ICS _31-030 L 90 中华人民共和国国家标准 GB/T 2414.2—1998 压电陶瓷材料性能试验方法 长条横向长度伸缩振动模式 Test methods for the properties of piezoelectric ceramics Transverse length extension vibration mode for bar 1998-11-10发布 1999-07-01实施 国家质量技术监督局发布 GB/T 2414.2—1998 言 本标准是在GB/T2414一1981《压电陶瓷材料性能测试方法 圆片的径向伸缩振动、长条的横向 长度伸缩振动》的基础上修订的。 本标准与GB/T2414-1981相比，作了下列的修订： 1与圆片的径向伸缩振动模式分开，成为一个独立的标准，其名称为《压电陶瓷材料性能试验方法 长条横向长度伸缩振动模式》； 2按照GB/T1.1一1993的规定，增加了前言，并按照“试验方法”作为一项独立标准所规定的标 准内容及其顺序进行编写； 3试验方法增加了“电桥法”； 4修改了试验环境条件； 5附录Aks1～△f/f。对应数值表”的范围从0.34扩展到0.50。 本标准的附录A是标准的附录。 本标准从实施之日起，代替GB/T2414--1981中的相关内容。 本标准由全国铁电压电陶瓷标准化技术委员会提出。 本标准由全国铁电压电陶瓷标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：七二一厂。 本标准主要起草人：罗绍棠、高明仙、田德辉。 SAG 中华人民共和国国家标准 压电陶瓷材料性能试验方法 GB/T 2414.2—1998 长条横向长度伸缩振动模式 代替GB/T2414--1981部分 Test methods for the properties of piezoelectric ceramics Transverse length extension vibration mode for bar SAG 1 范围 本标准规定了压电陶瓷材料长条横向长度伸缩振动模式的介电、压电和弹性性能的测试方法。 本标准适用于压电陶瓷材料长条横向长度伸缩振动模式参数性能的测试。 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为 有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB/T2413-1981压电陶瓷材料体积密度测量方法 GB/T3389.1-1996铁电压电陶瓷词汇 3定义和符号 本标准中采用的定义和符号按GB/T3389.1一1996的规定。 4试验原理 4.1等效电路与特征频率 一个以单一模式自由振动的压电陶瓷振子，在其谐振频率附近的机电特性可用图1的等效电路来 表示。它由动态电容C1、动态电感L1、动态电阻R，组成的串联支路与并联电容C。并联而成。在谐振频 率附近可认为这些参数与频率无关。 C Co 图1等效电路 根据图1所示的等效电路，压电陶瓷振子的导纳可用公式（1)表示： .(1) 式中：Y— 并联支路的导纳，Y。=jaC。，S； 1 w-角频率,rad/s。 国家质量技术监督局1998-11-10批准 1999-07-01实施 1 GB/T 2414.2-1998 在电导-电纳坐标平面上，随着频率的变化，串联支路导纳Y1矢量终端的轨迹为一个圆。当机械品 质因数Qm较大时，wC。在谐振区的变化甚小，因此可看作为一个常数。在不考虑介质损耗时，压电陶瓷 振子导纳Y的圆图如图2所示。 BI 8 G 图 2 导纳圆图 从图2的导纳圆图中，可得到以下六个特征频率： f,—串联谐振频率； f.并联谐振频率; f.—谐振频率(电纳等于零）； f。反谐振频率(电纳等于零); fm一一最大导纳频率（最小阻抗频率)； f.—最小导纳频率（最大阻抗频率）。 在-般情况下，fm<f<f，f,>f,>fa;（f-fm）>（f一f.)>（f一f）。当振子的优值M较高时， 在一级近似下，Jm一f一f，f,一f,一fa；当优值M较低时，用（f，一fm）代替（f一f.）计算参数性能，必 须加以修正，其近似公式为： f. f. Af (fp- f)~ (2 ) V1+4/M 1 1 (3) 式中：M—压电振子的优值； CT.自由电容,F; Zm—压电振子的最小阻抗，a。 如果M²(f一f.)/f>100，利用近似公式（2)和（3)所产生的误差小于1%。 4.2试验概述 本标准采用传输电路法或电桥法测试压电陶瓷长条横向长度伸缩振动模式的材料性能。 采用传输网络测压电振子的最大传输频率fmT、最小传输频率fnT、最小阻抗Zm。采用阻抗分析仪测 压电振子的最大导纳频率fm，最小导纳频率fn，最小阻抗Zm；或谐振频率f.，反谐振频率f。和谐振电 阻Rr。 在一级近似下，fm=fm=ff，fn=f=fa=fp，Zm=R,R1。 得到串联谐振频率f。、并联谐振频率f。和动态电阻R后，即可通过计算或查附录A（标准的附 录），确定机电耦合系数k31，并计算压电振子的其他参数。 2 GB/T 2414.2 -- 1998 5试验条件 5.1环境条件 a）试验的标准大气条件： 温度：15℃～35℃； 相对湿度：45%~75%； 气压：86kPa~106kPa。 b）仲裁试验的标准大气条件： 温度：25℃±2℃； 相对湿度：45%~55%； 气压:86kPa～106kPa。 5.2试样尺寸及要求 试样为长条片，试样的长度l、宽度6和厚度t应满足（1/6)"≥10、（l/t)≥10；直线度不大于长度（或 宽度)的公差，平行度不大于厚度的公差。两主平面全部被敷上金属层作为电极，沿厚度方向进行极化处 理。 推荐试样尺寸：30mm×5mm×（0.7~1)mm。 试样应保持清洁、干燥，根据不同瓷料的要求，极化后存放一定时间，并在5.1规定的环境条件下放 置2h后进行试验。 5.3试验信号要求： a）测电容和介质损耗时，电场强度E<5V/mm，频率f=1kHz； b）测串联谐振频率和动态电阻时，电场强度E<30mV/mm。 6试验方法 6.1自由电容CT和介质损耗角正切tg的试验 6.1.1试验设备及要求 电桥电容的测量误差不大于0.5%；介质损耗角正切测量误差不大于5%+1×10-4。 6.1.2试验程序 将试样接至电桥上，直接测出其电容量和介质损耗角正切值。 6.1.3试验的不确定度 6.1.3.1电容试验的不确定度：Uc≤土1%。 6.1.3.2介质损耗试验的不确定度：Ut≤士10%。 6.2串联谐振频率f、并联谐振频率。和动态电阻R,的试验 6.2.1传输电路法 6.2.1.1试验电路（--)如图3所示 3 GB/T 2414. 2-1998 P1一信号发生器;P2频率计;P3、P4-电压表；B1-试样;R、RT1一分压电阻； RT2、RT3终端电阻;RsT—可变无感电阻箱；C1、CT2、CAB分布电容;S1-开关 图3元型网络传输线路法试验电路 图3中，分压电阻R,的阻值与信号发生器的输出阻抗相匹配，R;≥10R1,RT2<<R1，一般取R1= RT2,R3=1 kQ~3 kΩ。 A一B间的分布电容CAB远低于试样的自由电容CT，即CAB<<CT，分布电容CT1、CT2的电抗应满 足:1/(wCr)>>RT1,1/(wCT2)>>R2。 6.2.1.2试验电路（二)如图4所示 RTs P1-信号发生器;P2-频率计;P3、P4--电压表;B1-试样;RT4—匹配电阻； RT5-限流电阻；RsT可变无感电阻箱；CAB--分布电容 图4a测f.和R,的试验电路