*材料實驗一：壓電陶瓷D33系數的(de)壓電性能測量

*材料實驗一：壓電陶瓷D33系數的(de)壓電性能測量

*材料實驗一：壓電陶瓷D33系數的(de)壓電性能測量

一、實驗目的(de)

1. 了(le)解壓電陶瓷元件的(de)電性能參數

2. 掌握壓電應變常數d₃₃測試儀原理(lǐ)和(hé)測試技術

3. 掌握諧振法測定壓電振子的(de)頻(pín)率響應曲線及壓電耦合系數的(de)測試原理(lǐ)的(de)方法

二．實驗原理(lǐ)

  壓電陶瓷元件在極化(huà)後的(de)初始階段，壓電性能要發生一些較明(míng)顯的(de)變化(huà)，随著(zhe)極化(huà)後時(shí)間的(de)增長(cháng)，性能越來(lái)越穩定，變化(huà)量也(yě)越來(lái)越小，所以，試樣應存放一定時(shí)間後再進行電性能的(de)測試。一般最好存放10天。

  按壓電方程，其壓電材料的(de)d₃₃常數定義爲：

  此處，D₃及E₃分(fēn)别爲電位移和(hé)電場(chǎng)強度；T₃及S₃分(fēn)别爲應力和(hé)應變。對(duì)于儀器的(de)具體情況，上式可(kě)簡化(huà)爲：，這(zhè)時(shí)，A爲試樣的(de)受力面積；C爲與試樣并聯的(de)比試樣大(dà)很多(duō)（如大(dà)100倍）的(de)大(dà)電容，以滿足測量d₃₃常數時(shí)的(de)恒定電場(chǎng)邊界條件。

   在儀器測量頭内，一個(gè)約0.25N,頻(pín)率爲110Hz的(de)低頻(pín)交變力，通(tōng)過上下(xià)探頭加到比較樣品與被測試樣上，由正壓電效應産生的(de)兩個(gè)電信号經過放大(dà)、檢波、相除等必要的(de)處理(lǐ)後，最後把代表試樣的(de)d₃₃常數的(de)大(dà)小及極性送三位半數字面闆表上直接顯示。

   準靜态法比通(tōng)常的(de)靜态法精确。靜态法由于壓電非線性及熱(rè)釋電效應，測量誤差可(kě)達30%~50%。

三．準備儀器設備

中科院聲學所ZJ-3準靜态d33測量儀（的(de)測量頭結構外觀見下(xià)圖。）

四、實驗步驟

1.一般操作

（1） 選檔：試樣電容值小于0.01μF對(duì)應×1檔，小于0.001μF對(duì)應×0.1檔。

（2） 用(yòng)兩根多(duō)芯電纜把測量頭和(hé)儀器本體連接好。

（3） 把附件盒内的(de)塑料片插于測量頭的(de)上下(xià)兩探頭之間，調節測量頭頂端的(de)手輪，使塑料片剛好壓住爲止。

（4） 把儀器後面闆上的(de)“d₃₃-力"選擇開關置于“d₃₃"一側。

（5） 使儀器後面闆上的(de)d₃₃量程選擇開關，按照(zhào)被測樣品的(de)d₃₃估計值，處于适當位置。

（6） 在儀器通(tōng)電預熱(rè)10min後，調節儀器前面闆上的(de)調零旋鈕，使面闆表指示“0"與“-0"之間。

（7） 去掉塑料圓片，插入待測試樣于上下(xià)兩探頭之間調節手輪，使探頭與樣品剛好夾持住，靜應力應盡量小，使面闆表指示值不跳動即可(kě)。靜壓力不宜過大(dà)，如力過大(dà)，會引起壓電非線性，甚至損壞測量頭。但也(yě)不能過小，以緻試樣松動，指示值不穩定。指示值穩定後，即可(kě)讀出d₃₃的(de)數值和(hé)極性。當測量大(dà)量同樣厚度的(de)試樣時(shí)，則可(kě)輕輕壓下(xià)測量頭的(de)膠木(mù)闆，取出已測試樣，插入一個(gè)待測樣品後，松開膠木(mù)闆即可(kě)，不必再調節測量頭上方的(de)調節手輪，這(zhè)樣既方便，還(hái)可(kě)使靜壓力保持一緻。

（8） 爲減小測量誤差，如有變化(huà)或換擋時(shí)，需重新調零。

(9)  根據公式計算(suàn)該試樣的(de)壓電電壓常數g₃₃值

ZJ-3主要技術參數如下(xià)：

ZJ-3 d33測量範圍：

×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(gè)數字，當d33在100到4000pC/N；
±5%±1個(gè)數字，當d33在10到200pC/N；
×0.1擋：±2%±1個(gè)數字，(當d33在10到200pC/N)
±5%±1個(gè)數字，當d33在10到20pC/N。
分(fēn)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.操作前必須仔細閱讀使用(yòng)說明(míng)書(shū)。

2.進行正式測量之前，儀器需預熱(rè)10min，并且調零。

六、實驗記錄

将實驗結果填入下(xià)表中

七、實驗報告要求

1. 實驗目的(de)，測試原理(lǐ)。

2. 試樣的(de)記錄（形式、材料、性能、用(yòng)途等）

3. 試樣結果，討(tǎo)論，分(fēn)析影(yǐng)響性能參數的(de)因素。

八、思考題

1．動态法和(hé)靜态法測量d₃₃值有什(shén)麽不同？

2.如何防止測量頭生鏽？