電子溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷臏囟葴y量工具。隨著科技的進(jìn)步，電子溫度計(jì)逐漸取代了傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)，成為了更為安全、快捷且高效的選擇。本文將詳細(xì)探討這兩種溫度計(jì)的特點(diǎn)、優(yōu)勢與適用場景，幫助大家更好地理解它們在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用以及選擇時(shí)的考慮因素。

電子溫度計(jì)使用數(shù)字傳感器進(jìn)行溫度測量，通常具有更高的精度和更快的反應(yīng)速度。與水銀溫度計(jì)相比，電子溫度計(jì)不含有害物質(zhì)，如水銀，這使得它在使用時(shí)更加安全，特別適合家庭和醫(yī)院等場所。電子溫度計(jì)的外形設(shè)計(jì)也較為簡潔，便于攜帶和操作，且大多數(shù)設(shè)備都能實(shí)時(shí)顯示溫度值，避免了水銀溫度計(jì)因溫度過高或過低而導(dǎo)致的測量誤差。電子溫度計(jì)的內(nèi)存功能使得它可以記錄和跟蹤體溫變化，提供更加直觀的健康管理。

而水銀溫度計(jì)作為一種傳統(tǒng)的測量工具，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有很長時(shí)間。水銀溫度計(jì)以其穩(wěn)定的測量原理和較長的使用壽命，依然是很多醫(yī)療機(jī)構(gòu)的首選。其主要原理是通過水銀在溫度變化下膨脹或收縮，從而達(dá)到測量體溫的目的。盡管水銀溫度計(jì)測量精度較高，但它的大缺點(diǎn)就是含有有毒物質(zhì)水銀，如果破損會(huì)帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此，在很多國家和地區(qū)，水銀溫度計(jì)的使用已經(jīng)受到限制，許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)開始逐步淘汰它。

在選擇電子溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)時(shí)，首先要考慮使用場合。如果是在家中進(jìn)行日常體溫測量，電子溫度計(jì)因其便捷、安全、快速的特性，通常是更好的選擇；而在一些特定的醫(yī)療環(huán)境中，盡管水銀溫度計(jì)仍然保持較高的使用價(jià)值，但隨著技術(shù)的發(fā)展，電子溫度計(jì)在這些領(lǐng)域中的替代性也在逐步增強(qiáng)。

電子溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)各自有其獨(dú)特的優(yōu)勢和局限。在選擇適合的溫度計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮準(zhǔn)確度、安全性以及使用場合等因素，以確保能夠滿足個(gè)人或醫(yī)療需求的佳效果。

      在材料表面上附著的液滴會(huì)呈現(xiàn)出一定形狀，這個(gè)形狀取決于固體-液體-氣體各界面之 間的張力平衡。1805 年 Thomas Young 首先提出了一個(gè)方程描述這個(gè)平衡態(tài)，從此接觸角測 量就成為評價(jià)液體對固體表面潤濕的經(jīng)典方法。就接觸角的數(shù)值而言，接觸角越小說明固體 表面越容易被液體潤濕，接觸角越大說明固體表面越難被液體潤濕。

      20 世界末期隨著電腦計(jì)算速度和高分辨率相機(jī)性能的不斷提高，光學(xué)接觸角測量儀器 完成了自動(dòng)化和商品化，從此測量接觸角成為操作方便結(jié)果可靠的實(shí)驗(yàn)手段。在此我們對儀 器是如何計(jì)算接觸角的方法做一個(gè)簡單的介紹。 

      實(shí)際上接觸角值是通過測量液滴輪廓在三相接觸點(diǎn)處的一階導(dǎo)數(shù)即切線的斜率而得到 的，而三相接觸點(diǎn)附近的液滴輪廓會(huì)受到各種光線的干擾，或者由于材料不夠平整遮掩住三 相接觸點(diǎn)附近的輪廓。所以光學(xué)法接觸角測量并不是對數(shù)碼照片上的某個(gè)夾角直接測量而得 到的，而是使用不同的數(shù)學(xué)模型擬合液滴輪廓，再通過計(jì)算得到的。 

