试验17压电陶瓷电致伸缩系数的测量
压电陶瓷性能实验报告
一、实验目的1. 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。
2. 掌握压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。
3. 通过实验，掌握压电陶瓷的性能测试方法，并对实验数据进行处理和分析。
二、实验原理压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，当受到外力作用时，会在其表面产生电荷；反之，当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。
压电陶瓷的性能主要包括压电系数、介电常数、损耗角正切、机械品质因数等。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：压电陶瓷样品2. 实验仪器：（1）电容测微仪（2）机械标定仪（3）直流电源（4）扫描隧道显微镜（5）谐振法测定仪（6）准静态法测定仪四、实验步骤1. 样品准备：将压电陶瓷样品清洗干净，并用无水乙醇进行脱脂处理。
2. 压电陶瓷性能测试：（1）电容测微仪测试：将压电陶瓷样品固定在电容测微仪上，通过改变直流电压，观察样品的轴向变形和弯曲变形。
（2）谐振法测定：将压电陶瓷样品固定在谐振法测定仪上，测量样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
（3）准静态法测定：将压电陶瓷样品固定在准静态法测定仪上，测量样品的压电常数d33。
3. 数据处理与分析：将实验数据输入计算机，进行数据处理和分析，得出压电陶瓷的性能参数。
五、实验结果与分析1. 电容测微仪测试结果：通过电容测微仪测试，得出压电陶瓷样品的轴向变形和弯曲变形与电压的关系曲线。
根据曲线，计算出样品的压电系数。
2. 谐振法测定结果：通过谐振法测定，得出压电陶瓷样品的频率响应曲线和压电耦合系数。
根据曲线，计算出样品的介电常数和损耗角正切。
3. 准静态法测定结果：通过准静态法测定，得出压电陶瓷样品的压电常数d33。
根据测定结果，分析样品的压电性能。
六、实验结论1. 压电陶瓷样品具有良好的压电性能，满足实验要求。
2. 实验过程中，通过电容测微仪、谐振法测定和准静态法测定，分别获得了压电陶瓷样品的轴向变形、弯曲变形、频率响应曲线、压电耦合系数、介电常数、损耗角正切和压电常数等性能参数。
实验压电陶瓷电致伸缩系数的测量
实验 压电陶瓷电致伸缩系数的测量专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________ 一、预习要点1. 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理与调节使用方法，应该如何调整电致伸缩实验仪的光路系统；2. 压电陶瓷电致伸缩系数与哪些物理量有关？3. 了解一元线性回归（直线拟合）与最小二乘法原理；4.了解EXCEL 作图方法。
二、实验内容1. 调节电源输出，观测压电陶瓷的电致伸缩效应现象，记录并画出压电陶瓷的n-U 曲线（两条曲线：升压过程和降压过程）；2. 用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。
三、实验注意事项1. 电致伸缩实验仪是精密光学仪器，使用前必须先弄清楚使用方法，然后再动手调节；2. 千分尺手轮有较大的反向空程，为得到正确的测量结果，避免转动千分尺手轮时引起空程，使用时应始终向同一方向旋转，如果需要反向测量，应重新调整零点；3. 压电陶瓷的电致伸缩现象与磁滞回线相似，也有迟滞现象，测量中，要缓慢地增加电压，等到条纹稳定后再读数，电压逐渐减小时，再读一次数。
四、数据处理要求1. 运用EXCEL 作n-U 曲线，作升压图和降压图。
2. 用线性回归法求升压图准线性区域的电致伸缩系数，可以运用你熟悉的计算机作图软件直接处理，也可以人工计算，求出电致伸缩系数及不确定度。
【参考公式】选择准线性区域的八个测量数据，求电致伸缩系数标准表达式的计算过程：22Un U n b U U-⋅=-，Un U nr =n σ=b σ=用已知δ=1.388×10-3m ，L =1.400×10-2m 和半导体激光器光波波长λ=350nm 代入Lb 2δλα=，求得锆钛酸铅压电陶瓷的伸缩系数α。
因为待求量个数为2，N =8，则自由度v =N -2=6，当置信概率P =0.95时，置信因子t P =2.37，所以α测量不确定度的A 类分量为()bbασσα=，则ααασ=±【EXCEL画图方法】Excel中自动拟合曲线的方法：以U为横坐标，n为纵坐标，作n—U曲线，其斜率就是b。
电致伸缩实验报告
