Av de fyra vanliga typerna av temperatursensorer - termoelement, motståndstemperaturer, termistorer och temperaturgivare ICS - Temperatursensor ICS är ett bra alternativ för kontaktbaserade medicinska och vårddesigner. Principiellt kräver de inte linearisering, de erbjuder bra bullerimmunitet och är relativt lätta att integrera i bärbara och bärbara vårdapparater. För kontaktlös avkänning kan infraröda termometrar användas.
Viktiga parametrar är storlek, strömförbrukning och värmekänslighet. Den sista är viktig för noggrannhet med klinisk kvalitet, eftersom även övergående kraft (μW) kan värma sensorn och orsaka felaktiga avläsningar. En annan övervägning är typ av gränssnitt (digital eller analog), som bestämmer tillhörande komponenter, såsom mikrokontroller.
Klinisk kvalitetsnoggrannhet
Möte klinisk kvalitetsnoggrannhet, Per ASTM E112 (Standard testmetoder för bestämning av genomsnittlig kornstorlek), startar med lämplig sensor. Maxim integrerade max30208 digitala temperatursensorer, till exempel, är ± 0,1 ° C noggrannhet från + 30 ° C till + 50 ° C och ± 0,15 ° C noggrannhet från 0 ° C till 70 ° C. (Maxim integrerad förvärvades av analoga enheter i augusti 2021.) Anordningarna mäter 2x2x0.75mm och är i ett tunt 10pin LGA-paket (Figur 1). ICS arbetar från en matningsspänning på 1,7V-3,6V och förbrukar mindre än 67 | jA i drift och 0,5 | jA i vänteläge.
Det är viktigt att sensorns egen temperatur inte påverkar mätavläsningen av en bärbar enhet. Sensor IC: s värme, som reser från PCB via förpackningen, leder till sensorns dö och kan påverka noggrannheten. I en temperatursensor IC utförs denna värme genom en metallvärmekudde på undersidan av förpackningen, vilket resulterar i parasitisk uppvärmning. Detta kan orsaka termisk ledning in och ut ur andra stift, störa temperaturmätningar.
Det finns ett antal tekniker för att motverka parasitär uppvärmning. Tunna spår kan användas för att minimera termisk ledningsförmåga bort från sensorn IC. Designers kan mäta temperaturen på toppen av förpackningen, så långt bort som möjligt från IC-pinnarna, istället för att använda termiska kudden. Detta är fallet för max30208CLB + och andra Max30208 digitala temperatursensorer.
Ett annat alternativ är att placera andra elektroniska komponenter så långt bort från det avkänningselement som möjligt för att minimera deras påverkan på temperaturmätningen.
Termiska design överväganden
För att säkerställa termisk isolering från värmekällor i bärbara anordningar måste det finnas en bra termisk väg mellan temperaturavkänningselementet och användarens hud. Platsen under paketet gör det utmanande för PCB att ruttas metallspår från kontaktpunkten med kroppen.
Systemet ska utformas så att sensorn är så nära som möjligt till måltemperaturen som ska mätas. Med hjälp av max30208-sensorer kan bärbara mönster och medicinska fläckar använda flex eller halvstyva PCB. De maximala temperatursensorerna MAX30208 kan anslutas direkt till en mikrokontroller med en platt flexibel kabel eller en platt skrivarkabel.
Det är viktigt att placera temperatursensorn IC på flexsidan av PCB, vilket minskar värmebeständigheten mellan hudens yta och sensorn. Designers bör också minimera tjockleken på flexkortet för effektiv böjning och bättre kontakt.
Digitala temperatursensorer är typiskt kopplade till mikrokontroller via ett I2C-seriellt gränssnitt. Maxims max30208CLB + använder till exempel ett 32-ord först för att skapa ett temperatursensorinställningsregister som erbjuder upp till 32 temperaturavläsningar, vilka var och en innefattar två byte. Detta gör det möjligt för en mikrokontroller att sova i längre perioder för att spara ström (Figur 2). De minne-mappade registren tillåter också sensorer att erbjuda digitala temperaturer med hög och lågt tröskelvärde.
En insats / utgångsstift för allmän ändamål kan konfigureras för att utlösa en temperaturomvandling och en annan konfigurerad för att generera ett avbrott för selekterbara statusbitar.
