Zo štyroch bežných typov teplôt snímačov - termočlánky, zariadenia na teplotné teploty, termistory a teplotný snímač ICS - teplotný snímač ICS sú dobrou voľbou pre kontaktné lekárske a zdravotnícke návrhy. V zásade nevyžadujú linearizáciu, ponúkajú dobrú šumovú imunitu a sú relatívne ľahko sa integrovať do prenosných a nositeľných zdravotníckych zariadení. Pre bezkontaktné snímanie môžu byť použité infračervené teplomery.
Kľúčové parametre sú veľkosť, spotreba energie a tepelná citlivosť. Posledný je dôležitý pre presnosť klinickej triedy, pretože aj prechodný výkon (μW) môže ohrievať snímač a spôsobiť nepresné čítanie. Ďalšou úvahou je typ rozhrania (digitálny alebo analógový), ktorý určí súvisiace komponenty, ako je mikrokontrolér.
Presnosť klinickej triedy
Stretnutie s presnosťou klinickej triedy na ASTM E112 (štandardné skúšobné metódy na určenie priemernej veľkosti zrna), začína s príslušným senzorom. MAXIM INTEGROVANÝCH INTEGRÁTNOSTI MAX30208 DIGITÁLNE SENTORY TEPLOTNOSTI, napríklad funkcia ± 0,1 ° C presnosť od + 30 ° C do + 50 ° C a ± 0,15 ° C presnosť od 0 ° C do 70 ° C. (Maxim Integrovaný bol získaný analógovými zariadeniami v auguste 2021.) Zariadenia merajú 2x2x0.75mm a sú v tenkom 10pin LGA balíku (obrázok 1). ICS pracujú z napájacieho napätia 1,7V-3,6V a konzumujú menej ako 67μA v prevádzke a 0,5μA v pohotovostnom režime.
Je dôležité, aby vlastná teplota snímača neovplyvnila odčítanie merania nosného zariadenia. Teplo IC senzora, ktoré cestuje z PCB cez balenie, vedie k zomrieť snímač a môže ovplyvniť presnosť. Pri teplotnom snímači IC sa toto teplo uskutočňuje cez kovovú tepelnú podložku na spodnej strane obalu, čo vedie k parazitickému zahrievaniu. To môže spôsobiť tepelné vedenie v iných čapoch, zasahovanie do meraní teploty.
Existuje množstvo techník na boj proti parazitickému vykurovaniu. Tenké stopy môžu byť použité na minimalizáciu tepelnej vodivosti od senzora IC. Dizajnéri môžu merať teplotu v hornej časti obalu, čo najďalej od iC pinov, a nie použitie tepelnej podložky. To je prípad max30208clb + a iných digitálnych teplôt Max302088.
Ďalšou možnosťou je umiestniť iné elektronické komponenty tak ďaleko od snímacieho prvku, ktorým je možné minimalizovať ich vplyv na meranie teploty.
Úvahy o tepelnom dizajne
Aby sa zabezpečila tepelná izolácia z zdrojov tepla v nosných zariadeniach, musí existovať dobrá tepelná dráha medzi prvkom snímania teploty a kožou užívateľa. Umiestnenie pod obalom umožňuje náročné pre PCB na ceste k kovovým stopám z bodu kontaktu s telom.
Systém by mal byť navrhnutý tak, aby bol senzor čo najbližšie k cieľovej teplote, ktorá sa má merať. Použitie senzorov MAX30208, nositeľné návrhy a lekárske záplaty môžu používať Flex alebo polo-tuhé PCB. Snímače digitálnych teplôt MAX30208 môžu byť pripojené priamo k mikrokontroléru pomocou plochého flexibilného kábla alebo kábla pre tlač.
Je nevyhnutné umiestniť teplotný snímač IC na flexibilné strane PCB, čo znižuje tepelný odpor medzi povrchom kože a snímačom. Dizajnéri by tiež mali minimalizovať hrúbku flexibilnej dosky pre efektívne ohýbanie a lepší kontakt.
Digitálne teplotné snímače sú typicky spojené s mikrokontrolétormi pomocou sériového rozhrania I2C. MAXIM'S MAX30208CLB +, napríklad, používa najprv 32-slovo, aby sa vytvorilo register nastavenia teploty, ktorý ponúka až 32 hodnôt teploty, z ktorých každá obsahuje dva bajty. To umožňuje, aby mikrokontrolér spať na dlhšie obdobia, aby sa zachovala energia (obrázok 2). Registre mamy-mapované tiež umožňujú snímače ponúknuť vysoké a nízke prahové alarmy digitálnej teploty.
