压电陶瓷泊松比测试

本标准适用于压电陶瓷材料泊松比

1 名词术语及符号
的测试．
本标准所采用的名词术语的定义见GB 389.1《压电陶瓷材料性能测试方法常用名词术
语》。

2 测试原理

2.1频率方程
以径向伸缩振动的压电陶瓷圆片振子如图l所示．

图1
如果同时考虑径向和轴向两维振动系统．径向振动将受到轴向振动的影响．根 据瑞利
(Rayleigh)型能量法厚度修正原理，圆片振子的振动频率方程为：

………………………(1)
其中系数:
………………(2)
……………（3）
式(1)，(2)，(3)中：
——压电陶瓷圆片振子径向伸缩振动的基频频率，Hz；
——压电陶瓷圆片振子径向伸缩振动第一个泛音频率，Hz，
t——压电陶瓷圆片振子的厚度．1111
r——压电陶瓷圆片撅子的半径imi
——压电陶瓷材料的泊松比；
、——当时，方程式的两个最小正根；
、 ——以（）为变量的零阶和一阶贝塞尔函数。
／和直径与厚度径dt，
与
从 式(1)，(2)，(3)可知．通过压电陶瓷圆片振子的频率比
可直接确定压电陶瓷材料的泊松比泊松 比萨与相应的关系、泊松比
和dt的对应关系见附表1和附表2．
2.2 方法概述
本标准采用传输线路一泛音比法测试压电陶瓷圆片振子的径向伸缩振动模式的最大传
输 频率利用一级近似关系式==。通过测试基频频率
。
和泛音频率，以
及测量圆片振子的直径与厚度比dt，查表确定

3 测试糸件

3.1环境条件
正常试验大气条件：
温度： 20～30℃
相对湿度： 45%～75%
气压： 86～106 kPa
仲裁试验标准大气条件：
温度： 25士l℃
相对湿度： 48%～52%
气压： 86～106 kPa
3.2样品尺寸及要求
测试样品为圆片振子，两主平面平行度应不大于厚度公差的一半，两主平面全都被覆金
属电极，沿厚度方 向要求极化处理．直径与厚度比dt应大于或等于20．
推荐试样尺寸: d=20mm；t=1mm．
3.3样品的准备
样品应保持清洁，干燥，根据不同瓷料要求 ，极化后存放一定时间，并按3.1条规定的
环境条件放置2h后进行测试．
3.4 样品两端测试电场的要求
测试谐振频率时，E≤30 mVmm．

4 测试方法

4.1测试线路
本标准采用的测试线路为GB 3389.5《压电陶瓷材料性能测试方法 圆片厚度伸缩振动
模式》4.1.1条规定的恒压潭传输 测试线路和恒漉源传输测试线路（分别见本标准图2和图
3）。

3
图2恒压源传输测试线路
1-信号发生器；2-数字频率计；3-高频电压表；4-试样；

、-分布电容；、-分压电阻；一终端电阻


图3恒流源传输测试线路
1-信号发生；2-致字频率计；3-高频电压表；4-试样；

一限流电阻

一匹配电阻；
4.2 测试设备及要求
信号发生器：频率瞬时稳定度商予待测频率的精度，输出波形为正弦波，谐波失真度抑
制大于30 dB。
频率计：测试频率误差不大于±l Hz，输入阻抗远大于信号发生器输出阻抗，且不影响
信号发生器输出特性．

电压表：输入阻抗高，输入电容不大于40 pF．频率范围高于待测频率，性能稳定，灵
敏度高。
屏蔽盒及样品支架：屏蔽盒应有良好的接地，它与各种仪表的连线用短屏蔽线，接插件
采用通用的高频电缠插头．支架夹具夹持力要小，以能夹住样品为准，保证夹具与样品电极
接触良好，夹 具与样品接触面的直径一般为0.3～1 mm，而且夹在样品中心节点处．样品支
架与屏蔽盒连在一起，分布电容应小，绝缘性船良好．
4.3 测试步骤
4.3.1 圆片径向伸缩振动基频频率的测试
将 被测试样置于测试线路图2（或测试线路圈3）的支架上，按3.4条规定调节信号发
生器输出电压，在 相应予试样径向伸缩振动基藏附近频段内，调节信号发生器的频率，使终
螬电压表指示值最大（如测试线 路采用图3，则终端电压表指示位量小）．此电压最大时的
频率为试样的径向伸缩振动基频频率。
4.3.2 圆片径向伸缩振动泛音频率的测试
按3.4条规定的测试电场范围， 在相应于试样径向伸缩振动2.6倍的基频频率附近，继
续调节信号发生器的频率．使测试线路图2终端 电压表指示值最大（如测试线路采用图3，
则终端电压表指示值最小），得到试样径向伸缩振动一次泛音 频率
4.3.3 样品尺寸的测量
用精度为O.01 mm的量具测量样品直径d和厚度t。
4.4 结果．计算／和dt之比，并查附表2得。
。
4.5 本标准推荐非轴向对称振动筷作为泊松比

