Parmi les quatre types courants de capteurs de température - Thermocouples, dispositifs de température de résistance, thermistances et capteur de température ICS - Capteur de température Les ICS sont une bonne option pour les conceptions médicales et de santé à base de contacts. Principalement, ils ne nécessitent pas de linéarisation, ils offrent une bonne immunité de bruit et sont relativement faciles à intégrer à des dispositifs de santé portables et portables. Pour détection sans contact, les thermomètres infrarouges peuvent être utilisés.
Les paramètres clés sont la taille, la consommation d'énergie et la sensibilité thermique. Le dernier est important pour la précision de la note clinique car la puissance même transitoire (μW) peut chauffer le capteur et causer des lectures inexactes. Une autre considération est le type d'interface (numérique ou analogue), qui déterminera les composants associés, tels que le microcontrôleur.
Précision clinique de qualité
Réunion de la précision de la classe clinique, conformément à l'ASTM E112 (méthodes de test standard pour déterminer la taille moyenne des grains), commence par le capteur approprié. Les capteurs numériques numériques maximum de Max30208 de MaxIM, par exemple, une précision de ± 0,1 ° C de + 30 ° C à + 50 ° C et de ± 0,15 ° C de 0 ° C à 70 ° C. (Maxim intégré a été acquise par des dispositifs analogiques en août 2021.) Les appareils mesurent 2x2x0.75mm et sont dans un emballage LGA mince 10pin (Figure 1). Les ICS opèrent d'une tension d'alimentation de 1,7 V-3.6V et consomment moins de 67μA en fonctionnement et 0,5 μA en veille.
Il est important que la propre température du capteur n'influence pas la lecture de mesure d'un dispositif portable. La chaleur du capteur de l'IC, qui se déplace de la carte PCB à travers l'emballage, conduit au morceau de capteur et peut affecter la précision. Dans un capteur de température IC, cette chaleur est effectuée à travers un tampon thermique en métal sur la face inférieure de l'emballage, ce qui entraîne un chauffage parasite. Cela peut causer une conduction thermique dans et hors d'autres broches, interférant avec des mesures de température.
Il existe un certain nombre de techniques pour contrer le chauffage parasitaire. Des traces minces peuvent être utilisées pour minimiser la conductivité thermique de l'IC du capteur. Les concepteurs peuvent mesurer la température en haut de l'emballage, aussi loin que possible des broches IC, plutôt que d'utiliser le tampon thermique. Ceci est le cas pour les capteurs de température numérique MAX30208CLB + et d'autres capteurs numériques maximum30208.
Une autre option consiste à placer d'autres composants électroniques aussi loin de l'élément de détection que possible pour minimiser leur impact sur la mesure de la température.
Considérations de conception thermique
Pour assurer l'isolement thermique des sources de chaleur dans des dispositifs portables, il doit y avoir un bon chemin thermique entre l'élément de détection de température et la peau de l'utilisateur. L'emplacement sous l'emballage est difficile pour le PCB de parcourir des pistes métalliques du point de contact avec le corps.
Le système doit être conçu de manière à ce que le capteur soit aussi proche que possible de la température cible à mesurer. L'utilisation de capteurs MAX30208, des conceptions portables et des patchs médicaux peuvent utiliser des PCB flexibles ou semi-rigides. Les capteurs de température numérique MAX30208 peuvent être connectés directement à un microcontrôleur à l'aide d'un câble plat flexible ou d'un câble d'imprimante plate.
Il est essentiel de placer le capteur de température IC sur le côté flexible du circuit imprimé, ce qui réduit la résistance thermique entre la surface de la peau et le capteur. Les concepteurs devraient également minimiser l'épaisseur de la carte Flex pour une flexion efficace et un meilleur contact.
Les capteurs de température numériques sont généralement liés aux microcontrôleurs via une interface série I2C. MAXIM'S MAX30208CLB +, par exemple, utilise d'abord un mot de 32 mots en premier pour créer un enregistrement de configuration de capteur de température offrant jusqu'à 32 lectures de température, chacune comprenant deux octets. Cela permet à un microcontrôleur de dormir pendant de longues périodes pour conserver la puissance (Figure 2). Les registres mappés de mémoire permettent également aux capteurs d'offrir des alarmes de température numériques de seuil élevé et basse.
