GB16304-1996壓電陶瓷電場應(yīng)變特性測試方法(精)

GB/T16304—1996

1主題內(nèi)容與適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了壓電陶瓷在外電場作用下靜態(tài)應(yīng)變和動態(tài)應(yīng)變的測

試方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于壓電陶瓷場－應(yīng)變曲線的測量，并可通過應(yīng)變曲線來計算壓電陶

瓷元件單位電場下的形變量。

2引用標(biāo)準(zhǔn)

GB3389.1—82壓電陶瓷材料性能測試方法常用名詞術(shù)語

GB2414—81壓電陶瓷材料性能測試方法圓片的徑向伸縮振動、長條的橫向長度

伸縮振動

3術(shù)語和符號

3.1本標(biāo)準(zhǔn)所采用的符號、定義及術(shù)語符合GB3389.1的規(guī)定。

3.2動態(tài)法motionalmethod測量壓電陶瓷試樣在諧振狀態(tài)下應(yīng)變的方法。

4測試方法

4.1測試條件

4.1.1正常大氣條件

溫度：15?35C

濕度：45%?75%

大氣壓力：86?106kPa

4.1.2測試時的環(huán)境溫度

不同材料的同一組樣品，在測量過程中，所處環(huán)境的溫度變化應(yīng)控制在土2C內(nèi)。

4.2測試樣品

4.2.1靜態(tài)測試用樣品，可采用矩形或圓柱形試樣。

4.2.2動態(tài)測試用樣品：

按不同振動模式，樣品做成符合GB2414規(guī)定的尺寸;

b.使試樣的基音頻率與使用的測振儀的頻率范圍相適應(yīng)。

a.

4.3激光干涉法

4.3.1方法原理概要

利用光干涉原理，使壓電陶瓷試樣在外加電場作用下產(chǎn)生形變（位移），通過對物光

進(jìn)行調(diào)制，使干涉條紋變化，從而得到被測物體形變值。

4.3.2測試設(shè)備

a.可調(diào)式高壓直流電源，電壓范圍土5kV，紋波系數(shù)不大于1%;

b.壓電陶瓷試樣常規(guī)測試設(shè)備，按GB2414中423條規(guī)定；

分辨率=izl

c.邁克爾遜激光干涉儀，:（入二0.6328卩m;

d.貝塞爾函數(shù)高頻激光干涉測振儀或同樣精度的其他測振儀，振幅測試范圍

0.0020?0.3780卩m測試精度±（1?5）%。

4.3.3測試程序

4.3.3.1靜態(tài)法測試

4.3.3.1.1安裝樣品

將被測樣品一端垂直地粘緊在一剛性質(zhì)量塊上，然后將一根面積很小的平面全反射鏡

生趣在粘緊于另一端面中心處（小鏡直徑d不大于10mm,厚度t約1

mm）。

4.3.3.1.2測量

首先調(diào)整邁克爾遜干涉儀處于正常工作狀態(tài)，然后將樣品接入直流電壓源電

路，按條紋整數(shù)變化規(guī)律，緩慢調(diào)節(jié)電壓，升壓，降壓，反向升壓，降壓，觀察干涉條紋

的移動，并計算移動的條紋數(shù)N。

注：在電壓回到零時，可能存在剩余條紋（即剩余形變）。

4.3.3.1.3應(yīng)變的計算

根據(jù)條紋數(shù)N的改變，按式（1）、式（2）計算相應(yīng)的形變和應(yīng)變

(1)

.■

11

'

2匸A/...................................ML

11!

