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

ICS31-030________________

*

中华人民共和国国家标准

GB/T24142-1998

压电陶瓷材料性能试验方法

长条横向长度伸缩振动模式

Testmethodsforthepropertiesofpiezoelectricceramics

Transverselengthextensionvibrationmodeforbar

1998-11-10发布1999-07-01实施

国家质量技术监督局发布

GB/T2414.2-1998

的言

本标准是庄GB/T2414-1981(fK电團瓷材料性能测试方扶M片的径向忡端报、长条的横向

长度仲媚报》的呈础匕修订的.

本标准与GB/T2414-1981梅比，作了F列的修订’

1与劇片的独向忡编鞭动樱式分开•成为一个如立的标准.其名片为(压电炭瓷材料性能试验方法

长条權向长度仰殊振动韓式”

2按WGB/Tb1-1993的规定.瑞加了刑苜，井按•照"试醴方怯”作为一项独立标准所規定的怖

准内容及苴噸序进行编耳I

3试验方法増加了-电桥法S

4修改了试验环境条件；

5附录AS”〜△〃人对应数值表”的范碉从0.34扩展列0.50・

事标准的砒录A是标准的附录。

本标准从实證之日起，代替GB/T2414-1981中的帕关内容.

本标態由金国铁电圧电测瓷标准化技术委员会提出・

本标疲由全国快电压电测瓷标底化技术委员会归口.

本标腹起草烧位I七二一厂.

本标底主要起草人：罗绍棠'斑明仙、田黴廉.

中华人民共和国国家标准

压电陶瓷材料性能试验方法

GBT2414.2—1998

长条林向长度伸缩振动模式

代辔GB/T2414—1981部分

Te«tmethodsforthepropertiesofpiezoelectricceramics

Tran»versvlengthextensionvibrationmodeforbar

1范IM

本标总规定了压电陶住材料长条横向长度伸帰板动棋式的介电、压电和评性性険的囲试方法.

本标准适用于压电陶总材料长条横向氏度伸歸饭动權式冬数性能的测试.

2引用标准

下列标准所包含的条文.筑过在本标准中引用而构成本标准的条文.本标准岀陋时，所示版本均为

有孜.所有怀准再会被修M•使!用本标准的各方应提讨使用下列杯准最祈版本的可能性.

GB/T2413—1981压电園瓷林料体积密度港敞方法

GB/T3389.】一1996恢电压电何瓷词汇

3定义和符号

本标准中采用的定义和符号按GB/T3389.1-1996的规定.

4试鉴原理

4.1笄效电路与幷征嶺專

一个以单一複式口由抿动的压电离瓷抿子，在其谐并额牢附近的机电持性可用图1的等效电路来

表示.它由动态电容G、动态电«L（,动态电阻弘组成的申联支啓9井联电容C。并联何或，奁谐界额

率附近可认为这些零製与频車无关.

i=i~

—G—

II

图1等效电路

根据图1所示的等效电踏，压电陶瓷按子的导纳可用公式仃）农示：

y=。+&+爲一心）=丫，十儿<1）

式中’y,—井联支路的导纳m,=y°.s,

绡一申联支路的导纳・y严乔哉F^・s：

8佝额卒，rnd./・.

nt■技术A1998-11-10Ml199907-01£«

GB/T2414.2-1998

荻电导-电烟坐标平面上，師看额辜的变化，申联支路特纳r>矢Id终端的轨迹为一个貝。当机械品

貝区数Q“较大时在階报区的变化甚小•因此可肯作为一个常數，在不芍處介欣帧耗时•压电陶处

按子导纳的圓图如图2所示.

从图2的导纳圆图中，可讶到以下沃个蒔征鎖車;

/.—申联漕掾频率］

/,—并联谐按猿率：

/.——谐扳倾半（电纳等干零卄

/.——反谐據顿率（电纳算FF）；

A—«大导纳额奉（毀小阻抗额率八

f.—斤小导纳额率（養大阳抗就率）.

