第五章 溫度測量

第五章溫度測量5.1概述5.1.1溫度的概念溫度是表征物體冷、熱程度的物理量，反映了物體內(nèi)部分于運動平均動能的大小。溫度高，表示分子動能大，運動劇烈；溫度低，分子動能小，運動緩慢。溫度概念的建立是以熱平衡為基礎(chǔ)的。如果兩個冷熱程度不同的物體相互接觸，必然會發(fā)生熱交換現(xiàn)象，也就是熱力學(xué)第零定律所描述的：系統(tǒng)溫度相等是它們之間熱平衡的主要條件。溫度是一個內(nèi)涵量(即強(qiáng)度量)，它不具有疊加性。5.1.2溫標(biāo)由于測溫原理和感溫元件的形式很多，即使感受相同的溫度，它們所提供的物理量的形式和變化量的大小卻不相同。因此，為了給溫度以定量的描述，并保證測量結(jié)果的精確性和一致性，需要建立一個科學(xué)的、嚴(yán)格的、統(tǒng)一的標(biāo)尺，稱為“溫標(biāo)”。作為一個溫標(biāo)，應(yīng)滿足以下基本條件，即溫標(biāo)的三要素。①可實現(xiàn)的固定點溫度；②表示固定點之間溫度的內(nèi)插儀器；③確定相鄰固定溫度點之間的內(nèi)插公式；目前使用的溫標(biāo)主要有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)及國際實用溫標(biāo)。(1)經(jīng)驗溫標(biāo)①攝氏溫標(biāo)。所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點為0攝氏度，沸點為100攝氏度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應(yīng)每份的溫度定義為l攝氏度，單位為“℃”。②華氏溫標(biāo)。選取氯化銨和冰水混合物的溫度為0華氏度，水的沸點為212華氏度，冰點為32華氏度，中間均分為180等份，每一等份稱為1華氏度，單位為“℉”。華氏度tF與攝氏度tC的換算關(guān)系如下。(2)熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)基礎(chǔ)上的一種理論溫標(biāo)，在國際單位制中，稱為熱力學(xué)溫度。根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度為T1的熱源與溫度為T2的冷源之間實現(xiàn)了卡諾循環(huán)，即存在有下列關(guān)系式。Q1——熱源給予熱機(jī)的傳熱量Q2——熱機(jī)傳給冷源的傳熱量定義T2為水的三相（固、液、氣）共存溫度（0.01℃），為273.16K。任意點溫度為：——熱力學(xué)溫標(biāo)

熱力學(xué)溫標(biāo)與實現(xiàn)它的工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，因此不會因選用測溫物質(zhì)的不同而引起溫標(biāo)的差異，是理想的溫標(biāo)。不過，理想的可逆過程是無法實現(xiàn)的，所以基于可逆過程的卡諾循環(huán)以及熱力學(xué)溫標(biāo)也無法直接實現(xiàn)。然而，熱力學(xué)中已從理論上證明，熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)是完全一樣的。而根據(jù)理想氣體方程，當(dāng)氣體體積恒定時，一定質(zhì)量氣體其壓強(qiáng)與溫度成正比。選定水的三相點溫度的壓強(qiáng)p3為參考點任意點溫度：-----理想氣體的溫標(biāo)方程利用這種關(guān)系進(jìn)行溫度測量的溫度計稱為定容式氣體溫度計，它通過壓強(qiáng)的變化可以測出溫度的變化。從而解決了熱力學(xué)溫標(biāo)難于實現(xiàn)的問題。（3）國際溫標(biāo):ITS-90為了克服氣體溫度計在實用上的不便，國際上建立了一種能用內(nèi)插公式表示的與熱力學(xué)溫標(biāo)很接近，又使用方便的協(xié)議溫標(biāo)，這就是國際實用溫標(biāo)(IPTS)，可用它來統(tǒng)一各國之間的溫度計量。國際溫標(biāo)規(guī)定仍以開爾文表示熱力學(xué)溫度，以K為單位，1K等于水三相點熱力學(xué)溫度的1/273.16。熱力學(xué)溫度以符號T90表示，攝氏溫度符號為t90，其單位以℃表示，它們之間的關(guān)系仍是t90＝T90-273.15。國際溫標(biāo):ITS-90定義的固定點國際溫標(biāo):ITS-90定義的內(nèi)插儀器①0.65~5.0K間為3He和4He蒸汽溫度計；②3.0~24.556K間為3He和4He定容氣體溫度計；③13.8033K~961.78℃間為鉑電阻溫度計；④961.78℃以上為光學(xué)或光電溫度計。5.1.3溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞將溫度標(biāo)準(zhǔn)定期逐級地校驗比較過程稱為溫度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。簡稱溫標(biāo)的傳遞。溫度計量儀器按精度等級可分為下列3類。①以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高精度來復(fù)現(xiàn)和保存國際溫標(biāo)數(shù)值的溫度計稱為基準(zhǔn)溫度計。用來進(jìn)行溫度量值傳遞的基準(zhǔn)溫度計稱為工作基難溫度計。②以限定的精度等級，用來進(jìn)行溫度量值傳遞的溫度計稱為標(biāo)準(zhǔn)溫度計。溫度計一般分為兩等，即一等標(biāo)準(zhǔn)和二等標(biāo)準(zhǔn)。③在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科研測試工作中使用的各種溫度計，稱為工業(yè)用溫度計。5.1.4測溫方法與測溫儀器的分類測溫方法接觸測溫非接觸測溫接觸測溫儀器膨脹式溫度計電阻式溫度計熱電式溫度計等非接觸測溫儀器輻射式溫度計亮度式溫度計比色式溫度計紅外熱像儀按照溫度測量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測量。5.2熱電偶測溫5.2.1熱電效應(yīng)把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A，B連接成閉合回路，將它們的兩個接點分別置于溫度為T和T0(設(shè)T＞To)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶回路中所產(chǎn)生的熱電勢由兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢所組成。熱電勢：EAB(T，T0)熱電極:A和B?T:工作端、熱端、測量端；?T0:自由端、冷端、參比端。(1)接觸電勢不同的金屬材料其自由電子密度不同。當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)體接觸時，在接觸面上因自由電子密度不同而發(fā)生電子擴(kuò)散，電子擴(kuò)散速率與兩導(dǎo)體電子密度有關(guān)，并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度分別為nA和nB，且有nA＞nB，則在接觸面上由A擴(kuò)散到B的電子將必然比由B擴(kuò)散到A的電子數(shù)多。因此，導(dǎo)體A失去電子而帶正電荷，導(dǎo)體B因獲得電子而帶負(fù)電荷，在A，B接觸面上便形成一個從A到B的靜電場，這個電場阻礙了電子的繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，其大小可表示為?eAB(T)為A、B兩種不同材料在溫度為T時的接觸電動勢，V；?K為玻耳茲曼常數(shù)，K=1.38*10-23J/K；?e為電子電荷，e=1.6*10-19C；?nA(T)、nB(T)為A、B兩種材料在溫度T時的自由電子密度。(2)溫差電勢單一導(dǎo)體中，如果兩端溫度不同，在兩端間會產(chǎn)生電勢，即單一導(dǎo)體的溫差電勢。由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴(kuò)散，結(jié)果高溫端因失電子而帶正電荷，低溫端因得到電子而帶負(fù)電荷，從而形成一個靜電場，該電場阻礙電子的繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到運態(tài)平衡時，在導(dǎo)體的兩端便產(chǎn)生一個相應(yīng)的電位差，被稱為溫差電勢。溫差電勢的大小可表示為

