10月14日,國家藥品監(jiān)督管理局發(fā)布《國家藥監(jiān)局綜合司關(guān)于履行《關(guān)于汞的水俁公約》有關(guān)事項(xiàng)的通知》,通知要求“自2026年1月1日起,全面禁止生產(chǎn)含汞體溫計和含汞血壓計產(chǎn)品?!?p>20世紀(jì)中期發(fā)生在日本水俁的汞污染事件是最早出現(xiàn)的由于工業(yè)廢水排放污染造成的公害病。日本至少有5萬人因此受到不同程度的影響,確認(rèn)了2000多例“水俁病”?!八畟R病”在1950年代達(dá)到高潮,重癥病例出現(xiàn)腦損傷、癱瘓、語無倫次和譫妄。這一事件影響甚大,并最終促成了《關(guān)于汞的水俁公約》,簡稱《水俁公約》。隨著水銀溫度計即將退出市場,根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院出版的《2020-2025年中國電子體溫計行業(yè)供需分析及發(fā)展前景研究報告》統(tǒng)計分析顯示,預(yù)計到2022年電子體溫計行業(yè)市場規(guī)模大約為29億元。
水銀溫度計,是膨脹式溫度計的一種,水銀的凝固點(diǎn)是-39℃,沸點(diǎn)是356.7℃,測量溫度范圍是-39°C—357°C,它只能作為就地監(jiān)督的儀表。用它來測量溫度,不僅簡單直觀,而且還可以避免外部遠(yuǎn)傳溫度計的誤差。相比于其他類型的體溫計,水銀溫度計經(jīng)濟(jì)實(shí)用,由于其中沒有其他轉(zhuǎn)換電子介質(zhì)和電源,因此測量數(shù)值不會受體溫計內(nèi)本身因素的影響出現(xiàn)偏差。這種體溫計一旦封裝出廠,在生命周期內(nèi)一般不用調(diào)校,可以做到“終身精準(zhǔn)”。
不過長期以來,水銀體溫計的污染性一直被人詬病,一只家用水銀體溫計含汞約為1克,如果沒有有效回收,水銀可能會變成汞蒸汽后進(jìn)入大氣,當(dāng)它飄到湖泊內(nèi),還會轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆廴爵~類。美國國家野生動物聯(lián)盟的一項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示,1克水銀可能使一個10萬平方米的湖泊中所有的野生魚類污染至不安全食用標(biāo)準(zhǔn)。水銀溫度計替代方案有哪些?
鑒于水銀溫度計存在一定的危險性,打破水銀溫度計導(dǎo)致汞中毒的事件也頻頻發(fā)生,溫度計市場急需無毒無害,測量精準(zhǔn)的替代方案。
酒精溫度計,是利用酒精熱脹冷縮的性質(zhì)制成的溫度計。在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,酒精溫度計所能測量的最高溫度一般為78℃。因?yàn)榫凭?個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,其沸點(diǎn)是78℃。但是溫度計內(nèi)的壓強(qiáng)一般情況下都高于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,所以有一些酒精溫度計的量程大于78度。
但和水銀溫度計不同,酒精溫度計主要用于測環(huán)境溫度,而不能用于測體溫。這主要是由于水銀體溫計的下部靠近液泡處有一個很狹窄的曲頸,在測體溫時,液泡內(nèi)的水銀,受熱體積膨脹,水銀可由頸部分上升到管內(nèi)某位置,當(dāng)與體溫達(dá)到熱平衡時,水銀柱恒定。當(dāng)體溫計離開人體后,外界氣溫較低,水銀遇冷體積收縮,就在狹窄的曲頸部分?jǐn)嚅_,使已升入管內(nèi)的部分水銀退不回來,仍保持水銀柱在與人體接觸時所達(dá)到的高度。而酒精溫度計由于浸潤作用,無法通過曲徑結(jié)構(gòu)限制回流,方便讀數(shù)。
電子溫度計,是利用某些物質(zhì)的物理參數(shù),如電阻、電壓、電流等,與環(huán)境溫度之間存在的確定關(guān)系,將體溫以數(shù)字的形式顯示出來。其不足之處在于示值準(zhǔn)確度受電子元件及電池供電狀況等因素影響,不如玻璃體溫計。常見的電子溫度計主要包括了熱電阻、熱敏電阻和熱電偶。
熱電阻溫度計,是一種使用已知電阻隨溫度變化特性的材料所制成溫度傳感器。因其幾乎無一例外地由鉑制造而成,所以通常被稱為鉑電阻溫度計。在許多低于600℃的工業(yè)應(yīng)用場合,電阻溫度計正逐漸取代熱電偶溫度計。
熱電偶測溫的最根本原理主要有兩點(diǎn):1. 金屬原子(離子)對于金屬中的自由電子的束縛能力與溫度有關(guān);2. 不同種類的金屬原子(離子)對自由電子的束縛能力是不同的?;谝陨蟽牲c(diǎn),將兩種不同的金屬熔接在一起,熔接界面的兩邊金屬對自由電子的束縛能力不同,對電子束縛能力大的一側(cè)金屬就會帶負(fù)電,另一側(cè)金屬會帶負(fù)電,兩側(cè)金屬存在電勢差,而這個電勢差隨著熔接點(diǎn)溫度變化而變化。電勢差通常在幾十微伏特(很小,但是已經(jīng)能精確測量了)。熱電偶溫度計結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、使用方便、測溫準(zhǔn)確可靠,信號便于遠(yuǎn)傳、自動記錄和集中控制,因而在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。
熱敏電阻溫度計是一種可量度體溫和室溫的溫度計,它有一個安培計/電流計和電源。當(dāng)溫度升高時,電熱調(diào)節(jié)器(溫度計的探測器)所探測到的電流會增加,電阻會減少。當(dāng)電流增加,溫度也表示會升高;當(dāng)電阻增加,溫度也表示會降低。
