果之一是能帶論，能帶論解釋了為什么所有的固體都包含大量的電子，卻有導體和絕緣體的區(qū)分。對于絕緣體，電子正好填充滿了最低的一系列能帶，而滿帶不產(chǎn)生電流；對于導體，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于導體和絕緣體之間，在熱激發(fā)下其電子能從滿帶“跳躍”到導帶，因而導電能力與溫度關系非常大。所以當用半導體來做熱敏電阻時，在一個有限的溫度區(qū)間內(nèi),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(diào)節(jié)熱敏電阻的靈敏區(qū)間。（紅外體溫計.圖片來源：google圖片搜索)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(nèi)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%。對于絕對黑體,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，屬于紅外區(qū)域，因此利用輻射測量體溫的溫度計被稱為紅外體溫計.現(xiàn)實中的輻射探測裝置只能探測一個有限頻率范圍的能量密度，并且探測范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。(輻射的波長分布圖：不同溫度的同一物體對外輻射的總能量不同,能量分布不同。圖片來源:hyperｐｈyｓｉcｓ的ＲadiatioｎCurｖes3０0K）電子溫度計除了不使用水銀外,還有其他優(yōu)點。熱敏體溫計的一個優(yōu)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于水銀體溫計中的水銀比熱，并且探測器外殼一般用金屬制備,導熱性能好于玻璃。對于嬰兒，因為金屬和塑料制品不易碎，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(shù)秒時間，它的另一個優(yōu)點是不一定非得與測量目標直接接觸，可以用來測量耳內(nèi)鼓膜的溫度,而鼓膜的溫度非常接近人體體內(nèi)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(shù)變化均可到0.1攝氏度。電子溫度計的準確使用依賴于電池，當電池電量不足時，溫度計的讀數(shù)是不可靠的。此外,有時候對電子產(chǎn)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(wěn)定性非常高,并且不會給出偏高的讀數(shù).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。最后,給出一些人體體溫的相關數(shù)值供大家參考。正常人體的平均體溫大約37度并隨年齡段變化，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(nèi)和舌下溫度，再次是測量腋下溫度，最不可信