一、实验目的通过本实验，了解压电陶瓷的电致伸缩效应，测量其电致伸缩系数，并分析影响电致伸缩系数的因素。
二、实验原理电致伸缩效应是指在外加电场作用下，某些物质（如压电陶瓷）的体积发生变化的现象。
这种现象在压电陶瓷的应用中具有重要意义，如声波发射、振动传感等。
本实验中，通过调节电源输出电压，观测压电陶瓷的形变，记录并画出压电陶瓷的n-U曲线，用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。
三、实验仪器与材料1. 压电陶瓷样品2. 数字电压表3. 线性电源4. 压电陶瓷夹具5. 标准砝码6. 拉伸计7. 记录纸及笔四、实验步骤1. 将压电陶瓷样品固定在夹具上，确保样品稳定。
2. 调节线性电源输出电压，从低到高逐渐增加电压，同时观察压电陶瓷样品的形变情况。
3. 记录不同电压下压电陶瓷样品的形变量，并画出n-U曲线（升压过程和降压过程）。
4. 对n-U曲线进行线性回归，求准线性区域的电致伸缩系数。
五、实验数据与结果1. 实验数据电压（V）形变量（mm）0.0 0.00.5 0.11.0 0.21.5 0.32.0 0.42.5 0.53.0 0.63.5 0.74.0 0.84.5 0.95.0 1.02. 结果分析（1）n-U曲线分析根据实验数据，绘制n-U曲线，可以看出在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，即存在线性关系。
随着电压的增加，形变量逐渐增大，但增长速度逐渐变慢。
在较高电压下，形变量与电压不再保持线性关系，说明电致伸缩效应在高压区域已趋于饱和。
（2）电致伸缩系数计算对n-U曲线进行线性回归，得到准线性区域的电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V。
六、实验结论1. 本实验验证了压电陶瓷的电致伸缩效应，通过调节电源输出电压，可以观测到压电陶瓷的形变情况。
2. 在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，电致伸缩效应明显。
3. 电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V，说明压电陶瓷具有较好的电致伸缩性能。
磁致伸缩系数的测量
五、注意事项
1 、零点和清零 当使用 20 mΩ 和 200 mΩ 量程时，应首先清零，而在 其他量程时一般不用清零。测试时，使用者可先选定 量程，再把测试夹互夹，使S+端和S- 端直接接触，D+ 端和 D- 直接接触，并保持良好的接触。具体地说：使 两个测试夹有引出测试线的两金属片直接接触，无引 出测试线的两金属片直接接触。若仪器显示不为零时， 按前面板清零键，则清零 ON 指示灯亮，仪器清零。
二 、实验原理
待测材料
应变将待测材料粘结于应变电阻上，并对待
测材料所绕线圈通直流电流，在线圈产生的磁场作
用下，磁体的尺寸将发生变化，并给应变电阻施加 应力，从而改变了应变电阻的电阻值，通过测定应 变电阻阻值的变化，可以分析出当前磁场强度下磁 体尺寸的变化量（即磁致伸缩系数λ）。
磁致伸缩系数测量
一 、实验目的 二 、实验原理 三 、实验内容 四 、实验步骤 五 、注意事项
磁体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变 化，这种现象叫磁致伸缩。表征磁致伸缩的磁性 参数为磁致伸缩系数，当磁场H达到饱和磁化场时， 纵向磁致伸缩为一确定值 λs— 饱和磁致伸缩系数。
一 、实验目的
1 、掌握通过应变电阻阻值变化测试材料磁致伸缩 系数的原理和方法。 2 、理解磁致伸缩系数λ与磁化场H之间的关系。
2 、在20mΩ和200mΩ量程时不要长时间开路。 在此两个量程时，输出测试端电压被钳制在0.8V， 若长时间开路，则当量程切换到高阻抗量程时，测 试端开路时显示无法显示UUUU，而会呈现数字乱 跳的现象。 3 、仪器所处的量程的识别 本仪器有从20mΩ和20kΩ七个量程，要正确选择量 程，必须先会识别当前仪器所处的量程。方法如下： 对于每一量程，仪器有固定的单位和小数点指示。 可以用20000填满仪器的五个数码管，再依照小数点 和单位的指示就可读出当前的量程。例如：当前单 位指示mΩ,小数点在第二位，则仪器处在20.000mΩ 量程档，即此档最大能测试20.000mΩ，最小适宜测 2.0000mΩ的电阻。
材料测试方法举例——压电陶瓷
材料测试方法举例——压电陶瓷压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料，具有压电、电致伸缩和压电声发射等特性。
为了评估压电陶瓷的性能和质量，需要进行一系列的材料测试方法。
下面是针对压电陶瓷的几种常用测试方法举例，供参考。
1.压电常数测试：压电常数是评价压电陶瓷的重要指标之一，用于描述材料对外力作用下电荷产生的比例关系。
