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

4.4 實(shí)驗結果

(1)傳感器多點(diǎn)角度測試的數據分析

表3為第一組實(shí)驗，即三臺傳感器樣機進(jìn)行多點(diǎn)角度測試實(shí)驗的分析結果，可見(jiàn)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(diǎn)角度測試的溫度特性分析

(2)傳感器單點(diǎn)重復性實(shí)驗數據分析

表4為第二組實(shí)驗，即三臺傳感器樣機進(jìn)行重復性實(shí)驗的分析結果，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(shí)驗數據分析

表5是三臺傳感器樣機進(jìn)行更寬溫度實(shí)驗的分析結果，測試角度均為110。，實(shí)驗進(jìn)行了三次，該組實(shí)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(diǎn)重復性實(shí)驗的溫度特性分析

(4)傳感器溫度特性曲線(xiàn)

以1#傳感器樣機為例，樣機輸出隨溫度變化的動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)如圖5所示，實(shí)驗箱溫度從-15℃到+65℃的上升過(guò)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(shí)達到最大值110.45°(對應圖中約800 s處);此后，實(shí)驗箱溫度保持在+65℃不變時(shí)，樣機輸出值又逐漸下降，再經(jīng)大約800秒后穩定于110.25°，由圖可知，角度輸出的最小值在高溫或低溫的穩定點(diǎn)獲得，傳感器的峰峰溫漂值為0.027%/10℃，穩態(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(shí)驗動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)

同理，在-30～+80℃的寬溫場(chǎng)實(shí)驗中，傳感器的角度輸出值亦呈現出相似的規律。

5 結論

在比例式測量原理的基礎上，設計了一種轉動(dòng)極板為金屬材質(zhì)且為電氣懸空設計的數字型電容角位移傳感器，測量范圍180°;針對快速變化的溫場(chǎng)，進(jìn)行了傳感器溫度特性測試，三臺樣機實(shí)驗的測試結果表明，當環(huán)境溫度從-15℃升至+65℃，以約6℃/min的速度變化過(guò)程中，三臺傳感器樣機的最大峰峰溫漂值為0.085%/10℃，最大穩態(tài)溫漂值為0.070%/10℃;標準不確定度小于0.1%，重復性實(shí)驗與-30～+80℃的寬溫實(shí)驗結果同樣表明：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(jìn)水平(環(huán)境溫度范圍-20～+60℃，溫漂值0.2%/10℃)。