eA(T,T0)—導(dǎo)體A兩端溫度差為T和T0時形成的溫差電勢，V；

σ—湯姆遜系數(shù)，表示單一導(dǎo)體兩端溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電勢，與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。(3)熱電偶回路熱電勢對于由導(dǎo)體A、B組成的熱電偶閉合回路，當(dāng)溫度T＞T0，nA＞nB時，回路總的熱電勢為EAB(T,To)，nAT

nAT0—導(dǎo)體A在接點溫度為T和T0時的電子密度，m-3

σA、σB—導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。nBT

nBT0—導(dǎo)體B在接點溫度為T和T0時的電子密度，m-3(4)結(jié)論

①如果熱電偶兩電極材料相同，即nA＝nB，σA=σB，雖然兩端溫度不同，但閉合回路總熱電勢仍為零，因此熱電偶必須用兩種不同材料做熱電極。

②如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端的溫度相同，即T0＝T，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢。(5)注意在金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)目很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度。所以，在同一金屬導(dǎo)體內(nèi)，溫差電勢極小，可以忽略?；芈房偟臒犭妱菘梢越票硎緸槭筎0為常數(shù)當(dāng)熱電偶回路的一個端點保持溫度不變，則熱電勢EAB(T,To)只隨另一個端點的溫度變化而變化。兩個端點溫差越大，回路總熱電勢EAB(T,To)也就越大，這樣回路總熱電勢就可以看成溫度T的單值函數(shù)，給工程中用熱電偶測量溫度帶來了極大的方便。5.2.2熱電偶基本定律(1)均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成的閉合回路，不論導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的截面和長度如何以及各處的溫度如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。一種均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路：nA=nB兩接點接觸電勢為由于導(dǎo)體A兩端溫度不同，故有溫差電勢產(chǎn)生，但回路中兩支路溫差電勢大小相等，方向相反，回路中總溫差電勢為零，即所以，回路中總熱電勢EAA(T,To)=0。均質(zhì)導(dǎo)體定律應(yīng)用任何熱電偶都必須由兩種性質(zhì)不同的導(dǎo)體構(gòu)成。如果熱電偶由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成，則熱電偶的熱電勢僅與兩接點溫度有關(guān)，而與沿?zé)犭姌O的溫度分布無關(guān)。熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。根據(jù)這個原理，可以檢查熱電極的不均勻性，也可檢查兩種材料性質(zhì)是否相同。(2)中間導(dǎo)體定律熱電回路中接入第三種導(dǎo)體材料，只要第三種導(dǎo)體材料兩端的溫度相同，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢保持不變，不受第三種導(dǎo)體接入的影響。證明：回路總熱電勢為設(shè)三個接點溫度相等均為T0，回路中無熱電勢(3)標(biāo)準(zhǔn)電極定律當(dāng)接點溫度為T，T0時，用導(dǎo)體A，B組成熱電偶產(chǎn)生的熱電勢等于A，C熱電偶和C，B熱電偶熱電勢的代數(shù)和。導(dǎo)體C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極(一般由鉑制成)這一規(guī)律稱為標(biāo)準(zhǔn)電極定律。證明：只要知道任意兩種均勻材料對標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電勢，即可求出由這兩種材料構(gòu)成的熱電偶的熱電勢。(4)連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律連接導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，若導(dǎo)體A和B分別與導(dǎo)線A’和B’相接，接點溫度分別為T、Tn、T0，則回路總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,Tn)與連接導(dǎo)線電勢EA’B’(Tn,T0)之和。意義：工業(yè)上運用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測量的理論基礎(chǔ)。證明：回路總熱電勢為回路總熱電勢等于熱電偶電勢EAB(T，Tn)與連接導(dǎo)線電勢EA’B’(Tn，T0)的代數(shù)和。連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測量的理論基礎(chǔ)。中間溫度定律：當(dāng)A與A’、B與B’材料分別相同時，則有意義：只要得到參考端溫度T0=0℃時的熱電勢，則通過測量中間溫度的熱電勢EAB(T,Tn)，將兩者直接求和，即可反映出測量端溫度。這為熱電勢分度奠定了理論基礎(chǔ)。5.2.3常用熱電偶的材料、特點和結(jié)構(gòu)（1）熱電偶的材料①兩種材料組成的熱電偶應(yīng)輸出較大的熱電勢，以獲得較高的靈敏度，且要求電勢和溫度之間盡可能的成線性關(guān)系；②能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理和化學(xué)特性比較穩(wěn)定（較好的耐熱性、抗氧化、抗還原和抗腐蝕性）；③具有較高的電導(dǎo)率和較低電阻溫度系數(shù)；④工藝性好，復(fù)現(xiàn)性好，利于批量生產(chǎn)。（1）貴金屬熱電偶：鉑銠30-鉑銠6(B偶)，鉑銠13-鉑（R偶），鉑銠10-鉑（S偶），測溫范圍寬，性能穩(wěn)定，精度高，熱電勢小，熱電特性非線性大，價格貴。（2）廉價金屬熱電偶：鎳鉻-鎳硅（K偶），鎳鉻-銅鎳（E偶），靈敏度高，熱電勢大，熱電特性線性度好，價格低，測溫范圍較窄。（3）難熔金屬熱電偶：鎢錸合金構(gòu)成，用于高溫測量。（2）特點（3）典型結(jié)構(gòu)（工業(yè)用）組成：熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒<1000度:金屬材料；>1000度:工業(yè)陶瓷或氧化鋁（3）典型結(jié)構(gòu)（科研用）鎧裝式熱電偶：熱電極、耐高溫金屬粉末（如氧化鋁）、不銹鋼套管三者一起拉細(xì)而組成一體，外徑0.25~12mm不等。特點：慣性小、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、力學(xué)性能良好、抗振、可撓等。薄膜式熱電偶采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點極薄，約0.01~0.1μm。它適于壁面溫度的快速測量?；逵稍颇富蚪n酚醛塑料片等材料做成。熱電極有鎳鉻—鎳硅、銅—康銅等。測溫范圍一般在300℃以下。使用時用膠黏劑將基片黏附在被測物體表面上，反應(yīng)時間約為數(shù)毫秒。5.2.4熱電偶的參比端(冷端)溫度補(bǔ)償不穩(wěn)定①熱電偶測溫原理：只有參比端溫度恒定時，回路總熱電勢EAB(T,T0)才是溫度T的單值函數(shù)。②熱電偶分度表中，熱電勢-溫度的對應(yīng)值以Ｔ0=0℃為基礎(chǔ)。（1）冰點法T0=0℃精度最高；溯源性好，用于熱電偶校準(zhǔn)。（2）熱電勢修正法設(shè)法把參比端置于已知的恒溫條件，得到穩(wěn)定的T0中間溫度定律方法：測T0→查表EAB(T0,0)→測EAB(T,T0)→計算EAB(T,0)→查表求T。舉例：S偶參比端溫度溫為30℃，測量的熱電勢為6.526mV，試問此時真實的溫度應(yīng)為多少？查表T=f(E(T,30,0))=f(6.699)=740℃(3)冷端補(bǔ)償器法很多工業(yè)生產(chǎn)過程既沒有長期保持0℃的條件，也沒有長期維持參比端恒溫的條件，熱電偶參比端溫度T0往往是隨時間和所處的環(huán)境而變化。R1=R2=R3=lΩ，采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零。橋臂R4用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為4.3×10-3℃-1,Rg為限流電阻。T0=0℃時，R4=1Ω，四臂電阻相等，電橋平衡，橋路輸出電壓Uba=0。指示儀表總的熱電勢為：當(dāng)T0↑→R4↑→a點電位↓同時由于T0↑→EAB(T,T0)↓調(diào)整Rg電阻→Uba=[E(T,0)-E(T,T0)]→總電勢不隨T0而變說明：當(dāng)T0變化時，由于冷端補(bǔ)償器的接入，儀表所指示的總電勢E仍保持為E(T,0)，相當(dāng)于熱電偶冷端自動處于0℃。(4)補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線在0~100℃范圍內(nèi)，熱電特性與所取代的熱電偶絲基本一致；電阻率低；價格必須比熱電偶絲便宜。根據(jù)連接導(dǎo)體定律，回路電勢：材料：熱電性質(zhì)與熱電偶相近（0~100℃）：（中間溫度定律）相當(dāng)于把熱電偶的參比端遷移到溫度為T’處①構(gòu)造簡單、使用方便、具有較高的準(zhǔn)確度、溫度測量范圍寬；②常用測溫范圍：-50~+1600℃；特殊材料，測溫范圍可擴(kuò)為:-180~2800℃；常用于測量300℃以上的溫度；③應(yīng)用極為廣泛；可用于測溫空間微小的場合；④熱電勢??；熱電偶測溫特點：5.2.5熱電偶測溫回路（1）熱電偶測量線路（自己閱讀）熱電偶反接熱電偶并聯(lián)熱電偶串聯(lián)（2）熱電勢測量儀表手動電位差計直流工作電源EB:干電池或直流穩(wěn)壓電源。標(biāo)準(zhǔn)電壓EN:標(biāo)準(zhǔn)電池。三個回路：由EB，Rs，及RN和RABC所組成的工作電流回路，回路的電流為I;由EN，RN和檢流計G所組成的校準(zhǔn)回路，其功能是調(diào)整工作電流I維持設(shè)計時所規(guī)定的電流值；由ET，RAB和G組成的測量回路。當(dāng)開關(guān)K置向“標(biāo)準(zhǔn)”位置時，校準(zhǔn)回路工作，調(diào)整RS改變工作電流I，當(dāng)EN=IRN時，則i=0，檢流計G指零，此時I就是電位差計要求的工作電流。當(dāng)開關(guān)K置向“測量”位置時，測量回路工作RE----熱電偶及連接導(dǎo)線的電阻

