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1、实验一实验一 压电陶瓷的压电性能测量压电陶瓷的压电性能测量一、实验目的一、实验目的1. 了解压电陶瓷元件的电性能参数2. 掌握压电应变常数 d33的测试原理和测试技术3. 掌握谐振法测定压电振子的频率响应曲线及压电耦合系数的测试原理的方法二实验原理二实验原理压电陶瓷元件在极化后的初始阶段，压电性能要发生一些较明显的变化，随着极化后时间的增长，性能越来越稳定，变化量也越来越小，所以，试样应存放一定时间后再进行电性能的测试。一般最好存放10 天。按压电方程，其压电材料的 d33常数定义为：TE ES TDd)()(3333 33 此处，D3及 E3分别为电位移和电场强度；T3及 S3分别为应力和应
2、变。对于仪器的具体情况，上式可简化为：，这时，A 为试样的受力面积；C 为与试样并联的比试样大很多FCV FQ AF AQd )()(33（如大 100 倍）的大电容，以满足测量 d33常数时的恒定电场边界条件。在仪器测量头内，一个约 0.25N,频率为 110Hz 的低频交变力，通过上下探头加到比较样品与被测试样上，由正压电效应产生的两个电信号经过放大、检波、相除等必要的处理后，最后把代表试样的 d33常数的大小及极性送三位半数字面板表上直接显示。准静态法比通常的静态法精确。静态法由于压电非线性及热释电效应，测量误差可达 30%50%。三仪器设备三仪器设备ZJ-3 准静态 d33 测量仪（的
3、测量头结构外观见下图。四、实验步骤四、实验步骤11.一般操作（1） 选档：试样电容值小于 0.01F 对应1 档，小于 0.001F 对应0.1 档。（2） 用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好。（3） 把附件盒内的塑料片插于测量头的上下两探头之间，调节测量头顶端的手轮，使塑料片刚好压住为止。（4） 把仪器后面板上的“d33-力”选择开关置于“d33”一侧。（5） 使仪器后面板上的 d33量程选择开关，按照被测样品的 d33估计值，处于适当位置。（6） 在仪器通电预热 10min 后，调节仪器前面板上的调零旋钮，使面板表指示“0”与“-0”之间。（7） 去掉塑料圆片，插入待测试样于上下两探头
4、之间调节手轮，使探头与样品刚好夹持住，静应力应尽量小，使面板表指示值不跳动即可。静压力不宜过大，如力过大，会引起压电非线性，甚至损坏测量头。但也不能过小，以致试样松动，指示值不稳定。指示值稳定后，即可读出 d33的数值和极性。当测量大量同样厚度的试样时，则可轻轻压下测量头的胶木板，取出已测试样，插入一个待测样品后，松开胶木板即可，不必再调节测量头上方的调节手轮，这样既方便，还可使静压力保持一致。（8） 为减小测量误差，零点如有变化或换挡时，需重新调零。(9) 根据公式计算该试样的压电电压常数 g33值Tdg333333/ ZJ-3 主要技术参数如下：ZJ-3ZJ-3 d33d33 测量范围：测
5、量范围：11 挡：挡：1010 到到 2000pC/N2000pC/N，2020 至至 4000pC/N4000pC/N；0.10.1 挡：挡： 1 1 到到 200pC/N200pC/N，2 2 至至 400pC/N400pC/N。误差：误差：11 挡：挡：2%12%1 个数字，当个数字，当 d33d33 在在 100100 到到 4000pC/N4000pC/N；5%15%1 个数字，当个数字，当 d33d33 在在 1010 到到 200pC/N200pC/N；0.10.1 挡：挡：2%12%1 个数字，个数字，( (当当 d33d33 在在 1010 到到 200pC/N)200pC/
