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(cè)試

試驗(yàn)箱的溫度通過設(shè)置試驗(yàn)箱的溫度終值來調(diào)節(jié)，在本研究中，為模擬環(huán)境溫度驟變的惡劣工況，試驗(yàn)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(shù)(T=g(t))曲線如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)箱溫度變化曲線

4.2 測(cè)試方法

測(cè)試針對(duì)三臺(tái)傳感器樣機(jī)同時(shí)進(jìn)行，共分三組，即多點(diǎn)單次測(cè)試實(shí)驗(yàn)、單點(diǎn)多次測(cè)試實(shí)驗(yàn)、寬溫測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

第一組，傳感器多點(diǎn)角度單次測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度變化范圍是-15～+65℃，試驗(yàn)箱升溫過程約需13 min，平均升溫速度為6℃/mim為保證傳感器樣機(jī)輸出值穩(wěn)定，本實(shí)驗(yàn)維持起始點(diǎn)與終止點(diǎn)的溫度穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，故每次累計(jì)時(shí)間約1.5～2 h，樣機(jī)的角度測(cè)試點(diǎn)選取為20°、50°、80°、110°、140°和170°。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將傳感器樣機(jī)置于溫度實(shí)驗(yàn)箱中，上電;在常溫下調(diào)整傳感器樣機(jī)的測(cè)試角度值(誤差±1。)，②啟動(dòng)試驗(yàn)箱，將試驗(yàn)箱溫度設(shè)定為-15℃，監(jiān)測(cè)傳感器樣機(jī)輸出角度值的變化，當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)溫度與傳感器的角度輸出值均穩(wěn)定后(此過程約需30分鐘)，再將試驗(yàn)箱溫度變化終止值設(shè)定為+65℃，并啟動(dòng)傳感器角度數(shù)據(jù)采集軟件，自動(dòng)采集(采集時(shí)間間隔5 s)升溫過程中的角度傳感器輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行在線分析，③當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)溫度上升至+65℃后，繼續(xù)觀察采樣數(shù)據(jù)，直至傳感器輸出值穩(wěn)定，然后停止采樣(此過程時(shí)間約30min)，關(guān)閉試驗(yàn)箱，利用軟件計(jì)算傳感器樣機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和溫漂指標(biāo)，④重復(fù)上述(1)～(3)的步驟，完成多點(diǎn)角度測(cè)試的溫度實(shí)驗(yàn)(20°、50°、80°、110°、140°、170°)。

第二組，單點(diǎn)多次測(cè)試實(shí)驗(yàn)，即重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，三臺(tái)傳感器樣機(jī)分別選擇一個(gè)角度點(diǎn)進(jìn)行多次溫度特性實(shí)驗(yàn)，以考察傳感器在這一角度點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否具有偶然性，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行三次。

第三組，寬溫測(cè)試實(shí)驗(yàn)，即實(shí)驗(yàn)將第一組實(shí)驗(yàn)的溫度變化范圍擴(kuò)大到-30～+80℃，選取110°角度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)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(dāng)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(shù)，即Φ=f(T，t)，而溫場(chǎng)變化的特征曲線如圖4所示，對(duì)于函數(shù)ψ=f(T，t)的變化趨勢(shì)，§4，4給出了定性的分析。

此外，測(cè)試實(shí)驗(yàn)著重針對(duì)角位移傳感器輸出角度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度與溫度漂移進(jìn)行，其中溫度漂移指標(biāo)分為“峰峰值溫漂”和“穩(wěn)態(tài)值溫漂”，計(jì)算公式分別如下：

“標(biāo)準(zhǔn)不確定度”為