在医学,温度是一个非常重要的生理参数。人体各个部位的温度是诊断的重要依据,例如体表温度是诊断休克病人的一种重要参数,因为休克病人的低血压引起末梢的低血流量;感染性通常由体温的升高反映出来;麻醉能体温调节,而使体温下降;控制调节保温箱的温度才能为儿提供合适的环境温度;关节温度与局部发炎程度密切相关,通过局部温度的测量反映和慢性炎症等。上述例证说明温度的测量在整个医学有着至关重要的地位。温度测量的方法有多种,但是这些不同的方法,最根本的区别在于选择不同的温度传感器。
温度传感器是一种热电式传感器,是利用某些材料或元件的物理特性与温度有关的性质,将温度的变化转化为电量的变化。传感器的种类有多种,因检测温度的原理不同,可分为利用热电效应、热电容及热电阻、热膨胀效应、辐射效应、热化学效应及热电效应等温度传感器。下面介绍几种典型的温度传感器。
利用导体和半导体材料的电阻率随其本身温度变化而变化的(物理特性)原理制成温度敏感元件称为热敏电阻。热敏电阻利用电阻对温度的依赖,就可以将温度的变化转换为电量的变化,从而检测温度。
1、热电阻式
热敏电阻作为温度敏感元件可制成各种形式的测温探头,分为金属热电阻和半导体热电阻。金属热电阻具有良好的线性关系、反应、材料的复现性和工艺性好,,在测温范围内化学物理特性稳定,体积较大。目前,在工业中应用。半导体热敏电阻由于体积小,,长期稳定性好等特点在医学的温度测量中使用非常广泛。可在珠状或薄片状的热敏电阻外加保护管套,例如将珠状热敏电阻封装在硬塑料、玻璃或金属套管中,用来测量口腔或直肠温度。薄片状的热敏电阻很适合测量皮肤温度,近年来发展的薄膜型热敏电阻可以做得非常薄,只有十几纳米,用它做测温元件,将有很好的发展前景。
2、热电偶式
当有两种不同的金属组成回路时,若两个触点的温度不同,则回路中就有电流通过,称为温差电效应。热电偶传感器就是利用温差电现象制成的热敏传感器。它具有测温范围宽、性能稳定、准确等优点,在医学应用广泛。例如在中己经证明,加热能增强放射性对的杀灭力。加热到43℃,能使放射性剂量减少1/3,减少了放射的副作用。深部用超声加热时,对区的温度测量精度要求较高,利用热电偶和恒温冰槽技术,可以把加热区的温度控制在43℃附近。
3、热辐射式
热辐射式传感器是一种热电变换器,它利用涂黑元件来吸收所有入射的辐射量,并将该能量转化为温度变化通过热检测元件变换成电量或点参数变化。热辐射式传感器属于非接触式温度传感器,“非典”期间广泛应用的红外测温仪就是典型代表。
近来,温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段:传统分立式温度传感器(含敏感元件);模拟集成温度传感器/控制器;智能温度传感器。而在医学应用的温度测量主要有两种方式:接触式和非接触式。目前,上新型温度传感器正从模拟式向数字式,由集成化向智能化发展。而智能温度传感器正朝着小体积、、多功能、总线标准化、高性及性、虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等的方向拓展。随着微电子技术、计算机技术和自动测试技术以及材料工艺和制造工艺的不断提升,无论是接触式还是非接触式,温度传感器发展的方向不外乎小体积、低功耗、快响应、高灵明度。