可以不用水银体温计吗？

2021年3月2日发(作者：千金花)

可以不用水银体温计吗？

导语：
我国目前普遍使用水银体温计， 利用水银体积热胀冷缩的物理性质测量
温度；但水银泄露会对人体和环境造成危害，因此欧美国家现在都 普遍使用电子体
温计。

正常情况下，人体能很好地将体温控制在一个区间，但由于一 系列疾病会伴随着体
温升高，而过高的体温是有危险的，所以发烧时我们需要频繁检测体温，借助体温< br>计了解身体的客观状况。中国目前普遍使用水银体温计，利用水银体积热胀冷缩的
物理性质测量温 度；但水银泄露会对人体和环境造成危害，因此欧美国家现在都普
遍使用电子体温计。本文介绍两种电子 体温计的物理原理。




（热敏电阻温度计。图片来源：
google
图片搜索）

常见的水 银体温计替代品是笔形的电子体温计。
温度计的
“
笔尖
”
部分是金属 模样
的探测器，
“
笔
”
的后端有液晶显示屏，
探测器的核心 部件通常是一个热敏电阻，
其电
阻值随温度变化。只要温度计内部有一个测量电阻的小数字电路 （更常见的做法是
测量电阻两端的电压降），另一个数字电路将电阻或者电压读数转化为温度，那么就可以通过小屏幕读出温度值。

电阻和温度之间的关系取决于具体的热敏电阻，通常同一 批次生产的热敏电阻
有足够接近的
“
电阻
-
温度
”
对应关系，所以制造厂商先挑一定量的热敏电阻，在一个
信得过的
“
源
”温度计上测量电阻与温度的对应关系，存储在数字电路中。

固体的电阻通常随温度变化， 如一些纯金属的电阻值就随温度线性变化，这个
特性可以用于温度标定。但是金属却不适合作热敏电阻， 因为金属在大温度区间上
有相同的温度依赖关系，在小温度区间上的电阻相对变化值较小。而热敏电阻通 常
要求在感兴趣的温度区间内，有尽量大的电阻相对变化值，以便得到尽量大的温度
分辨率。比 如说，电饭锅里面的热敏电阻，我们只关心电阻随温度变化在
100
摄氏


度附近时是否足够敏感，不会关心
0
摄氏度附近时是否敏感。根据不同的应用，厂家可以生产或购买不同的热敏电阻。用于电子体温计的热敏电阻工作区间显然需要
在人体体温附近。


（电阻
vs
温度曲线：
黑色实线是热敏电阻，
虚线是纯
Pt
金属丝。
图片来源：
“RTDs,
PTCs, and NTCs: How to Effectively Decipher This Alphabet Soup of Temperature
Sensors” by Steve Taranovich
）

固体物理的重要成果之一是能带论，能带论解释了为什么所 有的固体都包含大
量的电子，却有导体和绝缘体的区分。对于绝缘体，电子正好填充满了最低的一系列能带，而满带不产生电流；对于导体，除了被完全填满的能带之外，还有部分被
电子填满的能带， 因而具备导电能力。通常的热敏电阻是半导体。半导体的导电能
力介于导体和绝缘体之间，
在热 激发下其电子能从满带
“
跳跃
”
到导带，
因而导电能力
与温 度关系非常大。所以当用半导体来做热敏电阻时，在一个有限的温度区间内，
随着温度的降低，它的电阻 值可以迅速从类似导体变化到类似绝缘体，能很灵敏地
反映温度变化。通过选择不同的半导体材料，人们 就能调节热敏电阻的灵敏区间。