在一般情况下,A</.</.i/.>A>/.4（/,-/.）X/p-/.）>（/.-/.）.^fcf的优值“较离时,

在一级近IUF,人=亿=人,人优宜M咬牧时，用</,-/.）代齊（人一人）计◎参数性能•必

须加以低正.其近似公式为：

人一人

△/=(A—/»>**(2)

J\+4丿曲

2"求忑*2".LIZ*|

式中，M—•压电探子的优值：

（丁自由电容.F：

Z.—压电赧子的粧小琨抗,0.

如黑人一/.）/人>100,利用近似公式（2）和（3〉所产生的溟差小于1%.

A2试醴概谨

本标旌釆用传输电路法或电侨法测试压电沟先氏条横向长度伸締拆动模式的材魁性能.

采用传愉网络團压电宛子的眾大传输频率Ar.M小传输阻坑Zc・采用阳抗分析仪牌

压电様子的棗大导纳罚率人，笊小导纳極率/.，址小皿抗木：或精扳频邹£,反谐尧叛半f,和谐扳电

甩尺.

在一级近似下，几丁=几=久=人/"=/・=/・=/"忆“|=&=&・

再到申联谐按频率/・、井脱谐抿额审i\和动念电阻R、召，即可通过:什耳或存闍录A（标准的附

录〉.确定机电糰合系数知•并计算压电聚子的其他念散・

2

GB/T2414.2—1998

5试鉴条件

51环览条件

a>试雉的标麻大气条件；

—溢度；15C〜35C,

―相对理度：45%〜75%;

弋压186kPa~106kPa.

b）忡裁试验的标確大U条件；

—ffilt：25C±2€t

相对禺度：45%~55%:

代压186kPa~106kPa.

5.2试样KJ•及製求

试样为民聂片•试样的氏度/、竜度方和事度r应摘足（Z/6）,>10a//t）,>10«fi线度不大于长度（或

宽度）的公差，平行度不大于“度的公弃.荊主平面全琢戡敢上金M层作为电极•沿耳度方向进行械化处

理.

推荐试样尺寸130mmX5mmX（0.7~l>mm.

试样应保持清洁、干燥•恨据不同花料的要求，棣化后存放-定时何•并在5.1规定的产境条件下放

酉2h后进行试够.

5.3试股信号要求；

a）聞电容和介质损耗时.电场强度kHz,

b>测申联消療稠奉和动态电阻时.电场强度£<30mV/mro,

6试艘方法

6-1自由电容CT和介质根耗角正切tg3的试脸

6J.1试验设备及要求

电柝电容的甜董仅幷不大于0.5%,介质扭耗用正切4量误咎不大于5%4-lXlO-*.

6.1・2试孜程序

様试样冬全电桥！：・直接“岀苴电甞址和介质槻耗角止切值<

6.1.3试隸的不确定度

6.1.11电容试验的不确定度1□•乞±1%.

6.13.2介质視耗试金的不确定£：l，JE+10%・

6.2中联済岳植率人、并嚴渭板额半/；和动杏电阻&的试矣

6.2.1传输电路法

6.2-1.1试鲨电路（一）如阳3所示

3

CBT2414.2-19%

Pl信号发生«,P2-WS计,P3、P4-电S*<B］一试«iR..RTi分圧电Hh

Rn»Rn第期电阻,R"可变无!B电阻艳皿仆C“、Ca■分布电衿,Si—开关

图3"型网络传输线路法试验电路

图3中，分压电阻R,的阻值与佶号发生器的输岀阻抗相匹配，尺210心伙”<<&，一般耽R“=

*“，&,=】kn〜3口

A-B间的分村电容Cah.竝低于试样的自由电容C0即CadCVL|分布电§CT)J?ri的电抗片再

足Sl/(<bCT1)»J{Tl»l/(«Cn)»^n.

