《压电陶瓷切变压电应变常数d15准静态法测量》

（征求意见稿）

中国科学院声学研究所

2011年 4 月

di5准静态

《压电陶瓷切变压电应变常数 d准静态法测量》编制说明

15

1 任务来源和要求

2010 年下半年国家标准化管理委员会下达了行业标准《压电陶瓷切变压电应变常数 di5准静态法测量》的编制任务，项目计划号 2009— 2777T-SJ,计划要求2010年完成送审 稿编制。该任务由中国科学院声学研究所承担主编。 2 编制过程 2.1 编制原则

按照GB/T 1.1 —2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》进行本标准 的编制。

2.2 编制工作过程

2010 年下半年由本标准归口单位“工业和信息化部标准化研究所“给”中国科学院声 学研究所“下达了该项标准的编制任务， 任务落实到专业对口的水声换能器与测试技术实 验室。随后成立了由我所相关专业技术骨干和标准化管理人员组成的编制组。 编制组依据 本所在压电陶瓷切变压电应变常数 d15准静态法测量方法相关研究工作的基础上，在

2011

年 2 月完成了标准初稿的编制， 2011 年 3 月所组织有关专家对标准初稿进行了讨论和修 改，形成了标准的征求意见稿。 3 主要技术内容说明

压电陶瓷切变压电应变常数d15的测量标准，目前无论在国际和国内都只有动态法的测 量标准，例如 IEEE 国际标准 ，国家标准 。它们都是基于动态法的原理，通过测量标 准样品（样

[1]

[2]

品的长度，宽度和厚度等要求符合一定的比例）的串联共振频率 fs 和并联共 振频率fp，以及材料的密度，几何尺寸，介电常数 &等经过计算得到。一般来说，动态 法，其正确度高，如对于横向模式及纵向模式就是这样；但对于厚度模式和厚度切变模式 其正确度就不很理想，原因是厚度模式及厚度切变模式时的导纳（或阻抗）—频率特性曲 线不单纯（常有横向模高次谐波的干扰） ，导致难以正确判定 fs 和 fp, 也就难以保证其正 确度，且动态法测量手续繁复，费时。

上世纪 70年代，国际上出现了基于准静态原理测量压电常数的仪器， 80年代中期， 国内也有了该类产品。与动态法相比，准静态法既有与动态法相近的正确度，而且对样品 尺寸比例没有严格要求， 测量手续更简单， 快捷，也更直接；故很快受到业界的广泛采用， 并在80年代后期制定了压电常数 d33准静态法测量的国家标准最为广泛采用的标准方法。

：3]

……

，很快成为业界 d33 压电应变常数测量的

2008 年，中科院声学所又研制成功了

利用准静态法原理测量切变压电应变常数 d15的仪器⑸，经过2年多的实际应用，效果良好。 故我们认为已经具备制订《压电陶瓷切变压电应变常数

d15准静态法测量》标准的条件，

d15 的新标准。

很有必要为业界制订一个正确，实用，方便的测量切变压电应变常数 4 验证实验的情况和结果

为验证准静态法的可靠性，同时做了 8 个样品。先用准静态法测量，再用动态法进行 重覆测量。 准静态法就按本标准进行； 动态法按国家标准 2，利用阻抗分析仪测量样品的 串联共

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]

振频率fs,并联共振频率fp,以及咼次泛音频率fs3, fS；再由样品尺寸（长度I , 宽度w，厚度t）以及材料密度P，低频电容CT，经计算得到动态di5压电常数。动态法 测量的di5是在其厚度切变模共振频率附近（约1MHz）测量得到的，准静态法是在约100Hz 频率处测量得到的；而压电常数与频率有关，通常随频率升咼而单调下降，为使两种方法 测量的di5压电常数可资比较，需把动态法在 1MHz频率附近测量的di5压电常数，按 Berlincourt⑷给出的频率修正曲线进行频率修正，以得到

100Hz处的di5。结果是准静态

法测量结果和动态法测量结果（修正到100Hz频率后）非常接近。

为进一步验证准静态法的准确性，还用有限元法又作了仿真计算。预设试样尺寸厚度 t,宽度w，长度I,密度p ,及全套的材料参数（压电，介电，弹性系数矩阵），再设定样 品于两带斜面的金属压块之间（以仿真实际准静态法测量状况） ，在压块水平端面施加 1 牛顿 100Hz 低频交变力， 利用 ANSYS 有限元分析程序， 计算在两电极面上产生的压电电 荷Q,进而计算得到压电常数 d15。证明我们采用的应力分解原理来测量切变压电常数 理论上的准确性。

5 与现行标准，法规的关系

本标准与GB1130— 89《压电陶瓷材料性能测试方法 纵向压电应变常数daa的准静态 测试》，《GB/T3389.6 —压电陶瓷材料性能测试方法长方片厚度切变振动模式》是同类 标准，并与相关标准协调一致。 6 关于标准名称的改正

正确标准名称应为 :“压电陶瓷切变压电应变常数 d15 准静态法测量”，原名称中输入 时有个别文字错误，特此更正。 ， 7 参考资料

[ 1 ]IEEE standard on piezoelectricity, ANSI/IEEE Std.176--1987

[2] GB/T3389.6 —压电陶瓷材料性能测试方法 长方片厚度切变振动模式》

[3] GB11309-89《压电陶瓷材料性能测试方法 纵向压电应变常数daa的准静态测试》

，

d15

[4] Operating Manual for channel products models CADT 3300 Berlincourt piezo d33 meter, Channel technology Company, Ohio USA

[5]

方法”应用声学，

v.27 No.6,2008 p.433

潘潮，陈守六，鲍小琪， 一种测量切向压电常数d15的新