Dos catro tipos comúns de sensores de temperatura - termopares, dispositivos de temperatura de resistencia, termistores e sensor de temperatura ICS - Sensor de temperatura ICS son unha boa opción para os proxectos médicos e sanitarios baseados en contacto. Principalmente, non requiren linearización, ofrecen unha boa inmunidade de ruído e son relativamente fáciles de integrarse en dispositivos sanitarios portátiles e portátiles. Para a detección sen contacto, pódense usar termómetros de infravermellos.
Os parámetros clave son de tamaño, consumo de enerxía e sensibilidade térmica. O último é importante para a precisión de grao clínico porque incluso o poder transitorio (μW) pode quentar o sensor e causar lecturas inexactas. Outra consideración é o tipo de interface (dixital ou análogo), que determinará os compoñentes asociados, como o microcontrolador.
Precisión de grao clínico
Reunión de precisión de grao clínico, por ASTM E112 (métodos de proba estándar para determinar o tamaño medio de gran), comeza co sensor apropiado. Maxim Integrated's MAX30208 Sensores de temperatura dixital, por exemplo, característica ± 0,1 ° C de precisión de + 30 ° C a + 50 ° C e ± 0,15 ° C de precisión de 0 ° C a 70 ° C. (Maxim integrada foi adquirida por dispositivos analóxicos en agosto de 2021.) Os dispositivos miden 2x2x0.75mm e están nun paquete de 10pin LGA (Figura 1). O ICS opera desde unha tensión de subministración de 1.7V-3.6V e consumen menos de 67μA en funcionamento e 0,5μa en espera.
É importante que a temperatura propia do sensor non inflúe na lectura de medición dun dispositivo usable. A calor do Sensor IC, que viaxa desde o PCB a través do paquete, conduce ao sensor morrer e pode afectar a precisión. Nun sensor de temperatura IC, este calor realízase a través dunha almofada térmica metálica na parte inferior do paquete, obtendo calefacción parasitaria. Isto pode causar condución térmica dentro e fóra doutros pinos, interferindo con medidas de temperatura.
Hai unha serie de técnicas para contrarrestar a calefacción parasitaria. As pegadas finas pódense usar para minimizar a condutividade térmica lonxe do sensor IC. Os deseñadores poden medir a temperatura na parte superior do paquete, o máis lonxe posible desde os pinos IC, en lugar de usar a almofada térmica. Este é o caso dos MAX30208CLB + e outros sensores de temperatura dixital MAX30208.
Outra opción é poñer outros compoñentes electrónicos a distancia do elemento de detección posible para minimizar o seu impacto sobre a medición da temperatura.
Consideracións de deseño térmico
Para garantir o illamento térmico a partir de fontes de calor en dispositivos usables debe haber un bo camiño térmico entre o elemento de detección de temperatura e a pel do usuario. A ubicación debaixo do paquete fai que o PCB dirixa as pistas metálicas desde o punto de contacto co corpo.
O sistema debe ser deseñado para que o sensor sexa o máis próximo posible á temperatura obxectivo a medir. Usar sensores MAX30208, deseños usables e parches médicos poden usar PCB flex ou semi-ríxida. Os sensores de temperatura dixital MAX30208 poden conectarse directamente a un microcontrolador usando un cable plano flexible ou un cable de impresora plana.
É fundamental colocar o sensor de temperatura IC no lado flexible do PCB, que reduce a resistencia térmica entre a superficie da pel eo sensor. Os deseñadores tamén deben minimizar o espesor da tarxeta Flex para flexión eficiente e un mellor contacto.
sensores de temperatura dixital son tipicamente ligada a microcontroladores a través dunha interface de serie I2C. de Maxim MAX30208CLB +, por exemplo, utiliza unha palabra de 32-First In First Out para crear un rexistro de configuración do sensor de temperatura que ofreza ata 32 lecturas de temperatura, cada unha comprendendo dous bytes. Isto permite a un microcontrolador sono durante longos períodos para poder conservar (Figura 2). Os registradores de memoria mapeada tamén permiten que os sensores a oferta de baixo limiar alarmas de temperatura dixital de alta e.