6、N)5%15%1 个数字，当个数字，当 d33d33 在在 1010 到到 20pC/N20pC/N。分辨率：分辨率： 11 挡：挡：1 1 pC/NpC/N；0.10.1 挡：挡：0.10.1 pC/NpC/N。尺寸：施力装置：尺寸：施力装置：110140mm110140mm；仪器本体：；仪器本体：24020080mm24020080mm。重量：施力装置：约重量：施力装置：约 4 4 公斤；公斤； 仪器本体：仪器本体：2 2 公斤。公斤。电源：电源：220220 伏，伏，5050 赫，赫，2020 瓦。瓦。 频带宽度频带宽度DC7MHz Y 偏转系数偏转系数10mV/div5V/div, 分
7、分 9 档档 X 偏转系数偏转系数0.2S/div0.1S/div, 分分 18 档档 X 扩展扩展2 触发源触发源内、外、电视场内、外、电视场 同步方式同步方式自动、触发自动、触发 有效显示面有效显示面6div10div(1div=0.6cm) 使用电源使用电源AC 220V/50Hz 外形尺寸外形尺寸240B100H300Dmm 重量重量3kg2五、注意事项五、注意事项1.操作前必须仔细阅读使用说明书。2.进行正式测量之前，仪器需预热 10min，并且调零。六、实验记录六、实验记录将实验结果填入下表中试样编号试样描述d33值g33值七、实验报告要求七、实验报告要求1. 实验目的，测试原理。
8、2. 试样的记录（形式、材料、性能、用途等）3. 试样结果，讨论，分析影响性能参数的因素。八、思考题八、思考题1动态法和静态法测量 d33值有什么不同？2.如何防止测量头生锈？3实验二实验二 压电陶瓷的介电性能测量压电陶瓷的介电性能测量（一）（一） 介电常数的测试介电常数的测试一、实验目的一、实验目的1. 掌握无机材料介电常数测试原理及其测试方法，分析影响介电常数的因数。2学会使用 YY2814 自动 LCR 测试仪或同惠 TH2817 精密数字电桥测试仪的各种功能和操作方法。二、概述二、概述介质材料在电场中都具有极化现象。介电常数的值等于以该材料为介质所做的电容器的电容量与以真空为介质所做的
9、同样形状的电容器的电容量之比值（常称作相对介电常数，以 r表示） ，材料的介电常数决定于材料结构和极化机理。与温度、频率、电压和湿度有关。介电常数计算可按照下式进行： （适用于圆片试样）2144 DhCxr 式中 Cx试样的电容量，pF；h 试样厚度，mm；D 电极直径，mm三、实验原理三、实验原理该测量仪的测量原理是基于电压电流法，及复数欧姆定律：uuuIEZ/ 式中，是跨在被测件两端的电压；是流过被测件两端的电流。uEuI当与可测出或其比值可测出时，即可得出。为测量，引入一个标准电阻，并利用反uEuIuZuIsR相比例放大器的特点，可作出如下图所示的测试原理图。在该测试仪中，首先通过相对统
10、一的参考相位测得各矢量电压分量。在电路中，相敏检波器是用来将矢量电压进行分解，以便得到各分量，然后借助于 A/D 变换技术，将各分量转成数字量（a、b、c 及d） 。存储在 RAM 中，最后由微处理器计算出各基本参量，送显示器显示出来。四、实验步骤（1）详细阅读 YY2814 自动 LCR 测试仪说明书4（2）接通电源（3）选定测试频率，接通电源后，仪器自动进入 1kHz 测试频率，使用者可在任何时刻选择三个频率中的任意一个：100Hz,1kHz,10kHz。（4）按要求选择适当的夹具，将被测件接入测试夹具中。（5） 选择测量对象键(R,L/Q,C/D)和测量方式（单次/连续测量、分选功能）
11、。（6） 测电容/损耗（C/D 测量）测电容器，使其引线嵌入夹具的弹簧片中，由主显示器读出电容值，连同 LED 所指示的单位（pF,nF 等） ，从副显示器读出 D 值。取下电容器换上另一个。要求分别测 510 只。五、实验记录五、实验记录试件编号试件描述（尺寸等）测得电容（1kHz）/pF介电常数六、实验报告要求六、实验报告要求1.试验设备原理图。2.试样描述（形式、材料、性能、用途） 。3.计算介电常数，分析计算结果（包括影响因素） 。4.做出不同条件下的 r曲线。七、思考题七、思考题1.影响介电常数的因素有哪些？2. 测试过程中应注意哪些事项？（二）（二） 介电损耗的测试介电损耗的测试一
