溫度計(jì)量過程中常見問題及解決策略分析

朱召懷

（定西市計(jì)量測試檢定所，甘肅 定西 743000）

1 不同行業(yè)的溫度測量

1.1 氣象學(xué)中的溫度測量

近年來，社會(huì)發(fā)展日新月異，人類活動(dòng)愈來愈頻繁，人類生活正式步入高科技時(shí)代。日漸增長的用電需求導(dǎo)致碳排放量激增、溫室氣體濃度升高，導(dǎo)致全球期氣候變暖、溫室效應(yīng)。而溫室效應(yīng)引起的臭氧層破壞及臭氧層損耗，也將直接改變到達(dá)地球表面的太陽輻射光波類型及輻射程度。

太陽輻射和海洋大氣熱交換對海水溫度的影響是決定性的，而海水溫度本身即是海水的一個(gè)重要物理變量，海水溫度改變對海洋生物、水體自凈程度及洋流所途經(jīng)的冰川陸地都將帶來翻天覆地的變化。因此針對海水及其上空的大氣溫度觀測，對溫室效應(yīng)所帶來的連鎖反應(yīng)的分析及控制有著重要意義[1]。

在對海面溫度進(jìn)行測量的過程中，若使用傳統(tǒng)的儀器，則需要通過測量儀器與海水進(jìn)行實(shí)際接觸，兩者進(jìn)行充分的熱交換后達(dá)到熱平衡的方法才能達(dá)成檢測目的。在此期間，儀器自體溫度與環(huán)境溫度等因素將會(huì)對測量結(jié)果造成影響，使測量結(jié)果產(chǎn)生偏差；由于是定點(diǎn)測量，測量深度、測量區(qū)域的限制也會(huì)使測量的有效性與效率受到影響，要得出某一區(qū)域的海水溫度，可能需要大范圍內(nèi)多深度及多海域測量才能得出結(jié)論；再者，儀器自體連接情況也將影響測量結(jié)果，若出現(xiàn)儀器接觸不良、儀器短路等現(xiàn)象，檢測結(jié)果將會(huì)作廢。與此同時(shí)，這樣的方法將增大對測量海域產(chǎn)生污染的可能性。綜上所述，傳統(tǒng)的接觸式測溫方式已不能滿足現(xiàn)代一些領(lǐng)域的測溫需求。

與此相較，有效利用非接觸式傳感器（紅外線傳感器）也同樣可以實(shí)現(xiàn)對海水溫度的測量，并獲取更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。非接觸式傳感器測溫較傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢在于，傳感器中的感溫元件可直接發(fā)射出紅外線，在不與海水進(jìn)行接觸的情況，直接利用熱輻射完成熱交換。由于紅外波段對海水的穿透力很低，從而可以非常精準(zhǔn)地獲取溫度數(shù)據(jù)。同時(shí)非接觸式傳感器具有較高的測溫上限，在測量海水溫度時(shí)具有更廣泛的應(yīng)用性。且由于測量方式是發(fā)射紅外線電波，受自體設(shè)備的限制較小，測量結(jié)果受海域的深度與廣度的局限性影響較傳統(tǒng)儀器而言大大減少，并可對測量區(qū)域點(diǎn)、線、面三個(gè)維度進(jìn)行同時(shí)段測量，大大增加了便利性。在環(huán)境保護(hù)方面，非接觸式傳感器因使用熱輻射原理，對測量海域產(chǎn)生污染的可能性幾乎為零。并且在進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)測量的同時(shí)，因不會(huì)與海水有任何直接性接觸，其檢測結(jié)果與接觸式儀器的檢測結(jié)果間的數(shù)值差異可以為海水溫度與熱島效應(yīng)間的關(guān)聯(lián)提供有力的數(shù)據(jù)支撐[2]。

但使用非接觸式傳感器測溫過程中，如果出現(xiàn)天氣因素的干擾，導(dǎo)致周圍空氣溫度偏低，將會(huì)導(dǎo)致其測量溫度與海水溫度出現(xiàn)誤差，存在實(shí)際溫度與測量數(shù)據(jù)溫度不符等缺陷。

1.2 醫(yī)學(xué)中的溫度測量

溫度計(jì)是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中常見的溫度測量裝置，近年來社會(huì)衛(wèi)生情況每況愈下，加之2019 年末新型冠狀病毒在我國乃至全球掀起的公共衛(wèi)生安全狂潮，引發(fā)了公共衛(wèi)生安全全球性的革命，為世界打開了全新的格局。溫度計(jì)作為社會(huì)大眾是否罹患疾病的第一道關(guān)卡，同時(shí)也是觀察人體機(jī)能是否正常運(yùn)作的標(biāo)志之一——體溫的檢測工具，其社會(huì)需求量激增的同時(shí)更是以迅猛之態(tài)普及并改革著[3]。

