Dels quatre tipus comuns de sensors de temperatura - termoparells, dispositius de temperatura de resistència, termistors i sensors de temperatura ICS - Sensor de temperatura ICS són una bona opció per als dissenys mèdics i sanitaris basats en contacte. Principalment, no requereixen linealització, ofereixen una bona immunitat de soroll i són relativament fàcils d'integrar en dispositius sanitaris portàtils i portàtils. Per a la detecció sense contacte, es poden utilitzar termòmetres infrarojos.
Els paràmetres clau són la mida, el consum d'energia i la sensibilitat tèrmica. L'últim és important per a la precisió de grau clínic, ja que fins i tot l'energia transitòria (μW) pot escalfar el sensor i provocar lectures inexactes. Una altra consideració és el tipus d'interfície (digital o analògica), que determinarà els components associats, com el microcontrolador.
Precisió de grau clínic
Reunió de precisió de grau clínic, per ASTM E112 (mètodes de prova estàndard per determinar la mida mitjana del gra), comença amb el sensor adequat. Els sensors de temperatura digital MAX30208 màxima de MAXM308, per exemple, tenen una precisió de ± 0,1 ° C de + 30 ° C a + 50 ° C i ± 0,15 ° C precisió de 0 ° C a 70 ° C. (Maxim Integrated va ser adquirida per dispositius analògics a l'agost de 2021.) Els dispositius mesuren 2x2x0.75mm i es troben en un prim paquet de 10pin LGA (figura 1). L'ICS opera a partir d'una tensió de subministrament d'1,7 V-3.6V i consumeix menys de 67μA en funcionament i 0,5μA en espera.
És important que la temperatura pròpia del sensor no influeixi en la lectura de la mesura d'un dispositiu portàtil. La calor del sensor IC, que viatja des del PCB a través del paquet, condueix al sensor i pot afectar la precisió. En un sensor de temperatura IC, aquesta calor es realitza a través d'un pad tèrmic metàl·lic a la part inferior del paquet, cosa que comporta una calefacció parasitària. Això pot causar conducció tèrmica dins i fora d'altres pins, interferint amb les mesures de temperatura.
Hi ha diverses tècniques per a la calefacció paràsita. Es poden utilitzar traces primes per minimitzar la conductivitat tèrmica allunyada del sensor IC. Els dissenyadors poden mesurar la temperatura a la part superior del paquet, tan lluny com sigui possible des dels pins IC, en lloc d'utilitzar el coixinet tèrmic. Aquest és el cas dels sensors de temperatura digital MAX30208CLB + i altres màx.
Una altra opció és col·locar altres components electrònics tan lluny de l'element de detecció com sigui possible per minimitzar el seu impacte en la mesura de la temperatura.
Consideracions de disseny tèrmic
Per garantir l'aïllament tèrmic de les fonts de calor en dispositius portàtils, hi ha d'haver un bon camí tèrmic entre l'element de detecció de temperatura i la pell de l'usuari. La ubicació sota el paquet fa que sigui difícil per al PCB per a la ruta de pistes metàl·liques des del punt de contacte amb el cos.
El sistema ha de ser dissenyat de manera que el sensor sigui el més a prop possible de la temperatura objectiu a mesurar. Ús de sensors de Max30208, dissenys usats i pegats mèdics poden utilitzar PCB Flex o semi-rígid. Els sensors de temperatura digital MAX30208 es poden connectar directament a un microcontrolador mitjançant un cable pla flexible o cable de la impressora plana.
És imprescindible col·locar el sensor de temperatura IC al costat flexible del PCB, que redueix la resistència tèrmica entre la superfície de la pell i el sensor. Els dissenyadors també han de minimitzar el gruix de la Junta Flex per flexió eficient i millor contacte.
sensors de temperatura digitals són típicament lligats als microcontroladors a través d'una interfície en sèrie I2C. de Maxim MAX30208CLB +, per exemple, utilitza un 32-paraula primer a primer per crear un registre de configuració de l'sensor de temperatura que ofereix fins a 32 lectures de temperatura, comprenent cadascun dos bytes. Això permet un microcontrolador a dormir més temps encara a poder conservi (Figura 2). Els registres mapejats en memòria també permeten als sensors d'alta oferta i les alarmes de temperatura digital de baix llindar.
Un pin d'entrada / sortida de propòsit general es pot configurar per desencadenar una conversió de la temperatura i un altre configurat per generar una interrupció per bits d'estat seleccionables.