i—-測量回路的電流。移動電阻RABC的滑動點B使撿流計指零，則i=0，ET＝IRAB。由于I已是精確的工作電流值，同時RAB也由刻度盤上精確地可知，所以ET的測量值也就相當(dāng)精確地知道了。5.2.5熱電偶的校驗與分度校驗:是指對熱電偶熱電勢和溫度的已知關(guān)系進(jìn)行校核，檢查其誤差的大??；分度:是確定熱電勢和溫度的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)國際實用溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定，除標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶必須進(jìn)行三點(金、銀、鋅的凝固點溫度)分度外，其余各種實用性熱電偶均必須在表5.5所列的溫度點進(jìn)行比較式校驗。熱電偶比較式校驗系統(tǒng)組成：交流穩(wěn)壓電源、調(diào)壓器、管式電爐、冰點槽、切換開關(guān)、直流電位差計和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶等管式電爐用電阻絲作加熱元件，爐體長度為600mm，中部應(yīng)有長度不小于100mm的恒溫段。電位差計的精度等級不低于0.03級。校驗的基本方法：把標(biāo)推熱電偶與被校熱電偶的測量端置于管式電爐內(nèi)的恒溫段，參比端置于冰點槽內(nèi)以保持0℃。用電位差計測量各熱電偶的熱電勢，然后比較其結(jié)果。以確定被校驗熱電偶的誤差范圍或確定其熱電特性。校驗時應(yīng)注意：①用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電爐的加熱溫度時，應(yīng)使其穩(wěn)定在表5．5所列各校驗溫度點±10℃范圍內(nèi)，在讀取熱電勢數(shù)值過程中爐溫變化不得超過±0.2℃；每個校驗溫度點瀆數(shù)不得少于4次。②冰點槽內(nèi)必須是均勻的純凈冰水混合物，保持在0℃；熱電偶參比端必須插入冰點槽中部，且相互絕緣。③被校驗熱電偶若是鉑銠-鉑材料，校驗前要進(jìn)行退火和清洗處理。然后才允許將測量端裸露與標(biāo)準(zhǔn)鉑銠-鉑熱電偶測量端靠近。被校熱電偶為賤金屬材料時，則應(yīng)用封頭細(xì)套管保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，以免其被污染。④同時被校驗的熱電偶可以有多支，讀數(shù)順序是標(biāo)推熱電偶→1號被校熱電偶→2號被校熱電偶→……→N號被校熱電偶；再從N號被校熱電偶反序讀數(shù)至標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。如此正反順序多次瀆取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和誤差分析。5.2.6熱電偶測溫系統(tǒng)的誤差分析(1)熱電偶分度誤差Δ1如鉑銠-鉑熱電偶在600℃以上使用時，允許誤差為±0.25％t；鎳鉻-鎳硅在400℃以上使用時，允許誤差為±0.75％t。

由于熱電偶材質(zhì)不均勻使得其熱電特性與統(tǒng)一分度表之間存在差值。該項誤差不能超過熱電偶允許誤差的范圍，否則應(yīng)重新校驗。

(2)補(bǔ)償導(dǎo)線誤差Δ2

補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶熱電特性不同而帶來的誤差。

對于鉑銠-鉑熱電偶在100℃補(bǔ)償范圍內(nèi)其補(bǔ)償導(dǎo)線允差為±0.023mV(精密級)；對鎳格-鎳硅熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線允差為±0.105mV(普通級)。(3)冷端補(bǔ)償器誤差Δ3

冷端補(bǔ)償器只能在平衡點和計算點的溫度值得到完全補(bǔ)償，在其他溫度時因不能完全得到補(bǔ)償所造成的誤差，即為冷端溫度補(bǔ)償器誤差。鉑銠-鉑熱電偶為±0.04mV，鎳鉻-鎳硅熱電偶為±0.16mV。(4)測量儀表誤差Δ4該誤差由儀表精度等級所決定例如：采用鎳鉻-鎳硅熱電偶如圖所示組成測溫系統(tǒng)。測量儀表XCZ-101的量程為1000℃,儀表精度等級±1%,若儀表上顯示被測溫度為800℃,則測量系統(tǒng)的誤差為多少？解：熱電偶分度誤差Δ1=±0.75％×800=±6℃補(bǔ)償導(dǎo)線誤差Δ2=±0.105mV→±2.65℃冷端補(bǔ)償器誤差Δ3=±0.16mV→±4.01℃測量儀表誤差Δ4=±1%×1000=10℃測溫系統(tǒng)的最大誤差為：5.3熱電阻測溫原理利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的性質(zhì)來測量溫度。實驗證明?多數(shù)金屬導(dǎo)體在溫度升高1℃時，阻值變化0.4%~0.6%；?多數(shù)具有負(fù)溫度系數(shù)的半導(dǎo)體在溫度升高1℃時，阻值變化3%~6%。5.3.1熱電阻的材料①電阻溫度系數(shù)要大：電阻溫度系數(shù)的定義為：溫度變化l℃時電阻值的相對變化量，單位1/℃，注意：

