壓電陶瓷實驗報告

壓電陶瓷微位移性能測量實驗報告一、 實驗目的：1、 了解壓電陶瓷的性能參數(shù)；2、 了解電容測微儀的工作原理，掌握電容測微儀的標定方法；3、 掌握壓電陶瓷微位移測量方法；二、 實驗儀器：電容測微儀一臺：型號JDC-2000測微臺架一臺：型號BCT-5C，斜度1:50直流調壓器一臺：電壓量程（0?300V）標定平鐵板一塊壓電陶瓷管一根三、 實驗原理：（一）利用測微臺架標定電容測微儀在測微臺架的臺架上放置一金屬平板，將電容測微儀探頭用測微臺架夾緊，使探頭的端面與平板平行，見圖1,移動測微臺架的旋鈕，分別讀出測微儀移動示值和電容測微儀的示值。這樣得到一組數(shù)據(jù)即可對電容測微儀進行標定。圖1電容側微儀標定原理圖（二）用標定后的電容測微儀測量壓電陶瓷管的線性度在電容測微儀的線性區(qū)（對應機械標定儀的某個位置），通過可調直流電源按一定間隔改變直流電壓（見圖2），分別對壓電陶瓷加壓，使之分別產(chǎn)生軸向變形（見圖3）和彎曲變形（見圖4），從而得到壓電陶瓷的伸長與偏轉量與施加其上的電壓的關系。

留:PT用氣G求潮u+匕”_圖3測壓電陶瓷軸向伸縮圖4測壓電陶瓷側向彎曲圖2可調高壓電源留:PT用氣G求潮u+匕”_圖3測壓電陶瓷軸向伸縮圖4測壓電陶瓷側向彎曲圖2可調高壓電源四、實驗步驟（一） 標定電容測微儀的線性度1、 實驗前，了解實驗原理及其實驗注意事項，并檢查實驗儀器是否齊全。2、 使用儀器前，將傳感器端面與被測物（標定平鐵板）表面用汽油認真清洗干凈，以清洗掉雜質及灰塵微粒；而后將電源線和傳感器與電纜分別連接好并擰緊。3、 將標定平鐵板安放在測微臺架的臺架上，而后用夾具將電容傳感器探頭夾緊，接著上下調整探頭使探頭與標定平鐵板距離接近測量區(qū)。4、 為便于進行數(shù)據(jù)分析，可將測微臺架示值調至某一合適值，并將電容測微儀示值調零，而后進行實驗；實驗采用一人細調（等間距）測微臺架，另一人記錄的方式，為了標定線性區(qū)，測定線性誤差，調值采用先等間距調至140頃，再等間距調回的方法。（為了節(jié)約時間，調值范圍為0?140um，調值間距為5um，共計讀29個數(shù)。）5、 實驗完成后，調整測微臺架使探頭遠離標定平板到合適位置，取下標定平板（并估算找出電容測微儀的線性工作區(qū)，我們找的較為好的線性工作區(qū)是0?lOOum）以進行壓電陶瓷的性能及其微位移測量的實驗。（二） 、壓電陶瓷加電時的性能及其微位移測量測壓電陶瓷軸向伸縮：1、 將壓電陶瓷的中線（Z）接至變壓器的U+端，兩邊的兩個接線頭均接至變壓器的地接口端（GND）。2、 將壓電陶瓷小心垂直輕放在測微臺架的臺架上（如圖3），并將探頭靠近壓電陶瓷至電容測微儀線性工作區(qū)（注：應先粗調而后細調以使電容測微儀示值在6?94um以內，因為在加壓0?200V時，估計其最大伸縮變化在6um左右，且電容測微儀較好的線性工作區(qū)大約在0?100um）。3、 打開變壓器電源，從0?200V，以10V為單位（最小精度），逐漸改變加在壓電陶瓷上的電壓值，并讀取對應的電容測微儀示值；而后從200?0V，也以10V為單位逐漸改變加在壓電陶瓷上的電壓值，并讀取對應的電容測微儀示值（仍然采用一人操作，一人讀取數(shù)據(jù)的方式）。4、 待實驗后，關閉變壓器的供給電源，調整機械標定儀使探頭遠離壓電陶瓷到合適位置，小心將壓電陶瓷臥放，以進行下面壓電陶瓷側向彎曲實驗。測壓電陶瓷側向彎曲：1、 將壓電陶瓷兩邊的兩個接線頭分別接至變壓器的U+端和地接口端（GND）。2、 小心將壓電陶瓷臥放在測微臺架的臺架上（如圖4）后，將探頭靠近壓電陶瓷至電容測微儀的線性工作區(qū)（注：應先粗調而后細調以使電容測微儀示值在15?85um以內，因為在加壓0?200V時，估計其最大彎曲度在15um左右，且電容測微儀較好的線性工作區(qū)大約在0?100um）。3、 按照測壓電陶瓷軸向伸縮的實驗步驟3測量數(shù)據(jù)。4、 待實驗后，關閉變壓器的供給電源，調整機械標定儀使探頭遠離壓電陶瓷，而后向上調整探頭到合適位置，小心將壓電陶瓷取下保存好以備以后做實驗用。5、 關閉做實驗的總電源，整理實驗平臺，并整理數(shù)據(jù)，完成實驗報告。五、實驗數(shù)據(jù)處理與分析20145Shift/um實驗一：標定電容測微儀的線性度20145Shift/um140120100806040200Figure1：電容測微儀線性標定結果。X軸為移動的標準值，Y軸為測微儀顯示值

Figurel為電容測微儀標定的結果，總體上看電容測微儀的指示值與真值有較好的線性，且正向和反向標定結果幾乎一致。但是二者之間仍然有一定的偏差。這是由工作臺的螺紋回程誤差以及工作臺的震動等不穩(wěn)定因素造成的。從圖中可以看出看出從30-120Ain的范圍內線性較好，所以可以選擇在這一段內進行壓電陶瓷電壓變形測量實驗。實驗二：測量壓電陶瓷軸向伸縮實驗測得隨加載電壓變化，壓電陶瓷軸向伸縮量如下表所示：74737271700 50 100 150 200U/V74737271700 50 100 150 200U/VFigure2給出的是對壓電陶瓷逐步增加和減小施加的電壓，壓電陶瓷軸向變形的實驗結果?？梢钥闯?，不管是增壓還是減壓，壓電陶瓷軸向位移與施加的電壓有較好的線性關系，只是壓電陶瓷存在明顯的遲滯現(xiàn)象。且電壓減到零時，壓電陶瓷并沒有回到初始位置。遲滯效應是由于壓電陶瓷分子間存在阻力和殘余極化所引起的。實驗三：測量壓電陶瓷徑向彎曲

6535decreaseofgap11605550454006535decreaseofgap116055504540050100 150 200 250U/VFigure3給出的是壓電陶瓷彎曲變形量隨著施加電壓增減的變化規(guī)律圖。與軸向變形時一樣，彎曲變形相對于施加的電壓也有較好的線性，但增減電壓位移也出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象，遲滯變形現(xiàn)象較為明顯，正返程測量結