罹患普通細(xì)菌性或病毒性感冒的患者，因身體抵抗力偏弱，易引發(fā)體溫升高、乏力、納差、肌肉酸痛等常見癥狀。而新型冠狀病毒，更是因?yàn)椴《緜鞑バ詮?qiáng)，傳播速度快，傳播途徑多種多樣，載體層出不窮等原因令人聞風(fēng)喪膽。因此采取科學(xué)的檢測方式顯得尤為重要。其中病毒對身體機(jī)能尚未發(fā)育完善的嬰兒而言影響較成年人更甚。所以安全且準(zhǔn)確地測量嬰兒的體溫，對每一位父母以及醫(yī)護(hù)人員來說都有極其重要的意義。以下以傳統(tǒng)溫度計(jì)與紅外測溫儀在測量嬰兒體溫的應(yīng)用中的作用為例。

傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)因生產(chǎn)成本低廉，性能穩(wěn)定，在臨床醫(yī)學(xué)界被廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際測量溫度過程中，因?yàn)樽泽w的接觸式需求，在繁雜和井噴式的檢測量下存在天然弊端，例如消毒不到位造成的病毒傳播，這其中又包括感冒細(xì)菌及病毒，及其他黏膜附著型接觸式傳播病毒，給臨床護(hù)理工作造成諸多不便。同時(shí)，傳統(tǒng)體溫計(jì)測溫效率低。若用傳統(tǒng)水銀體溫計(jì)測量體溫，要5 min 以上，可能耽誤寶貴的治療時(shí)間。尤其是嬰兒體溫上升速度較成年人更快，高燒如果不及時(shí)采取措施可能引起抽搐等危險(xiǎn)。且傳統(tǒng)水銀體溫計(jì)對測量位置的要求更高，需要將儀器準(zhǔn)確放置在腋窩、口腔舌下或肛門內(nèi)，測量過程中的移動(dòng)或滑落都將影響測量結(jié)果。采用紅外體溫計(jì)測量體溫只需要1 s，可以及時(shí)測量出體溫，且由于是熱輻射測量原理，測量位置不需高精準(zhǔn)度。

因使用傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)需要對嬰兒進(jìn)行固定姿勢及保持穩(wěn)定狀態(tài)，在被測量過程中嬰兒時(shí)常會(huì)處于驚恐及緊張的不穩(wěn)定應(yīng)激狀態(tài)，或因嬰兒好動(dòng)而對使用溫度計(jì)來完成測量任務(wù)造成消極負(fù)面影響。以及嬰兒在躲避過程中的機(jī)體運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致體溫迅速升高，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。再者，傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)具有易破壞且易碎的特點(diǎn)，一旦破碎具有引發(fā)腸穿孔、刺激性腹瀉等疾病的可能性。傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)破碎后當(dāng)中的汞化學(xué)成分需利用嚴(yán)格的方式拾取并處理，在這兩個(gè)過程中若有其中之一處理不當(dāng)，一旦蒸發(fā)，更會(huì)導(dǎo)致人體受到一定傷害，后患無窮。

考慮嬰兒尚未具備獨(dú)立思考能力及天生活潑愛動(dòng)的特性，有效利用非接觸式紅外線測量儀器進(jìn)行體溫測量的方法獲得了越來越多父母以及醫(yī)護(hù)人員的青睞。非接觸式紅外線測量儀器較傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)而言，在因接觸產(chǎn)生交叉感染風(fēng)險(xiǎn)方面具有壓倒性優(yōu)勢，因測量及讀數(shù)均不需接觸嬰兒身體，可全面排除在體溫測量中造成二次感染風(fēng)險(xiǎn)的可能性。

除此之外，非接觸式紅外線測量儀器由溫度傳感器、液晶顯示屏、集成電路及其他電子元件組成，采用直流電供電模式，電壓低、電流小、不含水銀，對嬰兒及操作人員、周圍環(huán)境安全無害。更具有讀數(shù)方便、讀數(shù)精度高、操作便捷以及嬰兒無排斥等性能特點(diǎn)。因此在越來越多的臨床科室、交通樞紐、出入境檢測處等人群密集且流動(dòng)量大的區(qū)域被廣泛應(yīng)用。不僅嬰兒好動(dòng)及檢測難的問題得以攻克，當(dāng)下面對來勢洶洶的新型冠狀病毒，其在檢測與治療中也作出巨大貢獻(xiàn)，為社會(huì)安定和人類發(fā)展謀得福祉。

