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

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)傳感器多點(diǎn)角度測試的數(shù)據(jù)分析

表3為第一組實(shí)驗(yàn)，即三臺(tái)傳感器樣機(jī)進(jìn)行多點(diǎn)角度測試實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果，可見三臺(tái)樣機(jī)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(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.08%、0.09%、0.09%。

表3 傳感器樣機(jī)多點(diǎn)角度測試的溫度特性分析

(2)傳感器單點(diǎn)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表4為第二組實(shí)驗(yàn)，即三臺(tái)傳感器樣機(jī)進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果，1#、2#、3#傳感器測試的角度點(diǎn)分別為110°、140°、80°，該組實(shí)驗(yàn)中3臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.07%、0.06%、0.08%。

(3)傳感器寬溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表5是三臺(tái)傳感器樣機(jī)進(jìn)行更寬溫度實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果，測試角度均為110。，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三次，該組實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度最大值分別為0.06%、0.08%、0.1%。

表4 傳感器樣機(jī)單點(diǎn)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的溫度特性分析

(4)傳感器溫度特性曲線

以1#傳感器樣機(jī)為例，樣機(jī)輸出隨溫度變化的動(dòng)態(tài)特性曲線如圖5所示，實(shí)驗(yàn)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(jī)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(dá)+65℃時(shí)達(dá)到最大值110.45°(對(duì)應(yīng)圖中約800 s處);此后，實(shí)驗(yàn)箱溫度保持在+65℃不變時(shí)，樣機(jī)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.07%。

圖5 傳感器溫度實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)特性曲線

同理，在-30～+80℃的寬溫場實(shí)驗(yàn)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(jì)了一種轉(zhuǎn)動(dòng)極板為金屬材質(zhì)且為電氣懸空設(shè)計(jì)的數(shù)字型電容角位移傳感器，測量范圍180°;針對(duì)快速變化的溫場，進(jìn)行了傳感器溫度特性測試，三臺(tái)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的測試結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境溫度從-15℃升至+65℃，以約6℃/min的速度變化過程中，三臺(tái)傳感器樣機(jī)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(biāo)準(zhǔn)不確定度小于0.1%，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)與-30～+80℃的寬溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣表明：基于該原理的傳感器具有較強(qiáng)的抑制溫漂能力，其指標(biāo)優(yōu)于國際先進(jìn)水平(環(huán)境溫度范圍-20～+60℃，溫漂值0.2%/10℃)。