式中：△1——一定電壓作用下，試樣產(chǎn)生的形變量，卩m

N——一定電壓下讀得的移動條紋數(shù)；入——激光波長（入=0.6328卩m;

S—一定電壓作用下，試樣產(chǎn)生形變△1時相應(yīng)的應(yīng)變量；1試樣被測方

向上的長度，mm

4.3.3.2動態(tài)法測試

4.3.3.2.1安裝樣品

將樣品牢固地安裝于專用測試夾具中，要夾持在式樣中心點處（節(jié)點）。在

樣品被測端面上粘結(jié)一小面積的平面全反射鏡（小鏡直徑不大于5mm厚度約1

mn）。

433.2.2調(diào)整高頻激光干涉測振儀

將夾具上的樣品置于測振儀的測量光路中，調(diào)整光路及其他需用的儀器，使

它們處于正常工作狀態(tài)之中。

4.3.3.2.3測量

待測振儀穩(wěn)定后開始測量，根據(jù)被激勵的不同振幅值，在大于或等于0.03

￡1

卩m時，可采用=法；小于0.03卩m時，可采用Ji最大值法。施加于樣品上的激勵電場

信號和幅值需滿足GB2414的要求。在每次測量時，要快速進(jìn)行。

4.4電感法測量靜態(tài)形變

電感法測量靜態(tài)形變見附錄A（補充件）。

4.5電容法測量靜態(tài)形變

電容法測量靜態(tài)形變見附錄B（補充件）。

4.6測試結(jié)果的計算和評定

4.6.1作出被測樣品的靜態(tài)應(yīng)變S和外加直流電場EDC之間的關(guān)系曲線。

4.6.2作出在諧振狀態(tài)下（基頻），振幅Ap與激勵電壓VAC之間關(guān)系曲線。

4.6.3結(jié)果也可列表顯示。

(2)

附錄A

電感法測量壓電陶瓷的靜態(tài)形變

（補充件）

A1測試條件

按4.1.1條要求。

A2方法原理概要

利用電感測微儀接觸被測物，被測物產(chǎn)生形變時將改變測微儀探頭中的電感量L，

從而達(dá)到測量形變的目的。

A3測試樣品

按4.2.1條要求。

A4測試儀器、設(shè)備及要求

電感測微儀測量范圍：o?土100卩m分辨率0.1卩m

直流電壓源電壓范圍：0?10kV，精度土5%。

A5測試程序

將被測樣品固定在測試臺上，調(diào)節(jié)電感探頭位置使之與被測試樣表面接觸，調(diào)零后即

可進(jìn)行形變測量。

緩慢連續(xù)調(diào)節(jié)直流電壓，升高，下降；反向升高，下降，記錄相應(yīng)電壓值下的形變量，

至此完成了一次循環(huán)測量。

A6應(yīng)變的計算

對被測樣品任一方向，用電感測微儀可直接測出任一電壓作用下產(chǎn)生的相應(yīng)形變值

△L,用公式（2）計算出不同電壓作用下的應(yīng)變值。

A7試驗結(jié)果的計算和評定

按4.6.1和4.6.3條規(guī)定。

附錄B

電容法測量壓電陶瓷的靜態(tài)形變

（補充件）

B1測試條件

按4.1.1條。

B2方法原理概要

利用電容式測微儀，使被測物與該測微儀的探頭構(gòu)成電容的兩個極板，當(dāng)被

測物產(chǎn)生形變時，將改變兩極間的距離，從而達(dá)到測量形變的目的。

B3測試樣品

按4.2.1條要求。

B4測試儀器、設(shè)備及要求

電容式測微儀測量范圍：o?土50卩m分辨率0.1卩m

直流電壓源電壓范圍：0?10kV，精度土5%。

B5測試程序

將被測樣品固定在測試臺上，調(diào)節(jié)電容測微儀探頭與被測試樣表面之間的距離，使其

在測微儀的有效測量范圍之內(nèi)，固定好探頭，將測微儀調(diào)零后即可進(jìn)行形變測量。

緩慢連續(xù)調(diào)節(jié)直流電壓，升高，下降；反向升高，下降，記錄相應(yīng)電壓值下的形變量，

至此完成了一次循環(huán)測量。

B6應(yīng)變的計算

對被測樣品任一方向，用電容測微儀可直接測出任一電壓作用下產(chǎn)生的相應(yīng)形變值△

L,用公式（2）計算出不同電壓作用下的