*材(cai)料(liao)實(shi)驗壹：壓電(dian)陶(tao)瓷D33系數的壓(ya)電(dian)性能(neng)測(ce)量

*材(cai)料(liao)實(shi)驗壹：壓電(dian)陶(tao)瓷D33系數的壓(ya)電(dian)性能(neng)測(ce)量

*材(cai)料(liao)實(shi)驗壹：壓電(dian)陶(tao)瓷D33系數的壓(ya)電(dian)性能(neng)測(ce)量

壹、實(shi)驗目(mu)的

1. 了(le)解(jie)壓(ya)電(dian)陶瓷元件的電(dian)性能(neng)參(can)數(shu)

2. 掌(zhang)握(wo)壓(ya)電(dian)應變常數d₃₃測(ce)試儀原理和測(ce)試技(ji)術

3. 掌(zhang)握(wo)諧(xie)振(zhen)法測(ce)定壓(ya)電振(zhen)子(zi)的頻(pin)率(lv)響應(ying)曲(qu)線及壓電耦合系(xi)數(shu)的測(ce)試原(yuan)理的方(fang)法(fa)

二．實(shi)驗原(yuan)理(li)

  壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷元件在極(ji)化後的初(chu)始階段，壓電(dian)性能(neng)要(yao)發生壹些(xie)較明(ming)顯(xian)的變(bian)化，隨著(zhe)極(ji)化後時(shi)間(jian)的增(zeng)長，性能(neng)越(yue)來(lai)越(yue)穩(wen)定(ding)，變化量也越(yue)來(lai)越(yue)小，所(suo)以(yi)，試樣應存放壹定時(shi)間(jian)後再(zai)進行電(dian)性能(neng)的測(ce)試。壹般(ban)最(zui)好(hao)存放10天(tian)。

  按壓(ya)電(dian)方程，其壓電(dian)材(cai)料(liao)的d₃₃常數定義為：

  此(ci)處，D₃及E₃分(fen)別為電位(wei)移(yi)和電(dian)場強(qiang)度(du)；T₃及S₃分(fen)別為應力(li)和應(ying)變。對於儀器的具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)，上式(shi)可簡化為：，這時(shi)，A為試樣(yang)的受(shou)力(li)面積(ji)；C為與(yu)試(shi)樣並聯(lian)的比(bi)試(shi)樣大很(hen)多(duo)（如大100倍(bei)）的大電(dian)容，以滿足(zu)測(ce)量d₃₃常數時(shi)的恒(heng)定電(dian)場(chang)邊界條(tiao)件。

   在(zai)儀器測(ce)量頭(tou)內，壹個(ge)約0.25N,頻率(lv)為110Hz的低(di)頻交(jiao)變力(li)，通(tong)過(guo)上下(xia)探頭(tou)加(jia)到比(bi)較(jiao)樣(yang)品與(yu)被(bei)測(ce)試樣(yang)上，由正壓電效應產(chan)生(sheng)的兩(liang)個(ge)電信(xin)號經(jing)過放(fang)大、檢(jian)波、相(xiang)除等(deng)必(bi)要(yao)的處理後(hou)，最(zui)後把代(dai)表(biao)試(shi)樣的d₃₃常數的大小(xiao)及極(ji)性送(song)三位(wei)半數字面(mian)板(ban)表(biao)上直(zhi)接顯(xian)示(shi)。

   準靜態法比通(tong)常的靜態法精(jing)確(que)。靜態法由於壓電非線性及熱釋電效應，測(ce)量誤差可達30%~50%。

三．準備儀器設備

中(zhong)科院聲(sheng)學所(suo)ZJ-3準靜態d33測(ce)量儀（的測(ce)量頭(tou)結(jie)構外(wai)觀見下(xia)圖(tu)。）

四(si)、實(shi)驗步(bu)驟

1.壹般(ban)操(cao)作

（1） 選(xuan)檔(dang)：試(shi)樣(yang)電容值小於0.01μF對(dui)應(ying)×1檔，小(xiao)於0.001μF對應×0.1檔(dang)。

（2） 用(yong)兩(liang)根(gen)多(duo)芯電纜(lan)把測(ce)量頭(tou)和儀器本(ben)體(ti)連接(jie)好。

（3） 把(ba)附件盒內的塑(su)料(liao)片(pian)插於(yu)測(ce)量頭(tou)的上下(xia)兩探頭(tou)之(zhi)間(jian)，調(tiao)節測(ce)量頭(tou)頂(ding)端的手(shou)輪(lun)，使塑(su)料(liao)片(pian)剛好(hao)壓(ya)住(zhu)為止。

