GB T 2414.1-1998 压电陶瓷材料性能试验方法 圆片径向伸缩振动模式.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圆片的径向伸缩振动长条的横向长度伸缩振动 的基础上修订的本标准与 相比作了下列修订把圆片的径向伸缩振动模式和长条的横向长度伸缩振动模式分开为两个标准 本标准的名称为压电陶瓷材料性能试验方法圆片径向伸缩振动模式删去已成为独立国家标准的频率温度稳定性的测试 每十倍时间老化率 的测试 一次泛音频率 的测试以及泊松比 的计算的有关内容按照 的规定增加了前言 并按照试验方法作为一项独立标准所规定的标准内容及其顺序进行编写试验方法增加了 电桥法修改了测试环境条件删去符号表删去机械品质因数 值近似计算部分及附录 机械品质因数 值的修正系数 表删去附录 对应数值表中 的

2、部分本标准的附录 及附录 都是标准的附录本标准从生效之日起 代替本标准由全国铁电压电陶瓷标准化技术委员会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起草单位七二一厂本标准主要起草人罗绍棠田德辉高明仙中华人民共和国国家标准压电陶瓷材料性能试验方法圆片径向伸缩振动模式代替 部分国家质量技术监督局 批准 实施范围本标准规定了压电陶瓷材料圆片径向伸缩振动模式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圆片径向伸缩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为本标准的条文 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

3、准最新版本的可能性压电陶瓷材料体积密度测量方法铁电压电陶瓷词汇压电陶瓷材料性能测试方法泊松比的测试定义和符号本标准中采用的定义和符号按 的规定试验原理等效电路与特征频率一个以单一模式自由振动的压电陶瓷振子在其谐振频率附近的机电特性可用图 的等效电路来表示 它由动态电容 动态电感 动态电阻 组成的串联支路与并联电容 并联而成 在谐振频率附近可认为这些参数与频率无关图 等效电路根据图 所示的等效电路 压电陶瓷振子的导纳可用式 表示式中 并联支路的导纳串联支路的导纳角频率在电导电纳坐标平面上 随着频率的变化串联支路导纳 矢量终端的轨迹为一个圆 当机械品质因数 较大时 在谐振区的变化甚小因此可看作为一

4、个常数 在不考虑介质损耗时压电陶瓷振子导纳 的圆图如图 所示图 导纳圆图从图 的导纳圆图中 可得到以下六个特征频率串联谐振频率并联谐振频率谐振频率电纳等于零反谐振频率电纳等于零最大导纳频率最小阻抗频率最小导纳频率 最大阻抗频率在一般情况下 当振子的优值 较高时在一级近似下 当优值 较低时用 代替 计算参数性能必须加以修正其近似公式见公式 和式中 压电振子的优值自由电容压电振子的最小阻抗如果 利用近似公式 和 所产生的误差小于试验概述本标准采用传输线路法或电桥法测试压电陶瓷圆片振子径向伸缩振动模式的材料性能采用传输网络测压电振子的最大传输频率 最小传输频率 最小阻抗 采用阻抗分析仪测压电振子的最

5、大导纳频率 最小导纳频率 最小阻抗 或谐振频率 反谐振频率 和谐振电阻在一级近似下得到串联谐振频率 并联谐振频率 和动态电阻 后即可计算或查附录 标准的附录 确定机电耦合系数 并计算压电振子的其他参数试验条件环境条件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求试样为薄圆片直径 与厚度 之比 圆度不大于直径公差的一半平行度不大于厚度公差的一半 两主平面全部被敷上金属层作为电极沿厚度方向进行极化处理推荐试样尺寸直径 厚度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 后进行试验试验信号要求测电容和介质损耗时 电场强度

6、 频率测串联谐振频率和动态电阻时电场强度试验方法自由电容 和介质损耗角正切 的试验试验设备及要求电桥 电容的测量误差不大于 介质损耗角正切测量误差不大于试验程序将试样接至电桥上直接测出其电容量和介质损耗角正切值试验的不确定度电容试验的不确定度介质损耗试验的不确定度串联谐振频率 并联谐振频率 动态电阻 的试验传输线路法试验电路一如图 所示信号发生器 频率计 电压表 试样 分压电阻 终端电阻可变无感电阻箱 分布电容 开关图 型网络传输线路法试验电路图 中分压电阻 的阻值与信号发生器的输出阻抗相匹配 一般取间的分布电容 远低于试样的自由电容 即 分布电容 的电抗应满足试验电路二如图 所示信号发生器

7、频率计 电压表 试样 匹配电阻 限流电阻可变无感电阻箱 分布电容图 测 和 的试验电路图 测 的试验电路图 中匹配电阻 的阻值与信号发生器的输出阻抗相匹配 限流电阻间的分布电容 远低于试样的自由电容 即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精确度输出波形为正弦波 谐波失真抑制大于按试验电路图 测动态电阻 时谐波失真抑制大于频率计分辨率优于 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输出电平电压表 输入阻抗大于 输入电容不大于 频率范围应符合测试要求可变无感电阻箱 最小分度为 使用频率不低于屏蔽盒及样品支架 屏蔽盒与各仪表连线用短屏蔽线 接插件采用射频连接器 支架夹持力