α越大→制成的溫度計的靈敏度越高→測量結(jié)果越準(zhǔn)確；一般非常數(shù)，不同溫度，數(shù)值不同α=f(T)；材料越純，α越大；②有較大的電阻率：因為電阻率越大↑→電阻體積越小↓→熱容量和熱慣性越小↓→溫度變化的響應(yīng)越快↑。③在測溫范圍內(nèi)，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。④復(fù)現(xiàn)性好、復(fù)制性強(qiáng)、易得到純凈物質(zhì)。⑤電阻值與溫度的關(guān)系近似為線性關(guān)系，便于測溫的分度和讀數(shù)。⑥價格低。綜上所述：鉑、銅、鐵、鎳、和一些半導(dǎo)體材料比較適合做熱電阻。5.3.2熱電阻的類型（1）鉑熱電阻特點：精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠、易于提純、復(fù)制性好、具有良好的工藝性、可以制成極細(xì)的鉑絲、電阻率較高；在0℃以上，其電阻與溫度的關(guān)系接近于直線(其電阻溫度系數(shù)為3.9×10-3Ω/℃)。作用：工業(yè)測量，溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)儀器。ITS-90國際溫標(biāo)規(guī)定，在13.81K~961.78℃的標(biāo)準(zhǔn)儀器為鉑電阻溫度計。缺點：電阻溫度系數(shù)小，在還原氣氛中，特別是在高溫下，易被污染變脆、價格昂貴。常用鉑電阻分度號：Pt1000，Pt100和Pt10鉑的純度通常用百度電阻比W(100)表示，即R100—表示100℃時的電阻值，ΩR0—表示0℃時的電阻值，ΩW(100)越高，則其純度越高，目前技術(shù)水平已提純到W(100)＝1.3930，其相應(yīng)的鉑純度為99.9995％。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，使用測溫范圍擴(kuò)大到-200~850℃，電阻純度采用W(100)＝1.3850，初始電阻為R0=100Ω和R0=10Ω。10Ω的電阻溫度計阻絲較粗，主要用于測600℃以上溫度。鉑電阻阻值隨溫度變化的規(guī)律：-200℃≤t≤0℃0℃≤

t≤650℃鉑電阻分度表：（2）銅熱電阻優(yōu)點：線性度好，電阻溫度系數(shù)大、價格低、精度適中；缺點：>100℃時，易被氧化；測溫范圍：-50~+150℃。常用銅電阻分度號：Cu100和Cu50電阻溫度關(guān)系為：-50℃≤t≤150℃A=4.28899×10-3（℃-1）B=-2.133×10-7（℃-2）C=1.233×10-9（℃-3）5.3.3熱電阻的結(jié)構(gòu)類型有普通型熱電阻，鎧裝熱電阻和薄膜熱電阻三種類型。(1)普通型熱電阻與熱電偶類似

電阻體結(jié)構(gòu)如圖。鉑電阻體結(jié)構(gòu)有三種基本形式。玻璃燒結(jié)式陶瓷架式云母管架式①玻璃撓結(jié)式把細(xì)鉑絲(直徑用雙繞法繞在刻有螺紋的玻璃管架上，最外層再套以直徑4~5mm的薄玻璃管，燒結(jié)在一起，起保護(hù)作用。引出線也燒結(jié)在玻璃棒上。這種結(jié)構(gòu)熱慣性小。②陶瓷管架式采用陶瓷管架，其外護(hù)層采用涂釉方法，有利于減小熱慣性，缺點是電阻絲熱應(yīng)力較大，影響穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性，其次易碎，尤其引線易折斷。③云母管架式鉑絲繞在側(cè)邊有鋸齒形的云母片基體上，以避免鉑絲滑動短路或電阻不穩(wěn)定，在繞有鉑絲的云母片外覆蓋一層絕緣層云母片，其外再用銀帶纏繞固定。為了改善傳熱條件，一般在云母管架電阻體裝入外保護(hù)管時，兩邊再壓上具有彈性的導(dǎo)熱支撐片。銅電阻體結(jié)構(gòu)

通常采用管形塑料作骨架，用漆包銅電阻絲(直徑0.07~1mm)雙線無感地繞在管架上，由于銅電阻率較小，所以需要多層繞制。它的熱慣性比鉑電阻體大很多。銅電阻體上還有錳銅絲補(bǔ)償繞組，是為了調(diào)整銅電阻體的電阻溫度系數(shù)用的。整個電阻體繞制后經(jīng)過酚醛樹脂漆的浸漬處理，以提高其導(dǎo)熱性和機(jī)械緊固作用。(2)鎧裝熱電阻力學(xué)性好熱電阻+保護(hù)套管+絕緣材料→封裝特點：耐振動與沖擊，有良好的撓性，便于安裝；不受有害介質(zhì)侵蝕；外徑尺寸可以做得很小(國產(chǎn)定型標(biāo)準(zhǔn)外徑為3~8mm)，反應(yīng)速度快。(3)薄膜熱電阻鉑陶瓷真空鍍膜法熱慣性?。?.3.4半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱電阻——熱敏電阻材料：常用一定比例的錳、鎳、銅、鈦、鎂的氧化物混合制成分類負(fù)溫度系數(shù)NTC正溫度系數(shù)PTC臨界溫度系數(shù)CTR測溫特點變化劇烈變化劇烈近似線性設(shè)RT為溫度T時熱敏電阻的阻值，T為絕對溫度值，則其間有如下關(guān)系將上式兩邊取對數(shù)，整理得用實驗的方法分別測量T和T0時電阻RT和RT0，代入上式可計算出B的數(shù)值。通常，B在1500~5000K范圍內(nèi)。熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為得到溫度系數(shù)為當(dāng)B為正值時，熱敏電阻的溫度系數(shù)是負(fù)值，并為溫度T的函數(shù)。在室溫附近。α≈-(2~6)×10-2(1/℃)。半導(dǎo)體熱敏電阻的形狀：半導(dǎo)體熱敏電阻實物照片MF74超大功率型NTC熱敏電阻器應(yīng)用范圍：適用于大功率的轉(zhuǎn)換電源、開關(guān)電源、UPS電源及各類大功率照明燈具、電加熱器的浪涌電流抑制。MF52珠狀測溫型NTC熱敏電阻器廣泛應(yīng)用于空調(diào)設(shè)備、暖氣設(shè)備、電子體溫計、液位傳感、汽車、電子臺歷、手機(jī)電池。CMF貼片式NTC熱敏電阻器應(yīng)用于：半導(dǎo)體集成電路、液晶顯示、晶體管及移動通訊設(shè)備用石英振蕩器的溫度補(bǔ)償、可充電電池的溫度探測、計算機(jī)微處理器的溫度探測、需溫度補(bǔ)償?shù)母鞣N電路。MF55系列絕緣薄膜型NTC熱敏電阻器應(yīng)用范圍：電腦、打印機(jī)、家用電器等。半導(dǎo)體熱敏電阻的特點測溫范圍：-100~300℃優(yōu)點：①電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為?(3~6)×10?2(1/℃)②電阻率大，利于小型化，連接導(dǎo)線影響可以忽略；③結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可以用于測量點溫度；④熱慣性小，適用于表面溫度及快速變化溫度。不足：熱敏電阻溫度特性分散、互換性差、非線性嚴(yán)重。進(jìn)一步發(fā)展依賴于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和制造工藝水平的提高。5.3.5熱電阻測溫電橋兩線制接法電橋測量金屬熱電阻(幾歐~幾十歐范圍)時，引線電阻和連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化而變化，這會影響熱電阻測溫精度。為了消除此影響，發(fā)展了三線制、四線制接法熱電阻測溫橋路。AB兩線制測量電橋AB溫度變化使RT

