实验二：压电材料的压电常数d33测试

因此，可以提高测量fm和fn的精度。 对RT值选择是一个重要的问题。因为RT与振子相串联，特别是振子谐振时，RT就是串联谐振电路中电阻的一部分。RT大时，会影响谐振曲线的尖锐度，使谐振指示不准确，造成测量误差，所以要求RT越小越好。另一方面，振子阻抗随频率的变化是通过RT上的电压变化反映到毫伏表中，为了使毫伏表能灵敏地反映这个变化，就希望大一点好。兼顾这两方面的要求，一般选择RT小于振子的等效电阻R1，对于PZT系压电陶瓷来说，RT的数值约为几十欧。由于形状大小不同的压电陶瓷振子的最小阻抗也不相同，所以测量时应对RT值作必要的调整。其次，在反谐振频率时，振子的阻抗达到最大值，为了提高测量反谐振频率的精确度，应适当选择较大的RT值。与RT′相似，RT′也能起到隔离毫伏计的输入电抗对振子的影响，所以也能提高测量fm和fn的精确度。 为了避免线路中杂散电容和外界感应所带来的测量误差，对测量线路做必要的屏蔽。一般是将线路房于金属盒内。夹持振子支架也影响测量结果。对夹持振子的支架除要求能稳固地支持住振子，保证夹子与振子有良好的电接触外，还要使振子处于能自由振动状态。所以夹子与振子的接触面要尽可能的小，并且夹在中心位置或振动节上，同时，希望支架具有尽量小的分布电容。 因为压电陶瓷是铁电体，只有输入信号电压较小时，才能得到比较正确的测量结果。如果输入信号电压较大，就会引起非线形效应。造成测量误差，因此，一般都在输入信号电压为1伏的情况下进行测量。 （3）等效电阻R1的测量方法 测量R1的常用方法 当信号频率等于振子的谐振频率时，等效电路中的L1C1串联分路阻抗等于电子Ro。因此，还可以在测量线路中通过开关K1，用一个可变电阻箱来代替振子，并调节可变电阻箱，使毫伏表上的读数与振子谐振时的读书相同，这时电阻箱中的电阻即等于振子的等效电阻R1。 测量R1的精确方法 谐振时，等效电路中的总电流等于Co分路电流和R1分路电流之和。如果Co分路的阻抗大于R1，则通过Co分路的电流就很小，因此，上述测量R1的方法的误差很小。如果Co分路的阻抗小于R1，则应采用下述方法清楚Co分路所造成的误差。 并联电容法-------既然振子的分路电容Co与R1并联，那么可事先用电容点桥测出振子的分路电容Co，然后用一电容等于Co的电容器与电阻箱并联，如图7中虚线所示。通过开关K1，再调节电阻即等于振子的等效电阻R1。 并联电感法-------用一可变电感Lo与振子并联，如图7中虚线所示，调节电感Lo使之满足（2πfsLo-1/2πfsCo）=0。这时，通过Co分路的电流恰好与通过电感Lo的电流互相抵消。此时，毫伏表上的读数只反映通过等效电阻R1的电流的大小。然后按常用方法测量R1值。 【实验内容】 1、首先开机预热10 min，显示部分调整为d33以及×1； 2、测量样品的压电常数前，必须先对仪器进行校正。取出校正规，将夹具夹住校正规。需要注意的是：旋转钮的旋转程度，以旋转到无声震动为准； 3、旋转校正钮，直至显示屏为499为止； 4、完成校正后，取出校正规，换待测样品，测量压电材料的压电常数d33；同样，旋转钮的旋转程度以无声震动为准； 5、记录不同样品的压电常数数值。 【实验数据】 PbZr0.2Ti0.8O3陶瓷压电材料 电场强度8kv/mm 时间15分钟 温度（℃） d33（pC/N） 60 144 80 195 100 243 电场强度8kv/mm 温度80℃ 时间（min） d33（pC/N） 5 128 15 137 30 155 温度80℃ 时间15分钟 电场强度（kv/mm） 4 d33（pC/N） 156 8 315 10 398 【思考题】 1、为什么压电陶瓷在测试压电性能前，必须要进行极化处理？ 答：压电陶瓷必须经过极化之后才具有压电性能。 2、压电陶瓷极化工艺主要有哪三个要素？ 答：压电陶瓷极化工艺主要有极化电场、极化温度、极化时间三个要素。 3、压电材料的压电性能参数主要有哪些？举例说明正压电效应的应用。 答：压电材料的主要特性参数有：（1）压电常数：压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。（2）弹性常数：压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。（3）介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。（4） 机械耦合系数：在压电效应中，其值等于转换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根； 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。（5）电阻压电材料的绝缘电阻：将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。（6）居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。 传感器，压电陶瓷-高聚物复合材料 教师评语： 1. 实验预习：（ 认真、 较认真、 一般、 较差、 很差 ）；占30% 2. 原始数据及实验结果：（ 准确合理、 较准确、 不合理 ）；占30% 3. 实验所要求的误差分析或作图：（ 规范、 中等、 不规范 ）；占20% 4. 报告排版整齐度：（ 很好、 较好、 中等、 较差、 很差 ）；占20% 评定等级：（ ） 教师签名： 日期：