溫度計量過程中常見問題及解決策略分析

朱召懷

（定西市計量測試檢定所，甘肅 定西 743000）

1 不同行業(yè)的溫度測量

1.1 氣象學中的溫度測量

近年來，社會發(fā)展日新月異，人類活動愈來愈頻繁，人類生活正式步入高科技時代。日漸增長的用電需求導致碳排放量激增、溫室氣體濃度升高，導致全球期氣候變暖、溫室效應。而溫室效應引起的臭氧層破壞及臭氧層損耗，也將直接改變到達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，對溫室效應所帶來的連鎖反應的分析及控制有著重要意義[1]。

在對海面溫度進行測量的過程中，若使用傳統(tǒng)的儀器，則需要通過測量儀器與海水進行實際接觸，兩者進行充分的熱交換后達到熱平衡的方法才能達成檢測目的。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；由于是定點測量，測量深度、測量區(qū)域的限制也會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)果將會作廢。與此同時，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）也同樣可以實現(xiàn)對海水溫度的測量，并獲取更為準確的數(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，從而可以非常精準地獲取溫度數(shù)據(jù)。同時非接觸式傳感器具有較高的測溫上限，在測量海水溫度時具有更廣泛的應用性。且由于測量方式是發(fā)射紅外線電波，受自體設備的限制較小，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、線、面三個維度進行同時段測量，大大增加了便利性。在環(huán)境保護方面，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。并且在進行溫度數(shù)據(jù)測量的同時，因不會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間的關聯(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，導致周圍空氣溫度偏低，將會導致其測量溫度與海水溫度出現(xiàn)誤差，存在實際溫度與測量數(shù)據(jù)溫度不符等缺陷。

1.2 醫(yī)學中的溫度測量

溫度計是醫(yī)學領域中常見的溫度測量裝置，近年來社會衛(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。溫度計作為社會大眾是否罹患疾病的第一道關卡，同時也是觀察人體機能是否正常運作的標志之一——體溫的檢測工具，其社會需求量激增的同時更是以迅猛之態(tài)普及并改革著[3]。

罹患普通細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，更是因為病毒傳播性強，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喪膽。因此采取科學的檢測方式顯得尤為重要。其中病毒對身體機能尚未發(fā)育完善的嬰兒而言影響較成年人更甚。所以安全且準確地測量嬰兒的體溫，對每一位父母以及醫(yī)護人員來說都有極其重要的意義。以下以傳統(tǒng)溫度計與紅外測溫儀在測量嬰兒體溫的應用中的作用為例。

傳統(tǒng)水銀溫度計因生產(chǎn)成本低廉，性能穩(wěn)定，在臨床醫(yī)學界被廣泛應用。但在實際測量溫度過程中，因為自體的接觸式需求，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菌及病毒，及其他黏膜附著型接觸式傳播病毒，給臨床護理工作造成諸多不便。同時，傳統(tǒng)體溫計測溫效率低。若用傳統(tǒng)水銀體溫計測量體溫，要5 min 以上，可能耽誤寶貴的治療時間。尤其是嬰兒體溫上升速度較成年人更快，高燒如果不及時采取措施可能引起抽搐等危險。且傳統(tǒng)水銀體溫計對測量位置的要求更高，需要將儀器準確放置在腋窩、口腔舌下或肛門內(nèi)，測量過程中的移動或滑落都將影響測量結(jié)果。采用紅外體溫計測量體溫只需要1 s，可以及時測量出體溫，且由于是熱輻射測量原理，測量位置不需高精準度。

因使用傳統(tǒng)水銀溫度計需要對嬰兒進行固定姿勢及保持穩(wěn)定狀態(tài)，在被測量過程中嬰兒時常會處于驚恐及緊張的不穩(wěn)定應激狀態(tài)，或因嬰兒好動而對使用溫度計來完成測量任務造成消極負面影響。以及嬰兒在躲避過程中的機體運動，會導致體溫迅速升高，影響測量結(jié)果的準確性。再者，傳統(tǒng)的水銀溫度計具有易破壞且易碎的特點，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)水銀溫度計破碎后當中的汞化學成分需利用嚴格的方式拾取并處理，在這兩個過程中若有其中之一處理不當，一旦蒸發(fā)，更會導致人體受到一定傷害，后患無窮。

考慮嬰兒尚未具備獨立思考能力及天生活潑愛動的特性，有效利用非接觸式紅外線測量儀器進行體溫測量的方法獲得了越來越多父母以及醫(yī)護人員的青睞。非接觸式紅外線測量儀器較傳統(tǒng)水銀溫度計而言，在因接觸產(chǎn)生交叉感染風險方面具有壓倒性優(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險的可能性。