（4） 把(ba)儀器後面板(ban)上的“d₃₃-力(li)"選擇開(kai)關(guan)置於“d₃₃"壹側。

（5） 使(shi)儀器後面板(ban)上的d₃₃量程選(xuan)擇開(kai)關(guan)，按照(zhao)被(bei)測(ce)樣品(pin)的d₃₃估(gu)計值，處於適(shi)當位置。

（6） 在(zai)儀器通(tong)電(dian)預熱(re)10min後(hou)，調(tiao)節儀器前面板(ban)上的調(tiao)零(ling)旋(xuan)鈕，使面(mian)板表(biao)指示(shi)“0"與(yu)“-0"之(zhi)間(jian)。

（7） 去掉(diao)塑(su)料(liao)圓片(pian)，插入(ru)待測(ce)試樣(yang)於上下(xia)兩探頭(tou)之(zhi)間(jian)調(tiao)節手輪(lun)，使探頭(tou)與(yu)樣(yang)品剛(gang)好(hao)夾持住，靜應力(li)應盡量小，使面板(ban)表(biao)指示(shi)值不(bu)跳動即可。靜壓力(li)不(bu)宜過(guo)大，如力(li)過大，會引起(qi)壓(ya)電非線性，甚至(zhi)損壞(huai)測(ce)量頭(tou)。但(dan)也不(bu)能(neng)過(guo)小(xiao)，以致試(shi)樣(yang)松動，指示(shi)值不(bu)穩(wen)定(ding)。指示(shi)值穩(wen)定(ding)後，即可讀出d₃₃的數(shu)值和極(ji)性。當測(ce)量大量同(tong)樣厚(hou)度(du)的試(shi)樣(yang)時(shi)，則(ze)可輕輕(qing)壓(ya)下(xia)測(ce)量頭(tou)的膠(jiao)木(mu)板(ban)，取(qu)出已測(ce)試樣(yang)，插入(ru)壹個(ge)待測(ce)樣品(pin)後，松(song)開(kai)膠(jiao)木(mu)板(ban)即可，不(bu)必(bi)再(zai)調(tiao)節測(ce)量頭(tou)上方(fang)的調(tiao)節手輪(lun)，這樣(yang)既(ji)方(fang)便(bian)，還(hai)可使靜壓力(li)保持壹致。

（8） 為減小(xiao)測(ce)量誤差，如有變(bian)化或(huo)換擋時(shi)，需(xu)重(zhong)新(xin)調(tiao)零(ling)。

(9)  根(gen)據(ju)公式計算該試(shi)樣的壓(ya)電(dian)電壓(ya)常數g₃₃值

ZJ-3主(zhu)要(yao)技(ji)術參(can)數如下(xia)：

ZJ-3 d33測(ce)量範圍：

×1擋(dang)：10到2000pC/N，20 至(zhi)4000pC/N；
×0.1擋： 1到200pC/N，2 至(zhi)400pC/N。
誤差：×1擋：±2%±1個(ge)數字，當d33在100到4000pC/N；
±5%±1個(ge)數字，當d33在10到200pC/N；
×0.1擋(dang)：±2%±1個(ge)數字，(當d33在10到200pC/N)
±5%±1個(ge)數字，當d33在10到20pC/N。
分(fen)辨(bian)率：   ×1擋：1 pC/N；×0.1擋：0.1 pC/N。
尺(chi)寸(cun)：施(shi)力(li)裝置：Φ110×140mm；儀器本(ben)體(ti)：240×200×80mm。
重(zhong)量：施力(li)裝置：約4公斤(jin)；  
儀器本(ben)體(ti)：2公斤(jin)。
電(dian)源(yuan)：220伏(fu)，50赫，20瓦(wa)。

五(wu)、註意事(shi)項

1.操(cao)作前必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)閱讀(du)使(shi)用(yong)說(shuo)明(ming)書。

2.進行正(zheng)式測(ce)量之前，儀器需預熱(re)10min，並且(qie)調(tiao)零(ling)。

六(liu)、實(shi)驗記錄(lu)

將實(shi)驗結(jie)果(guo)填(tian)入下(xia)表(biao)中(zhong)

七(qi)、實(shi)驗報(bao)告要(yao)求(qiu)

1. 實(shi)驗目(mu)的，測(ce)試原(yuan)理。

2. 試(shi)樣(yang)的記錄(lu)（形(xing)式(shi)、材(cai)料(liao)、性能(neng)、用(yong)途(tu)等）

3. 試(shi)樣(yang)結(jie)果(guo)，討(tao)論，分(fen)析(xi)影(ying)響性能(neng)參(can)數(shu)的因(yin)素。

八、思考題

1．動態法和靜態法測(ce)量d₃₃值有什(shen)麽不(bu)同(tong)？

2.如何(he)防止測(ce)量頭(tou)生(sheng)銹？