→RT+ΔRT，

且ΔRT<<RT（1）工業(yè)用常用線路①兩線制熱電阻Rt引線r’連接導(dǎo)線r調(diào)整電阻Rr不平衡電橋Rac=2(Rr+r+r’)+Rt=2Rl+Rt兩線制特點：?接入一個橋臂；?引線與連接導(dǎo)線的電阻Rl隨環(huán)境溫度的變化全部加入到熱電阻的變化之中；?簡單，仍有應(yīng)用，為了誤差不致過大，要求引出線的電阻值隨溫度的變化：銅：<=0.2％(R0)；鉑:<=0.1％(R0)。②三線制方法一：熱電阻有三個引線第三根引線接到電源線上；電源與電橋的連接點a從儀表內(nèi)部的橋路上移到熱電阻附近；另外兩根引線和連接導(dǎo)線的電阻分別加到電橋相臨兩橋臂中。效果：引線與連接導(dǎo)線電阻變化影響減小。Rac=Rr+r+r’+RtRad=R1+r’+r+RrRl=r’+r+Rr方法二：熱電阻有二個內(nèi)引線兩根引線和連接導(dǎo)線的電阻分別加到電橋相臨兩橋臂中。第三根接到電源對角線上，相當(dāng)于把電源的接點a移到熱電阻傳感器內(nèi)的接線柱上。Rac=Rr+r+r’+RtRad=R1+r+Rr效果：減小連接導(dǎo)線r電阻變化的影響，而熱電阻引線電阻r’的變化影響，依然存在。(2)實驗室精密測溫線路---四線制電源E向標(biāo)準(zhǔn)電阻RH、熱電阻Rt(經(jīng)端頭a和c)、調(diào)節(jié)電阻Rr和電流表回路供電。調(diào)節(jié)Rr可使回路電流I調(diào)整到熱電阻的規(guī)定值(常用3~4mA)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K先后可將標(biāo)準(zhǔn)電阻RH和熱電阻Rt上的電壓降UH和Ut測量出來，由利用電位差計平衡讀數(shù)時，電位差計不取電流，熱電阻的電位測量線沒有電流通過，所以熱電阻引線和連接導(dǎo)線的電阻無論怎樣變化也不會影響熱電阻Rt的測量，因而，完全消除了引線電阻變化對測溫精度的影響。5.3.6熱電阻元件的校驗及誤差分析(1)熱電阻的校驗熱電阻的校驗一般在實驗室里進(jìn)行。除了標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計需要做定點(水三相點、水沸點、鋅凝固點、銀凝固點等)分度外，實驗室和工業(yè)用的鉑或銅電阻溫度計校驗方法有如下兩種。①比較法。

將標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計或標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計一起插入恒溫源中，在規(guī)定的幾個穩(wěn)定溫度下讀取標(biāo)準(zhǔn)溫度計和被校溫度計的示值并進(jìn)行比較，其偏差不得超過表5.6所列出的最大允許誤差。校驗時所使用的恒溫源有冰點槽、恒溫水槽、油槽和恒溫鹽槽，可根據(jù)所需校驗溫度范圍選取恒溫源。熱電阻值的測量可用電橋電路，也可以用直流電位差計測恒電流(小于6mA)流過熱電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻時各自的電壓降，然后用式(5．43)計算出熱電阻值Rt。②兩點法。

比較法固然可以用調(diào)整恒溫源溫度的辦法對溫度計刻度值逐個進(jìn)行比較校驗，但這樣所用的恒溫源規(guī)格多，一般實驗室不具備這樣的條件。因此，工業(yè)用電阻溫度計可用兩點法校驗其R0和R100兩個參數(shù)。這種方法只需具備冰點槽和水沸點槽。分別在這兩個恒溫槽中測得R0和R100，然后檢查R0值和比值只R0/R100是否滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，以確定溫度計是否合格。(2)熱電阻測溫系統(tǒng)誤差分析①熱電阻分度誤差Δ1

標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻分度表(見附表5.3)是對同一型號熱電阻的電阻溫度特性進(jìn)行統(tǒng)計分析的結(jié)果，而對具體使用的熱電阻體往往因材料純度、制造工藝有所差異，這就形成了熱電阻分度誤差。分度誤差大小不能超過表5.6的規(guī)定數(shù)值。②自熱誤差Δ2這是由于測量過程中有電流流過熱電阻回路，使電阻體產(chǎn)生溫升而引起溫度測量的附加誤差。它與電流大小和傳熱介質(zhì)有關(guān)。工業(yè)上使用熱電阻限制電流一般不超過6mA，這時將熱電阻置于冰點槽中，則熱電阻的自熱誤差不超過0.1℃。③線路電阻變化帶來的誤差Δ3當(dāng)環(huán)境溫度變化10℃時，導(dǎo)線電阻為5Ω，則二線制接線其誤差為2℃，三線制為0.1℃。④顯示儀表的基本誤差Δ4XCZ-l02溫度指示儀精度為一級，基本誤差是量程范圍的1％。

如若測溫系統(tǒng)采用Pt100熱電阻元件，XCZ-102量程為0~500℃，被測溫度示值為300℃時，則各項誤差為對二線制接線測溫總誤差為對三線制接線測溫總誤差為5.3補(bǔ)充集成溫度傳感器（1）模擬集成溫度傳感器時間：20世紀(jì)80年代問世；工藝：硅半導(dǎo)體集成工藝制作而成；信號輸出：模擬電壓或電流。特點：測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。應(yīng)用范圍：<150℃；典型產(chǎn)品：AD590、AD592、TMP17、LM35等。（2）智能溫度傳感器時間：20世紀(jì)90年代中期問世；名稱：亦稱數(shù)字溫度傳感器，是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動檢測技術(shù)(ATE)的結(jié)晶；構(gòu)成：溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路等集成在一片芯片上。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、CPU。特點：測溫范圍<150℃；輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量；在硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件實現(xiàn)測試功能，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。發(fā)展新趨勢：21世紀(jì)，向高精度、多功能、高可靠性及安全性、總線標(biāo)準(zhǔn)化、虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器等方向發(fā)展。典型產(chǎn)品：DS18B20集成溫度傳感器原理：NPN三極管的結(jié)電壓是溫度的函數(shù)。U0—T=0℃時的Ube值；k—玻爾茲曼常數(shù)；T—發(fā)射結(jié)所處的溫度；q—電子電量；Ie—集電極電流；A—發(fā)射結(jié)面積，與溫度、結(jié)構(gòu)、材料等多種因素有關(guān)原理：圖中V1，V2為一對鏡像管，它們的Ube相等，集電極電流相等，I1=I2；V3，V4為溫度檢測用晶體管，二者的發(fā)射極面積不同，其面積比為m；R上的電壓為V3、V4的Ube的差值ΔUbe輸出電流：當(dāng)R，m一定時，輸出電壓與溫度有良好的線性關(guān)系。典型產(chǎn)品及特點舉例：數(shù)字型DS18B20測溫范圍：-55~125℃；精度：±2℃；測溫范圍：-10~85℃；精度：±0.5℃；分辨力：0.0625℃1.GND為電源地；2.DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；3.VDD為外接供電電源輸入端。舉例：模擬型集成溫度傳感器電流輸出型舉例：AD590特點：輸出一個與絕對溫度成正比的電流，1μA/K。額定電流：在25℃溫度下為298.15μA。本章放映結(jié)束！MagneticResonanceImaging磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長Damadian1973做出兩個充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間MR成像基本原理實現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號接收裝置：各種線圈計算機(jī)系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進(jìn)動雜亂無章，磁性相互抵消zMyx進(jìn)入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進(jìn)C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產(chǎn)生能量

