Měření teploty

Termometrií se určuje teplota – objektivní míra tepelného stavu látky. Dle SI je základní veličinou termodynamická teplota, jejíž jednotkou je Kelvin.

K měření teploty se používaly či používají následující teplotní stupnice:

• termodynamická teplotní stupnice;
• Celsiova teplotní stupnice;
• Fahrenheitova teplotní stupnice;
• Réaumurova teplotní stupnice;
• Rankineho teplotní stupnice.

Centrální tělesnou teplotu (TT) měříme intrakavitálně, nejčastěji per rectum.

Periferní TT měříme nejčastěji na dorsu nohy a dále hodnotíme teplotní diferenci.

Rozdíl mezi centrální a periferní TT > 2 °C svědčí pro hypovolemii nebo zvýšenou α–mimetickou aktivitu, rozdíl > 8 °C svědčí pro šokovou cirkulaci, těžkou hypovolemii.

Indikací ke kontinuálnímu měření TT jsou:

• intrakraniální hypertenze;
• thiopentalové kóma;
• pacienti s hemodynamickou nestabilitou;
• pacienti s náročným ventilačním režimem;
• pacienti s maligní hypertermií.

Způsob měření

Teplota se dá měřit pouze nepřímo na základě známých fyzikálních jevů za různých teplot. Termometrie se proto provádí několika způsoby, založenými většinou na objemové roztažnosti kapalin nebo délkové roztažnosti pevných látek za různé teploty. Nejpřesnější je intrakavitální měření, tj. rektálně, vaginálně, orálně (aurikulární měření nelze považovat za přesné).

Z praktického hlediska naměření vyšší axilární teploty s vysokou pravděpodobností predikuje vyšší hodnotu rektální, ale normální axilární teplota nevylučuje vyšší hodnotu rektální. Při pochybnostech o axilární teplotě je proto nutno pacienta přeměřit rektálně.

Kapalinové teploměry

Rtuťové teploměry

Jedná se o nejrozšířenější používané teploměry vůbec. Bývají většinou rtuťové, i když jsou postupně kvůli toxicitě rtuti vytlačovány. Skládají se z rtuťového rezervoáru s kapilárou a stupnice. S rostoucí teplotou rtuť mění svůj objem a šplhá v kapiláře. Používají se dvě základní modifikace:

• maximální teploměr – zaznamenává nejvyšší naměřenou hodnotu. Vlivem zúžení kapiláry nad rezervoárem zůstává po použití rtuť na maximálním bodě a je nutno ji do rezervoáru „sklepat“. Doba ustálení konečné teploty je několik minut.
• rychloběžka – měří okamžitou teplotu a její hodnota se ustálí rychleji

Dalším druhem kapalinového teploměru je teploměr lihový, měřící v rozsahu od −110 °C do 70 °C.

Citlivost těchto teploměrů roste s objemem rezervoáru a menším poloměrem kapiláry. Tyto teploměry měří s přesností na desetiny stupně.

Bezdotykové teploměry

Každé těleso o určité teplotě podle Stefan-Boltzmannova zákona vyzařuje tepelné záření. Infračervený bezdotykový teploměr' někdy též pyrometr je založen na principu měření množství takto vyzářené energie v infračerveném spektru. Protože Stefan-Boltzmannův zákon platí pro černá tělesa, zavádí se pro reálná tělesa veličina emisivita. Emisivita je poměr mezi vyzařováním reálného tělesa a černého tělesa při stejné teplotě. U reálných těles je navíc nutno přihlédnout k jejich průhlednosti a odrazivosti'. U průhledných materiálů se přesnosti dosahuje spektrální filtrací, např. sklo se chová neprůhledně pro vlnovou délku 5 µm. U odrazivých materiálů dochází k měření nejen vlastního, ale i odraženého záření.

Konstrukce se skládá z optické soustavy (čoček, optických vláken, spektrálních filtrů), která určuje průměr měřené oblasti v předepsané vzdálenosti. Pro zaměření měřené oblasti se používají světelné nebo laserové zaměřovače. Paprsky jsou soustředěny do detektoru, kterým bývá fotovoltaický článek nebo fotorezistor. Vzniká tak elektrický signál, který je zesílen a různě zobrazen.

Výhodou je bezkontaktnost, možnost měření na větší vzdálenosti, rychlá odpověď a zanedbatelné ovlivnění měřeného objektu.

