Od četiri zajedničke vrste temperaturnih senzora - Termopole, uređaji za temperaturu otpora, termistori i temperaturni senzor ICS - Senzor temperature ICS dobra su opcija za kontakt-zasnovan na medicinskom i zdravstvenom dizajnu. Principijeno, ne zahtijevaju linearizaciju, nude dobar imunitet buke i relativno su jednostavni za integriranje u prijenosne i nosive zdravstvene uređaje. Za beskontaktne osjetljivosti mogu se koristiti infracrveni termometri.
Ključni parametri su veličine, potrošnja energije i termička osjetljivost. Posljednja je važna za tačnost kliničke ocjene jer čak i prolazna snaga (μW) može zagrijati senzor i uzrokovati netačne očitanja. Drugo razmatranje je vrsta sučelja (digitalni ili analogni), koji će odrediti povezane komponente, poput mikrokontrolera.
Tačnost kliničke klase
Ispunjavanje kliničke tačnosti, po ASTM E112 (standardne metode ispitivanja za određivanje prosječne veličine zrna), započinje odgovarajućim senzorom. MAXIM integrirani senzori za digitalni temperaturni senzori, na primjer, značajka ± 0,1 ° C tačnost od + 30 ° C do + 50 ° C i ± 0,15 ° C tačnost od 0 ° C do 70 ° C. (Maxim integrirani su nabavljeni analognim uređajima u avgustu 2021.) uređaji mjere 2x2x0,75mm i nalaze se u tankom 10pin LGA paketu (slika 1). ICS djeluje iz napona napajanja od 1,7 V-3,6V i konzumiraju manje od 67μA u radu i 0,5μA u stanju pripravnosti.
Važno je da sopstvena temperatura senzora ne utiče na čitanje mjerenja nosivog uređaja. Toplina senzora IC koja putuje iz PCB-a kroz paket vodi do senzora koji umire i može utjecati na točnost. U temperaturnom senzoru IC ova se toplina provodi kroz metalnu termalnu jastučić na donjoj strani paketa, što rezultira parazitnim zagrevanjem. To može izazvati termičku provodljivost u i izvan drugih igle, miješajući se u mjerenja temperature.
Postoji nekoliko tehnika za suzbijanje parazita. Tanke tragove mogu se koristiti za minimiziranje toplotne provodljivosti od senzora IC. Dizajneri mogu mjeriti temperaturu na vrhu paketa, što dalje od IC iglica, umjesto da koristite termički jastučić. To je slučaj za MAX30208CLB + i druge MAX30208 digitalne temperaturne senzore.
Druga je opcija postavljanje drugih elektroničkih komponenti što dalje od osjetljivog elementa kako bi se minimizirao njihov utjecaj na mjerenje temperature.
Razmatranja toplotne dizajne
Da bi se osigurala termička izolacija iz izvora topline u nosivim uređajima mora postojati dobra termalna staza između elementa osjetljivosti temperature i kože korisnika. Lokacija ispod paketa čini je izazovom za PCB za rutu metalnih zapisa sa tačke kontakta s tijelom.
Sistem treba biti dizajniran tako da je senzor što je moguće bliže ciljanoj temperaturi za mjerenje. Korištenje MAX30208 senzora, nosivi dizajni i medicinski zakrpe mogu koristiti FLEX ili polu-kruti PCB. MAX30208 digitalni senzori temperature mogu se direktno povezati na mikrokontroler pomoću ravnog fleksibilnog kablovskog ili ravnog štampača.
Od suštinskog je značaja za postavljanje temperaturnog senzora ic na fleksibilnu stranu PCB-a, što smanjuje toplinsku otpornost između površine kože i senzora. Dizajneri također bi trebali umanjiti debljinu Flex ploče za efikasno savijanje i bolji kontakt.
Digitalni senzori temperature su obično povezani sa mikrokontrolera preko I2C serijskog sučelja. Maxim je MAX30208CLB +, na primjer, prvi koristi 32-riječ u prvoj od stvoriti registar podešavanje senzora temperature nudi do 32 očitavanja temperature, svaki se sastoji od dva bajta. Ovo omogućava mikrokontroler na spavanje na duži vremenski period radi uštede energije (Slika 2). Registara memorijski mapiran takođe omogućavaju senzore za ponudu visok i nizak prag digitalni temperatura alarma.