Un pino de entrada / saída con fins xerais pode ser configurado para desencadear unha conversión de temperatura e outro configurado para xerar unha interrupción para os bits de estado seleccionables.
calibración de fábrica
Moitos sensores de temperatura dixital son calibrados de fábrica, eliminando a necesidade de recalibração unha vez ao ano, como é o caso de moitos sensores de temperatura legado. Isto ignora a necesidade de desenvolver software para linearizar saída, así como simular e afinar o circuíto. Ademais, elimina a necesidade de múltiples compoñentes de precisión e minimiza o risco de incompatibilidades de impedancia.
A familia AS621x de sensores de temperatura desde AMS é calibrado de fábrica e linearização integrada (Figura 3). Tamén ten oito enderezos I2C para monitores de temperatura en oito posibles puntos quentes a través dun único autobús. A interface serial e varios enderezos I2C facer prototipos e proxectar comprobación máis fácil.
Versións unha precisión de ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C e ± 0,8 ° C están dispoñibles. De sistemas de control relacionados coa saúde, a precisión dentro ± 0,2 ° C é suficiente (o AS6212-AWLT-G). Todos os dispositivos teñen AS621x resolución de 16 bits para detectar pequenas variacións de temperatura ao longo do -40 ° C a + 125 ° C gama de funcionamento.
O AS621x mide 1,5mm2 e ven en un paquete de escala de chip nivel de wafer. A tensión de alimentación é 1.71V con consumo 6μA durante a operación en modo de espera e 0.1μA, facendo o AS6212-AWLT-G particularmente adecuado para aplicacións alimentadas por baterías.
sensores de temperatura sin contacto
termómetros de infravermellos realizar medicións de temperatura sin contacto de temperatura ambiente ea temperatura dun obxecto.
Tales termómetros detectar calquera enerxía enriba de 0 Kelvin (cero absoluto) emitida por un obxecto diante do dispositivo. O detector converte a enerxía nun sinal eléctrico e transmítese a para un procesador interpretar e mostrar os datos tras a compensación para as variacións causadas pola temperatura ambiente.
Un exemplo é o termómetro de infravermellos MLX90614ESF-BCH-000-TU de Melexis. El comprende un chip detector de termopilha de infravermellos e un chip de condicionamentos de sinal integrado para un paquete de TO-39 (Figura 4). Hai tamén un amplificador de baixo ruído, 17 bits conversor analóxico-dixital e procesador de sinal dixital de precisión e resolución.
Os termómetros de infravermellos son calibrados na fábrica para un rango de temperatura de -40 ° C a 85 ° C (ambiente) ea -70 ° C a 382,2 ° C a temperatura do obxecto. precisión estándar é de 0,5 ° C a temperatura ambiente.
O sensor é calibrado na fábrica cunha saída SMBus dixital e ten unha resolución de 0,02 º C. Alternativamente, os deseñadores poden configurar o ancho de modulación de impulsos (PWM) de 10 bits da saída dixital cunha resolución de 0,14 º C.
apoio ao desenvolvemento
Os sensores MAX30208 son soportados polo sistema de avaliación # MAX30208EVSYS, que inclúe un PCB flexel para manter a temperatura MAX30208 CI sensor (Figura 5). A tarxeta MAX32630FTHR microcontrolador ea tarxeta de interface MAX30208 están ligados a través de conectores. O hardware de avaliación pode ser conectado a un PC usando o cable USB fornecido. O sistema instalará automaticamente os controladores de dispositivo necesarios listo para o software Kit EV para ser descargado.
Para medir a temperatura do corpo en varios lugares, Circuitos integrados temperatura MAX30208 pode ser conectado a través de enderezos I2C en un arranxo de cadea margarida a unha única batería e auxiliares microcontrolador. Cada sensor de temperatura é monitor polo microcontrolador regularmente para crear un perfil de ambos temperatura de corpo enteiro local e.
Os desenvolvedores poden usar a bordo de Mikroe-1362 Irmohermo de Mikroelektronika para usar co sensor infravermello MLX90614.Isto enlaza o módulo de termómetro de infravermônetro único MLX90614ESF-AAA á placa de microcontrolador a través da liña Mikrobus I2C ou a liña PWM (Figura 6).
A tarxeta 5V está calibrada para -40 ° C a temperatura ambiente de 85 ° C e -70 ° C a + 380 ° C varía de temperatura de obxecto.
