010-61446422010-61446422
ZJ-3/4系列壓電系數(shù)D33測試儀
講述壓電陶瓷器件中的幾何結構設計與功能拓展
壓電陶瓷因其可實現(xiàn)機械能與電能之間的雙向轉換，被廣泛應用于能量采集器、換能器、機器人等領域。隨著3D打印等增材制造技術的發(fā)展，傳統(tǒng)加工難以實現(xiàn)的復雜幾何結構逐步成為可能。本文綜述了壓電陶瓷器件中幾何形狀對能量轉換性能的影響，涵蓋多層結構、彎曲器、螺旋體、殼體、拓撲優(yōu)化結構及超材料等多種典型設計。為新型壓電器件的設計與制造提供參考。
壓電效應是機械能和電能的耦合，壓電材料在眾多關鍵技術中發(fā)揮著重要作用。其正向壓電效應廣泛應用于各類傳感器、超聲設備和能量采集器中；而逆向壓電效應則常用于高精度驅動器及高功率超聲系統(tǒng)。目前，壓電陶瓷市場估值約為20億美元，主要由含鉛陶瓷（如PZT）主導。與單晶材料相比，陶瓷具有更高的可加工性，能夠較容易地制備成多種復雜形狀，因此成為壓電材料研究與應用的核心方向。
壓電設備架構圖
雖然壓電陶瓷長期以來一直以傳統(tǒng)設計的形式使用，例如圓盤、平板、環(huán)和管，但制造方法的進步使得具有復雜形狀以及電極和極化網(wǎng)絡的非傳統(tǒng)壓電陶瓷成為可能。
壓電元件的形狀會影響其振動模式，進而影響機電耦合因子的解析表達式，如下圖。長寬比與標準要求不同的壓電元件將產生多種振動模式的重疊響應。這使得在表征材料參數(shù)時阻抗譜的解釋變得復雜，并且需要進行額外的數(shù)據(jù)分析，尤其是當這些元件用作設備中的傳感器時。
幾種諧振模式的機電耦合系數(shù)，其中 t 為厚度，d 為直徑，L 為其他尺寸，P 為極化方向
壓電元件的幾何形狀會顯著影響其耦合系數(shù)類型與大小。例如，相比板狀或柱狀結構，薄圓盤在相同方向上的耦合系數(shù)較低。形狀由圓盤向柱或棒的轉變能夠增強縱向響應。長寬比的變化也會對測得的電荷系數(shù)（如 d??）產生影響。實驗中測得的“有效"d??值可能與材料固有的d??不同。例如，Barzegar 等發(fā)現(xiàn) PZT 薄圓盤的 d??值普遍降低約 30%。Stewart 等進一步發(fā)現(xiàn)，薄圓盤中的厚度效應使得軟 PZT 的 d??值降低，而硬 PZT 的值則升高。
此外，形狀相關的另一個關鍵因素是曲率。彎曲結構中，由 d?? 分量引起的位移在邊緣處更顯著，并且壓電正應力所產生的彎矩在曲面結構中明顯大于直線結構，從而進一步增強了壓電響應。
ZJ-4 型壓電測試儀（靜壓電系數(shù)d33測量儀）,薄膜PVDF壓電系數(shù)測試儀
關鍵詞:壓電,陶瓷材料,高分子,d33/d15,15圓管夾具
一、產品介紹：
ZJ-4型壓電測試儀（靜壓電系數(shù)d33測量儀）是為測量壓電材料的d33常數(shù)而設計的專用儀器，它可用來測量具有大壓電常數(shù)的壓電陶瓷，小壓電常數(shù)的壓電單晶及壓電高分子材料,PVDF薄膜壓樣品。ZJ-4擴展了D31塊體，D31薄膜拉伸夾具，D15條狀夾具，D15圓管夾具,本儀器是從事壓電材料及壓電元件生產、應用與研究部門的儀器。
二、參考標準:
GB3389.4-82《壓電陶瓷材料性能測試方法 縱向壓電應變常數(shù)d33的靜態(tài)測試》
GB/T3389.5-1995《壓電陶瓷材料性能測試方法 圓片厚度伸縮振動模式》
GB000?Tj1.1/T3389.4-1982《壓電陶瓷材料性能測試方法 柱體縱向長度伸縮振動模式》
GB/T 3389.7-1986《壓電陶瓷材料性能測試方法 強場介電性能的測試》
GB/T3389.8-1986《壓電陶瓷材料性能測試方法 熱釋電系數(shù)的測試
三、產品主要功能：
測量壓電材料的d33常數(shù)
測量具有大壓電常數(shù)的壓電陶瓷
測量小壓電常數(shù)的壓電單晶及壓電高分子材料
測量任意取向壓電單晶以及某些壓電器件的等效壓電d’33常數(shù)
薄膜PVDF壓電系數(shù)D33測試
D31塊體，D31薄膜拉伸夾具，D15條狀夾具，D15圓管夾具四套夾具
四、主要技術指標
d33測量范圍：
×1擋： 20 至6000pC/N
×0.1擋： 2 至400pC/N。
可以配套PZT-JH10/4/8/12型壓電極化裝置使用
可以配套ZJ-D33-YP15壓電壓片機使用
誤差：×1擋：±2%±1個數(shù)字，當d33在100到4000pC/N；
計量標定標準樣尺寸：18mm*0.8mm，老化時間：2-3年（評判壓電測試儀準確性能的重要依據(jù)之一）
提供壓電薄膜標準片：20*20MM
電壓保護：放電保護功能
D31塊體，D31薄膜拉伸夾具，D15條狀夾具，D15圓管夾具
±5%±1個數(shù)字，當d33在10到200pC/N；
×0.1擋：±2%±1個數(shù)字，(當d33在10到200pC/N)
±5%±1個數(shù)字，當d33在10到20pC/N。
分辨率： ×1擋：1 pC/N；×0.1擋：0.1 pC/N。
尺寸：施力裝置：Φ110×140mm；儀器本體：240×200×80mm。
頻率：110HZ
施加力：0.2 N
重量：施力裝置：約4公斤；
儀器本體：2公斤。
電源：220伏，50赫，20瓦。
當前位置：