010-61446422010-61446422
ZJ-3/4系列压电系数D33测试仪
讲述压电陶瓷器件中的几何结构设计与功能拓展
压电陶瓷因其可实现机械能与电能之间的双向转换，被广泛应用于能量采集器、换能器、机器人等领域。随着3D打印等增材制造技术的发展，传统加工难以实现的复杂几何结构逐步成为可能。本文综述了压电陶瓷器件中几何形状对能量转换性能的影响，涵盖多层结构、弯曲器、螺旋体、壳体、拓扑优化结构及超材料等多种典型设计。为新型压电器件的设计与制造提供参考。
压电效应是机械能和电能的耦合，压电材料在众多关键技术中发挥着重要作用。其正向压电效应广泛应用于各类传感器、超声设备和能量采集器中；而逆向压电效应则常用于高精度驱动器及高功率超声系统。目前，压电陶瓷市场估值约为20亿美元，主要由含铅陶瓷（如PZT）主导。与单晶材料相比，陶瓷具有更高的可加工性，能够较容易地制备成多种复杂形状，因此成为压电材料研究与应用的核心方向。
压电设备架构图
虽然压电陶瓷长期以来一直以传统设计的形式使用，例如圆盘、平板、环和管，但制造方法的进步使得具有复杂形状以及电极和极化网络的非传统压电陶瓷成为可能。
压电元件的形状会影响其振动模式，进而影响机电耦合因子的解析表达式，如下图。长宽比与标准要求不同的压电元件将产生多种振动模式的重叠响应。这使得在表征材料参数时阻抗谱的解释变得复杂，并且需要进行额外的数据分析，尤其是当这些元件用作设备中的传感器时。
几种谐振模式的机电耦合系数，其中 t 为厚度，d 为直径，L 为其他尺寸，P 为极化方向
压电元件的几何形状会显著影响其耦合系数类型与大小。例如，相比板状或柱状结构，薄圆盘在相同方向上的耦合系数较低。形状由圆盘向柱或棒的转变能够增强纵向响应。长宽比的变化也会对测得的电荷系数（如 d₃₃）产生影响。实验中测得的“有效"d₃₃值可能与材料固有的d₃₃不同。例如，Barzegar 等发现 PZT 薄圆盘的 d₃₃值普遍降低约 30%。Stewart 等进一步发现，薄圆盘中的厚度效应使得软 PZT 的 d₃₃值降低，而硬 PZT 的值则升高。
此外，形状相关的另一个关键因素是曲率。弯曲结构中，由 d₃₃ 分量引起的位移在边缘处更显著，并且压电正应力所产生的弯矩在曲面结构中明显大于直线结构，从而进一步增强了压电响应。
ZJ-4 型压电测试仪（静压电系数d33测量仪）,薄膜PVDF压电系数测试仪
关键词:压电,陶瓷材料,高分子,d33/d15,15圆管夹具
一、产品介绍：
ZJ-4型压电测试仪（静压电系数d33测量仪）是为测量压电材料的d33常数而设计的专用仪器，它可用来测量具有大压电常数的压电陶瓷，小压电常数的压电单晶及压电高分子材料,PVDF薄膜压样品。ZJ-4扩展了D31块体，D31薄膜拉伸夹具，D15条状夹具，D15圆管夹具,本仪器是从事压电材料及压电元件生产、应用与研究部门的仪器。
二、参考标准:
GB3389.4-82《压电陶瓷材料性能测试方法 纵向压电应变常数d33的静态测试》
GB/T3389.5-1995《压电陶瓷材料性能测试方法 圆片厚度伸缩振动模式》
GB000?Tj1.1/T3389.4-1982《压电陶瓷材料性能测试方法 柱体纵向长度伸缩振动模式》
GB/T 3389.7-1986《压电陶瓷材料性能测试方法 强场介电性能的测试》
GB/T3389.8-1986《压电陶瓷材料性能测试方法 热释电系数的测试
三、产品主要功能：
测量压电材料的d33常数
测量具有大压电常数的压电陶瓷
测量小压电常数的压电单晶及压电高分子材料
测量任意取向压电单晶以及某些压电器件的等效压电d’33常数
薄膜PVDF压电系数D33测试
D31块体，D31薄膜拉伸夹具，D15条状夹具，D15圆管夹具四套夹具
四、主要技术指标
d33测量范围：
×1挡： 20 至6000pC/N
×0.1挡： 2 至400pC/N。
可以配套PZT-JH10/4/8/12型压电极化装置使用
可以配套ZJ-D33-YP15压电压片机使用
误差：×1挡：±2%±1个数字，当d33在100到4000pC/N；
计量标定标准样尺寸：18mm*0.8mm，老化时间：2-3年（评判压电测试仪准确性能的重要依据之一）
提供压电薄膜标准片：20*20MM
电压保护：放电保护功能
D31块体，D31薄膜拉伸夹具，D15条状夹具，D15圆管夹具
±5%±1个数字，当d33在10到200pC/N；
×0.1挡：±2%±1个数字，(当d33在10到200pC/N)
±5%±1个数字，当d33在10到20pC/N。
分辨率： ×1挡：1 pC/N；×0.1挡：0.1 pC/N。
尺寸：施力装置：Φ110×140mm；仪器本体：240×200×80mm。
频率：110HZ
施加力：0.2 N
重量：施力装置：约4公斤；
仪器本体：2公斤。
电源：220伏，50赫，20瓦。
当前位置：