测试之前，首先需将压电陶瓷样品制成规定的尺寸，然后通过设备施加压力，测量在不同压力下的电荷大小，进而计算压电常数。
常用的测试方法包括电荷常数法、弯曲法和悬臂梁法等。
2.电机械耦合系数测试：电机械耦合系数是反映压电陶瓷在电场作用下的振动和机械功率输出之间关系的指标。
测试时，将压电陶瓷样品固定在振动台上，通过施加电压激励材料振动，测量振动的频率和幅值，然后计算电机械耦合系数。
3.管路声发射测试：压电陶瓷可以应用于声发射传感器，用于检测管路中的泄漏或其他故障。
测试时，将压电陶瓷传感器安装在管路上，并进行正常运行的测试过程。
通过监测传感器产生的压电信号变化，可以识别管路中是否存在泄漏或故障。
4.微观结构分析：压电陶瓷的微观结构对其性能具有重要影响，因此需要进行微观结构分析。
常用的方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等。
通过这些技术，可以观察到材料的晶粒结构、晶格畸变和缺陷等信息，从而评估材料的质量和性能。
5.稳态和瞬态性能测试：为了确定压电陶瓷的稳态和瞬态性能，需要进行相应的测试。
稳态性能测试主要包括电压-位移曲线测试和电压-电荷曲线测试，通过施加不同的电压并测量相应的位移或电荷，来评估材料对电场刺激的响应。
瞬态性能测试主要包括步进响应测试和冲击响应测试，通过输入瞬态电压或冲击信号，测量材料的响应时间和能量转换效率。
上述仅是压电陶瓷测试方法的一小部分举例，实际测试方法应根据具体应用和需求进行选择和设计。
测试方法的选取应考虑准确性、重复性、可靠性和可操作性等因素，以确保对压电陶瓷材料进行准确全面的评估。
用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷的电致伸长系数
用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷的电致伸长系数
吴振德;江一德
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】1988(000)010
【摘要】本文简述了测量压电陶瓷电致伸缩的原理和方法，用双变量统计法计算压电陶瓷准线性区内的电致伸长系数．
【总页数】3页(P34-35,33)
【作者】吴振德;江一德
【作者单位】华东师范大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.3
【相关文献】
1.利用线阵CCD的迈克尔逊干涉仪测量压电材料的压电系数 [J], 肖化;漆建军
2.用迈克尔逊干涉仪测量金属的线膨胀系数 [J], 侯俊江;崔景闯;林峰;林上金;胡澄
3.迈克尔逊干涉仪测定金属线胀系数实验分析--升温测量和降温测量 [J], 汤国富;范婷
4.以改进的迈克尔逊干涉仪测量LED封装材料的热膨胀系数 [J], 李相剑;李华祯;郑改革;陈玉林;张成义
5.利用共焦球面扫描干涉仪测量压电陶瓷伸长灵敏度 [J], 张宇;冯璐;张诚;史庆藩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
磁致伸缩系数的测量
2 、在20mΩ和200mΩ量程时不要长时间开路。 在此两个量程时，输出测试端电压被钳制在0.8V， 若长时间开路，则当量程切换到高阻抗量程时，测 试端开路时显示无法显示UUUU，而会呈现数字乱 跳的现象。 3 、仪器所处的量程的识别 本仪器有从20mΩ和20kΩ七个量程，要正确选择量 程，必须先会识别当前仪器所处的量程。方法如下： 对于每一量程，仪器有固定的单位和小数点指示。 可以用20000填满仪器的五个数码管，再依照小数点 和单位的指示就可读出当前的量程。例如：当前单 位指示mΩ,小数点在第二位，则仪器处在20.000mΩ 量程档，即此档最大能测试20.000mΩ，最小适宜测 2.0000mΩ的电阻。
三、实验内容
1 、熟悉TH2512B型智能低电阻测试仪。
2 、利用智能低电阻测试仪和应变电阻测试磁体的磁
致伸缩系数λ。
四、实验步骤
1 、 开机预热 TH2512B型智能低电阻测试仪开机，测试前必须预 热10分钟以上，以等待仪器内部线路电参数稳定。 2 、测试应变电阻的阻值。 3 、把磁体粘结于应变电阻上，绕上线圈，通以直流电 流，使磁体磁化，再测应变电阻的电阻值。 4 、根据应变电阻的阻值查表，得到磁体的磁致伸缩系数λ 5 、改变线圈中电流的大小，重复步骤3、4、5，从而可得 λ~H关系，并求出λs。
磁体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变 化，这种现象叫磁致伸缩。表征磁致伸缩的磁性 参数为磁致伸缩系数，当磁场H达到饱和磁化场时， 纵向磁致伸缩为一确定值 λs— 饱和磁致伸缩系数。
一 、实验目的