Fabrikskalibrering
Många digitala temperatursensorer är fabrikskalibrerade, vilket eliminerar behovet av omkalibrering en gång om året, vilket är fallet för många äldre temperatursensorer. Detta förbinder behovet av att utveckla programvara för att linearisera utmatningen, liksom simulera och finjustera kretsen. Dessutom eliminerar det behovet av flera precisionskomponenter och minimerar risken för impedansmatchningar.
AS621X-familjen av temperatursensorer från AMS är fabrikskalibrerad och har integrerad linearisering (Figur 3). Det har också åtta I2C-adresser för temperaturövervakning vid åtta potentiella heta fläckar via en enda buss. Seriengränssnittet och flera I2C-adresser gör prototypning och designverifiering enklare.
Versioner som är korrekta till ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C och ± 0,8 ° C är tillgängliga. För hälsorelaterade övervakningssystem är noggrannheten inom ± 0,2 ° C tillräcklig (AS6212-AWLT-L). Alla AS621X-enheter har 16bit-upplösning för att detektera små variationer i temperaturen över driftsområdet -40 ° C till + 125 ° C.
AS621X mäter 1,5 mm2 och kommer i ett skala för wafer nivå. Matningsspänning är 1,71V med 6μA-konsumtion under drift och 0,1μA i vänteläge, vilket gör AS6212-AWLT-L speciellt lämpad för batteridrivna applikationer.
Kontaktlös temperatursensorer
Infraröda termometrar utför icke-kontakt temperaturmätningar av omgivningstemperatur och temperaturen på ett objekt.
Sådana termometrar detekterar någon energi över 0 Kelvin (absolut noll) som emitteras av ett föremål framför anordningen. Detektorn omvandlar energin till en elektrisk signal och passerar den till en processor för att tolka och visa data efter kompensering för variationer som orsakas av omgivningstemperatur.
Ett exempel är MLX90614ESF-BCH-000-TU infraröd termometer från Melexis. Den innefattar ett infraröd termopildetektorchip och ett signalkonditioneringschip integrerat i ett till -39-paket (Figur 4). Det finns också en låg ljudförstärkare, 17-bitars analog till digitalomvandlare och digital signalprocessor för noggrannhet och upplösning.
De infraröda termometrarna är fabrikskalibrerade för ett temperaturintervall på -40 ° C till 85 ° C (omgivande) och -70 ° C till 382,2 ° C för objekttemperatur. Standardnoggrannhet är 0,5 ° C vid rumstemperatur.
Sensorn är fabrikskalibrerad med en digital smbus-utgång och har en upplösning på 0,02 ° C. Alternativt kan designers konfigurera 10bit-pulsbreddsmodulering (PWM) digital utgång med en upplösning på 0,14 ° C.
Utvecklingsstöd
MAX30208-sensorerna stöds av MAX30208Evsys # utvärderingssystem, som innehåller en Flex PCB för att hålla MAX30208-temperatursensorn IC (Figur 5). MAX32630FTHTR-mikrokontrollerskortet och MAX30208-gränssnittskortet är anslutna via rubriker. Utvärderingsutrustning kan anslutas till en dator med den medföljande USB-kabeln. Systemet installerar sedan automatiskt de färdiga drivrutinerna som är redo för EV-kit-programvaran som ska laddas ned.
För mätning av kroppstemperatur på flera ställen kan MAX30208-temperatur ICS anslutas via I2C-adresser i ett DAISY-kedjeanordning till ett enda batteri och värdmikrokontroller. Varje temperatursensor pollas av mikrokontrollern regelbundet för att skapa en profil av både lokal och helkroppstemperatur.
Utvecklare kan använda Mikroe-1362 Irthermo-klickbrädet från Mikroelektronika för användning med MLX90614 infraröd sensor.Detta länkar MLX90614ESF-AAA en-zon-infraröd termometermodul till mikrokontrollerskortet via antingen Mikrobus I2C-linjen eller PWM-linjen (Figur 6).
5V-kortet är kalibrerat för -40 ° C till 85 ° C omgivningstemperatur och -70 ° C till + 380 ° C Objekttemperaturområden.
