干式炉法测试DS18B20数字温度传感器示值误差测量结果的不确定度分析

　　通过对国内某大型家电企业的冰箱厂商检房进行实地调研，我们发现商检房测试线上的温度传感器有从传统的贵金属温度传感器向新型材料温度传感器过渡的趋势，例如 DS18B20 新型数字温度传感器的应用。但是，考虑到此种新型数字温度传感器的特性，用传统的测试方法测试其示值误差已不适用，急需一种新型的测试方法用于此种传感器的定期测试与期间核查以判断其准确性。本文将通过对干式炉法测试DS18B20 数字温度传感器示值误差测量结果的不确定度分析，并与标定的目标不确定度进行比较，确定此种测试方法在工业现场应用的科学性、经济性和可行性。

　　1 测量任务及目标不确定度

　　( 1) 测量任务

　　作业指导书确认的技术要求、测量原理、测量条件、测量方法和测量程序，标定 DS18B20 数字温度传感器示值误差。

　　( 2) 测量任务目标不确定度 UT

　　根据 JJF 1094—2002 《测量仪器特性评定技术规范》中5. 3. 1. 4 的规定，干式炉测试 DS18B20 数字温度传感器示值误差的扩展不确定度 U ( k =2) 与其最大允许误差的绝对值 MPEV 之比应小于或等于 1∶3，即

　　由式 ( 1) 可以得到与作业指导书技术要求相对应的目标不确定度 UT。

　　2 测量方法和测量条件

　　( 1) 测量方法

　　采用接触式直接测量法，现场实际使用测温范围为 ( -10 ～10) ℃，所以在其使用测量范围内均匀选取 5 点进行测量，每 1 点重复测量 6 次。

　　测试时，先将 FLUKE 9142 干式炉温度设定到- 10℃ ，并将数字温度传感器插入干式炉槽内，等温度显示降至 - 10℃ 后再等 10min 温度稳定后进行读数，以此方法再对 - 5℃、0℃、5℃、10℃ 温度点进行标定，标定完后再重复以上方法标定 5 次，记录整理原始记录。

　　( 2) 测量条件

　　FLUKE 9142 干式炉经校准符合相关技术指标要求并在规定有效期内，环境温度 25℃符合测量要求。

　　3 数学模型

　　由测量原理得到数学模型如下:

　　e = Ti- ( Tp+ e1+ e2+ e3)

　　式中: Ti为 DS18B20 数字温度传感器的读数值;( Tp+ e1+ e2+ e3) 为数字温度传感器所在干式炉位置

　　的实际值; Tp为干式炉显示温度值; e1为对干式炉显示偏差所作的修正; e2为对干式炉均匀度所作的修正; e3为对干式炉波动度所作的修正。

　　4 计算标准不确定度分量

　　( 1) 重复性条件下多次测量结果的算术平均值的标准不确定度 u1

　　在 -10℃点重复测量 6 次，由贝塞尔公式计算单次测量的标准偏差得: s =0. 098℃;