8、要小 以能夹住试样为准 保证夹具与试样电极接触良好夹具与试样接触面的直径一般为并夹在试样节点处 样品支架与屏蔽盒连在一起 支架分布电容要小绝缘性能良好试验程序串联谐振频率 并联谐振频率 的试验把试样接入试验电路 一 终端电阻接 调节信号发生器频率使电压表 指示最大此时频率为最大传输频率 终端电阻接 增高信号发生器频率 使电压表 指示最小 此时频率为最小传输频率当压电陶瓷振子的等效电阻不能满足 小于动态电阻 时可运用试验电路 二把试样接入试验电路二 如图 所示调节信号发生器频率使电压表 指示最小此时频率为把试样接入试验电路 二 如图 所示调节信号发生器频率 使电压表 指示最小此时频率为在一级近似

9、下动态电阻 的试验按图 或图 测出的最大传输频率 处用可变无感电阻箱代替试样 改变电阻箱的阻值 使电压表 的指示与替代前相同 此时电阻箱的阻值 即为试样最小阻抗绝对值 在一级近似下试验的不确定度谐振频率试验的不确定度动态电阻试验的不确定度电桥法试验电路如图 所示图 电桥法试验电路试验设备及要求电桥 频率精度优于 阻抗分辨率优于样品支架同 中的要求试验程序串联谐振频率 并联谐振频率 动态电阻 的试验把试样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 调节电桥的频率使试样阻抗最小 此时频率为试样最大导纳频率 阻抗为试样最小阻抗 或使试样相位为零 此时频率为谐振频率 阻抗为谐振电阻 增

10、高电桥的频率 使试样阻抗最大此时频率为最小导纳频率或使试样相位为零此时频率为反谐振频率在一级近似下试验的不确定度谐振频率试验的不确定度动态电阻试验的不确定度泊松比 的试验按 规定的方法测出压电陶瓷材料的泊松比体积密度 的试验按 规定的方法测出压电陶瓷材料的体积密度试样尺寸的测量用精度优于 的量具测量试样的直径 和厚度压电陶瓷材料性能参数的计算平面机电耦合系数根据 测出的圆片试样的串联谐振频率 和并联谐振频率 以及根据 测出的泊松比由附录 标准的附录 查得方程 的最低正根 用公式 计算出平面机电耦合系数式中 平面机电耦合系数频差泊松比方程 的最低正根串联谐振频率一类零阶贝塞尔函数一类一阶贝塞尔函

11、数也可通过查附录 标准的附录 确定平面机电耦合系数 值平面机电耦合系数试验的不确定度机械品质因数根据 测出试样的自由电容 和 测出的试样串联谐振频率 并联谐振频率 和动态电阻 用公式 计算试样的机械品质因数 值式中 机械品质因数串联谐振频率并联谐振频率动态电阻自由电容机械品质因数试验的不确定度 电桥法传输线路法自由相对电容率根据 测出的自由电容 和 测出的试样直径 与厚度 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率真空电容率自由电容试样厚度试样直径自由相对电容率试验的不确定度径向频率常数根据 测出的串联谐振频率 和 测出的试样直径 用公式 计算径向频率常数式中 径向频率常数串联谐

12、振频率试样直径径向频率常数试验的不确定度径向声速根据 测出的串联谐振频率 根据 测出的泊松比 由附录 标准的附录 查得方程的最低正根 根据 测出的试样直径 用公式 计算径向声速式中 径向声速试样直径串联谐振频率方程 的最低正根径向声速试验的不确定度弹性柔顺常数根据 测出的串联谐振频率 和 测出的试样直径 根据 测出的体积密度 和 测出的泊松比 由附录 标准的附录 查得方程 的最低正根 用公式分别计算弹性柔顺常数式中 短路弹性柔顺常数方程 的最低正根试样直径串联谐振频率体积密度泊松比试验的不确定度式中 开路弹性柔顺常数短路弹性柔顺常数泊松比平面机电耦合系数试验的不确定度式中 短路弹性柔顺常数泊松

13、比短路弹性柔顺常数试验的不确定度式中 开路弹性柔顺常数短路弹性柔顺常数泊松比平面机电耦合系数短路弹性柔顺常数试验的不确定度压电应变常数根据 得出平面机电耦合系数 和 得出自由相对电容率 以及 得出的短路弹性柔顺常数 和 测出的泊松比 用公式 计算压电应变常数式中 压电应变常数泊松比平面机电耦合系数自由相对电容率真空电容率短路弹性柔顺常数压电应变常数试验的不确定度压电电压常数根据 得出的压电应变常数 和 得出的自由相对电容率 用公式 计算压电电压常数式中 压电电压常数压电应变常数自由相对电容率真空电容率压电电压常数试验的不确定度附录标准的附录对应数值表当泊松比 从 时 它所对应的 对应数值表见表

14、 表表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完表 时 对应数值表表 完附录标准的附录对应数值表方程 的最低正根 与泊松比对应关系表见表表 的关系表