2017年北京科技大学本科/研究生ZJ-3型压电测试仪现场操作步骤

ZJ-3型D33压电陶瓷的压电性能现场操作步骤及简单要领

姓名：随***

专业：材料学院

学号：11235

一、仪器实验目的：

1. 通过测试了解压电陶瓷元件的压电性能参数及变化
2. 掌握ZJ-3压电应变常数d₃₃的测试原理和测试技术

二、实验仪器设备：

中科院ZJ-3型压电测试仪，PZT-JH10/4型压电极化装置，压电制样机

三、摘要：

ZJ-3型压电测试仪（静压电系数d33测量仪）是为测量压电材料的d33常数而设计的仪器，它可用来测量具有大压电常数的压电陶瓷，小压电常数的压电单晶及压电高分子材料。此外，也可测量任意取向压电单晶以及某些压电器件的等效压电d’33常数，仪器测量范围宽，分辨率细，可靠性高，操作简单，对试样大小及形状无特殊要求，圆片、圆环、圆管、方块、长条、柱形及半球壳等均可测量，测量结果和极性在三位半数字面板表上直接显示。

关键词：ZJ-3，d33测量仪，压电系数

四、引言：

目前我们国家对材料测试越来越重视，很多单位及科研院校对产品甄别出现很大问题，但是真正测试材料需要选择一款可靠的测试产品，这样对自己的测试成果及研究会带来很大的作用,对我们的生产带来极大的指导性作用。

ZJ-3型压电测试仪现在不仅仅在我们的生产企业中使用，而且成为全国高等院校培养本科研究剩的重要教学和科研辅助工具。在压电材料方面研究该设备即经济简单又实用。

五、产品的主要技术指标

d33测量范围：

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

★可以配套PZT-JH10/4/8/12型压电极化装置使用

★可以配套ZJ-D33-YP15压电压片机使用
误差：×1挡：±2%±1个数字，当d33在100到4000pC/N；
±5%±1个数字，当d33在10到200pC/N；
×0.1挡：±2%±1个数字，(当d33在10到200pC/N)
±5%±1个数字，当d33在10到20pC/N。
分辨率：×1挡：1 pC/N；×0.1挡：0.1 pC/N。
尺寸：施力装置：Φ110×140mm；仪器本体：240×200×80mm。
重量：施力装置：约4公斤；
仪器本体：2公斤。
电源：220伏，50赫，20瓦。

★补充参数:

频带宽度	DC～7MHz
Y偏转系数	10mV/div～5V/div,分9档
X偏转系数	0.2μS/div～0.1S/div,分18档
X扩展	×2
触发源	内、外、电视场
同步方式	自动、触发
有效显示面	6div×10div(1div=0.6cm)
使用电源	AC 220V/50Hz
外形尺寸	240B×100H×300Dmm
重量	3kg

5操作方法

5.1测试前的准备工作

5.1.1用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好，接通电源。

5.1.2把附件盒内的φ20尼龙片插入测量头的上下探头之间（见图1）

调节手轮，使尼龙片刚好压住为止。

5.1.3把仪器后面板上的“显示选择”开关置于“d₃₃”一侧（见图3），此时

前面板右上方绿灯亮。（如置“力”一侧，则黄灯亮，此时面板表上显

示的是低频交变力值，0.25左右，单位牛顿）。

5.1.4仪器后面板设有“量程选择”开关，可根据需要选择。一般置于“×1”

档即可，如材料的d₃₃值较低可置于“×0.1”档；但两档要分别调零。

5.1.5按下“快速模式”（见图2），仪器通电预热10分钟后，调节“调零”

旋钮使面板表指示在“0”与“-0”之间跳动，调零即完成，撤掉尼龙

片开始测量。调零一律在“快速模式”下进行，为减少测量误差，在

测试过程中零点如有变化或换档时，需要重新调零。

5.2调节手轮的操作规范

测量过程中，被测元件置于上下两探头之间，通过调节手轮使探头与

样品刚好夹持住，静压力的影响应尽量小。静压力过大，会引起压电

非线性，甚至损坏测量头；静压力过小，会导致试样松动，指示值不

稳定。测量“软性”材料和极薄的试样尤其要注意这一点。

5.3“快速模式”测量

快速模式即连续测量，被测元件均为极化后已放置一定时间并已*放

电后的试样，此时“放电提示”红色发光二极管闪烁，随时提醒操作人

员首先对压电元件放电后再进行测量，以避免损坏仪器。选择“快速模

式”测量，每更换一个被测元件，表头会迅速显示d₃₃结果及正负极性。

5.4“安全模式”测量

对于刚刚极化完的压电试样，在短时间内，即使多次放电也很难*放

完，压电试样上仍然会存在少则几千伏，多则几万伏的电压。选择“安

全模式”可使仪器在测量过程中能自动被测元件进行放电，以确保仪器

安全。在插入被测试样后，放电过程开始并自动完成，此时表头指示为

零，按下“测量触发”键，表头才能显示出测量结果。每测一只元件，

都要重复一次上述过程。在“安全模式”状态下，“放电提示”指示灯

熄灭，“测量触发”按钮内的绿色发光二极管一直点亮。

5.5探头选择

随仪器一起提供有两种探头（见图6），为保证测量精度，至少试样的

一面应为点接触，测量过程要求试样处于垂直、水平放置。一般推荐使

用圆形探头（A型）。当被测试样为圆管、弧形、尺寸较薄、较大或很

小时，下探头换成平探头（B型）为好。

5.6对大电容试样的修正

当被测试样的电容值C_i小于0.01μF（×1档），或小于0.001μF（×0.1

档）时，其影响可忽略不计。当被测试样的电容值C_i大于0.01μF（×

0.1档），或大于0.001μF（×0.1档）时，由于电容过大会造成附加的

测量误差，故应对测量值按下式进行修正。

（1+C_i）对×1档

d_33修正值＝d_33指示值×｛（1.3）

（1+10C_i）对×0.1档

这里，C_i为以μF为单位的试样电容值。

5.7压电系数g₃₃的计算

准静态d₃₃测量仪，虽然本身只能测量d₃₃压电常数值，但是一量测得

试样的介电常数ε^T₃₃，则还可以计算得到该试样的压电电压常数g₃₃，即

g₃₃＝d₃₃/ε^T₃₃(1.4)