附录A
的另一种测试方法，见附录A。
非轴向对称振动模测试
（参考件）

A1测试原理

全电极试样 一面电极分开，在分开的两部分旄加电压，而另一面保留全电极的圆片振子，
激发非轴向对称振动模，用 传输线路测试样品第一个一阶圆周模[(1.1)]的频率
二个二阶圆周模[(2.2)]的频率
归一化求泊松比

A2 测试条件

A2.1 测试要求
试样为圆片，直径与厚度之比dt大于或等于6．圈度不大于直径公差的一半，平行度
不大于厚度的公差．
A2.2 试样
试样一面全电极，另一面按试样直径四分之一处分开电极，分开线条宽度小于0.3 mm，
线条平整光滑，无毛刺，不损伤瓷件，如图A1所示.
。
，和第
，用全电极圆片振子径向伸缩振动模[(R．1)]基频频率

图A1
A2.3 支架
为了能激励分开电极圈片振子试样非轴向对称振动模，设计一种专 用支架，如图A2所
示．圆片振子试样全电板表面平放接触底板，分开电极表面朝上，由接触柱作测量电 极。

图A2支架
1-手柄；2-螺盖；3-套筒；4-顶尖；5-螺杆；6-晶片；

7-圈底盘；8-螺母；9-电极

A2.4 环境条件
测试前试 样的准备与试样两端测试电场E的要求，按本标准正文3.1、3.3、3.4条规定
的条件进行．

A3 测试方法

A3.1 测试线路
测试设备及要求，按本标准正文4.2条规定．
A3.2 测试步骤
A3.2.1 [(R．1)]模频率^。的测试
将两面全电极试样置于本标准正 文规定测试电路的支架上，按规定调节信号发生器频率，
测出试样径向伸缩振动[(R．1)]模第一个 基频频率。
A3.2.2 [(1.1)]，[(2.2)]模频率，的测试
将 分开电极及试样置于图A2支架上，然后在稍低予[(R．1)]模频率下调节信号发生器
频率，测试[ (1.1)]模频率或稍高于[(R．1)]模频率测试。
A3.3 计算：根据或之比，查表Al得泊松比
与频率比的关系
。
表A1泊松比


[(2.1)]

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.8196

0.8121

0.8047

0.7973

0.7810

0.7827

0.7754

0.7682

0.7610

0.7539

[(1.1)]

0.9009

0.8958

0.8906

0.8853

0.8800

0.8747

0.8693

0.8639

0.8584

0.8529

[(3.1)]

1.2501

1.2392

1.2284

1.2176

1.2069

1.1962

1.1855

1.1749

1.1644

1.1538

[(2.2)]

1.3882

1.3808

1.3734

1.3659

1.3583

1.3506

1.3428

1.3350

1.3271

1.3190

0.20

0.21

0.22

0.23

0.24

0.25

0.26

0.27

0.28

0.29

0.30.