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。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量大的區(qū)域被廣泛應用。不僅嬰兒好動及檢測難的問題得以攻克，當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，為社會安定和人類發(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。因傳統(tǒng)水銀溫度計測溫時處于封閉環(huán)境，緊貼人體黏膜進行溫度測量，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會受到外界環(huán)境和與被測物體間距離遠近的影響而言，其測量結(jié)果更具參考價值。但其數(shù)值差異很小，一般認為忽略不計。

此外，非接觸式紅外線測量儀器較傳統(tǒng)水銀溫度計而言，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出現(xiàn)指示不穩(wěn)定的現(xiàn)象。因此要獲得精準的溫度數(shù)據(jù)，需要在測量環(huán)境恒定以及無強電磁干擾的環(huán)境兩者兼?zhèn)涞臈l件下才能實現(xiàn)。

當問題產(chǎn)生時，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、接觸不良等。通常情況下，對其進行檢查，若是因為接線出現(xiàn)松動導致溫度值測值出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，可以將其擰緊，再進行抄表工作，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

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

首先，需要對溫度計的顯示值進行檢查，如果出現(xiàn)數(shù)值極大或者極小的情況，同時儀器表出現(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。若溫度計的顯示沒有出現(xiàn)數(shù)值變化，同時變送器中的放大器出現(xiàn)故障問題，也會導致這種問題出現(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，并同時出現(xiàn)快速連續(xù)反復震蕩變化的指示值時，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，如若進行規(guī)范操作后，仍沒有任何改變，那就是溫度計本身系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，基本無法修復了。除此之外，溫度計驗證環(huán)節(jié)也非常重要，這為溫度計在測量溫度的精準度方面提供良好的基礎，同時此驗證環(huán)節(jié)必須按照配套設備的規(guī)范標準執(zhí)行。該環(huán)節(jié)需要將壓力溫度計以及標準溫度計完全浸沒在被測介質(zhì)當中，并觀察兩個溫度計指示值，在溫度計指示值已經(jīng)穩(wěn)定后，可以對其進行數(shù)據(jù)讀取。壓力溫度計與標準溫度計之間不可超過1 m 的距離，溫度計的校準過程，需要通過上限及下限的正負行程進行逐點執(zhí)行[5]。

3 處理和優(yōu)化溫度計量常見問題的相關措施

3.1 制定合理的溫度計量工作流程

為了避免人為因素造成的溫度計量誤差和失誤，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。所以要制訂嚴格且細致的計量工作流程和計劃。加強對于計量人員的專業(yè)培訓，培養(yǎng)計量工作人員嚴謹負責的工作態(tài)度，對于計量結(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，在計量工作的過程中，可以一絲不茍地完成每一項工作步驟，及時發(fā)現(xiàn)計量中出現(xiàn)的問題，保證計量結(jié)果的精準性。

3.2 認真檢查溫度計量設備和儲藏環(huán)境

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

3.3 建設完整的溫度計量計劃和管理體系

溫度計量工作開展的過程中容易受到環(huán)境變化而產(chǎn)生誤差。所以在進行溫度計量任務之前要對任務環(huán)境進行認真勘查，在任務開始之前做好細致的計劃準備，從而減少溫度計量工作中因環(huán)境變化而產(chǎn)生的誤差。

溫度計量工作，無論是在開展前后還是在開展的過程中都要制定出一個完整且合適的管理體系。在溫度計量工作開始前，對于環(huán)境的勘查，設備的擺放和設備的檢測與維修工作都要按照管理體系的步驟和規(guī)則進行，從而確保接下來的溫度計量工作可以順利進行。在計量活動開展的過程中，要按照計量檢測的流程開展，將數(shù)據(jù)從設備中導出，并判斷數(shù)據(jù)的合理性，在測溫工作中要同時使用傳感器和測量軟件，在發(fā)現(xiàn)異常后要及時排查問題所在，檢查溫度計量系統(tǒng)的子體和母體單元。在溫度計量活動結(jié)束后，要對所有計量設備進行檢查和存放，對于在測量過程中損壞的儀器進行標識和維修，并在儲存之前對于儲藏環(huán)境進行檢查和維護，使得儀器可以得到妥善保存和管理。對于計量產(chǎn)品的檢測結(jié)果要進行合理的標識登記，對于測量結(jié)果不合格的產(chǎn)品要貼上禁用標簽，在產(chǎn)品進行改進后仍無法達到標準的產(chǎn)品，對其標注報廢符號。在計量工作全面結(jié)束后，要組織反省在測量工作中是否按照標準的工作步驟進行，是否運用了統(tǒng)一的計量準則，發(fā)現(xiàn)計量過程中的問題并加以改正，從而進一步減少人為造成的計量誤差。

4 結(jié)束語

在溫度計量過程中，測量數(shù)據(jù)的準確度，將直接關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間反映并采取相應措施，以此確保溫度測量數(shù)據(jù)更加準確，同時保證溫度計的使用周期，使溫度計得以被更高效更持久地使用。