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*材料實驗一：壓電陶瓷D33系數(shù)的壓電性能測量

*材料實驗一：壓電陶瓷D33系數(shù)的壓電性能測量

一,、實驗?zāi)康?/span>

1. 了解壓電陶瓷元件的電性能參數(shù)

2. 掌握壓電應(yīng)變常數(shù)d₃₃測試儀原理和測試技術(shù)

3. 掌握諧振法測定壓電振子的頻率響應(yīng)曲線及壓電耦合系數(shù)的測試原理的方法

二．實驗原理

  壓電陶瓷元件在極化后的初始階段,，壓電性能要發(fā)生一些較明顯的變化，隨著極化后時間的增長,，性能越來越穩(wěn)定,，變化量也越來越小，所以,，試樣應(yīng)存放一定時間后再進行電性能的測試,。一般最好存放10天。

  按壓電方程,，其壓電材料的d₃₃常數(shù)定義為：

  此處,，D₃及E₃分別為電位移和電場強度；T₃及S₃分別為應(yīng)力和應(yīng)變,。對于儀器的具體情況,，上式可簡化為：，這時,，A為試樣的受力面積,；C為與試樣并聯(lián)的比試樣大很多（如大100倍）的大電容,，以滿足測量d₃₃常數(shù)時的恒定電場邊界條件,。

   在儀器測量頭內(nèi)，一個約0.25N,頻率為110Hz的低頻交變力,，通過上下探頭加到比較樣品與被測試樣上,，由正壓電效應(yīng)產(chǎn)生的兩個電信號經(jīng)過放大、檢波,、相除等必要的處理后,，最后把代表試樣的d₃₃常數(shù)的大小及極性送三位半數(shù)字面板表上直接顯示。

   準(zhǔn)靜態(tài)法比通常的靜態(tài)法精確,。靜態(tài)法由于壓電非線性及熱釋電效應(yīng),，測量誤差可達30%~50%。

三．準(zhǔn)備儀器設(shè)備

中科院聲學(xué)所ZJ-3準(zhǔn)靜態(tài)d33測量儀（的測量頭結(jié)構(gòu)外觀見下圖,。）

四,、實驗步驟

1.一般操作

（1） 選檔：試樣電容值小于0.01μF對應(yīng)×1檔，小于0.001μF對應(yīng)×0.1檔,。

（2） 用兩根多芯電纜把測量頭和儀器本體連接好,。

（3） 把附件盒內(nèi)的塑料片插于測量頭的上下兩探頭之間，調(diào)節(jié)測量頭頂端的手輪,，使塑料片剛好壓住為止,。

（4） 把儀器后面板上的“d₃₃-力"選擇開關(guān)置于“d₃₃"一側(cè)。

（5） 使儀器后面板上的d₃₃量程選擇開關(guān),，按照被測樣品的d₃₃估計值,，處于適當(dāng)位置,。

（6） 在儀器通電預(yù)熱10min后，調(diào)節(jié)儀器前面板上的調(diào)零旋鈕,，使面板表指示“0"與“-0"之間,。

（7） 去掉塑料圓片，插入待測試樣于上下兩探頭之間調(diào)節(jié)手輪,，使探頭與樣品剛好夾持住,，靜應(yīng)力應(yīng)盡量小，使面板表指示值不跳動即可,。靜壓力不宜過大,，如力過大，會引起壓電非線性,，甚至損壞測量頭,。但也不能過小，以致試樣松動,，指示值不穩(wěn)定,。指示值穩(wěn)定后，即可讀出d₃₃的數(shù)值和極性,。當(dāng)測量大量同樣厚度的試樣時,，則可輕輕壓下測量頭的膠木板，取出已測試樣,，插入一個待測樣品后,，松開膠木板即可，不必再調(diào)節(jié)測量頭上方的調(diào)節(jié)手輪,，這樣既方便,，還可使靜壓力保持一致。

（8） 為減小測量誤差,，如有變化或換擋時,，需重新調(diào)零。

(9)  根據(jù)公式計算該試樣的壓電電壓常數(shù)g₃₃值

ZJ-3主要技術(shù)參數(shù)如下：

ZJ-3 d33測量范圍：

×1擋：10到2000pC/N,，20 至4000pC/N,；
×0.1擋： 1到200pC/N，2 至400pC/N,。
誤差：×1擋：±2%±1個數(shù)字,，當(dāng)d33在100到4000pC/N；
±5%±1個數(shù)字,，當(dāng)d33在10到200pC/N,；
×0.1擋：±2%±1個數(shù)字，(當(dāng)d33在10到200pC/N)
±5%±1個數(shù)字,，當(dāng)d33在10到20pC/N,。
分辨率：   ×1擋：1 pC/N,；×0.1擋：0.1 pC/N。
尺寸：施力裝置：Φ110×140mm,；儀器本體：240×200×80mm,。
重量：施力裝置：約4公斤；  
儀器本體：2公斤,。
電源：220伏,，50赫，20瓦,。

五,、注意事項

1.操作前必須仔細(xì)閱讀使用說明書。

2.進行正式測量之前,，儀器需預(yù)熱10min,，并且調(diào)零。

六,、實驗記錄

將實驗結(jié)果填入下表中

七,、實驗報告要求

1. 實驗?zāi)康模瑴y試原理,。

2. 試樣的記錄（形式,、材料、性能,、用途等）

3. 試樣結(jié)果，討論,，分析影響性能參數(shù)的因素,。

八、思考題

1．動態(tài)法和靜態(tài)法測量d₃₃值有什么不同,？

2.如何防止測量頭生銹,？