6.2-1.2试聆电路(二〉如阳4所示

K

PI-馆号笈生«tP2箱事i+,P3、P4-电压ftsRl试WhR“叫配电fib

Rn隈淹电可tX«电阻横分布电容

图仏静人和&的试崟屯路

CB/T2414.2-1998

ffi4b測人的试电路

图4中•匹配电阻心■的阻值与估号发生将的治岀阻抗相匹配.限流电阻尺“歐值范也应远大于试

样的动杰电阴&.艮卷等值植稱为;&产500（1〜3UkA〜B闾的分布电容Ca■玩低于试样的自由电容

Cr.0JCA*«Cr・

6.2.1.3试脍设备及E求：

a）信号发生器I獗率瞬时艳定度高于待测■率的精确度，输出液形为正弦濃•谐浪失真抑制大于

30dB.按试狡电路图3测动憲电阻&时，谐波失及抑制大干50dB；

b）频率计；分辨車优于1H-输入阻抗远大于信号发生器编岀阻抗•且不形响倍号发生莽输岀电

平；

c）电.压表；输入肛抗大T1MC.酸人电容不大于40符合试醴要求；

d）可变无想电阻範：Jft小分度为0.1C.使用额事不低于200kHz,

e）屏厳盒及样品支架：评敵盒勺各仅表注线用短屏蔽线•播描件采用射额连挂器.支禎夹持力要

小•以能夹住试惮为准“ftiltR与试标电极尖牲良好，宪具与试样按腔匱的玄径一册为0.3mm〜

1.0mm,并夹左试样竹点处.样品支果与屏蔽盒连金一起.支架分栖电容要小.绝隊性繼良好.

62.1.4试蜀程序

a＞申联谐抵養車人、并联谐癒樺华A的试鞋

把试韩置于试強支架，接入试灵电路，调整倍号发生器输出电压•使其符合5.3的规蛍.终烤电阻搖

尺“.厲整信号发生跆鎭率，使试贸电略图3电乐农P4指示最大或试越电路图4a终対电压表描示捷小.

业时檢事为"大传輛倾率级近似下即为甲联賠按穴率匚终端电阻接&二试越电路图3〉戒

Rn（试験电路图4b〉，堆杨估号发生裁敬率，便电压表P4指朮孙小•此时额車为❻小传输额率/；-在一

级近個下即为并联谐扳檢事人；

b）动态电阻乩的试鲨

按图3或阳U测出的娥大传输额率几t处，用可变无機电阻箔代替试样.改变电阻箱的险值，使电

用毀P4的指示与替代前相同.此时电81箱的限值他：即为试嶂竝小阻抗绝对值IZ.I•在一级近似F

17.e；=R］丨

c）试榦的不确定度：

1）谐探頓率试卷的不确定度t\M±0.3%:

2）动态电阻试鮒的不确定度t/勺乞士】0%.

6.2.2电桥法

6.2.2.1试唇电路如图5所示

s

GB^T2414.2—1998

ffi5电桥法试脸电路

6-Z2.2试歿设备&蜃求

a）电桥；籾率精度优于100X10-*.阻抗分構率优j：o.osn,

b）样品支架；冋6.2.1-3中e）的要求。

6.223试鲨用序：

a〉申联谐饭领*/,、并联谐乘糅半A和动态电阻&的试脸

侪试桂援入电柠愉入城如图5所示.调彩电忻输出电压.便其符合5.3的规定・调卩电桥的隸卓•使

试样的PH抗盏小，此时额寺为JR大仔纳釉卓人，阻抗为盃小阳抗Z“或袒试样相位为巧.此时糊率为谐

报额率/；•阻抗为谐扳电阻&<堆高电桥頓率•侵试样矶抗K大•此时頓华为蹑小导纳旗率人;或使试样

相位为培.比时倾專为反谐詆極牢

住-级近似下:人=/,=/・・人=/・=人.Ze=&=他；

b>试购的不備定度：

1）谐覽H率试轻的不确定度Cr/C±O.3%»

