10月14日,國家藥品監督管理局發布《國家藥監局綜合司關於履行《關於汞的水俁公約》有關事項的通知》,通知要求「自2026年1月1日起,全面禁止生產含汞體溫計和含汞血壓計產品。」
20世紀中期發生在日本水俁的汞汙染事件是最早出現的由於工業廢水排放汙染造成的公害病。日本至少有5萬人因此受到不同程度的影響,確認了2000多例「水俁病」。「水俁病」在1950年代達到高潮,重症病例出現腦損傷、癱瘓、語無倫次和譫妄。這一事件影響甚大,並最終促成了《關於汞的水俁公約》,簡稱《水俁公約》。隨著水銀溫度計即將退出市場,根據中研普華產業研究院出版的《2020-2025年中國電子體溫計行業供需分析及發展前景研究報告》統計分析顯示,預計到2022年電子體溫計行業市場規模大約為29億元。
水銀溫度計,是膨脹式溫度計的一種,水銀的凝固點是-39℃,沸點是356.7℃,測量溫度範圍是-39°C—357°C,它只能作為就地監督的儀表。用它來測量溫度,不僅簡單直觀,而且還可以避免外部遠傳溫度計的誤差。相比於其他類型的體溫計,水銀溫度計經濟實用,由於其中沒有其他轉換電子介質和電源,因此測量數值不會受體溫計內本身因素的影響出現偏差。這種體溫計一旦封裝出廠,在生命周期內一般不用調校,可以做到「終身精準」。
不過長期以來,水銀體溫計的汙染性一直被人詬病,一隻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後進入大氣,當它飄到湖泊內,還會轉變為甲基汞汙染魚類。美國國家野生動物聯盟的一項數據顯示,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汙染至不安全食用標準。
鑑於水銀溫度計存在一定的危險性,打破水銀溫度計導致汞中毒的事件也頻頻發生,溫度計市場急需無毒無害,測量精準的替代方案。
酒精溫度計,是利用酒精熱脹冷縮的性質製成的溫度計。在1個標準大氣壓下,酒精溫度計所能測量的最高溫度一般為78℃。因為酒精在1個標準大氣壓下,其沸點是78℃。但是溫度計內的壓強一般情況下都高於1標準大氣壓,所以有一些酒精溫度計的量程大於78度。
但和水銀溫度計不同,酒精溫度計主要用於測環境溫度,而不能用於測體溫。這主要是由於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,液泡內的水銀,受熱體積膨脹,水銀可由頸部分上升到管內某位置,當與體溫達到熱平衡時,水銀柱恆定。當體溫計離開人體後,外界氣溫較低,水銀遇冷體積收縮,就在狹窄的曲頸部分斷開,使已升入管內的部分水銀退不回來,仍保持水銀柱在與人體接觸時所達到的高度。而酒精溫度計由於浸潤作用,無法通過曲徑結構限制回流,方便讀數。
電子溫度計,是利用某些物質的物理參數,如電阻、電壓、電流等,與環境溫度之間存在的確定關係,將體溫以數字的形式顯示出來。其不足之處在於示值準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製成溫度傳感器。因其幾乎無一例外地由鉑製造而成,所以通常被稱為鉑電阻溫度計。在許多低於600℃的工業應用場合,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:1. 金屬原子(離子)對於金屬中的自由電子的束縛能力與溫度有關;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。基於以上兩點,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金屬就會帶負電,另一側金屬會帶負電,兩側金屬存在電勢差,而這個電勢差隨著熔接點溫度變化而變化。電勢差通常在幾十微伏特(很小,但是已經能精確測量了)。熱電偶溫度計結構簡單、測量範圍寬、使用方便、測溫準確可靠,信號便於遠傳、自動記錄和集中控制,因而在工業生產中應用極為普遍。
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。當溫度升高時,電熱調節器(溫度計的探測器)所探測到的電流會增加,電阻會減少。當電流增加,溫度也表示會升高;當電阻增加,溫度也表示會降低。
