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施力装置设计：施力装置的核心部件是力产生机构和力传递机构。力产生机构采用了高精度的电磁驱动装置，通过精确控制电流大小和频率，能够产生稳定的低频交变力。力传递机构采用了刚性好、精度高的连杆和探头，能够将力准确地传递到被测试样上，并且保证力的作用方向垂直于试样表面。在设计过程中，对施力装置的各个部件进行了优化，以减小摩擦力和惯性力对力传递的影响，提高力的施加精度。通过对力产生机构和力传递机构的精心设计和调试，使得施力装置能够产生大小约为 0.25N、频率约为 110Hz 的稳定交变力，满足准静态测量方法对施力的要求。
信号处理电路设计：信号处理电路是 ZJ-3 型测试仪的关键部分之一，它直接影响着测量结果的准确性和可靠性。信号处理电路主要包括电荷放大器、检波电路和相除电路。电荷放大器采用了高输入阻抗、低噪声的运算放大器，能够将微弱的电荷信号放大到适合后续处理的幅度。检波电路采用了精密的二极管检波电路，能够将放大后的交流信号准确地转换为直流信号。相除电路采用了模拟除法器，通过对标准样品和被测试样产生的电信号进行相除运算，消除了外界干扰因素对测量结果的影响，提高了测量的精度。在电路设计过程中，充分考虑了电路的抗干扰能力和稳定性，采用了屏蔽、滤波等措施，减少外界电磁干扰对信号处理的影响。通过对信号处理电路的优化设计，使得测试仪能够准确地测量和处理压电材料产生的微弱电信号，为准确测量 d33 常数提供了保障。
×1 挡：测量范围为 10 到 2000pC/N，可升级至 20 至 4000pC/N，甚至能够进一步升级到 10000pC/N。这一范围能够满足大多数具有较大压电常数的压电陶瓷材料的测量需求。在实际应用中，许多常用的压电陶瓷材料的 d33 常数都在这个范围内，例如 PZT 系列压电陶瓷，其 d33 常数通常在几百到几千 pC/N 之间，ZJ-3 型测试仪的 ×1 挡能够对其进行准确测量。
×0.1 挡：测量范围为 1 到 200pC/N，可扩展至 2 至 400pC/N。该挡位主要用于测量小压电常数的压电单晶及压电高分子材料。一些新型的压电单晶材料或压电高分子材料，其 d33 常数相对较小，在几 pC/N 到几十 pC/N 之间，×0.1 挡能够满足对这类材料的精确测量要求。较宽的测量范围使得 ZJ-3 型测试仪能够适应不同类型、不同性能压电材料的测量需求，具有广泛的适用性。
×1 挡：分辨率为 1pC/N。这意味着在该挡位下，测试仪能够精确分辨出 d33 常数的微小变化，即使 d33 常数的变化量仅为 1pC/N，测试仪也能够准确地检测到并在显示面板上体现出来。这种高分辨率对于测量具有较大 d33 常数且需要精确测量其细微变化的压电材料非常重要，例如在研究压电陶瓷材料的性能优化过程中，可能需要观察 d33 常数随着制备工艺参数改变而发生的微小变化，×1 挡的高分辨率能够满足这一需求。
×0.1 挡：分辨率为 0.1pC/N。在测量小压电常数的材料时，×0.1 挡的高分辨率能够确保对微小 d33 常数的精确测量。对于那些 d33 常数在几 pC/N 到几十 pC/N 范围内的压电单晶或压电高分子材料，0.1pC/N 的分辨率能够提供非常准确的测量结果，为研究这类材料的压电性能提供可靠的数据支持。高分辨率保证了测试仪能够对压电材料的 d33 常数进行精细测量，提高了测量结果的准确性和可靠性。
×1 挡：当 d33 在 100 到 4000pC/N 时，误差为 ±2%±1 个数字。例如，当测量一个 d33 常数为 1000pC/N 的压电材料试样时，根据误差范围，测量结果可能在 1000×(1 - 2%) - 1 到 1000×(1 + 2%) + 1 之间，即 979 到 1021pC/N 之间。当 d33 在 10 到 200pC/N 时，误差为 ±5%±1 个数字。这是因为在较低的 d33 常数范围内，测量难度相对较大，外界干扰因素对测量结果的影响相对更明显，所以误差范围适当放宽，但仍能保证在可接受的范围内，以确保测量结果的可靠性。