0.31

0.32

0.33

0.34

0.35

0.36

0.37

0.38

0.39

0.40

0.7468

0.7397

0.7327

0.7257

0.7187

0.7117

0.7048

0.6979

0.6910

0.6841

0.6773

0.6704

0.6636

0.6568

0.6500

0.6437

0.6365

0.6298

0.6230

0.6163

0.6096

0.8474

0.8418

0.8361

0.8304

0.8247

0.8190

0.8131

0.8073

0.8014

0.7954

0.7894

0.7834

0.7773

0.7712

0.7650

0.7588

0.7525

0.7462

0.7399

0.7334

0.7269

1.1433

1.1328

1.1224

1.1120

1.1016

1.0912

1.0809

1.0706

1.0603

1.0500

1.0398

1.0296

1.0193

1.0091

0.9989

0.9888

0.9786

0.9684

0.9583

0.9481

0.9379

1.3110

1.3028

1.2946

1.2862

1.2778

1.2693

1.2607

1.2521

1.2434

1.2345

1.2256

1.2166

1.2076

1.1984

1.1891

1.1798

1.1704

1.1608

1.1512

1.1415

1.1316


附表1泊松比萨





与的关系




0

1.841180

5.331440

8.536320

2.895670

4.636330

5E-03

.01

.015

.02

.025

.03

.035

.04

.045

.05

.055

.06

.065

.07

.075

.08

.085

.09

.095

.1

.105

.11

.115

.12

.125

.13

.135

.14

.145

.15

1.845030

1.848860

1.852670

1.856470

1.860260

1.864030

1.867790

1.871530

1.875260

1.878980

1.882680

1.886370

1.890050

1.893710

1.897350

1.900990

1.904610

1.908220

1.911810

1.915390

1.918960

1.922520

1.926060

1.929590

1.933110

1.936610

1.940110

1.943590

1.947060

1.950510

5.332420

5.333390

5.334360

5.335330

5.336300

5.337270

5.338240

5.339210

5.340190

5.341160

5.342120

5.343100

5.344060

5.345030

5.346000

5.345970

5.347940

5.348910

5.349880

5.350850

5.351810

5.352780

5.353750

5.354710

5.355680

5.356650

5.357610

5.358580

5.359550

5.360510

8.536910

8.537510

8.538100

8.538690

8.539290

8.539880

8.540470

8.541070

8.541660

8.542280

8.542850

8.548440

8.544030

8.544830

8.545220

8.545810

8.546410

8.547000

8.547590

8.548190

8.548780

8.5493?O

8.549970

8.550560

8.551150

8.551740

8.552340

8.552930

8.553520

8.554110

2.890150

2.884690

2.879280

2.873910

2.868580

2.863300

2.858050

2.852860

2.847710

2.842590

2.837510

2.832480

2.827470

2.822520

2.817610

2.812730

2.807890

2.803090

2.798330

2.793610

2.788910

2.784250

2.779640

2.775050

2.770500

2.765990

2.761500

2.757050

2.752640

2.748260

4.626980

4.617720

4.608540

4.599420

4.590370

4.581410

4.572500

4.563680

4.554920

4.546220

4.537600

4.529040

4.520530

4.512110

4.503770

4.495450

4.487220

4.479040

4.470940

4.462900

4.454900

4.446960

4.439100

4.431280

4.423520

4.415830

4.408170

4.400580

4.393040

4.385580

.155

.16

.165

.17

.175

.18

.185

.19

.195

.2

.205

.21

.215

.22

.225

.23

.235

.24

.245

.25

.255

1.953960

1.957390

1.960810

1.964210

1.967610

1.970990

1.974370

1.977730

1.981080

1.984410

1.987740

1.991060

1.994360

1.997650

2.000930

2.004200

2.007460

2.010710

2.013950

2.017170

2.020390

5.351480

5.362440

5.353410

5.364370

5.365340

5.365300

5.367270

5.358230

5.369190

5.370160

5.371120

5.372080

5.373040

5.374010

5.374970

5.375930

5.376890

5.377850

5.378810

5.379770

5.380730

8.554710

8.555300

8.555890

8.555480

8.557070

8.557670

8.558280

8.558850

8.559440

8 560040

8.560630

8.561220

8.551810

8.562400

8.562990

8.563590

8.564180

8.564770

8.565360

8.565950

8.566540

2.743910

2.739590

2.735300

2.731060

2.726830

2.722640

2.718470

2.714340

2.710230

2.706180

2.702120

2.698100

2.694120

2.690170

2.686240

2.682330

2.678450

2.674600

2.670780

2.666990

2.663210

4.378140

4.370770

4.363450

4.356190

4.348970

4.341810

4.334680

4.327610

4.320590

4.313550

4.306720

4.299830

4.293010

4.286240

4.279510

4.272820

4.266180

4.259580

4.253020

4.246520

4.240040


续附表1





.26

.265

.27

.275

.28

2.023590

2.026790

2.029970

2.033140

2.036310

5.381690

5.382650

5.383610

5.384570

5.385530

8.567130

8.567730

8.568320

8.568910

8.569500

2.659480

2.655750

2.652060

2.648400

2.644750

4.233630

4.227240

4.220910

4.214620

4.208350

.285

.29

.295

.3

.305

.31

.315

.32

.325

.33

.33S

.34

.345

.35

.355

.36

.365

.37

.375

.38

.385

.39

.395

.4

.405

.41

.415

.42

.425

.43

2.039460

2.042600

2.045730

2.048850

2.051960

2.055060

2.058150

2.061230

2.064300

2.087360

2.070410

2.073460

2.076490

2.079510

2.082520

2.086520

2.088510

2,091500

2.094470

2.094430

2. 100390

2. 103340

2.106270

2.109200

2,,112120

2.115020

2.117920

2.120820

2.123700

2.126570

5.386490

5.387450

5.388410

5.389370

5.390320

5.391280

5.392240

5.393190

5.394150

5.395110

5.396060

5.397020

5.397970

5.398930

5.399880

5.400840

5.401790

5.402450

5.403700

5.404650

5.405610

5.406560

5.407510

5.408460

5.409410

5.410360

5.411320

5.412270

5.413220

5.414170

8.570090

8.570680

8.571270

8.571860

8.672450

8.573040

8.573830

8,574220

8.574810

8.575400

8.575990

8.576580

8.577170

8.577760

8,578350

8,578940

8.579530

8.580120

8.580710

8.581300

8.581890

8.582480

8.583070

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.445

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S.427440

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3.968580


dt=1 附表2 附表1泊松比萨与和的关系


2.89567

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5E-03

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dt=1 续附表2


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.34

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