GB T 3389.6-1997 压电陶瓷材料性能测试方法 长方片厚度切变振动模式.pdf

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1、前言本标准是在 压电陶瓷材料性能测试方法长方片厚度切变振动模式 的基础上修订的与 对比 主要作了如下的修订按照 的规定增加了前言试验方法增加电桥法环境条件按照 电工电子产品基本环境试验规程总则的规定删去原标准中的符号表本标准的附录 和附录 都是标准的附录本标准从实施之日起 同时代替本标准由中华人民共和国电子工业部提出本标准由全国铁电压电陶瓷标准化技术委员会归口本标准主要起草单位 电子工业部标准化研究所江苏雷声电子设备厂本标准主要起草人 王玉功罗绍棠中华人民共和国国家标准压电陶瓷材料性能测试方法长方片厚度切变振动模式代替国家技术监督局 批准 实施范围本标准规定了压电陶瓷材料长方片厚度切变振动模式

2、的介电压电和弹性性能的测试方法本标准适用于压电陶瓷材料长方片厚度切变振动模式参数性能的测试引用标准下列标准所包含的条文 通过在本标准中引用而构成本标准的条文 本标准出版时所示版本均为有效 所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性压电陶瓷材料体积密度测量方法电工电子产品基本环境试验规程总则铁电压电陶瓷词汇定义和符号本标准中采用的定义和符号按 的规定测试原理厚度切变振动厚度切变振动如图 所示振子沿 方向极化 沿 方向施加激励电场则在 面上产生剪切力图 使 面产生切变图 当电场反向时 则 面产生反方向切变图 在交变电场激励下 振子产生质点位移沿 方向的切变振动 波的传播方

3、向沿 方向故切变波为横波图 厚度切变振动示意图频率方程在电学短路条件下自由振动的全电极压电振子厚度切变模的基音频率和泛音频率都满足公式所示的频率方程式中 厚度切变振动机电耦合系数归一化频率其表达式为式中 基频或泛音的角频率 当 时为基频厚度切变声速振子厚度公式 表明和厚度切变振动模振子的串联谐振频率相联系的归一化频率 只与机电耦合系数有关 因此压电振子切变模的泛音频率与基音频率之比即泛音比也只与机电耦合系数 有关 故可利用泛音比确定切变模的机电耦合系数解超越方程公式 可知 通过泛音比 可以确定振子的厚度切变振动机电耦合系数 及其他相关参数 泛音比 和厚度切变振动机电耦合系数 的对应关系见附录

4、标准的附录 基频及泛音频率与基音并联谐振频率之比 和机电耦合系数 的对应关系见附录 标准的附录测量概述本标准采用泛音比法测试压电陶瓷长方片厚度切变振动模式的材料性能 采用传输网络测量振子基音模式和泛音模式时的最大传输频率 基音模式时的最小阻抗 采用阻抗分析仪测量振子的基音模式和泛音模式时的最大导纳频率 或谐振频率 基音模式时的最小阻抗 或谐振电阻在一级近似下 当测量基频 和泛音频率 后计算泛音比由附录 标准的附录确定厚度切变振动机电耦合系数 并计算振子的其他参数测试条件环境条件测试环境条件按 的规定执行试验的标准大气条件温度 相对湿度 气压仲裁试验的标准大气条件温度 相对湿度 气压试样尺寸及要

5、求试样为长方片其长度 与厚度 之比 长度 与宽度 之比 试样三度方向之间垂直度的误差不大于 两主平面的平行度不大于厚度公差的一半推荐试样尺寸在试样垂直于长度 方向的 面上全部被敷金属层作为极化处理电极 沿长度方向施加极化电场极化处理后在常温下除去极化电极 并在主平面 面上全部被敷金属层作为激励电极试样应保持清洁干燥 根据不同瓷料的要求 极化后存放一定时间 并在 规定的环境条件下放置 后进行测试测试信号要求测电容和介质损耗时 电场 频率测频率及动态电阻时 电场测试方法自由电容 介质损耗角正切 的测试测试设备及要求电桥 电容测量误差不大于 介质损耗角正切值测量误差不大于测试程序将试样接至电桥上直接

6、测出其电容量和介质损耗角正切值基频和泛音频率 及动态电阻 的测试传输线路法测试线路 一测试线路为恒压源传输测试线路如图 所示 图中分压电阻 的值与信号发生器的输出阻抗匹配 一般取 间的分布电容 远低于试样的自由电容 分布电容的电抗应满足信号发生器 数字频率计 高频电压表 试样分压电阻 终端电阻 分布电容图 恒压源传输测试线路测试线路 二测试线路 二为恒流源传输测试线路 如图 所示 图中匹配电阻 阻值与信号发生器的输出阻抗相匹配 限流电阻 的取值应远大于试样动态电阻 参考值为 间分布电容 远低于试样的自由电容信号发生器 数字频率计 高频电压表 试样匹配电阻 限流电阻 分布电容图 恒流源传输测试线