Une broche d'entrée / sortie à usage général peut être configurée pour déclencher une conversion de température et une autre configurée pour générer une interruption pour les bits d'état sélectionnables.
Calibrage d'usine
De nombreux capteurs de température numériques sont calibrés d'usine, éliminant ainsi la nécessité de recalibrer une fois par an, comme c'est le cas pour de nombreux capteurs de température héritées. Cela contourne la nécessité de développer des logiciels pour linéariser la sortie, ainsi que simuler et affiner le circuit. De plus, il élimine le besoin de composants de précision multiples et minimise le risque d'inadéquation d'impédance.
La famille de capteurs de température as621x d'AMS est étalonnée en usine et a une linéarisation intégrée (Figure 3). Il possède également huit adresses I2C pour la surveillance de la température à huit points chauds potentiels via un seul bus. L'interface série et les adresses I2C multiples facilitent la vérification du prototypage et de la conception.
Les versions précises à ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C et ± 0,8 ° C sont disponibles. Pour les systèmes de surveillance liés à la santé, la précision de ± 0,2 ° C est suffisante (l'AS6212-AWLT-L). Tous les appareils AS621X ont une résolution de 16 bits pour détecter de petites variations de température sur la plage de fonctionnement -40 ° C à + 125 ° C.
L'AS621X mesure 1,5 mm2 et se trouve dans un package à balance de puce de niveau de tranche. La tension d'alimentation est de 1,71 V avec une consommation de 6μA pendant le fonctionnement et de 0,1μA en veille, ce qui rend l'AS6212-AWLT-L particulièrement adapté aux applications propulsées par batterie.
Capteurs de température sans contact
Les thermomètres infrarouges effectuent des mesures de température sans contact de la température ambiante et de la température d'un objet.
De tels thermomètres détectent toute énergie supérieure à 0 Kelvin (zéro absolu) émis par un objet devant le dispositif. Le détecteur convertit l'énergie en un signal électrique et le transmet à un processeur pour interpréter et afficher les données après compensation des variations causées par la température ambiante.
Un exemple est le thermomètre infrarouge de MLX90614ESF-BCH-000-TU de Melexis. Il comprend une puce de détecteur de thermopile infrarouge et une puce de conditionnement de signal intégrée dans un emballage à 39 (Figure 4). Il existe également un amplificateur à faible bruit, un analogue 17 bits au convertisseur numérique et le processeur de signal numérique pour la précision et la résolution.
Les thermomètres infrarouges sont calibrés d'usine pour une plage de température de -40 ° C à 85 ° C (ambiante) et -70 ° C à 382,2 ° C pour la température de l'objet. La précision standard est de 0,5 ° C à la température ambiante.
Le capteur est calibré en usine avec une sortie de SMBUS numérique et a une résolution de 0,02 ° C. Alternativement, les concepteurs peuvent configurer la sortie numérique de la largeur de la largeur de 10 bits d'impulsion avec une résolution de 0,14 ° C.
Soutien au développement
Les capteurs MAX30208 sont supportés par le système d'évaluation MAX30208EVSYSYSYS, qui comprend un PCB Flex pour maintenir le capteur de température MAX30208 (Figure 5). La carte de microcontrôleur Max32630fthe et la carte d'interface MAX30208 sont connectées via des en-têtes. Le matériel d'évaluation peut être connecté à un PC à l'aide du câble USB fourni. Le système installera ensuite automatiquement les pilotes de périphérique nécessaires prêts pour le logiciel EV Kit à télécharger.
Pour mesurer la température corporelle à plusieurs endroits, la température de la température MAX30208 peut être connectée via des adresses I2C dans une agencement de chaîne de marguerite à une seule batterie et microcontrôleur hôte. Chaque capteur de température est interrogé par le microcontrôleur régulièrement pour créer un profil de température locale et globale.
Les développeurs peuvent utiliser la carte Mikroe-1362 Irthhermo Cliquez sur Mikroelektronika pour une utilisation avec le capteur infrarouge MLX90614.Ceci relie le module de thermomètre infrarouge de la zone à une zone MLX90614ESF-AAA à la carte microcontrôleur via la ligne Mikrobus I2C ou la ligne PWM (Figure 6).
La carte 5V est calibrée pendant -40 ° C à 85 ° C Température ambiante et -70 ° C à + 380 ° C Plages de température de l'objet.
