李瑞芳

长治医学院 山西长治 046000

在医学领域，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疾病的重要依据，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；感染性疾病通常由体温的升高反映出来；麻醉能抑制体温调节中枢，而使体温下降；精确控制调节保温箱的温度才能为新生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关节炎和慢性炎症等。上述例证说明温度的测量在整个医学领域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。

1 温度传感器的种类及在医学领域的应用

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。

1.1 热敏式传感器

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。

1.1.1 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、反应速度快、材料的复现性和工艺性好，价格低，在测温范围内化学物理特性稳定，体积较大。目前，在工业中应用最广泛。半导体热敏电阻由于体积小，灵敏度高，长期稳定性好等特点在医学领域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。

1.1.2 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、准确可靠等优点，在医学领域应用十分广泛。例如在肿瘤治疗中已经证明，加热能增强放射性对肿瘤的杀灭力。加热到43 ℃，能使放射性剂量减少1/3，减少了放射的副作用。深部肿瘤用超声加热时，对肿瘤区的温度测量精度要求较高，利用热电偶和恒温冰槽技术，可以把肿瘤加热区的温度精确控制在43 ℃附近。

1.1.3 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。

1.2 模拟温度传感器(PN结型温度传感器)

PN结的伏安特性与温度有关，利用PN结的这一特性可以制成各种温度传感器，典型的PN结传感器有二极管温度传感器、三极管温度传感器和集成电路温度传感器。集成电路传感器是将作为感温器件的温闽三极管及其外围电路集成在同一芯片上的集成PN结温度传感器。集成模拟温度传感器与热敏式传感器相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快、实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911，LM335，LM45，AN6701，AD22103电压输出型、AD590电流输出型。

1.2.1 电流输出型集成温度传感器—AD590

AD590是美国模拟器件公司的电流输出型集成温度传感器，供电电压范围为3～30 V，工作温度—50 ℃～+150 ℃，灵敏度为1 μA/℃。测量精度可达±0.5 ℃，在测温范围内线性误差小于±0.5 ℃。由于该传感器是电流输出型，且输出阻抗高，因此它具有较强的抗干扰能力，可以进行有线多点温度遥测；与A/D转换、LED显示等就可构成数字式温度计。

1.2.2 电压输出型集成温度传感器—AN6701

AN6701是一种新型的高灵敏度集成温度传感器。工作温度0～80 ℃，灵敏度为100 mV/℃。测量精度可达±0.1 ℃，在测温范围内线性误差小于±0.1 ℃。这种传感器具有灵敏度高、线性好、精度高、热响应快等优点。它的应用很广泛，且体积小，分辨率高，可做高精度的体温计。

1.3 数字式温度传感器

利用石英晶体固有振荡频率和温度的线性关系，把温度变化转化为振荡频率的变化。数字式温度传感器分为逻辑输出型和数字量输出型即智能温度传感器。

逻辑输出型温度传感器即为温度开关，在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭其他控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。

智能温度传感器也称为智能温度控制器，是在智能温度传感器的基础上发展而成的。它是在20世纪90年代中期问世的，是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。智能温度传感器包括一通道和多通道(有3，4，5，7通道)。它能适配各种微控制器构成智能化温控系统，也可脱离微控制器单独工作，自行构成测温仪。以DS18B20为例，DALLAS公司的温度传感器DS18B20为世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，其内部结构主要由64位ROM、温度灵敏元件、内部存储器和配置寄存器4部分组成。具有独特的单线接口方式，与单片机连接时仅需要一条口线；测温范围为—55 ℃～+125 ℃，在—10 ℃ ～+85 ℃范围内精度为±0.4 ℃；通过编程可实现9～12位的数字读数方式；用户可自行设定非易失性的报警上下限值；外围电路简单，使用时不需要外围电源，可用数据总线供电；超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，单线接口，可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。用DS18B20和单片机等设计病房多点(路)温度测控系统，同时测量多个病人的体温，并实现数字显示、高温报警功能。

2 在医学领域应用的温度传感器的发展趋势

近百年来，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。而在医学领域应用的温度测量主要有两种方式：接触式和非接触式。目前，国际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、高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速拓展。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。

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