1、中华人民共和国国家标准压电陶瓷材料性能测试方法圆片厚度伸缩振动模式代替国家技术监督局 批准 实施主题内容与适用范围本标准规定了压电陶瓷圆片厚度伸缩振动模式材料性能测试方法本标准适用于机械品质因数 大于 的压电陶瓷圆片厚度伸缩振动模式材料性能的测试引用标准压电陶瓷材料体积密度测量方法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压电陶瓷材料性能测试方法常用名词术语低机械品质因数压电陶瓷材料性能的测试术语符号 代号本标准所采用的术语 符号代号符合 的规定测试方法方法原理在电学短路条件下全电极压电陶瓷圆片厚度伸缩振动模的频率方程为式中 厚度伸缩振动机电耦合系数归一化频率式中 角频率
2、振子厚度厚向声速基频或泛音频率基波并联谐振频率解超越方程式 可得到一系列根每个根相应于一个谐振频率通过泛音比 可以确定振子的厚度伸缩振动机电耦合系数 及其它相关参数 泛音比 与耦合系数 的对应关系见表 泛音频率与基波并联谐振频率之比 与耦合系数 的对应关系见表本标准采用传输线泛音比法测试压电陶瓷圆片振子厚度伸缩振动模式的材料性能 即用动态传输网络测量振子的最大传输频率 在一级近似下 其中 为最大导纳 最小阻抗频率为串联谐振频率 亦可通过电导曲线法 见附录 确定最大电导频率 更精确地确定 测量基频和泛音频率后计算泛音比 由表 确定机电耦合系数 并计算压电陶瓷圆片厚度伸缩振动其它材料参数 实际测量
3、的谐振频率的符号本标准统一用 表示测试条件正常大气条件温度 相对湿度 气压仲裁试验的标准大气条件温度 相对湿度 气压试样及其制备试样尺寸及要求试样为薄圆片两主平面不平行度不大于厚度公差的一半在两主平面上全部被覆金属层作为电极 沿厚度方向进行极化处理 试样直径 与厚度 之比应满足单独厚度振动模式的要求根据不同瓷料选择一定的试样尺寸比 通用瓷料的试样尺寸 直径 和厚度 之比 为测试前试样的准备试样应保持清洁干燥根据不同瓷料要求 极化后存放一定时间并在 条规定的环境下放置后进行测试试样两端测试电场 的要求测电容测试频率及动态电阻测试程序谐振频率 和动态电阻 的测试测试线路 一测试线路 一为恒压源传输
4、测试线路 如图 所示图 恒压源传输测试线路图中分压电阻 的阻值与信号发生器的输出阻抗相匹配 一般取 终端电阻 的取值应与试样的动态电阻 相应参考值为 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的动态电阻 参考值为 间的分布电容 远低于试样的自由电容图 恒流源传输测试线路测试设备及要求信号发生器频率短期稳定度高于待测频率的准确度输出的波形为正弦波 谐波失真抑制大于频率计测试误差小于 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
5、表 输入阻抗大于 输入电容不大于 频率范围高于待测频率灵敏度高屏蔽盒与试样支架屏蔽盒与各仪表连接用短屏蔽线屏蔽盒应妥善接地 接插件采用通用高频插头 试样支架夹持力要小并保证夹具与试样电极面接触良好 接触点的直径为 夹持点要求夹在试样电极面上接近圆边处 如 推荐试样夹持点距圆边 左右 支架应绝缘良好基频 的测量被测试样置于试样支架接入测试线路一 或测试线路二 调整信号发生器输出电压保持试样两电极间的测试电场符合 条规定在相应于试样厚度振动基波附近频段内 调节信号发生器频率 使终端电压表指示最大 测试线路 二 终端电压表指标值最小 此响应最大的频率即为试样厚度伸缩振动基频泛音频率 的测量测量基频