El calibratge de fàbrica
Molts sensors de temperatura digitals són calibrat de fàbrica, eliminant la necessitat de recalibración un cop a l'any, com és el cas de molts sensors de temperatura llegat. Això evita la necessitat de desenvolupar un programari per a linealitzar la sortida, així com simular i posar a punt el circuit. A més, s'elimina la necessitat de múltiples components de precisió i redueix a l'mínim el risc de desajustos d'impedància.
La família AS621x de sensors de temperatura d'AMS és calibrat en fàbrica i té linealització integrat (Figura 3). També compta amb vuit direccions I2C per controlar la temperatura a vuit punts calents potencials a través d'un únic bus. La interfície sèrie i diverses direccions I2C fan que la creació de prototips i el disseny de verificació més fàcil.
Versions precisió de ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C i ± 0,8 ° C estan disponibles. Per als sistemes de supervisió relacionades amb la salut, la precisió dins de ± 0,2 ° C és suficient (el AS6212-AWLT-L). Tots els dispositius AS621x tenen una resolució de 16 bits per detectar petites variacions en la temperatura per sobre de l'-40 ° C a + 125 ° C rang d'operació.
El AS621x mesura 1.5mm2 i ve en un paquet d'escala de xip de nivell d'hòstia. La tensió d'alimentació és 1.71v amb el consum 6μA durant el funcionament i 0.1μA en espera, fent que el AS6212-AWLT-L particularment adequats per a aplicacions que funcionen amb bateries.
sensors de temperatura sense contacte
Els termòmetres infrarojos realitzen mesuraments de temperatura sense contacte de la temperatura ambient i la temperatura d'un objecte.
Tals termòmetres detectar qualsevol energia per sobre de 0 Kelvin (zero absolut) emesa per un objecte al davant de l'dispositiu. El detector converteix l'energia en un senyal elèctric i l'hi passa a un processador per interpretar i visualitzar les dades després de la compensació de variacions provocades per la temperatura ambient.
Un exemple és el termòmetre d'infrarojos MLX90614ESF-BCH-000-TU de Melexis. Comprèn un xip de detector d'infrarojos termopila i un xip de condicionament de senyal integrat en un paquet TO-39 (Figura 4). També hi ha un amplificador de baix soroll, analògic de 17 bits a l'convertidor digital i processador de senyal digital de precisió i resolució.
Els termòmetres infrarojos es calibren en fàbrica per a un rang de temperatura de -40 ° C a 85 ° C (temperatura ambient) i -70 ° C a 382,2 ° C per a la temperatura objecte. exactitud estàndard és de 0,5 ° C a temperatura ambient.
El sensor es calibra en fàbrica amb una sortida SMBus digital i té una resolució de 0,02 ° C. Alternativament, els dissenyadors poden configurar l'ample de pols de modulació (PWM) de sortida de 10 bits digital amb una resolució de 0,14 ° C.
suport a el desenvolupament
Els sensors MAX30208 estan suportats pel sistema d'avaluació # MAX30208EVSYS, que inclou una PCB flexible per mantenir la temperatura MAX30208 sensor IC (Figura 5). La junta MAX32630FTHR microcontrolador i la placa d'interfície MAX30208 estan connectats a través de capçals. El maquinari d'avaluació es pot connectar a un PC mitjançant el cable USB subministrat. Llavors, el sistema s'instal·larà automàticament els controladors necessaris, a punt per al programari kit d'EV a ser descarregat.
Per al mesurament de la temperatura corporal en múltiples ubicacions, ICs de temperatura MAX30208 es poden connectar a través d'adreces I2C en una disposició de cadena de margarida a una sola bateria i amfitrió microcontrolador. Cada sensor de temperatura es sondeja pel microcontrolador regularment per crear un perfil tant de la temperatura de cos sencer local i.
Els desenvolupadors poden utilitzar la Junta Mikroe-1362 IRTHERMO Feu clic a Mikroelektronika per utilitzar-la amb el sensor d'infrarojos MLX90614.Això enllaça el mòdul de termòmetre d'infrarojos d'infrarojos MLX90614ESF-AAA a la placa de microcontrolador a través de la línia Mikrobus i2C o la línia PWM (Figura 6).
La taula 5V està calibrada de -40 ° C a 85 ° C Temperatura ambient i -70 ° C a + 380 ° C Objectiu de la temperatura.