2》动态电阻试黄的不确定度土5%・

6.3体积密度P的试牡

按GB/T2413规定的方法胃出压电勿覺材料的体积密度C

6-4试样尺寸的稍处

用代度优于0.0】mm的MRiMMU样的长度/、宽度"和厚度4

6-5压电陶瓷材料篡数性庞的计其

6.5.1横向机电購合系数輛

楸据6.2側出的长杀试样串联谐东额率久和井联谐樣额率人，用公式（4》计背横向机电購合系敕

*11•

.1匕/2）（1+y〃Jtg［g/2）（△/"・）］丨1”‘，、

n_114-（»/2）（1+A//75^r<<'2HA/?Z）jj（4）

式中：知一横向机电網含系如

A/频蔓A/=/,—/,.H»

/,——申联谐标输率・Hz<

也可通过计na///.的比值，住附录a（忻准的附录），确定横向机电帽合系数妇值・

横向机电确合礙效试鮭的不硝定度0£忑±1%・

6.5.2机械乩两因妣Q.

根据6.1赳出的试样白由电容CT和根据6.2團出的试样串联谐覆翔率兀、并赛谓板输率ZP和

杰电阻&・用公式（5〉计貝试样的机械品质因数Qi

Qn=2法人他一方”几］（5J

式中：Q.——枷械品质因和

/.—申蕨谐梅频率.Hz,

/,——井威谐掘额率,Hz：

R、动态电阻卫：

6

GBT2414.2—1998

U—自由电料・F.

机檢品质因敎试检的不确定度土2%.

6.5.3自由相对电客率嗚

帳据6.1測岀的B由电容L和6.-t测出的试样长度/、宽度b与厚度“用公式(6>计算自由相对电

容率吒.

吒=/=丄評Xio“(6)

式中：吒一自由梅对电容率：

cL自由电容半•FZm；

S——氏空电

L—口由电容・F.

I试样长度，m；

b试样宽复,m；

/——试样厚度・m・

自由档对电粹率试騎的不确定度U.^±2%・

65-4横向極半常敢Ni

祕据6.2團岀的申联谐岷檢*/,和&4测岀的试轻长度仁用公式(7)计諒横向顾率常数N*

M=门...(7)

式中1、——横向好帝常数.Hz・nU

f・串联洁祭料車，Hzi

I—试侔氏度・m.

横向额率常数试鞘的不确定度土Q.3%。

6.5.5權向声速评

根据乩2想出的申联谐振辕率/.和6.4側岀的试样长度人用公式(8、汁算横向禹违vf.

vf-2fJ(8〉

式中tvf横向用速»m/s(

r.——串底谁悔顾率.Hz；

I—试栉长度an・

復速试验的不确皇度SfW±0.3%.

6.5.6并性柔醮常?tX、舞

醱懈6.2测岀的申联谐按闻牢/.和6.4測出的试祥氏rt/・以及偎创&3謝出的体积帝度d用公

式(9).(10)分别什算弹性柔顺常教詰品.

4|—l/(V*/J/»)<9)

式中I堵一粗路弹性柔职常tr.mJ/N,

I试样长度.m：

/»申联谐抿旗率.Hau

P体积密度.kg/m,.

短路井性柔顶供政试脸的不碑定度t/蔬乞±】％・

瑞-玮(】-i；,>(10)

式咿：•姐一开路弹性乂砂曲數・m：/N,

4i—短路#性柔觀常数

GBT2414.2-19%

一一横向机电恨合杲數、

开路弹性柔颐常熬试負的不蝴定度匕號£±2%・

6.5.7庄电应变常數d“

根宠6.5.1碍出的槓旬机电粥片系数6“和6-5.3碍出的自由相对电容率吒以及6.5.6得岀的评

性浓顒箱放诘.用公式(11〉什耳压电应变常散必z

d“=(c^<t3n)1*<11)

式中：右—压电应变常数.C/N』m/、S

知——權向机电禺合系数；

吃一0由相对电容税

<.——真空电容率.F/m,

鳴——短帰弹性棗"常数，m'/N.

