2017年北京科技大學本科/研究生ZJ-3型壓電測試儀現場操作步驟

ZJ-3型D33壓電陶瓷的壓電性能現場操作步驟及簡單要領

姓名：隨***

專業：材料學院

學號：11235

一、儀器實驗目的：

1. 通過測試了解壓電陶瓷元件的壓電性能參數及變化
2. 掌握ZJ-3壓電應變常數d₃₃的測試原理和測試技術

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）是為測量壓電材料的d33常數而設計的儀器，它可用來測量具有大壓電常數的壓電陶瓷，小壓電常數的壓電單晶及壓電高分子材料。此外，也可測量任意取向壓電單晶以及某些壓電器件的等效壓電d’33常數，儀器測量范圍寬，分辨率細，可靠性高，操作簡單，對試樣大小及形狀無特殊要求，圓片、圓環、圓管、方塊、長條、柱形及半球殼等均可測量，測量結果和極性在三位半數字面板表上直接顯示。

關鍵詞：ZJ-3，d33測量儀，壓電系數

四、引言：

目前我們國家對材料測試越來越重視，很多單位及科研院校對產品甄別出現很大問題，但是真正測試材料需要選擇一款可靠的測試產品，這樣對自己的測試成果及研究會帶來很大的作用,對我們的生產帶來極大的指導性作用。

ZJ-3型壓電測試儀現在不僅僅在我們的生產企業中使用，而且成為全國高等院校培養本科研究剩的重要教學和科研輔助工具。在壓電材料方面研究該設備即經濟簡單又實用。

五、產品的主要技術指標

d33測量范圍：

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

★可以配套PZT-JH10/4/8/12型壓電極化裝置使用

★可以配套ZJ-D33-YP15壓電壓片機使用
誤差：×1擋：±2%±1個數字，當d33在100到4000pC/N；
±5%±1個數字，當d33在10到200pC/N；
×0.1擋：±2%±1個數字，(當d33在10到200pC/N)
±5%±1個數字，當d33在10到20pC/N。
分辨率：   ×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  測試前的準備工作

5.1.1用兩根多芯電纜把測量頭和儀器本體連接好，接通電源。

5.1.2把附件盒內的φ20尼龍片插入測量頭的上下探頭之間（見圖1）

    調節手輪，使尼龍片剛好壓住為止。

5.1.3把儀器后面板上的“顯示選擇”開關置于“d₃₃”一側（見圖3），此時

     前面板右上方綠燈亮。（如置“力”一側，則黃燈亮，此時面板表上顯

     示的是低頻交變力值，0.25左右，單位牛頓）。

5.1.4儀器后面板設有“量程選擇”開關，可根據需要選擇。一般置于“×1”

     檔即可，如材料的d₃₃值較低可置于“×0.1”檔；但兩檔要分別調零。

5.1.5按下“快速模式”（見圖2），儀器通電預熱10分鐘后，調節“調零”

     旋鈕使面板表指示在“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“快速模式”下進行，為減少測量誤差，在

     測試過程中零點如有變化或換檔時，需要重新調零。

5.2  調節手輪的操作規范

     測量過程中，被測元件置于上下兩探頭之間，通過調節手輪使探頭與

     樣品剛好夾持住，靜壓力的影響應盡量小。靜壓力過大，會引起壓電

     非線性，甚至損壞測量頭；靜壓力過小，會導致試樣松動，指示值不

     穩定。測量“軟性”材料和極薄的試樣尤其要注意這一點。

5.3“快速模式”測量

    快速模式即連續測量，被測元件均為極化后已放置一定時間并已*放

    電后的試樣，此時“放電提示”紅色發光二極管閃爍，隨時提醒操作人

    員首先對壓電元件放電后再進行測量，以避免損壞儀器。選擇“快速模

    式”測量，每更換一個被測元件，表頭會迅速顯示d₃₃結果及正負極性。

5.4“安全模式”測量

    對于剛剛極化完的壓電試樣，在短時間內，即使多次放電也很難*放

    完，壓電試樣上仍然會存在少則幾千伏，多則幾萬伏的電壓。選擇“安

    全模式”可使儀器在測量過程中能自動被測元件進行放電，以確保儀器

    安全。在插入被測試樣后，放電過程開始并自動完成，此時表頭指示為

    零，按下“測量觸發”鍵，表頭才能顯示出測量結果。每測一只元件，

    都要重復一次上述過程。在“安全模式”狀態下，“放電提示”指示燈

    熄滅，“測量觸發”按鈕內的綠色發光二極管一直點亮。

5.5  探頭選擇

    隨儀器一起提供有兩種探頭（見圖6），為保證測量精度，至少試樣的

    一面應為點接觸，測量過程要求試樣處于垂直、水平放置。一般推薦使

    用圓形探頭（A型）。當被測試樣為圓管、弧形、尺寸較薄、較大或很

    小時，下探頭換成平探頭（B型）為好。

5.6  對大電容試樣的修正

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

    檔）時，其影響可忽略不計。當被測試樣的電容值C_i大于0.01μF（×

    0.1檔），或大于0.001μF（×0.1檔）時，由于電容過大會造成附加的

    測量誤差，故應對測量值按下式進行修正。

                        （1+C_i）對×1檔

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

                        （1+10C_i）對×0.1檔

這里，C_i為以μF為單位的試樣電容值。

    5.7  壓電系數g₃₃的計算

    準靜態d₃₃測量儀，雖然本身只能測量d₃₃壓電常數值，但是一量測得

    試樣的介電常數ε^T₃₃   ，則還可以計算得到該試樣的壓電電壓常數g₃₃，即

            g₃₃＝d₃₃/ε^T₃₃   (1.4)