三、弛豫（Relaxation）回復(fù)“自由”的過程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復(fù)，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時間：

MZ恢復(fù)到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復(fù)愈快T2弛豫時間：MXY喪失2/3所需的時間；T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長MXY與ST1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像

所謂的加權(quán)就是“突出”的意思

T1加權(quán)成像（T1WI）----突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權(quán)成像（T2WI）----突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像.T1的長度在數(shù)百至數(shù)千毫秒（ms）范圍T2值的長度在數(shù)十至數(shù)千毫秒（ms）范圍

在同一個馳豫過程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標(biāo)示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课?--即在同一層面觀察、分析T1、T2加權(quán)像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號表現(xiàn)，通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術(shù)－－圖像空間分辨力，對比分辨力一、如何確定MRI的來源（一）層面的選擇1.MXY產(chǎn)生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.梯度磁場Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強(qiáng)度↑層厚↓〈二〉體素信號的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應(yīng)層面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

各1H同相位MXY旋進(jìn)速度不同同頻率一定時間后→→GX→沿X方向1H有不同ω沿Y方向不同1H的MXYMXY旋進(jìn)頻率不同位置不同（相位不同）〈三〉空間定位及傅立葉轉(zhuǎn)換

GZ----某一層面產(chǎn)生MXYGX----MXY旋進(jìn)頻率不同

GY----MXY旋進(jìn)相位不同（不影響MXY大?。?/p>

↓某一層面不同的體素，有不同頻率、相位

MRS（FID）第三節(jié)、磁共振檢查技術(shù)檢查技術(shù)產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術(shù)名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…….梯度回波FFE快速自旋回波FSE壓脂壓水MRA短TR短TE－－T1W長TR長TE－－T2W增強(qiáng)MR最常用的技術(shù)是：多層、多回波的SE（spinecho，自旋回波）技術(shù)磁共振掃描時間參數(shù)：TR、TE磁共振掃描還有許多其他參數(shù)：層厚、層距、層數(shù)、矩陣等序列常規(guī)序列自旋回波（SE）,快速自旋回波（FSE）梯度回波（FE）反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR），脂肪抑制（STIR）、水抑制（FLAIR）高級序列水成像（MRCP,MRU,MRM）血管造影（MRA,TOF2D/3D）三維成像（SPGR）彌散成像（DWI）關(guān)節(jié)運動分析是一種成像技術(shù)而非掃描序列自旋回波（SE）必掃序列圖像清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)目前只用于T1加權(quán)像快速自旋回波（FSE）必掃序列成像速度快多用于T2加權(quán)像梯度回波（GE）成像速度快對出血敏感T2加權(quán)像水抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）水抑制（FLAIR）抑制自由水梗塞灶顯示清晰判斷病灶成份脂肪抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）脂肪抑制（STIR）抑制脂肪信號判斷病灶成分其它組織顯示更清晰血管造影（MRA）無需造影劑TOF法PC法MIP投影動靜脈分開顯示水成像（MRCP，MRU，MRM）含水管道系統(tǒng)成像膽道MRCP泌尿路MRU椎管MRM主要用于診斷梗阻擴(kuò)張超高空間分辨率掃描任意方位重建窄間距重建技術(shù)大大提高對小器官、小病灶的診斷能力三維梯度回波（SPGR） 早期診斷腦梗塞

彌散成像MRI的設(shè)備一、信號的產(chǎn)生、探測接受1.磁體（Magnet）:靜磁場B0（Tesla,T）→組織凈磁矩M0

永磁型（permanentmagnet）常導(dǎo)型（resistivemagnet）超導(dǎo)型（superconductingmagnet）磁體屏蔽（magnetshielding）2.梯度線圈（gradientcoil）:

形成X、Y、Z軸的磁場梯度功率、切換率3.射頻系統(tǒng)（radio-frequencesystem，RF）

MR信號接收二、信號的處理和圖象顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換、計算機(jī)，等等；MRI技術(shù)的優(yōu)勢1、軟組織分辨力強(qiáng)（判斷組織特性）2、多方位成像3、流空效應(yīng)（顯示血管）4、無骨骼偽影5、無電離輻射，無碘過敏6、不斷有新的成像技術(shù)MRI技術(shù)的禁忌證和限度1.禁忌證