12、、实验目的一、实验目的1. 掌握无机材料介电损耗测试原理及其测试方法。2学会使用 YY2814 自动 LCR 测试仪或同惠 TH2817 精密数字电桥测试仪的各种功能和操作方法。二、实验原理二、实验原理介质损耗是用于交流电路中介质材料的基本物性之一。引起介质损耗的原因是由于介质种类的不同而不同。基本由漏导损耗和极化损耗引起。介质损耗可以用消耗的功率 P 来表示，也可用损耗角或其正5切 tan 来表示。P=V2Ctan当外加电场的电压 V、频率 、样品电容一定时，介质损耗可用 tan 表示。试验样品与条件参照国家规定的标准。样品应极力减小电极的电阻，凡是氧化了得电极表面，都可能造成测量误差。三、
13、实验步骤三、实验步骤（1）详细阅读 YY2814 自动 LCR 测试仪说明书（2）接通电源，电源开关置于“ON”处。（3）选定测试所需按键，处于初始状态或 C/D 档，并选择测试频率（接通电源后，仪器自动进入1kHz 测试频率） 。（4）按要求选择适当的夹具，将被测件接入测试夹具中，戴手套，以防影响测试结果。（5） 选择测量对象键(R,L/Q,C/D)和测量方式（单次/连续测量、分选功能） 。（6） 一分钟后从副显示器读出 D 值（tan） 。四、实验记录四、实验记录实测电容/pF实测损耗 D试件名称100Hz1kHz10kHz100Hz1kHz10kHz五、实验报告要求五、实验报告要求1.阐
14、述测试原理2.试样描述（形式、材料、性能、用途） 。3.实验结果及讨论，分析影响因素。六、思考题六、思考题1.影响介电损耗的因素有哪些？2. 测试过程中应注意哪些事项？6实验三实验三 压电陶瓷的力学性能测量压电陶瓷的力学性能测量显微硬度是陶瓷的重要性质，特别是结构陶瓷通常具有高硬度，可用于要求高耐磨性场合。显微硬度不仅表征陶瓷的使用性能，而且能够反映出坯釉的成分和结构信息，从而为选择和研究陶瓷提供依据。一、实验目的一、实验目的1. 了解测定釉面和坯体显微硬度的意义。2了解影响釉面和坯体显微硬度的因素。3. 掌握釉面和瓷胎显微硬度的测定原理和测定方法。二、实验原理二、实验原理硬度在应用技术上的意
15、思是一种材料受另一种变硬的物体压入所呈现的阻力大小，及材料的表面层抵抗尺寸物体所传递的压缩力而不不变形的能力。通常除用莫氏硬度测定陶瓷釉面硬度外，常用显微硬度计测定陶瓷硬度。显微硬度试验是一种微观的静态试验方法。维氏硬度是常见的显微硬度。维氏硬度的压头是一个相对夹角 =136o的金刚石四棱锥，其原理如下图所示。压力在试验力的作用下，在试样表面压出一个四方锥形的压痕，经规定的时间（常为 1015s ）后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均长度，用以计算压痕表面积。维氏硬度实验原理显微硬度计算公式为：)/(4 .1854)2/sin(22 22mmkgdP dPHV 式中 P施于金刚石角体上的荷重，
16、gd 压痕对角线的长度，m。HV-1000 型显微硬度计是采用精密机械技术和光电技术的新型显微维氏硬度测试仪器。采用微机控制，通过软键能调节光源的强弱，并能预置试验力保持时间，以 LED 显示。该机采用独特的压痕测量转换和测微目镜一次测量读数机构。使用方便，测量精度高。适用于测定微小，薄型，表面掺镀层等试件7的显微硬度和测定玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石等脆性材料的显微硬度。三、实验仪器及用品三、实验仪器及用品HV-1000 型显微硬度计（如下图） ；试样抛光设备。四、实验步骤四、实验步骤1. 打开电源开关和指示灯，光源灯亮。2.转动物镜、压头转换手柄，使 40 倍物镜处于主体前方位置（光学系统总放大倍数为 400 倍，处于测量状态） 。3. 将标准试块或试样安放在试样台，转动旋轮使试台上升。眼睛接近