7、路测试设备及要求信号发生器 频率瞬时稳定度高于待测频率的准确度输出波形为正弦波 谐波失真抑制大于频率计频率分辨率优于 输入阻抗远大于信号发生器输出阻抗 且不影响信号发生器的输出电平电压表输入阻抗大于 输入电容不大于 频率范围满足测试要求屏蔽盒与样品支架屏蔽盒与各仪器连线用短屏蔽线 屏蔽盒应接地良好接插件采用高频电缆插头支架电极夹持点直径约 两中心对准 以使支架能稳固地支撑试样又使试样处于自由振动状态测试程序基频 的测量将被测试样置于样品支架上 接入测试线路 调整信号发生器输出电压使其符合 的规定 在试样厚度切变振动基频附近 调节信号发生器频率 使测试线路 一终端电压表指示最大或测试线路 二终端

8、电压表指示最小此频率即为试样厚度切变振动基频泛音频率 的测量测量基频 后在 规定的测试电场下 调高信号发生器频率 在试样厚度切变模三次 五次 七次泛音频率附近使测试线路 一终端电压表指示最大或测试线路二终端电压表指示最小依次得到试样厚度切变模的三 五 七次泛音频率动态电阻 的测量用测试线路 一测量基频 时用电压表读出基频 时输入电压 和终端输出电压 按公式计算试样的谐振阻抗 在一级近似下即为试样动态电阻式中 动态电阻终端电阻二端电压二端电压此方法受引线电感等的影响 测得的动态电阻 误差较大电桥法测试线路如图 所示图 电桥法测试示意图测试设备及要求电桥频率准确度优于 阻抗分辨率优于样品支架 同

9、的要求测试程序基频 和动态电阻 的测量将试样置于支架上接入电桥输入端如图 所示 调整电桥输出电压 使其符合 的规定 在试样厚度切变模基频附近调节电桥频率 使试样阻抗最小此时频率即为基频 阻抗即为动态电阻泛音频率 的测量在测量基频 后 调高电桥频率在试样厚度切变模三次 五次 七次泛音频率附近 使试样阻抗分别出现最小值 此时频率分别为泛音频率试样尺寸的测量用准确度优于 的量具测量试样的长度 宽度 和厚度材料参数的计算厚度切变振动机电耦合系数根据 测出的试样基频 及泛音频率 分别计算泛音比 由附录 标准的附录得到相应的机电耦合系数 一般情况下从一个泛音比即可计算机电耦合系数测量计算同一试样的三个泛音

10、比分别得到机电耦合系数 的三个值 再取其平均值来确定厚度切变振动机电耦合系数 可提高测量及计算结果的准确度基音并联谐振频率根据 测出的试样基频 及泛音频率 根据 得到的机电耦合系数 值查附录 标准的附录 得相应的 值 再由试样基频和泛音频率 分别计算得到四个并联谐振频率 取其平均值此即为该试样基音并联谐振频率当可以较准确地测出基音并联谐振频率 时也可用谐振反谐振法测其厚度切变的基音串联谐振频率 和并联谐振频率 并由此按公式 和公式 计算厚度切变振动机电耦合系数 及其他参数厚度切变频率常数根据 测出的试样厚度 以及按 得到的试样基音并联谐振频率 用公式 计算厚度切变频率常数式中 厚度切变频率常数

11、基音并联谐振频率试样厚度厚度切变声速根据 测出的试样厚度 以及按 得到的试样基音并联谐振频率 用公式 计算厚度切变声速式中 厚度切变声速基音并联谐振频率试样厚度厚度切变振动机械品质因数根据 测得的基频 和动态电阻 根据 测得的自由电容 以及按 得到的试样基音并联谐振频率 用公式 计算机械品质因数式中 厚度切变振动机械品质因数基频基音并联谐振频率动态电阻自由电容自由相对电容率根据 测得的自由电容 根据 测得的试样长度 宽度 厚度 用公式 计算自由相对电容率式中 自由相对电容率自由电容真空电容率试样厚度试样长度试样宽度受夹相对电容率根据 得到的厚度切变振动机电耦合系数 根据 得到的自由相对电容率

12、用公式计算受夹相对电容率式中 受夹相对电容率厚度切变振动机电耦合系数自由相对电容率切变开路弹性柔顺常数根据 规定的方法测得的试样密度 根据 得到的基音并联谐振频率 根据 测得的试样厚度 用公式 计算切变开路弹性柔顺常数式中 切变开路弹性柔顺常数试样体积密度试样厚度基音并联谐振频率切变短路弹性柔顺常数根据 得到的切变开路弹性柔顺常数 根据 得到的厚度切变振动机电耦合系数用公式 计算切变短路弹性柔顺常数式中 切变短路弹性柔顺常数切变开路弹性柔顺常数厚度切变振动机电耦合系数切变压电应变常数根据 得到的厚度切变振动机电耦合系数 和 得到的自由相对电容率 以及得到的切变短路弹性柔顺常数 用公式 计算切变压电应变常数式中 切变压电应变常数厚度切变振动机电耦合系数自由相对电容率切变短路弹性柔顺常数真空电容率切变压电电压常数根据 得到的切变压电应变常数 和 得到的自由相对电容率 用公式 计算切变压电电压常数式中 切变压电电压常数切变压电应变常数自由相对电容率真空电容率附录标准的附录与 的关系泛音比 与厚度切变振动机电耦合系数 的对应关系见表表 与 的关系表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 续表 完附录标准的附录与 的关系基频及泛音频率与基频并联谐振频率之比 与机电耦合系数 的对应关系见表表 与 的关系表 完