體內(nèi)彈片、金屬異物各種金屬置入：固定假牙、起搏器、血管夾、人造關(guān)節(jié)、支架等危重病人的生命監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、維持系統(tǒng)不能合作病人，早期妊娠，高熱及散熱障礙2.其他鈣化顯示相對較差空間分辨較差（體部，較同等CT）費用昂貴多數(shù)MR機(jī)檢查時間較長1.病人必須去除一切金屬物品，最好更衣，以免金屬物被吸入磁體而影響磁場均勻度，甚或傷及病人。2.掃描過程中病人身體（皮膚）不要直接觸碰磁體內(nèi)壁及各種導(dǎo)線，防止病人灼傷。3.紋身（紋眉）、化妝品、染發(fā)等應(yīng)事先去掉，因其可能會引起灼傷。4.病人應(yīng)帶耳塞，以防聽力損傷。掃描注意事項顱腦MRI適應(yīng)癥顱內(nèi)良惡性占位病變腦血管性疾病梗死、出血、動脈瘤、動靜脈畸形（AVM）等顱腦外傷性疾病腦挫裂傷、外傷性顱內(nèi)血腫等感染性疾病腦膿腫、化膿性腦膜炎、病毒性腦炎、結(jié)核等脫髓鞘性或變性類疾病多發(fā)性硬化（MS）等先天性畸形胼胝體發(fā)育不良、小腦扁桃體下疝畸形等脊柱和脊髓MRI適應(yīng)證1.腫瘤性病變椎管類腫瘤（髓內(nèi)、髓外硬膜內(nèi)、硬膜外），椎骨腫瘤（轉(zhuǎn)移性、原發(fā)性）2.炎癥性疾病脊椎結(jié)核、骨髓炎、椎間盤感染、硬膜外膿腫、蛛網(wǎng)膜炎、脊髓炎等3.外傷骨折、脫位、椎間盤突出、椎管內(nèi)血腫、脊髓損傷等4.脊柱退行性變和椎管狹窄癥椎間盤變性、膨隆、突出、游離，各種原因椎管狹窄，術(shù)后改變，5.脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脫髓鞘疾?。ㄈ鏜S），脊髓萎縮7.先天性畸形胸部MRI適應(yīng)證呼吸系統(tǒng)對縱隔及肺門區(qū)病變顯示良好，對肺部結(jié)構(gòu)顯示不如CT。胸廓入口病變及其上下比鄰關(guān)系縱隔腫瘤和囊腫及其與大血管的關(guān)系其他較CT無明顯優(yōu)越性心臟及大血管大血管病變各類動脈瘤、腔靜脈血栓等心臟及心包腫瘤，心包其他病變其他（如先心、各種心肌病等）較超聲心動圖無優(yōu)勢，應(yīng)用不廣腹部MRI適應(yīng)證主要用于部分實質(zhì)性器官的腫瘤性病變肝腫瘤性病變，提供鑒別信息胰腺腫瘤，有利小胰癌、胰島細(xì)胞癌顯示宮頸、宮體良惡性腫瘤及分期等，先天畸形腫瘤的定位（臟器上下緣附近）、分期膽道、尿路梗阻和腫瘤，MRCP，MRU直腸腫瘤骨與關(guān)節(jié)MRI適應(yīng)證X線及CT的后續(xù)檢查手段－－鈣質(zhì)顯示差和空間分辨力部分情況可作首選：1.累及骨髓改變的骨?。ㄔ缙诠侨毖詨乃?，早期骨髓炎、骨髓腫瘤或侵犯骨髓的腫瘤）2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)節(jié)的損傷（膝、髖關(guān)節(jié)）3.形狀復(fù)雜部位的檢查（脊柱、骨盆等）軟件登錄界面軟件掃描界面圖像瀏覽界面膠片打印界面報告界面報告界面2合理應(yīng)用抗菌藥物預(yù)防手術(shù)部位感染概述外科手術(shù)部位感染的2/3發(fā)生在切口醫(yī)療費用的增加病人滿意度下降導(dǎo)致感染、止血和疼痛一直是外科的三大挑戰(zhàn)，止血和疼痛目前已較好解決感染仍是外科醫(yī)生面臨的重大問題，處理不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果外科手術(shù)部位感染占院內(nèi)感染的14%～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染，居院內(nèi)感染第3位嚴(yán)重手術(shù)部位的感染——病人的災(zāi)難，醫(yī)生的夢魘

預(yù)防手術(shù)部位感染（surgicalsiteinfection,SSI)

手術(shù)部位感染的40%–60%可以預(yù)防圍手術(shù)期使用抗菌藥物的目的外科醫(yī)生的困惑★圍手術(shù)期應(yīng)用抗生素是預(yù)防什么感染？★哪些情況需要抗生素預(yù)防？★怎樣選擇抗生素？★什么時候開始用藥？★抗生素要用多長時間？定義：指發(fā)生在切口或手術(shù)深部器官或腔隙的感染分類：切口淺部感染切口深部感染器官／腔隙感染一、SSI定義和分類二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口淺部感染

指術(shù)后30天內(nèi)發(fā)生、僅累及皮膚及皮下組織的感染，并至少具備下述情況之一者：

1．切口淺層有膿性分泌物

2．切口淺層分泌物培養(yǎng)出細(xì)菌

3．具有下列癥狀體征之一：紅熱，腫脹，疼痛或壓痛，因而醫(yī)師將切口開放者（如培養(yǎng)陰性則不算感染）

4．由外科醫(yī)師診斷為切口淺部SSI

注意：縫線膿點及戳孔周圍感染不列為手術(shù)部位感染二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口深部感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物則為術(shù)后1年內(nèi)）發(fā)生、累及切口深部筋膜及肌層的感染，并至少具備下述情況之一者：

1.切口深部流出膿液

2.切口深部自行裂開或由醫(yī)師主動打開，且具備下列癥狀體征之一：①體溫＞38℃；②局部疼痛或壓痛

3.臨床或經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷，發(fā)現(xiàn)切口深部有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為切口深部感染

注意：感染同時累及切口淺部及深部者，應(yīng)列為深部感染

二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物★則術(shù)后1年內(nèi)）、發(fā)生在手術(shù)曾涉及部位的器官或腔隙的感染，通過手術(shù)打開或其他手術(shù)處理，并至少具備以下情況之一者：

1.放置于器官/腔隙的引流管有膿性引流物

2.器官/腔隙的液體或組織培養(yǎng)有致病菌

3.經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷器官/腔隙有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為器官/腔隙感染

★人工植入物：指人工心臟瓣膜、人工血管、人工關(guān)節(jié)等二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

不同種類手術(shù)部位的器官/腔隙感染有：

腹部：腹腔內(nèi)感染（腹膜炎，腹腔膿腫）生殖道：子宮內(nèi)膜炎、盆腔炎、盆腔膿腫血管：靜脈或動脈感染三、SSI的發(fā)生率美國1986年～1996年593344例手術(shù)中，發(fā)生SSI15523次，占2.62%英國1997年～2001年152所醫(yī)院報告在74734例手術(shù)中，發(fā)生SSI3151例，占4.22%中國？SSI占院內(nèi)感染的14～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染三、SSI的發(fā)生率SSI與部位：非腹部手術(shù)為2%～5%腹部手術(shù)可高達(dá)20%SSI與病人：入住ICU的機(jī)會增加60%再次入院的機(jī)會是未感染者的5倍SSI與切口類型：清潔傷口 1%～2%清潔有植入物 ＜5%可染傷口＜10%手術(shù)類別手術(shù)數(shù)SSI數(shù)感染率(%)小腸手術(shù)6466610.2大腸手術(shù)7116919.7子宮切除術(shù)71271722.4肝、膽管、胰手術(shù)1201512.5膽囊切除術(shù)8222.4不同種類手術(shù)的SSI發(fā)生率：三、SSI的發(fā)生率手術(shù)類別SSI數(shù)SSI類別（%）切口淺部切口深部器官/腔隙小腸手術(shù)6652.335.412.3大腸手術(shù)69158.426.315.3子宮切除術(shù)17278.813.57.6骨折開放復(fù)位12379.712.28.1不同種類手術(shù)的SSI類別：三、SSI的發(fā)生率延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫，瘺形成。需要進(jìn)一步處理這里感染將導(dǎo)致:延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫、瘺形成需進(jìn)一步處理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手術(shù)，器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%與感染有關(guān)，其中90%是器官/腔隙嚴(yán)重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、導(dǎo)致SSI的危險因素（1）病人因素：高齡、營養(yǎng)不良、糖尿病、肥胖、吸煙、其他部位有感染灶、已有細(xì)菌定植、免疫低下、低氧血癥五、導(dǎo)致SSI的危險因素（2）術(shù)前因素：術(shù)前住院時間過長用剃刀剃毛、剃毛過早手術(shù)野衛(wèi)生狀況差（術(shù)前未很好沐?。τ兄刚髡呶从每股仡A(yù)防五、導(dǎo)致SSI的危險因素（3）手術(shù)因素：手術(shù)時間長、術(shù)中發(fā)生明顯污染置入人工材料、組織創(chuàng)傷大止血不徹底、局部積血積液存在死腔和/或失活組織留置引流術(shù)中低血壓、大量輸血刷手不徹底、消毒液使用不當(dāng)器械敷料滅菌不徹底等手術(shù)特定時間是指在大量同種手術(shù)中處于第75百分位的手術(shù)持續(xù)時間其因手術(shù)種類不同而存在差異超過T越多，SSI機(jī)會越大五、導(dǎo)致SSI的危險因素（4）SSI危險指數(shù)（美國國家醫(yī)院感染監(jiān)測系統(tǒng)制定）：病人術(shù)前已有≥3種危險因素污染或污穢的手術(shù)切口手術(shù)持續(xù)時間超過該類手術(shù)的特定時間（T）

