轉動(dòng)極板懸空設計的數字電容角位移傳感器及其溫度特性測試

試驗箱的溫度通過(guò)設置試驗箱的溫度終值來(lái)調節，在本研究中，為模擬環(huán)境溫度驟變的惡劣工況，試驗箱溫度從-15℃上升到+65℃約需13min，平均升溫速度為6℃/min，溫場(chǎng)溫度與時(shí)間關(guān)系的函數(T=g(t))曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 試驗箱溫度變化曲線(xiàn)

4.2 測試方法

測試針對三臺傳感器樣機同時(shí)進(jìn)行，共分三組，即多點(diǎn)單次測試實(shí)驗、單點(diǎn)多次測試實(shí)驗、寬溫測試實(shí)驗。

第一組，傳感器多點(diǎn)角度單次測試實(shí)驗，實(shí)驗溫度變化范圍是-15～+65℃，試驗箱升溫過(guò)程約需13 min，平均升溫速度為6℃/mim為保證傳感器樣機輸出值穩定，本實(shí)驗維持起始點(diǎn)與終止點(diǎn)的溫度穩定時(shí)間較長(cháng)，故每次累計時(shí)間約1.5～2 h，樣機的角度測試點(diǎn)選取為20°、50°、80°、110°、140°和170°。具體實(shí)驗步驟如下：①將傳感器樣機置于溫度實(shí)驗箱中，上電;在常溫下調整傳感器樣機的測試角度值(誤差±1。)，②啟動(dòng)試驗箱，將試驗箱溫度設定為-15℃，監測傳感器樣機輸出角度值的變化，當試驗箱內溫度與傳感器的角度輸出值均穩定后(此過(guò)程約需30分鐘)，再將試驗箱溫度變化終止值設定為+65℃，并啟動(dòng)傳感器角度數據采集軟件，自動(dòng)采集(采集時(shí)間間隔5 s)升溫過(guò)程中的角度傳感器輸出數據，同時(shí)進(jìn)行在線(xiàn)分析，③當試驗箱內溫度上升至+65℃后，繼續觀(guān)察采樣數據，直至傳感器輸出值穩定，然后停止采樣(此過(guò)程時(shí)間約30min)，關(guān)閉試驗箱，利用軟件計算傳感器樣機的標準不確定度和溫漂指標，④重復上述(1)～(3)的步驟，完成多點(diǎn)角度測試的溫度實(shí)驗(20°、50°、80°、110°、140°、170°)。

第二組，單點(diǎn)多次測試實(shí)驗，即重復性實(shí)驗，三臺傳感器樣機分別選擇一個(gè)角度點(diǎn)進(jìn)行多次溫度特性實(shí)驗，以考察傳感器在這一角度點(diǎn)的實(shí)驗結果是否具有偶然性，實(shí)驗共進(jìn)行三次。

第三組，寬溫測試實(shí)驗，即實(shí)驗將第一組實(shí)驗的溫度變化范圍擴大到-30～+80℃，選取110°角度點(diǎn)進(jìn)行測試，目的在于進(jìn)一步考核傳感器溫度的適用范圍。

4.3 考核方法

重點(diǎn)考核當環(huán)境溫度劇烈變化時(shí)，傳感器輸出漂移特性，若忽略其它干擾因素，可將輸出角度①視為環(huán)境溫度T與時(shí)間t的函數，即Φ=f(T，t)，而溫場(chǎng)變化的特征曲線(xiàn)如圖4所示，對于函數ψ=f(T，t)的變化趨勢，§4，4給出了定性的分析。

此外，測試實(shí)驗著(zhù)重針對角位移傳感器輸出角度的標準不確定度與溫度漂移進(jìn)行，其中溫度漂移指標分為“峰峰值溫漂”和“穩態(tài)值溫漂”，計算公式分別如下：

“標準不確定度”為