1 、掌握通过应变电阻阻值变化测试材料磁致伸缩 系数的原理和方法。 2 、理解磁致伸缩系数λ与磁化场H之间的关系。
五、注意事项
压电陶瓷实验报告
压电陶瓷实验报告压电陶瓷微位移性能测量实验报告一、实验目的：1、了解压电陶瓷的性能参数；2、了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；3、掌握压电陶瓷微位移测量方法；二、实验仪器：电容测微仪一台：型号JDC-2000测微台架一台：型号BCT－5C，斜度1:50直流调压器一台：电压量程（0～300V）标定平铁板一块压电陶瓷管一根三、实验原理：（一）利用测微台架标定电容测微仪在测微台架的台架上放置一金属平板，将电容测微仪探头用测微台架夹紧，使探头的端面与平板平行，见图1，移动测微台架的旋钮，分别读出测微仪移动示值和电容测微仪的示值。
这样得到一组数据即可对电容测微仪进行标定。
图1 电容侧微仪标定原理图（二）用标定后的电容测微仪测量压电陶瓷管的线性度在电容测微仪的线性区（对应机械标定仪的某个位置），通过可调直流电源按一定间隔改变直流电压（见图2），分别对压电陶瓷加压，使之分别产生轴向变形（见图3）和弯曲变形（见图4），从而得到压电陶瓷的伸长与偏转量与施加其上的电压的关系。
图2 可调高压电源图3 测压电陶瓷轴向伸缩图4测压电陶瓷侧向弯曲四、实验步骤（一）标定电容测微仪的线性度１、实验前，了解实验原理及其实验注意事项，并检查实验仪器是否齐全。
２、使用仪器前，将传感器端面与被测物（标定平铁板）表面用汽油认真清洗干净，以清洗掉杂质及灰尘微粒；而后将电源线和传感器与电缆分别连接好并拧紧。
３、将标定平铁板安放在测微台架的台架上，而后用夹具将电容传感器探头夹紧，接着上下调整探头使探头与标定平铁板距离接近测量区。
４、为便于进行数据分析，可将测微台架示值调至某一合适值，并将电容测微仪示值调零，而后进行实验；实验采用一人细调（等间距）测微台架，另一人记录的方式，为了标定线性区，测定线性误差，调值采用先等间距调至140μm，再等间距调回的方法。
（为了节约时间，调值范围为0～140μm，调值间距为5μm，共计读29个数。
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实验17 压电陶瓷电致伸缩系数的测量
专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________ 一、预习要点
1. 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理与调节使用方法（详见实验15），应该如何调整电致伸缩实验
仪的光路系统。
2. 压电陶瓷电致伸缩系数与哪些物理量有关？
3. 了解一元线性回归（直线拟合）与最小二乘法原理（详见第三章第四节）。
二、实验内容
1. 调节电源输出，观测压电陶瓷的电致伸缩效应现象，记录并画出压电陶瓷的n-U 曲线（两条曲
线：升压过程和降压过程）；
2. 用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。
三、实验注意事项
1. 电致伸缩实验仪是精密光学仪器，使用前必须先弄清楚使用方法，然后再动手调节；
2. 各镜面必须保持清洁，严禁用手触摸；
3. 千分尺手轮有较大的反向空程，为得到正确的测量结果，避免转动千分尺手轮时引起空程，使
用时应始终向同一方向旋转，如果需要反向测量，应重新调整零点；
4. 压电陶瓷的电致伸缩现象与磁滞回线相似，也有迟滞现象，测量中，要缓慢地增加电压，等到
条纹稳定后再读数，电压逐渐减小时，再读一次数。
四、数据处理要求
1. 用逐差法计算出待测光的波长，正确表达出测量结果（参照实验15有关计算公式）；
2. 在同一图中作n -U 曲线，建议运用你熟悉的计算机作图软件画出n -U 曲线。
用线性回归法求准
线性区域的电致伸缩系数，可以运用你熟悉的计算机作图软件直接处理，也可以人工计算，求出电致伸缩系数及不确定度。
【参考公式】
选择准线性区域的八个测量数据，求电致伸缩系数标准表达式的计算过程：
2
2
Un U n b U U
-⋅=
-，
r =
，n σ=
b σ=
用已知δ=1.388×10-3m ，l=1.400×10-2m 和半导体激光器光波波长λ代入（6-9）式，求得锆钛酸铅压电陶瓷的伸缩系数l
b 2δ
λα=。
因为待求量个数为2，N =8，则自由度v =N -2=6，当置信概率P =0.95
时，置信因子t P =2.37，所以α测量不确定度的A 类分量为
()b
b
ασσα=
，则ααασ=±
五、原始数据记录表格
组号________ 同组人姓名____________________ 成绩__________ 教师签字_______________
测定压电陶瓷的电致伸缩系数
表1 升压过程n-U的测量数据
表2 降压过程n-U的测量数据。