壓電陶瓷實(shí)驗(yàn)報(bào)告

壓電陶瓷微位移性能測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解壓電陶瓷的性能參數(shù)；2、 了解電容測(cè)微儀的工作原理，掌握電容測(cè)微儀的標(biāo)定方法；3、 掌握壓電陶瓷微位移測(cè)量方法；二、 實(shí)驗(yàn)儀器：電容測(cè)微儀一臺(tái)：型號(hào)JDC-2000測(cè)微臺(tái)架一臺(tái)：型號(hào)BCT-5C，斜度1:50直流調(diào)壓器一臺(tái)：電壓量程（0?300V）標(biāo)定平鐵板一塊壓電陶瓷管一根三、 實(shí)驗(yàn)原理：（一）利用測(cè)微臺(tái)架標(biāo)定電容測(cè)微儀在測(cè)微臺(tái)架的臺(tái)架上放置一金屬平板，將電容測(cè)微儀探頭用測(cè)微臺(tái)架夾緊，使探頭的端面與平板平行，見(jiàn)圖1,移動(dòng)測(cè)微臺(tái)架的旋鈕，分別讀出測(cè)微儀移動(dòng)示值和電容測(cè)微儀的示值。這樣得到一組數(shù)據(jù)即可對(duì)電容測(cè)微儀進(jìn)行標(biāo)定。圖1電容側(cè)微儀標(biāo)定原理圖（二）用標(biāo)定后的電容測(cè)微儀測(cè)量壓電陶瓷管的線性度在電容測(cè)微儀的線性區(qū)（對(duì)應(yīng)機(jī)械標(biāo)定儀的某個(gè)位置），通過(guò)可調(diào)直流電源按一定間隔改變直流電壓（見(jiàn)圖2），分別對(duì)壓電陶瓷加壓，使之分別產(chǎn)生軸向變形（見(jiàn)圖3）和彎曲變形（見(jiàn)圖4），從而得到壓電陶瓷的伸長(zhǎng)與偏轉(zhuǎn)量與施加其上的電壓的關(guān)系。

留:PT用氣G求潮u+匕”_圖3測(cè)壓電陶瓷軸向伸縮圖4測(cè)壓電陶瓷側(cè)向彎曲圖2可調(diào)高壓電源留:PT用氣G求潮u+匕”_圖3測(cè)壓電陶瓷軸向伸縮圖4測(cè)壓電陶瓷側(cè)向彎曲圖2可調(diào)高壓電源四、實(shí)驗(yàn)步驟（一） 標(biāo)定電容測(cè)微儀的線性度1、 實(shí)驗(yàn)前，了解實(shí)驗(yàn)原理及其實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，并檢查實(shí)驗(yàn)儀器是否齊全。2、 使用儀器前，將傳感器端面與被測(cè)物（標(biāo)定平鐵板）表面用汽油認(rèn)真清洗干凈，以清洗掉雜質(zhì)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(biāo)定平鐵板安放在測(cè)微臺(tái)架的臺(tái)架上，而后用夾具將電容傳感器探頭夾緊，接著上下調(diào)整探頭使探頭與標(biāo)定平鐵板距離接近測(cè)量區(qū)。4、 為便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可將測(cè)微臺(tái)架示值調(diào)至某一合適值，并將電容測(cè)微儀示值調(diào)零，而后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)采用一人細(xì)調(diào)（等間距）測(cè)微臺(tái)架，另一人記錄的方式，為了標(biāo)定線性區(qū)，測(cè)定線性誤差，調(diào)值采用先等間距調(diào)至140頃，再等間距調(diào)回的方法。（為了節(jié)約時(shí)間，調(diào)值范圍為0?140um，調(diào)值間距為5um，共計(jì)讀29個(gè)數(shù)。）5、 實(shí)驗(yàn)完成后，調(diào)整測(cè)微臺(tái)架使探頭遠(yuǎn)離標(biāo)定平板到合適位置，取下標(biāo)定平板（并估算找出電容測(cè)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(jìn)行壓電陶瓷的性能及其微位移測(cè)量的實(shí)驗(yàn)。（二） 、壓電陶瓷加電時(shí)的性能及其微位移測(cè)量測(cè)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(gè)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(cè)微臺(tái)架的臺(tái)架上（如圖3），并將探頭靠近壓電陶瓷至電容測(cè)微儀線性工作區(qū)（注：應(yīng)先粗調(diào)而后細(xì)調(diào)以使電容測(cè)微儀示值在6?94um以內(nèi)，因?yàn)樵诩訅??200V時(shí)，估計(jì)其最大伸縮變化在6um左右，且電容測(cè)微儀較好的線性工作區(qū)大約在0?100um）。3、 打開(kāi)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(duì)應(yīng)的電容測(cè)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(duì)應(yīng)的電容測(cè)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(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉變壓器的供給電源，調(diào)整機(jī)械標(biāo)定儀使探頭遠(yuǎn)離壓電陶瓷到合適位置，小心將壓電陶瓷臥放，以進(jìn)行下面壓電陶瓷側(cè)向彎曲實(shí)驗(yàn)。測(cè)壓電陶瓷側(cè)向彎曲：1、 將壓電陶瓷兩邊的兩個(gè)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(cè)微臺(tái)架的臺(tái)架上（如圖4）后，將探頭靠近壓電陶瓷至電容測(cè)微儀的線性工作區(qū)（注：應(yīng)先粗調(diào)而后細(xì)調(diào)以使電容測(cè)微儀示值在15?85um以內(nèi)，因?yàn)樵诩訅??200V時(shí)，估計(jì)其最大彎曲度在15um左右，且電容測(cè)微儀較好的線性工作區(qū)大約在0?100um）。3、 按照測(cè)壓電陶瓷軸向伸縮的實(shí)驗(yàn)步驟3測(cè)量數(shù)據(jù)。4、 待實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉變壓器的供給電源，調(diào)整機(jī)械標(biāo)定儀使探頭遠(yuǎn)離壓電陶瓷，而后向上調(diào)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(shí)驗(yàn)用。5、 關(guān)閉做實(shí)驗(yàn)的總電源，整理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并整理數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析20145Shift/um實(shí)驗(yàn)一：標(biāo)定電容測(cè)微儀的線性度20145Shift/um140120100806040200Figure1：電容測(cè)微儀線性標(biāo)定結(jié)果。X軸為移動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)值，Y軸為測(cè)微儀顯示值

Figurel為電容測(cè)微儀標(biāo)定的結(jié)果，總體上看電容測(cè)微儀的指示值與真值有較好的線性，且正向和反向標(biāo)定結(jié)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(tái)的螺紋回程誤差以及工作臺(tái)的震動(dòng)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(nèi)線性較好，所以可以選擇在這一段內(nèi)進(jìn)行壓電陶瓷電壓變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二：測(cè)量壓電陶瓷軸向伸縮實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯觯还苁窃鰤哼€是減壓，壓電陶瓷軸向位移與施加的電壓有較好的線性關(guān)系，只是壓電陶瓷存在明顯的遲滯現(xiàn)象。且電壓減到零時(shí)，壓電陶瓷并沒(méi)有回到初始位置。遲滯效應(yīng)是由于壓電陶瓷分子間存在阻力和殘余極化所引起的。實(shí)驗(yàn)三：測(cè)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(shí)一樣，彎曲變形相對(duì)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(cè)量結(jié)