2017年北(běi)科大(dà)機材料本科類ZJ-3型壓電測試儀現場(chǎng)操作步驟

2017年北(běi)京科技大(dà)學本科/研究生ZJ-3型壓電測試儀現場(chǎng)操作步驟

ZJ-3型D33壓電陶瓷的(de)壓電性能現場(chǎng)操作步驟及簡單要領

姓名：随***

專業：材料學院

學号：11235

一、儀器實驗目的(de)：

1. 通(tōng)過測試了(le)解壓電陶瓷元件的(de)壓電性能參數及變化(huà)
2. 掌握ZJ-3壓電應變常數d₃₃的(de)測試原理(lǐ)和(hé)測試技術

二、實驗儀器設備：

中科院ZJ-3型壓電測試儀，PZT-JH10/4型壓電極化(huà)裝置，壓電制樣機

三、摘要：

ZJ-3型壓電測試儀（靜壓電系數d33測量儀）是爲測量壓電材料的(de)d33常數而設計的(de)儀器，它可(kě)用(yòng)來(lái)測量具有大(dà)壓電常數的(de)壓電陶瓷，小壓電常數的(de)壓電單晶及壓電高(gāo)分(fēn)子材料。此外，也(yě)可(kě)測量任意取向壓電單晶以及某些壓電器件的(de)等效壓電d’33常數，儀器測量範圍寬，分(fēn)辨率細，可(kě)靠性高(gāo)，操作簡單，對(duì)試樣大(dà)小及形狀無特殊要求，圓片、圓環、圓管、方塊、長(cháng)條、柱形及半球殼等均可(kě)測量，測量結果和(hé)極性在三位半數字面闆表上直接顯示。

關鍵詞：ZJ-3，d33測量儀，壓電系數

四、引言：

目前我們國家對(duì)材料測試越來(lái)越重視，很多(duō)單位及科研院校對(duì)産品甄别出現很大(dà)問題，但是真正測試材料需要選擇一款可(kě)靠的(de)測試産品，這(zhè)樣對(duì)自己的(de)測試成果及研究會帶來(lái)很大(dà)的(de)作用(yòng),對(duì)我們的(de)生産帶來(lái)極大(dà)的(de)指導性作用(yòng)。

ZJ-3型壓電測試儀現在不僅僅在我們的(de)生産企業中使用(yòng)，而且成爲全國高(gāo)等院校培養本科研究剩的(de)重要教學和(hé)科研輔助工具。在壓電材料方面研究該設備即經濟簡單又實用(yòng)。

五、産品的(de)主要技術指标

d33測量範圍：

★ ×1擋：10到2000pC/N，20 至4000pC/N，可(kě)以升級到10000PC/N.
★×0.1擋： 1到200pC/N，2 至400pC/N。

★可(kě)以配套PZT-JH10/4/8/12型壓電極化(huà)裝置使用(yòng)

★可(kě)以配套ZJ-D33-YP15壓電壓片機使用(yòng)
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。

★補充參數:

5操作方法

5.1  測試前的(de)準備工作

5.1.1用(yòng)兩根多(duō)芯電纜把測量頭和(hé)儀器本體連接好，接通(tōng)電源。

5.1.2把附件盒内的(de)φ20尼龍片插入測量頭的(de)上下(xià)探頭之間（見圖1）

    調節手輪，使尼龍片剛好壓住爲止。

5.1.3把儀器後面闆上的(de)“顯示選擇”開關置于“d₃₃”一側（見圖3），此時(shí)

     前面闆右上方綠(lǜ)燈亮。（如置“力”一側，則黃(huáng)燈亮，此時(shí)面闆表上顯

     示的(de)是低頻(pín)交變力值，0.25左右，單位牛頓）。

5.1.4儀器後面闆設有“量程選擇”開關，可(kě)根據需要選擇。一般置于“×1”

     檔即可(kě)，如材料的(de)d₃₃值較低可(kě)置于“×0.1”檔；但兩檔要分(fēn)别調零。

5.1.5按下(xià)“快(kuài)速模式”（見圖2），儀器通(tōng)電預熱(rè)10分(fēn)鐘(zhōng)後，調節“調零”