压电应变常數试脸的不備定度・

6-5-8压电电压常数

很据6.5.7时出的压电应变常ttd”和&5.3得岀的自由相对电容率讯，用公式(12)计算压电电压

1?T数jf11a

g$i—厶/g«.,)(12)

式中：Q.—压电电压前数,V•m/N=mt/C»

爲——自由軒对电容專：

CtK空电容專.F/m；

</..—压电应变常教X/N=m/V.

压电电压常数试枪的不購定度士3%.

GBT24*14.2—1998

附录A

（标庭的附录》

*31**A///.对应数值喪

横向机电则合辰救尙和箕差△/■与申联谐报额率/.比值的对亚数值见表A1.

去Alg〜A///,对应数值表

A///.如A///.hiA///.kr.

0.00010.015700.00360.0940000.00710・1316730.01060.ie<>478

0.00020.0222110.00370.M52890.00720.1325S70.01070-161222

0.00010.0272010.00380.0985610.00730.1334950.01080.161962

0.00040.0314070・00390.097817o.007«0.\U3970.01090.162698

0.00050.0351110・0040a099055a00750・1352920.01100.163431

0.00060.03R4600.0041a1002790.00760.1361B10.01116164160

0.00070.9415380.0042ai(ii4870・00770.137O«40.01120・164886

0.00080.0444030.00430.1026&00.00780.1379il0.01130.165609

0,00090.0470930-0(M40.1038600.oi>790.1388120.01140.附328

0.00100.C49«370.00450.1050260・00800.139«780.01150.167011

0.00110.0520550.00460.1061790.OM10.UO5380.01160.167756

O,W120.0643660.0040.1073190.00820.1413930.01]70.16S466

0.00130.0565820.004B0.1084460.00830.U22420.01]80.169172

0,00140.0587140-00490・1095620.00840.1430860.01190.1698?$

0.00150.0607700・0050a1106670・00850.1439240.01200.170575

0.00160・0627580.00510.Ill760G・00860.1447580.01210.171272

0.00170.0646850.00520.1128420.UG870.145、870.01220.l?l9f»5

600180.0665550・00530・1139130・0G880.U64100.01230.172656

0.00190.068374600540・11<975600890.1473290.01240.173344

0.00200.070U50.00550.1160260.00900・14S0430.01250.174029

0,00210.0718720.00560.1170670.00910.14&B530.01260.174711

0.00220.0735580.0057a1180990.00920.65S0.012?0.1?53M

0.00230.G752060.005B0.1191220.00930.1504580.012&0.17«067

0.OU240.0768180.0Q590.1201360.00940.151Z540・01Z90.176741

0.00250.07B3960.0060o.121mi0.00950.1520450.01300・177411

0,00260.0799430・00610.122137a00960.1528320.01310.178OSO

0・00270.0814600.00620.123125o.nog70.1536150.01320.1?8?45

0.002B0.0829480.00630.1241050.00980.1543930.01330.179408

0.0029O.C044100.00640.12$077Olnop90.15$1^80.01340.180068

0.00300.0858470.00650.126041ao】oo0.15593A0.013S0・180726

0,00310.0872600.00660.1269980.01010.1567050.01360・181381

0.00320.Oflft6500.OOfi70・12794?o.mo20.157<670-01370.182033

0.00330.0900180-00680.128B890.01030.15S2260.01380.1B2683

0.00340.0913650・00690.)298240.0]040・】5890・01390・183331

0.00350.0926920.00700.1307526.01050.159m0.ouo0.1S3976

9

CBT2414.2-1998

表Al（续）

A///,A///.A///.in

0.C1CI0.1846180.018J0.2WJ571o.0221I).22P8090.1)26I0.249031

tkOU20.1852SM0.01820.2091320.02220.2303120.0262O-24PiW

0.01430.1858960・0183Cu2096900.0223o.2JO8140.02«i0.24994B

l