×0.1 挡：当 d33 在 10 到 200pC/N 时，误差为 ±2%±1 个数字。在该挡位下，对于小压电常数材料的测量，能够保证较高的测量精度，误差控制在较小范围内，为研究小压电常数材料的性能提供了准确的数据基础。严格控制的误差范围表明 ZJ-3 型测试仪具有较高的测量准确性，能够为压电材料的研究和应用提供可靠的数据支持。
尺寸：施力装置尺寸为 Φ110×140mm，仪器本体尺寸为 240×200×80mm。这样的尺寸设计使得仪器整体结构紧凑，既方便操作，又便于携带和安装。施力装置的尺寸设计能够保证其稳定地施加外力，同时不会占用过多空间；仪器本体的尺寸设计兼顾了内部电子元器件的布局和散热需求，以及操作人员对仪器操作的便捷性。
重量：施力装置约 4 公斤，仪器本体 2 公斤。较轻的重量使得仪器在使用和搬运过程中更加方便，无论是在实验室环境中进行常规测量，还是需要在不同地点进行现场测试，都能够轻松移动和部署。
电源：使用 220 伏，50 赫的交流电源，功率为 20 瓦。这种常见的电源规格使得仪器能够方便地接入各种实验场所的供电系统，20 瓦的低功率设计既满足了仪器正常工作的需求，又具有较低的能耗，节能环保。
仪器检查：在使用 ZJ-3 型精密 D33 测试仪之前，首先要对仪器进行全面检查。检查仪器外观是否有损坏，各部件连接是否牢固。查看施力装置的探头是否有磨损或变形，如有问题应及时更换或修复，以确保施力的准确性。检查仪器的电源线是否连接正确，插头插座是否松动。打开仪器电源，观察仪器面板上的指示灯是否正常亮起，显示单元是否正常显示。如果发现仪器存在故障或异常情况，应立即停止使用，并进行维修或调试。
试样准备：对待测试样进行严格的预处理。首先，根据测量要求，选择合适尺寸和形状的压电材料试样，如圆片、圆环、圆管、方块、长条、柱形及半球壳等均可。对试样的表面进行清洁处理，去除表面的油污、灰尘等杂质，以保证试样与测量探头之间良好的电气接触。对于压电陶瓷试样，需要进行极化处理，使其具有稳定的压电性能。在进行极化处理时，要严格控制极化电场强度、极化时间和极化温度等参数，以确保极化效果的一致性。极化后的试样应放置一段时间，使其压电性能稳定后再进行测量。根据试样的类型和尺寸，选择合适的夹具将试样固定在施力装置的测量位置上，确保试样安装牢固，受力均匀。
仪器校准：为了保证测量结果的准确性，在每次测量前需要对仪器进行校准。使用已知 d33 常数的标准样品进行校准操作。将标准样品安装在施力装置上，按照正常测量步骤进行操作，记录仪器显示的测量值。将测量值与标准样品的已知 d33 常数进行比较，如果测量值与标准值之间的偏差超出了仪器规定的误差范围，则需要对仪器进行校准调整。通过调整仪器内部的校准参数，使仪器的测量值与标准值相符。校准过程应严格按照仪器的操作手册进行，确保校准的准确性。经过校准后的仪器才能进行准确的测量工作。
参数设置：根据被测试样的估计 d33 常数大小，选择合适的测量挡位。如果估计 d33 常数较大，在 100pC/N 以上，可选择 ×1 挡；如果估计 d33 常数较小，在 100pC/N 以下，可选择 ×0.1 挡。将仪器后面板上的 “d33 - 力" 选择开关置于 “d33" 一侧，确保仪器处于 d33 常数测量模式。
仪器预热：打开仪器电源，让仪器通电预热 10min。在预热过程中，仪器内部的电子元器件逐渐达到稳定工作状态，能够提高测量的准确性和稳定性。预热时间结束后，仪器方可进行准确测量。
调零操作：调节仪器前面板上的调零旋钮，使面板表指示在 “0" 与 “ - 0" 之间。调零操作是为了消除仪器的零点漂移误差，确保测量结果的准确性。在调零过程中，要确保测量头没有施加外力，处于空载状态。
试样测量：将安装好试样的施力装置放置在仪器的测量位置上，轻轻压下测量头的胶木板，使测量探头与试样紧密接触。此时，施力装置会向试样施加一个约 0.25N、频率为 110Hz 的低频交变力。由正压电效应产生的
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