但非接觸式紅外線測量儀器在溫度的測量精度方面，在一定程度上不如傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)。因傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)測溫時(shí)處于封閉環(huán)境，緊貼人體黏膜進(jìn)行溫度測量，不受或極少受到外界環(huán)境溫度影響。較非接觸式紅外線測量儀器測量時(shí)會(huì)受到外界環(huán)境和與被測物體間距離遠(yuǎn)近的影響而言，其測量結(jié)果更具參考價(jià)值。但其數(shù)值差異很小，一般認(rèn)為忽略不計(jì)。

此外，非接觸式紅外線測量儀器較傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)而言，還存在生產(chǎn)成本較為高昂的問題。

2 非接觸式紅外線測量儀器在溫度測量中的常見問題以及解決策略

2.1 非接觸式紅外線測量儀器在溫度測量中的常見問題

因熱電偶具有一定的不穩(wěn)定性，在其通道檢查過程中對相同位置的溫度測量偶會(huì)出現(xiàn)指示不穩(wěn)定的現(xiàn)象。因此要獲得精準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)，需要在測量環(huán)境恒定以及無強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境兩者兼?zhèn)涞臈l件下才能實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)問題產(chǎn)生時(shí)，要確保上述條件是否得以滿足。排除測量環(huán)境及電磁干擾因素外，對于熱電偶出現(xiàn)的這些問題，一般考慮是布線因素引發(fā)的。如接線出現(xiàn)松動(dòng)、接觸不良等。通常情況下，對其進(jìn)行檢查，若是因?yàn)榻泳€出現(xiàn)松動(dòng)導(dǎo)致溫度值測值出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，可以將其擰緊，再進(jìn)行抄表工作，可發(fā)揮正常功能。

2.2 非接觸式紅外線測量儀器在溫度測量中出現(xiàn)問題的解決方案

溫度計(jì)表系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題，可以通過以下步驟進(jìn)行針對性分析及處理[4]。

首先，需要對溫度計(jì)的顯示值進(jìn)行檢查，如果出現(xiàn)數(shù)值極大或者極小的情況，同時(shí)儀器表出現(xiàn)很大的滯后現(xiàn)象，則優(yōu)先考慮現(xiàn)場儀器表出現(xiàn)了問題，引發(fā)該現(xiàn)象的可能性。若溫度計(jì)的顯示沒有出現(xiàn)數(shù)值變化，同時(shí)變送器中的放大器出現(xiàn)故障問題，也會(huì)導(dǎo)致這種問題出現(xiàn)。

其次，若出現(xiàn)調(diào)節(jié)器PID 參數(shù)值無法正常調(diào)節(jié)的情況，并同時(shí)出現(xiàn)快速連續(xù)反復(fù)震蕩變化的指示值時(shí)，如出現(xiàn)緩慢變化，則可以考慮是操作不符合規(guī)范引起的，如若進(jìn)行規(guī)范操作后，仍沒有任何改變，那就是溫度計(jì)本身系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，基本無法修復(fù)了。除此之外，溫度計(jì)驗(yàn)證環(huán)節(jié)也非常重要，這為溫度計(jì)在測量溫度的精準(zhǔn)度方面提供良好的基礎(chǔ)，同時(shí)此驗(yàn)證環(huán)節(jié)必須按照配套設(shè)備的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。該環(huán)節(jié)需要將壓力溫度計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)完全浸沒在被測介質(zhì)當(dāng)中，并觀察兩個(gè)溫度計(jì)指示值，在溫度計(jì)指示值已經(jīng)穩(wěn)定后，可以對其進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。壓力溫度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之間不可超過1 m 的距離，溫度計(jì)的校準(zhǔn)過程，需要通過上限及下限的正負(fù)行程進(jìn)行逐點(diǎn)執(zhí)行[5]。