VŠEOBECNÝ ÚČELNÝ INPUTNÍK / OUTVENÝ PIN je možné konfigurovať na spustenie konverzie teploty a druhá nakonfigurovaná tak, aby vytvorila prerušenie pre selektovateľné stavové bity.
Kalibrácia továrne
Mnohé digitálne teplotné senzory sú kalibrované z výroby, eliminuje potrebu rekalibrácie raz ročne, ako je to v prípade mnohých snímačov teploty. Týmto sa obchádza potreba rozvíjať softvér na linearise výstup, ako aj simulovať a doladenie okruhu. Okrem toho eliminuje potrebu viacerých presných komponentov a minimalizuje riziko nesúladu impedancie.
Rodina teplotných snímačov AS621x z AMS je kalibrovaná továreň a má integrovanú linearizáciu (obrázok 3). Má tiež osem adries I2C pre monitorovanie teploty v ôsmich potenciálnych horúcich miestach cez jeden autobus. Sériové rozhranie a viacnásobné adresy I2C uľahčujú overovanie prototypov a dizajnu.
K dispozícii sú presné verzie na ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C a ± 0,8 ° C. Pre monitorovacie systémy súvisiace so zdravím je dostatočná presnosť ± 0,2 ° C (AS6212-AWLT-L). Všetky zariadenia AS621X majú rozlíšenie 16bit na detekciu malých variácií pri teplote cez -40 ° C až + 125 ° C.
Opatrenia AS621X 1.5mm2 a dodáva sa v balíku škálovej škálovej škály. Napájacie napätie je 1,71V so 6μA spotreba počas prevádzky a 0,1μA v pohotovostnom režime, takže AS6212-AWLT-L zvlášť vhodné pre aplikácie napájané na batériu.
Bezkontaktné teplotné snímače
Infračervené teplomery vykonávajú meranie teploty bez kontaktného prostredia okolitej teploty a teploty objektu.
Takéto teplomery detekujú akúkoľvek energiu nad 0 Kelvin (absolútna nula) emitovaná objektom pred zariadením. Detektor konvertuje energiu do elektrického signálu a prenesie ho do procesora na interpretáciu a zobrazovanie údajov po kompenzácii variácií spôsobených okolitou teplotou.
Príkladom je MLX906144SF-BCH-000-TU infračervený teplomer od spoločnosti Melexis. Obsahuje infračervený termopilný detektorový čip a signálny kondicionujúci čip integrovaný do balenia AO-39 (obrázok 4). K dispozícii je tiež nízky hlukový zosilňovač, 17-bitový analógový pre digitálny konvertor a procesor digitálneho signálu pre presnosť a rozlíšenie.
Infračervené teplomery sú kalibrované pre teplotný rozsah -40 ° C až 85 ° C (okolitý) a -70 ° C až 382,2 ° C pre teplotu objektu. Štandardná presnosť je 0,5 ° C pri teplote miestnosti.
Senzor je kalibrovaný s digitálnym výkonom SMBUS a má rozlíšenie 0,02 ° C. Alternatívne môžu dizajnéri nakonfigurovať digitálny výstup modulácie šírky 10bitov s rozlíšením 0,14 ° C.
Podpora vývoja
Snímače MAX30208 sú podporované systémom hodnotenia MAX30208EVSYSY, ktorý obsahuje FLEX PCB na držanie snímača teploty MAX30208 (obrázok 5). Mikrokontrolér MAX32630FTHR a doska rozhrania MAX30208 sú pripojené cez hlavičky. Hodnotenie hardvéru môže byť pripojený k počítaču pomocou poskytovaného kábla USB. Systém potom automaticky nainštaluje potrebné ovládače zariadenia pripravené na stiahnutie softvéru EV KIT.
Na meranie telesnej teploty na viacerých miestach, MAX30208 teplota ICS môže byť pripojená cez I2C adresy v usporiadaní daisy-reťazca do jednej batérie a hostiteľského mikrokontroléra. Každý teplotný snímač je, že mikrokontrolér sa pravidelne píše na vytvorenie profilu lokálnej aj celosvetovej teploty.
Vývojári môžu používať Mikroe-1362 Irthermo Close Close Close z Mikroelektronika pre použitie s infračerveným senzorom MLX90614.Týmto odkazom MLX90614SF-AAA s jednou zónou infračerveným teplomerom modulu Microcontroller dosky buď buď riadok Mikrobus I2C alebo PWM Line (obrázok 6).
5V doska je kalibrovaná na -40 ° C až 85 ° C teploty okolia a teplota -70 ° C až + 380 ° C Teplotné rozsahy.