熱敏電阻靈敏度較高,其電阻溫度係數要比金屬大10~100倍以上,能檢測出10-6℃的溫度變化;工作溫度範圍寬,常溫器件適用於-55℃~315℃,高溫器件適用溫度高於315℃(目前最高可達到2000℃),低溫器件適用於-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;易加工成複雜的形狀,可大批量生產;穩定性好、過載能力強。但熱敏電阻的阻值與溫度的關係非線性嚴重;而且元件的一致性差,互換性差;一旦出現損壞是難以找到可互換的產品。不僅如此,熱敏電阻的元件易老化,穩定性也是比較差的;而且除特殊高溫熱敏電阻外,絕大多數熱敏電阻僅適合0~150℃範圍,使用時必須注意。
電子體溫計和水銀體溫計在我國均屬於二類醫療器械,凡是正規廠家生產並取得醫療器械註冊認證的,準確度都在國家標準允許範圍之內,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,且其中有一定數量的電子元件介質,都要使用電池提供能源,因此一旦電子元件出現老化偏差或電池電量下降,都會使體溫測量結果出現偏差,這也是電子體溫計每隔一段時間就要進行調校的原因。。
紅外測溫儀由光學系統、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,一切溫度高於絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。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係。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。
紅外測溫設備主要用於密集型人流的發熱可疑性篩選、出入卡口的精確性測溫。但紅外測溫儀只測量表面溫度,不能測量內部溫度;不能透過玻璃進行測溫,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,但可通過紅外窗口測溫。
鎵銦合金溫度計,採用先進鎵銦錫合金液態金屬為溫度感應材料,以表體上的刻度來反映人體的溫度。鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)合金液態金屬是一種新型液態金屬合金材料,這種材料具有無毒、無放射性、安全、環保等特點。以這種液態金屬作為體溫計的溫度感應材料,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。這種體溫計內部同樣沒有任何其他介質材料,因此體溫計一旦封裝出廠,若不被破壞,在生命周期內可確保終身精準,不需要定期調校,同樣也可以做到「黃金標準」甚至更好。若在使用中不慎被打碎,表內液態金屬接觸空氣後會馬上固化,不會產生任何對人體和環境有害的氣體和物質,所有廢棄物可以按普通玻璃垃圾處理,不會造成有害物質對環境的汙染。因此這是一款安全、精準、環保的綠色體溫計,是目前汞體溫計的最佳替代品。
除了測體溫外,工業等領域也往往需要對溫度進行測量,這對測溫手段提出了更多的需求,也由此出現了其他類型的測溫方案。
光纖溫度傳感器採用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料塗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,由於這種新型溫敏材料受溫度影響,折射率發生變化,因此輸出的光功率與溫度呈函數關係。其物理本質是利用光纖中傳輸的光波的特徵參量,如振幅、相位、偏振態、波長和模式等,對外界環境因素,如溫度,壓力,輻射等具有敏感特性。它屬於非接觸式測溫。光纖溫度傳感器的種類很多,如分布式光纖溫度傳感器、光纖螢光溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、幹涉型光纖溫度傳感器以及基於彎曲損耗的光纖溫度傳感器等。
分布式光纖測溫系統依據後向散射原理可以分為三種:基於瑞利散射、基於拉曼散射和基於布裡淵散射。目前發展比較成熟,且有產品應用於工程的是基於拉曼散射的分布式光纖測溫系統。它的傳感原理主要依據的是光纖的光時域反射(OTDR)原理和光纖的後向拉曼散射溫度效應。
光纖螢光溫度傳感器是利用螢光的材料會發光的特性,來檢測發光區域的溫度。這種螢光的材料通常在受到紫外線或紅外線的刺激時,就會出現發光的情況,發射出的光參數和溫度是有著必然聯繫的,因此可以通過檢測螢光強度來測試溫度。
相比於傳統的電子測溫手段,光纖測溫不受電磁和射頻幹擾、耐腐蝕性環境、精度高、可靠性高,是在惡劣環境下測量溫度的最佳選擇。