（或一般手術(shù)＞2h)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法根據(jù)指南使用預(yù)防性抗菌藥物正確脫毛方法縮短術(shù)前住院時間維持手術(shù)患者的正常體溫血糖控制氧療抗菌素的預(yù)防/治療預(yù)防

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位前給藥治療

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位后給藥

防患于未然六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用173預(yù)防和治療性抗菌素使用目的：清潔手術(shù)：防止可能的外源污染可染手術(shù)：減少粘膜定植細(xì)菌的數(shù)量污染手術(shù)：清除已經(jīng)污染宿主的細(xì)菌六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用174需植入假體，心臟手術(shù)、神外手術(shù)、血管外科手術(shù)等六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素使用指征：可染傷口(Clean-contaminatedwound)污染傷口（Contaminatedwound）清潔傷口（Cleanwound）但存在感染風(fēng)險六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素顯示有效的手術(shù)有：婦產(chǎn)科手術(shù)胃腸道手術(shù)(包括闌尾炎)口咽部手術(shù)腹部和肢體血管手術(shù)心臟手術(shù)骨科假體植入術(shù)開顱手術(shù)某些“清潔”手術(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

理想的給藥時間？目前還沒有明確的證據(jù)表明最佳的給藥時機(jī)研究顯示：切皮前45～75min給藥，SSI發(fā)生率最低，且不建議在切皮前30min內(nèi)給藥影響給藥時間的因素:所選藥物的代謝動力學(xué)特性手術(shù)中污染發(fā)生的可能時間病人的循環(huán)動力學(xué)狀態(tài)止血帶的使用剖宮產(chǎn)細(xì)菌在手術(shù)傷口接種后的生長動力學(xué)

手術(shù)過程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days細(xì)菌數(shù)logCFU/ml六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用180術(shù)后給藥，細(xì)菌在手術(shù)傷口接種的生長動力學(xué)無改變

手術(shù)過程抗生素血腫血漿六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用Antibioticsinclot

手術(shù)過程

血漿中抗生素予以抗生素血塊中抗生素血漿術(shù)前給藥，可以有效抑制細(xì)菌在手術(shù)傷口的生長六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用182ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切開前時間切開后時間予以抗生素切開六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不同給藥時間，手術(shù)傷口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投藥時間感染數(shù)（%）相對危險度(95%CI)早期（切皮前2-24h）36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手術(shù)前（切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0圍手術(shù)期（切皮后3h內(nèi)）2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手術(shù)后（切皮3h以上）48816(3.3%)5.8(2.6-12.3)

5.8全部284744(1.5%)似然比病人數(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用結(jié)論：抗生素在切皮前45-75min或麻醉誘導(dǎo)開始時給藥，預(yù)防SSI效果好184六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用切口切開后，局部抗生素分布將受阻必須在切口切開前給藥?。?！抗菌素應(yīng)在切皮前45～75min給藥六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？有效安全殺菌劑半衰期長相對窄譜廉價六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用抗生素的選擇原則：各類手術(shù)最易引起SSI的病原菌及預(yù)防用藥選擇六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

手術(shù)最可能的病原菌預(yù)防用藥選擇膽道手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢哌酮或

(如脆弱類桿菌）頭孢曲松闌尾手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢噻肟；

(如脆弱類桿菌）＋甲硝唑結(jié)、直腸手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

(如脆弱類桿菌）頭孢噻肟；＋甲硝唑泌尿外科手術(shù)革蘭陰性桿菌頭孢呋辛；環(huán)丙沙星婦產(chǎn)科手術(shù)革蘭陰性桿菌，腸球菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

B族鏈球菌，厭氧菌頭孢噻肟；+甲硝唑莫西沙星（可單藥應(yīng)用）注:各種手術(shù)切口感染都可能由葡萄球菌引起六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用單次給藥還是多次給藥？沒有證據(jù)顯示多次給藥比單次給藥好傷口關(guān)閉后給藥沒有益處多數(shù)指南建議24小時內(nèi)停藥沒有必要維持抗菌素治療直到撤除尿管和引流管手術(shù)時間延長或術(shù)中出血量較大時可重復(fù)給藥細(xì)菌污染定植感染一次性用藥用藥24h用藥4872h數(shù)小時從十?dāng)?shù)小時到數(shù)十小時六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用用藥時機(jī)不同，用藥期限也應(yīng)不同短時間預(yù)防性應(yīng)用抗生素的優(yōu)點：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用減少毒副作用不易產(chǎn)生耐藥菌株不易引起微生態(tài)紊亂減輕病人負(fù)擔(dān)可以選用單價較高但效果較好的抗生素減少護(hù)理工作量藥品消耗增加抗菌素相關(guān)并發(fā)癥增加耐藥抗菌素種類增加易引起脆弱芽孢桿菌腸炎MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）定植六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用延長抗菌素使用的缺點：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？正確的給藥方法：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用應(yīng)靜脈給藥，2030min滴完肌注、口服存在吸收上的個體差異，不能保證血液和組織的藥物濃度，不宜采用常用的-內(nèi)酰胺類抗生素半衰期為12h，若手術(shù)超過３４h，應(yīng)給第２個劑量，必要時還可用第３次可能有損傷腸管的手術(shù)，術(shù)前用抗菌藥物準(zhǔn)備腸道局部抗生素沖洗創(chuàng)腔或傷口無確切預(yù)防效果，不予提倡不應(yīng)將日常全身性應(yīng)用的抗生素應(yīng)用于傷口局部（誘發(fā)高耐藥）必要時可用新霉素、桿菌肽等抗生素緩釋系統(tǒng)（PMMA—青大霉素骨水泥或膠原海綿)局部應(yīng)用可能有一定益處六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不提倡局部預(yù)防應(yīng)用抗生素：時機(jī)不當(dāng)時間太長選藥不當(dāng)，缺乏針對性六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防用藥易犯的錯誤：在開刀前45-75min之內(nèi)投藥按最新臨床指南選藥術(shù)后24小時內(nèi)停藥擇期手術(shù)后一般無須繼續(xù)使用抗生素大量對比研究證明，手術(shù)后繼續(xù)用藥數(shù)次或數(shù)天并不能降低手術(shù)后感染率若病人有明顯感染高危因素或使用人工植入物，可再用1次或數(shù)次小結(jié)預(yù)防SSI干預(yù)方法

——正確的脫毛方法用脫毛劑、術(shù)前即刻備皮可有效減少SSI的發(fā)生手術(shù)部位脫毛方法與切口感染率的關(guān)系：備皮方法 剃毛備皮 5.6%

脫毛0.6%