Kovové odporové teploměry

Tento teploměr je založený na změně elektrického odporu kovu se změnou teploty. Tato závislost může být vyjádřena vztahem:

R_t = R₀·(1 + α·t),

kde R_t je odpor při teplotě t, R₀ je odpor při nulové teplotě a α (K^-1) je teplotní součinitel odporu

Výhodou tohoto typu teploměru je linearita měření ve velkém rozsahu teplot a lehké vyhodnocení. Nejpoužívanější je platinový teploměr, který změří teplotu v rozsahu od -100 °C do 440 °C, přičemž měří s přesností na tisíciny stupňů. Tento typ teploměru je používaný nejmíň v technické praxi a často bývá součástí složitějších měřících zařízení (např. jako snímač na měření referenční teploty termočlánkových sond).

Termočlánek

Termoelektrické články měří teplotu na základě termoelektrického jevu. Ten funguje na principu, že v uzavřeném elektrickém obvodu dvou vodičů z různých kovů, kdy má každý různou teplotu, teče elektrický proud. Pokud tento obvod rozpojíme, jsme schopni měřit hodnoty termonapětí, které jsou dány rozdílem teploty mezi spoji. Pro praktické užití termočlánku se jeden vodič dá do prostředí s referenční teplotou (v praxi teplota místnosti, cca 25 °C) a druhý se vloží do prostředí, kde chceme teplotu změřit. Voltmetrem se poté měří hodnota termonapětí mezi spoji, s přesností na setiny stupňů Celsia.

Zmíněné termonapětí je kvadratickou funkcí teploty. V případě jeho využití v medicíně, kde je rozsah teplot jen od 20 °C do 50 °C, můžeme danou lineární závislost vyjádřit pomocí vztahu:

U_AB = k·(t_A – t_B)

kde U_AB je termonapětí mezi referenčním a měřícím bodem termočlánku, t_A a t_B jsou teploty těchto bodů; k je kalibrační konstanta závisící na typu termočlánku. V medicínských aplikacích jsou nejpoužívanější hlavně termočlánky měď-konstantan (kalibrační konstanta 40 μV/K) nebo mangan-konstantan. Přesnost měření teploty pomocí termočlánku závisí na citlivosti voltmetru měřícího termonapětí a na přesnosti měření teploty studeného konce termočlánku.

Výhodou termočlánků je miniaturizace, proto se v lékařství používají jako invazivní měřiče teploty, např. pro účely hypertermie.

Termistor

Měření teploty termistorem je založeno na měření elektrického odporu, kdy s rostoucí teplotou hustota volných elektronů v polovodiči prudce stoupá. Tím klesá elektrický odpor.

Daná závislost může být vyjádřena rovnicí:

T = B·(ln R − lnA)

kde B a A jsou materiálové konstanty, R je odpor a T je absolutní teplota polovodiče.

Měření je velmi přesné, řádově v mK. Čidla pro termistory jsou většinou invazivní jehly, kdy samotný termistor je ve špičce této jehly.

Fosforová termometrie

Fosforová termometrie slouží k měření teploty povrchů pokrytých vrstvou fosforu. Fosfor po excitaci díky luminiscenci emituje světlo. Jeho jasnost, barva a doba doznívání jsou závislé na teplotě. Nejčastěji se využívá závislost doby doznívání po excitaci na teplotě. Využívá se ve vláknových invazivních termometrech.

LC teploměry

Jednorázový teplotní proužek

LC (liquid crystal) teploměry fungují na bázi tekutých krystalů, které mění barvu v závislosti na teplotě. Rozlišovací schopnost může být až 0,1° C. V podobě jednorázových teplotních proužků je lze využít k měření tělesné teploty na čele.

Odkazy

Související články

• Článek o měření teploty v Katalogu metod v biofyzice
• Sledování fyziologických funkcí
• Termografie
• Měření a hodnocení tělesné teploty
• Chyby měření fyzikálních veličin, relativní chyba

Externí odkazy

• Phosphor thermometry (anglická wikipedie)
• Liquid crystal thermometer (anglická wikipedie)

Zdroj

• KUBATOVA, Senta. Biofot [online]. [cit. 2011-01-31]. <https://uloz.to/!CM6zAi6z/biofot-doc>.

• NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA, et al. Medicínská biofyzika. 1. vydání. Praha : Grada, 2005. 524 s. s. 68-72. ISBN 80-247-1152-4.

• HAVRÁNEK, Jiří: Ostatní monitoring.

• BARRON, W. R. Principles of Infrared Thermometry [online]. [cit. 2012-12-28]. <https://www.omega.com/temperature/Z/pdf/z059-062.pdf>.