轉(zhuǎn)動極板懸空設(shè)計的數(shù)字電容角位移傳感器及其溫度特性測試

4.4 實驗結(jié)果

(1)傳感器多點角度測試的數(shù)據(jù)分析

表3為第一組實驗，即三臺傳感器樣機進行多點角度測試實驗的分析結(jié)果，可見三臺樣機的最大峰峰值溫漂分別為0.085%/10℃、0.08%/10℃、0.061%/10℃;最大穩(wěn)態(tài)值溫漂分別為0.070%/10℃、0.029%/10℃、0.061%/10℃;標準不確定度分別為0.08%、0.09%、0.09%。

表3 傳感器樣機多點角度測試的溫度特性分析

(2)傳感器單點重復(fù)性實驗數(shù)據(jù)分析

表4為第二組實驗，即三臺傳感器樣機進行重復(fù)性實驗的分析結(jié)果，1#、2#、3#傳感器測試的角度點分別為110°、140°、80°，該組實驗中3臺傳感器的最大峰峰值溫漂分別為0.052%/10℃、0.076%/10℃、0.063%/10℃;最大穩(wěn)態(tài)值溫漂分別為0.031%/10℃、0.046%/10℃、0.058%/10℃，標準不確定度分別為0.07%、0.06%、0.08%。

(3)傳感器寬溫實驗數(shù)據(jù)分析

表5是三臺傳感器樣機進行更寬溫度實驗的分析結(jié)果，測試角度均為110。，實驗進行了三次，該組實驗中傳感器的最大峰峰值溫漂分別為0.124%/10℃、0.157%/10℃、0.18%/10℃，最大穩(wěn)態(tài)值溫漂分別為0.087%/10℃、0.126%/10℃、0.093%/10℃，其標準不確定度最大值分別為0.06%、0.08%、0.1%。

表4 傳感器樣機單點重復(fù)性實驗的溫度特性分析

(4)傳感器溫度特性曲線

以1#傳感器樣機為例，樣機輸出隨溫度變化的動態(tài)特性曲線如圖5所示，實驗箱溫度從-15℃到+65℃的上升過程約800秒，平均升溫速度為6℃/min，該樣機的角度輸出值從最初的110.09°逐漸上升，角度變化速度先慢(前300 s)后快，并在溫度到達+65℃時達到最大值110.45°(對應(yīng)圖中約800 s處);此后，實驗箱溫度保持在+65℃不變時，樣機輸出值又逐漸下降，再經(jīng)大約800秒后穩(wěn)定于110.25°，由圖可知，角度輸出的最小值在高溫或低溫的穩(wěn)定點獲得，傳感器的峰峰溫漂值為0.027%/10℃，穩(wěn)態(tài)溫漂值為0.009%/10℃，角度值的標準不確定度為0.07%。

圖5 傳感器溫度實驗動態(tài)特性曲線

同理，在-30～+80℃的寬溫場實驗中，傳感器的角度輸出值亦呈現(xiàn)出相似的規(guī)律。

5 結(jié)論

在比例式測量原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種轉(zhuǎn)動極板為金屬材質(zhì)且為電氣懸空設(shè)計的數(shù)字型電容角位移傳感器，測量范圍180°;針對快速變化的溫場，進行了傳感器溫度特性測試，三臺樣機實驗的測試結(jié)果表明，當環(huán)境溫度從-15℃升至+65℃，以約6℃/min的速度變化過程中，三臺傳感器樣機的最大峰峰溫漂值為0.085%/10℃，最大穩(wěn)態(tài)溫漂值為0.070%/10℃;標準不確定度小于0.1%，重復(fù)性實驗與-30～+80℃的寬溫實驗結(jié)果同樣表明：基于該原理的傳感器具有較強的抑制溫漂能力，其指標優(yōu)于國際先進水平(環(huán)境溫度范圍-20～+60℃，溫漂值0.2%/10℃)。