      Z簡單的模型就是球模型。球模型是把液滴的形狀假定為球體的一部分，那么其截面形 狀就是圓形的一部分。在此圓形的三相接觸點(diǎn)處求解一階導(dǎo)數(shù)即可計(jì)算出接觸角數(shù)值。球模 型的缺陷在于沒有考慮重力對液滴形狀的影響。嚴(yán)格來講在固體表面上任何液滴在重力作用 下形狀都會(huì)偏離球形，體積越大偏離越多，密度越大偏離越多，接觸角數(shù)值越大偏離越多。 普通情況下如果液滴體積小于 3 微升，接觸角值小于 30°，才可以考慮使用球模型計(jì)算。 目前常見的 Circle 法，Width/Height 法，θ/2 法都是基于球模型的計(jì)算方法。

圖 2 利用球模型計(jì)算接觸角

      二次曲線模型是考慮到在重力作用下液滴會(huì)被壓扁，所以采用了包括圓方程、橢圓方程 等在內(nèi)的廣義的二次曲線模型來擬合液滴ZX截面的輪廓。此方法通用性較廣，測量的理想 范圍從 10°左右到 130°左右，測量精度較高。

圖三 利用二次曲線模型計(jì)算接觸角

      Laplace-Young 模型是把重力和密度對液滴形狀的影響定量計(jì)算在內(nèi)的精確算法。為了 求解此方程需要引入ZX軸對稱的假設(shè)。如果液滴是ZX軸對稱的，Laplace-Young 模型是 此時(shí)的Z準(zhǔn)確算法。如果液滴的接觸角在 100°以上，那么它會(huì)比較符合軸對稱的前提。接 觸角越大則軸對稱性越好，計(jì)算得到的接觸角數(shù)值越準(zhǔn)確。當(dāng)接觸角大于 150°時(shí)， Laplace-Young 模型甚至是唯yi正確的算法。通常接觸角大于 60°時(shí)就可以考慮選擇此算法， 接觸角值大于 120°時(shí)，測量的準(zhǔn)確性會(huì)相當(dāng)理想。

圖四 利用 Laplace-Young 模型計(jì)算接觸角

      以上介紹的算法模型都是以對稱性為前提，但是實(shí)際情況或多或少會(huì)有些偏差，這時(shí)液 滴兩邊的輪廓耦合在一起時(shí)會(huì)相互影響。材料表面上的液滴有時(shí)會(huì)明顯的偏離軸對稱模型， 比如把針插入液滴內(nèi)部通過加液-減液法測量動(dòng)態(tài)接觸角時(shí)，或是使用傾斜樣品臺(tái)測量滾動(dòng) 角和動(dòng)態(tài)接觸角時(shí)的情況，液滴都呈明顯的不對稱的形狀。為了更準(zhǔn)確的測量不對稱液滴的 接觸角，我們可以選擇對液滴輪廓的不同區(qū)域使用不同的算法模型進(jìn)行分析，Z后將分析結(jié) 果加以綜合得出Z佳的擬合結(jié)果。這種算法稱為 Truedrop 模型，它可以適用于任何液滴無 論液滴是否對稱。特別是在使用加液-減液法和傾斜臺(tái)法測量動(dòng)態(tài)接觸角時(shí)是Z好的選擇。

圖五 利用 Truedrop 模型計(jì)算接觸角

      Z后提到的算法模型是 Tangent 切線法模型。切線法是將液滴在三相接觸點(diǎn)附近的一小 段輪擬合成為二次曲線。切線法的優(yōu)點(diǎn)在于不受液滴對稱性的影響，因?yàn)樗豢紤]液滴的整 體輪廓。但是切線法的缺陷也是明顯的，即我們一開始提到的液滴三相接觸點(diǎn)附近的輪廓受 到光線和材料平整度的影響經(jīng)常是不清晰的。所以大多數(shù)情況下，使用切線法的目的只是為 了和其他算法模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行參考對比。

圖六 利用 Tangent 切線法模型計(jì)算接觸角

      Z后需要說明的是，不少儀器的軟件功能在給出接觸角測量結(jié)果的時(shí)候，同時(shí)給出了算 法模型和實(shí)測液滴輪廓之間的偏差值，多數(shù)情況下這個(gè)偏差值越小結(jié)果越準(zhǔn)確。這個(gè)計(jì)算功 能可以幫助使用者判斷所選用的算法模型是否合適。

      其中 Young-Laplace、Conic（二次曲線模型）、TrueDrop、Circle（球模型）四種算法模型 是液滴整體輪廓擬合；Width-Height（基于球模型）、Tangent 切線法模型是局部擬合，所 以沒有給出 Error 值。

（來源：北京東方德菲儀器有限公司）