     旋鈕使面闆表指示在“0”與“-0”之間跳動，調零即完成，撤掉尼龍

     片開始測量。調零一律在“快(kuài)速模式”下(xià)進行，爲減少測量誤差，在

     測試過程中零點如有變化(huà)或換檔時(shí)，需要重新調零。

5.2  調節手輪的(de)操作規範

     測量過程中，被測元件置于上下(xià)兩探頭之間，通(tōng)過調節手輪使探頭與

     樣品剛好夾持住，靜壓力的(de)影(yǐng)響應盡量小。靜壓力過大(dà)，會引起壓電

     非線性，甚至損壞測量頭；靜壓力過小，會導緻試樣松動，指示值不

     穩定。測量“軟性”材料和(hé)極薄的(de)試樣尤其要注意這(zhè)一點。

5.3“快(kuài)速模式”測量

    快(kuài)速模式即連續測量，被測元件均爲極化(huà)後已放置一定時(shí)間并已*放

    電後的(de)試樣，此時(shí)“放電提示”紅色發光(guāng)二極管閃爍，随時(shí)提醒操作人(rén)

    員(yuán)首先對(duì)壓電元件放電後再進行測量，以避免損壞儀器。選擇“快(kuài)速模

    式”測量，每更換一個(gè)被測元件，表頭會迅速顯示d₃₃結果及正負極性。

5.4“安全模式”測量

    對(duì)于剛剛極化(huà)完的(de)壓電試樣，在短時(shí)間内，即使多(duō)次放電也(yě)很難*放

    完，壓電試樣上仍然會存在少則幾千伏，多(duō)則幾萬伏的(de)電壓。選擇“安

    全模式”可(kě)使儀器在測量過程中能自動被測元件進行放電，以确保儀器

    安全。在插入被測試樣後，放電過程開始并自動完成，此時(shí)表頭指示爲

    零，按下(xià)“測量觸發”鍵，表頭才能顯示出測量結果。每測一隻元件，

    都要重複一次上述過程。在“安全模式”狀态下(xià)，“放電提示”指示燈

    熄滅，“測量觸發”按鈕内的(de)綠(lǜ)色發光(guāng)二極管一直點亮。

5.5  探頭選擇

    随儀器一起提供有兩種探頭（見圖6），爲保證測量精度，至少試樣的(de)

    一面應爲點接觸，測量過程要求試樣處于垂直、水(shuǐ)平放置。一般推薦使

    用(yòng)圓形探頭（A型）。當被測試樣爲圓管、弧形、尺寸較薄、較大(dà)或很

    小時(shí)，下(xià)探頭換成平探頭（B型）爲好。

5.6  對(duì)大(dà)電容試樣的(de)修正

    當被測試樣的(de)電容值C_i小于0.01μF（×1檔），或小于0.001μF（×0.1

    檔）時(shí)，其影(yǐng)響可(kě)忽略不計。當被測試樣的(de)電容值C_i大(dà)于0.01μF（×

    0.1檔），或大(dà)于0.001μF（×0.1檔）時(shí)，由于電容過大(dà)會造成附加的(de)

    測量誤差，故應對(duì)測量值按下(xià)式進行修正。

                        （1+C_i）對(duì)×1檔

      d_33修正值＝d_33指示值×｛                     （1.3）

                        （1+10C_i）對(duì)×0.1檔

這(zhè)裏，C_i爲以μF爲單位的(de)試樣電容值。

    5.7  壓電系數g₃₃的(de)計算(suàn)

    準靜态d₃₃測量儀，雖然本身隻能測量d₃₃壓電常數值，但是一量測得(de)

    試樣的(de)介電常數ε^T₃₃   ，則還(hái)可(kě)以計算(suàn)得(de)到該試樣的(de)壓電電壓常數g₃₃，即

            g₃₃＝d₃₃/ε^T₃₃   (1.4)