熱敏電阻靈敏度較高,其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10~100倍以上,能檢測出10-6℃的溫度變化;工作溫度范圍寬,常溫器件適用于-55℃~315℃,高溫器件適用溫度高于315℃(目前最高可達(dá)到2000℃),低溫器件適用于-273℃~-55℃;體積小,能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度;使用方便,電阻值可在0.1~100kΩ間任意選擇;易加工成復(fù)雜的形狀,可大批量生產(chǎn);穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。但熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重;而且元件的一致性差,互換性差;一旦出現(xiàn)損壞是難以找到可互換的產(chǎn)品。不僅如此,熱敏電阻的元件易老化,穩(wěn)定性也是比較差的;而且除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?,絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0~150℃范圍,使用時必須注意。
電子體溫計和水銀體溫計在我國均屬于二類醫(yī)療器械,凡是正規(guī)廠家生產(chǎn)并取得醫(yī)療器械注冊認(rèn)證的,準(zhǔn)確度都在國家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍之內(nèi),電子體溫計最大允許誤差為±0.1℃,水銀體溫計最大允許誤差為-0.15℃~0.1℃,兩者幾乎一樣。電子體溫計有望成為水銀溫度計的重要替代方案,但目前電子溫度計價格較高,且其中有一定數(shù)量的電子元件介質(zhì),都要使用電池提供能源,因此一旦電子元件出現(xiàn)老化偏差或電池電量下降,都會使體溫測量結(jié)果出現(xiàn)偏差,這也是電子體溫計每隔一段時間就要進(jìn)行調(diào)校的原因。。
紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。在自然界中,一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。
紅外測溫設(shè)備主要用于密集型人流的發(fā)熱可疑性篩選、出入卡口的精確性測溫。但紅外測溫儀只測量表面溫度,不能測量內(nèi)部溫度;不能透過玻璃進(jìn)行測溫,玻璃有很特殊的反射和透過特性,不允許精確紅外溫度讀數(shù),但可通過紅外窗口測溫。
鎵銦合金溫度計,采用先進(jìn)鎵銦錫合金液態(tài)金屬為溫度感應(yīng)材料,以表體上的刻度來反映人體的溫度。鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)合金液態(tài)金屬是一種新型液態(tài)金屬合金材料,這種材料具有無毒、無放射性、安全、環(huán)保等特點(diǎn)。以這種液態(tài)金屬作為體溫計的溫度感應(yīng)材料,利用其均勻冷縮熱漲的物理特性來反映被測體溫者溫度值,其工作原理與汞體溫計相同。這種體溫計內(nèi)部同樣沒有任何其他介質(zhì)材料,因此體溫計一旦封裝出廠,若不被破壞,在生命周期內(nèi)可確保終身精準(zhǔn),不需要定期調(diào)校,同樣也可以做到“黃金標(biāo)準(zhǔn)”甚至更好。若在使用中不慎被打碎,表內(nèi)液態(tài)金屬接觸空氣后會馬上固化,不會產(chǎn)生任何對人體和環(huán)境有害的氣體和物質(zhì),所有廢棄物可以按普通玻璃垃圾處理,不會造成有害物質(zhì)對環(huán)境的污染。因此這是一款安全、精準(zhǔn)、環(huán)保的綠色體溫計,是目前汞體溫計的最佳替代品。其他類型的測溫手段還有哪些?
除了測體溫外,工業(yè)等領(lǐng)域也往往需要對溫度進(jìn)行測量,這對測溫手段提出了更多的需求,也由此出現(xiàn)了其他類型的測溫方案。
光纖溫度傳感器采用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纖外面,使光能由一根光纖輸入該反射面從另一根光纖輸出,由于這種新型溫敏材料受溫度影響,折射率發(fā)生變化,因此輸出的光功率與溫度呈函數(shù)關(guān)系。其物理本質(zhì)是利用光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ奶卣鲄⒘?,如振幅、相位、偏振態(tài)、波長和模式等,對外界環(huán)境因素,如溫度,壓力,輻射等具有敏感特性。它屬于非接觸式測溫。光纖溫度傳感器的種類很多,如分布式光纖溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器以及基于彎曲損耗的光纖溫度傳感器等。
分布式光纖測溫系統(tǒng)依據(jù)后向散射原理可以分為三種:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里淵散射。目前發(fā)展比較成熟,且有產(chǎn)品應(yīng)用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)。它的傳感原理主要依據(jù)的是光纖的光時域反射(OTDR)原理和光纖的后向拉曼散射溫度效應(yīng)。
光纖熒光溫度傳感器是利用熒光的材料會發(fā)光的特性,來檢測發(fā)光區(qū)域的溫度。這種熒光的材料通常在受到紫外線或紅外線的刺激時,就會出現(xiàn)發(fā)光的情況,發(fā)射出的光參數(shù)和溫度是有著必然聯(lián)系的,因此可以通過檢測熒光強(qiáng)度來測試溫度。
相比于傳統(tǒng)的電子測溫手段,光纖測溫不受電磁和射頻干擾、耐腐蝕性環(huán)境、精度高、可靠性高,是在惡劣環(huán)境下測量溫度的最佳選擇。
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