A opće namjene ulaz / izlazni pin se može podesiti da pokrene konverziju temperature i drugi konfiguriran da generiše prekid za izabrati bita status.
fabrika kalibracija
Mnogi digitalni temperaturni senzori su tvornički kalibrirani, eliminirajući potrebu za rekalibraciju jednom godišnje, kao što je slučaj za mnoge legacy temperaturnih senzora. Ovo zaobilazi potrebu da se razviju softver linearise izlaz, kao i simulaciju i fino podešavanje kola. Pored toga, eliminira potrebu za više komponenti preciznost i smanjuje rizik od impedancije neusklađenosti.
Porodica AS621x temperaturnih senzora iz AMS je tvornički kalibriran i ima integrisanu linearizacije (Slika 3). Ona također ima osam I2C adrese za praćenje temperature na osam potencijalnih žarišta preko jednog autobusa. Serijskog sučelja i više I2C adresama čine prototipova i dizajn verifikaciju lakše.
Verzije tačno ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C i ± 0,8 ° C na raspolaganju. Za sisteme praćenja u vezi sa zdravljem, preciznost unutar ± 0,2 ° C dovoljna je (u AS6212-AWLT-L). Svi AS621x uređaji imaju rezoluciju 16bit otkriti male varijacije u temperaturi iznad -40 ° C do + 125 ° C radni opseg.
U AS621x mjeri 1.5mm2 i dolazi u paketu čip skali nivo napolitanki. napon napajanja je 1.71V sa potrošnjom 6μA tokom rada i 0.1μA u stanju pripravnosti, čineći AS6212-AWLT-L posebno pogodan za aplikacije na baterije.
Beskontaktnog senzora temperature
Infracrveni termometri obavlja mjerenja temperature bez kontakta temperature okoline i temperature objekta.
Takvi termometri otkriti bilo kakve energije iznad 0 Kelvina (apsolutna nula) emituje objekat ispred uređaja. Detektor pretvara energiju u električni signal i prenosi ga na procesor da tumače i prikazivanje podataka nakon kompenzacije za varijacije uzrokovane sobnoj temperaturi.
Primjer je MLX90614ESF-BCH-000-TU infracrveni termometar iz Melexis. Sastoji se infracrveni termofilnih detektor čip i kondicioniranje signala čip integriran u TO-39 paket (Slika 4). Tu je i mali pojačalo buke, 17-bitni ADC i digitalni procesor signala za točnost i rezoluciju.
Infracrveni termometri su tvornički kalibrirani za temperaturni opseg od -40 ° C do 85 ° C (ambijentalne) i -70 ° C do 382.2 ° C za temperaturu objekta. Standard preciznosti iznosi 0,5 ° C na sobnoj temperaturi.
Senzor je tvornički kalibriran sa digitalnim izlazom SMBus i ima rezoluciju od 0,02 ° C. Alternativno, dizajneri mogu konfigurirati 10bit modulacijom širine impulsa (PWM) digitalni izlaz sa rezolucijom od 0,14 ° C.
podrška razvoju
U MAX30208 senzori su podržani od strane sistema # evaluacije MAX30208EVSYS, koji uključuje flex PCB da drži temperaturu MAX30208 senzor IC (Slika 5). U MAX32630FTHR mikrokontrolera odbora i sučelje odbora MAX30208 su povezani preko zaglavlja. Hardver evaluacija može biti spojen na PC pomoću priloženog USB kabla. Sistem će automatski instalirati potrebne upravljačke programe spreman za EV komplet softver može preuzeti.
Za mjerenje tjelesne temperature na više lokacija, MAX30208 temperatura kola može biti spojen preko I2C adresama u aranžmanu lančano na jedan akumulator i domaćin mikrokontrolera. Svaki senzor temperature koje je anketirao mikrokontroler redovno kreiranje profila domaćih i cijelog tijela temperature.
Programeri mogu koristiti MIKROE-1362 Irthermo Click Click Scis Shict iz Mikroelektronika za upotrebu sa MLX90614 infracrvenim senzorom.Ovo povezuje MLX90614ESF-AAA jednokratni infracrveni modul termometra za mikrokontrolersku ploču putem linije Mikrobus I2C ili PWM linije (slika 6).
Odbor od 5V kalibrira se za -40 ° C do 85 ° C temperatura okoline i -70 ° C do + 380 ° C Raspon objekta.