6、后 在 条规定的测试电场范围内分别在相应于试样厚度振动三 五七次谐波附近频段内 继续调节信号发生器频率 使测试线路一终端电压表指示值最大 测试线路 二终端电压表指示值最小 依次得到试样厚度伸缩振动模三 五七次泛音串联谐振频率动态电阻 的测量在 条用测试线路一测量试样厚度振动基频 时 由电压表读出在基频 频率下输入电压 和终端输出电压 按公式 计算基频 的谐振阻抗在一级近似下 此即为试样动态电阻式中 动态电阻测试线路 一 输入电压测试线路 一 终端输出电压测试线路 一 终端电阻自由电容 的测量用测量误差不大于 的电容电桥 在 频率和 条规定的测试电场条件下测量试样自由电容试样尺寸的测量用精度为
7、的量具测量试样直径 厚度测试结果的计算和评定厚度伸缩振动机电耦合系数由 条测得试样基频 条测得试样泛音频率 后分别计算泛音与基频之比 由表 查得相应的耦合系数 一般情况下一个泛音比即可得到耦合系数测量和计算同一试样的三个泛音比分别得到三个 值取其平均值可提高和保证测量与计算结果的精度试样基波并联谐振频率 的计算由 条测得试样基频 条测得试样泛音频率 后根据 条得到的耦合系数 值 查表 得到相应的 值 由试样基频和泛音频率 与其相对应的值 分别计算得到四个并联谐振频率值 取其平均值 此即为试样基波并联谐振频率厚度伸缩振动频率常数由 条测得试样厚度 条计算得到试样并联谐振频率 后按公式 计算频率常
8、数式中 厚度伸缩振动频率常数基波并联谐振频率试样厚度厚向声速由 条得试样基波并联谐振频率 条测得试样厚度 后按公式 计算厚向声速式中 厚向声速基波并联谐振频率试样厚度厚度伸缩振动机械品质因数由 条测得试样基频 条测得试样基频动态电阻 条测得试样自由电容 条得到试样并联谐振频率 后按公式 计算机械品质因数式中 厚度伸缩振动机械品质因数厚度伸缩振动基频厚度伸缩振动基波并联谐振频率动态电阻自由电容自由相对介电常数由 条测得试样自由电容 条测得试样直径 厚度 后 按公式 计算相对介电常数式中 自由相对介电常数试样自由电容试样厚度试样直径真空介电常数受夹相对介电常数按 规定的方法测得试样平面机电耦合系数
9、 条测得耦合系数 条测得自由相对介电常数 按公式 计算受夹相对介电常数式中 受夹相对介电常数厚度伸缩振动机电耦合系数自由相对介电常数平面机电耦合系数开路弹性刚度常数按 规定方法测得试样体积密度 由 条测得试样厚度 条得到并联谐振频率后按公式 计算刚度常数式中 开路弹性刚度常数试样体积密度基波并联谐振频率试样厚度短路弹性刚度常数由本标准 条测得开路弹性刚度常数 条测得机电耦合系数 由 条测得受夹相对介电常数 后按公式 计算短路弹性刚度常数式中 短路弹性刚度常数开路弹性刚度常数厚度伸缩振动机电耦合系数压电应力常数由 条得耦合系数 条得受夹相对介电常数 条得开路弹性刚度常数 后按公式 计算压电应力常
10、数式中 压电应力常数 或厚度伸缩振动机电耦合系数受夹相对介电常数开路弹性刚度常数真空介电常数表 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续表续表续表续表表 与 的关系表续表附录用导纳曲线法测定基频补充件方法原理概要采用导纳曲线或阻抗曲线测试机械品质因数 大于 的压电陶瓷圆片厚度伸缩振动模式的材料性能 一般在优值 在一级近似下 通过最大电导值 可以精确地确定基频 进而通过计算泛音比 并查表 确定耦合系数 并计算材料的其它参数测试电路导纳曲线法或阻抗曲线法测试电路结构及其测试仪器连接方块示意图见图导纳或阻抗 电桥 试样及支架图测试设备及要求本方法的测试设备及要求按 标准的规定试验程序按图 所示连接电路将试样接入支架在满足测试试样两电极间电场 的条件下 连续改变频率或自动频率扫描 求得基波谐振最大电导频率 再继续改变频率求得 次谐波附近最大电导频率附加说明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专业标准化工作组归口本标准由中国科学院武汉物理研究所负责起草本标准主要起草人王四德王玉海本标准于 年 月首次发布 年 月第一次修订
