A. 测试环境

图 3-8 显示了测试环境，其中需要水槽、泵、PCB 和电极（金属棒）。PCB 设计成半圆形，便于将杯子装满水。

B. 电极连接测试

为了探索不同电极连接对测量结果的影响，对不同电极连接进行了相对电容变化和高度测量。执行了四种不同的电极连接测试（请参阅图 3-9）。

根据四种不同的电极连接方法，图 3-10 显示了相应的测试结果。

根据测试结果，当高度 < 10mm 时，由于曲线拟合不佳，所有测试的误差都很大。此外，图 3-11 显示测试 3 的结果较差，因为两个电极的底部铜线通过水连接在一起，形成短路。对于其余的三组测试，曲线的走势基本相同。表 3-2 仔细比较了每个测试的结果。

根据该表，综合比较电容变化 (H=10mm)、线性度和电容灵敏度，测试 4 结果最好。同时，测试 4 结构最简单，可轻松实现和应用。

C. 绝对电容测试

通常，电容测试有两种测量方法。第一种是测试相对电容变化，另一种是测试绝对电容变化。为了比较这两种方法之间的差异，在进行上述测量的同时测量了绝对电容。此处仅以测试 1 为例，测量结果如图 3-12 所示。

通过比较上述结果，可以发现绝对电容测量可以读取电容的实际值，该值介于 9.5pF 和 13pF 之间。其变化趋势与相对电容的变化趋势相同。

比较这两者的分辨率，由于相对电容的基础电容较小，测量期间的分辨率较高，但绝对电容可以抑制温度漂移对测量结果的影响。因此，在不同的应用中，可以选择相应的测量方法进行测量。

D. 软件优化

根据前面的测试，当高度较小（小于 20mm）时，曲线拟合不好（以测试 4 为例），如图 3-13 所示，拟合函数可表示为：Y= 248.5X-21.604。

为了更直观地表达测量误差，该软件针对测量进行了优化。当高度小于 20mm 时，使用二次函数拟合；当高度大于 20mm 时，使用线性函数拟合，如图 3-14 所示。

对于两种拟合方法，每隔 10mm 进行一次测量，表 3-3 列出了产生的误差。

图 3-15 显示了这两种方法的测试误差。

显然，第一种方法在高度小于 20mm 时误差非常大，第二种方法在高度小于 20mm 时使用二次函数进行拟合，总体误差在 10.4% 以内，显著减小了测量误差。

综上所述，根据以上测量结果，在本实验中，使用单电极（测试 4）、相对电容和软件优化可以得到更好的测量结果。当然，根据不同的应用，可以选择其他测量方式或电极连接方式。