3 處理和優(yōu)化溫度計(jì)量常見問題的相關(guān)措施

3.1 制定合理的溫度計(jì)量工作流程

為了避免人為因素造成的溫度計(jì)量誤差和失誤，或者是由于操作員未注意到環(huán)境差異而造成的數(shù)據(jù)偏差。所以要制訂嚴(yán)格且細(xì)致的計(jì)量工作流程和計(jì)劃。加強(qiáng)對于計(jì)量人員的專業(yè)培訓(xùn)，培養(yǎng)計(jì)量工作人員嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，對于計(jì)量結(jié)果、數(shù)據(jù)結(jié)果和數(shù)據(jù)種類具有明確的分析和理解，在計(jì)量工作的過程中，可以一絲不茍地完成每一項(xiàng)工作步驟，及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量中出現(xiàn)的問題，保證計(jì)量結(jié)果的精準(zhǔn)性。

3.2 認(rèn)真檢查溫度計(jì)量設(shè)備和儲(chǔ)藏環(huán)境

溫度計(jì)量設(shè)備的精準(zhǔn)性是保證計(jì)量工作順利開展的基礎(chǔ)和前提。及時(shí)地對計(jì)量設(shè)備進(jìn)行檢查和維修是保證溫度計(jì)量精準(zhǔn)性的必要手段和方法。溫度計(jì)量設(shè)備對于儲(chǔ)藏的環(huán)境與條件有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求。部分溫度計(jì)量設(shè)備對于環(huán)境中的酸堿度、濕度以及光照條件具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如果不按照標(biāo)準(zhǔn)存放就有可能造成計(jì)量設(shè)備使用壽命縮短，甚至出現(xiàn)精準(zhǔn)度降低或設(shè)備損毀等情況的發(fā)生。所以對于計(jì)量設(shè)備的使用和保管方面要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管和檢查，通過對設(shè)備的跟蹤和監(jiān)管，在最大程度上保護(hù)計(jì)量設(shè)備的安全和精準(zhǔn)，從而杜絕由儀器問題而產(chǎn)生的較大計(jì)量誤差。

3.3 建設(shè)完整的溫度計(jì)量計(jì)劃和管理體系

溫度計(jì)量工作開展的過程中容易受到環(huán)境變化而產(chǎn)生誤差。所以在進(jìn)行溫度計(jì)量任務(wù)之前要對任務(wù)環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真勘查，在任務(wù)開始之前做好細(xì)致的計(jì)劃準(zhǔn)備，從而減少溫度計(jì)量工作中因環(huán)境變化而產(chǎn)生的誤差。

溫度計(jì)量工作，無論是在開展前后還是在開展的過程中都要制定出一個(gè)完整且合適的管理體系。在溫度計(jì)量工作開始前，對于環(huán)境的勘查，設(shè)備的擺放和設(shè)備的檢測與維修工作都要按照管理體系的步驟和規(guī)則進(jìn)行，從而確保接下來的溫度計(jì)量工作可以順利進(jìn)行。在計(jì)量活動(dòng)開展的過程中，要按照計(jì)量檢測的流程開展，將數(shù)據(jù)從設(shè)備中導(dǎo)出，并判斷數(shù)據(jù)的合理性，在測溫工作中要同時(shí)使用傳感器和測量軟件，在發(fā)現(xiàn)異常后要及時(shí)排查問題所在，檢查溫度計(jì)量系統(tǒng)的子體和母體單元。在溫度計(jì)量活動(dòng)結(jié)束后，要對所有計(jì)量設(shè)備進(jìn)行檢查和存放，對于在測量過程中損壞的儀器進(jìn)行標(biāo)識(shí)和維修，并在儲(chǔ)存之前對于儲(chǔ)藏環(huán)境進(jìn)行檢查和維護(hù)，使得儀器可以得到妥善保存和管理。對于計(jì)量產(chǎn)品的檢測結(jié)果要進(jìn)行合理的標(biāo)識(shí)登記，對于測量結(jié)果不合格的產(chǎn)品要貼上禁用標(biāo)簽，在產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)后仍無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，對其標(biāo)注報(bào)廢符號(hào)。在計(jì)量工作全面結(jié)束后，要組織反省在測量工作中是否按照標(biāo)準(zhǔn)的工作步驟進(jìn)行，是否運(yùn)用了統(tǒng)一的計(jì)量準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)計(jì)量過程中的問題并加以改正，從而進(jìn)一步減少人為造成的計(jì)量誤差。

4 結(jié)束語

在溫度計(jì)量過程中，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，將直接關(guān)乎到測量儀器的使用周期。在測量過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)問題，工作人員需要第一時(shí)間反映并采取相應(yīng)措施，以此確保溫度測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，同時(shí)保證溫度計(jì)的使用周期，使溫度計(jì)得以被更高效更持久地使用。