完整版实验二压电材料的压电常数d33测试

1、物理专业实验报告专业应用物理班级1姓名学号实验名称压电材料的压电常数 d33 测试实验地点实验日期【实验目的】(1) 掌握准静态d33测试仪的使用方法以及测量压电常数 d33。(2) 熟悉压电材料压电效应的基本原理【实验仪器】YE2730A准静态压电常数d33测试仪；PZT压电陶瓷样品；PMN压电陶瓷样品【实验原理】压电材料(Piezoelectric material)，受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。1880 年,法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电 荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。1、压电效应某些物质，当沿着一定

2、方向施加压力或拉力时， 会发生形变，其内部就产生极化现象，同时,其外表面上产生极性相反的电荷；当外力拆掉后，又恢复到不带电的状态；当作用力方向反向时, 电荷极性也相反；电荷量与外力大小成正比。这种现象叫 正压电效应。如图1所示。(正)压电效应 4 + *If0反之，当对某些物质在极化方向上施加一定电场时，材料将产生机械形变，当外电场撤销时，形 变也消失，这叫逆压电效应，也叫电致伸缩。压电效应的可逆性如图62所示。利用这一特性可 实现机一电能量的相互转换。正压电效应机械能压电介质电能 10RT RT= RT及RT小于振 子的等效电阻R1。这一测量电路中每个电阻的作用及阻值选择理由如下。选择RTw

3、 R1/1C既 RT较下，而振子又与RT并联，这样，振子的阻抗 Z虽然随频率变化 很大，但Z与RT并联后的和阻抗随频率的变化却很小，因此，可以认为输入电压几乎保持不变。可以选择（Ri+ RT）等于信号发生器的输出阻抗和频率计的输入阻抗与（Ri+ RT）相并联，而RT又与振子并联，当RT小时，它能隔离信号发生器输出电抗和频率计输入电抗对振子的影响，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

4、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

5、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的测量方法抗等于电子Ro。因此，还可以在测量线路中通过开关 K1， 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， 等效电阻R1。测量R1的精确方法 谐振时，等

6、效电路中的总电流等于 如果Co分路的阻抗大于R1,则通过Co分路的电流就很小， 很小。如果Co分路的阻抗小于R1,则应采用下述方法清楚测量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串联分路阻用一个可变电阻箱来代替振子，并调 这时电阻箱中的电阻即等于振子的Co分路电流和R1分路电流之和。 因此，上述测量 R1的方法的误差 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Lo与振子并联，如图7中虚线所示，调节电感Lo使之满足 Co分路的电流恰好与通过电感Lo的电流互相抵消。此时， R1的电流的大小。然后按常用方法测量 R1

7、值。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(2n fsLo1/2 n fsC) =0。这时，通过 毫伏表上的读数只反映通过等效电阻【实验内容】1首先开机预热10 min,显示部分调整为d33以及x 1；温度（C）6080100d33 (pC/N)144195243电场强度8kv/mm 温度80 C时间（min）51530d33 (pC/N)128137155温度80 C电场强度（kv/mm）4810d33 ( pC/N)156315398时间15分钟【思考题】1、为什么压电陶瓷在测试压

8、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