GB/T 3389-2008 压电陶瓷材料性能测试方法 性能参数的测试

ICS31-030

L90

中华人民共和国国家标准

GB/T3389—2008

代替GB/T3389.2—1999,GB/T3389.3—2001,GB/T3389.4—1982,GB/T3389.5—1995,GB/T3389.6—1997,

GB/T3389.7—1986,GB/T3389.8—1986

压电陶瓷材料性能测试方法

性能参数的测试

Testmethodsforthepropertiesofpiezoelectricceramics—

Testfortheperformanceparameter

2008-08-04发布2009-02-01实

发布

GB/T3389—2008

目次

前言m

1范围1

2规范性引用文件1

3术语、定义和符号1

4测试条件1

4.1测试的大气条件1

4.2仲裁测试的大气条件1

5性能测试1

5.1居里温度1

5.2纵向压电应变常数（静态）2

5.3强场介电性能4

5.4热释电系数6

5.5柱体纵向长度伸缩振动模式7

5.6圆片厚度伸缩振动模式10

5.7长方片厚度切变振动模式12

5.8特征频率和动态电阻的传输线路法测试14

附录A（规范性附录）△//九与詹对应数值15

附录B（规范性附录）泛音比与虽、h,的关系19

附录C（规范性附录）几/九与心、居5的关系32

附录D（规范性附录）特征频率和动态电阻的传输线路法测试34

T

GB/T3389—2008

-1.Z-—1—

刖弓

本标准是对GB/T3389.2—1999《压电陶瓷材料性能测试方法纵向压电应变常数〃站的静态测

试》、GB/T3389.3—2OOK压电陶瓷材料性能测试方法居里温度Tr的测试RGB/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/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》、GB/T3389.6—1997《压电陶瓷材料性能测试方法长方片厚度

切变振动模式》、GB/T3389.7—1986《压电陶瓷材料性能测试方法强场介电性能的测试》和

GB/T3389.8-1986((压电陶瓷材料性能测试方法热释电系数的测试》的整合修订。本标准自实施之

日起，代替GB/T3389.2—1999.GB/T3389.3—2OO1.GB/T3389.4—1982.GB/T3389.5—1995.

GB/T3389.6—1997OGB/T3389.7—1986和GB/T3389.8—1986O

本标准与GB/T3389.2—1999.GB/T3389.3—2001.GB/T3389.4—1982,GB/T3389.5—1995.

GB/T3389.6—1997,GB/T3389.7—1986和GB/T3389.8—1986相比，主要有下列变化：

——修订了相关符号；

修改了测试条件；

——确定了试样极化后的存放吋间；

-增加了强场介电性能测试步骤中的“保持电压1min及每次测量后电压应降到0V,并保持

2min后再继续测量”的内容；

-增加了柱体纵向和圆片厚度伸缩振动模式的“电桥法”测试方法;统一了柱体纵向、圆片厚度和

长方片厚度切变振动模式的传输线路法测试方法，并将其规定列为附录D；

——统一了柱体纵向、圆片厚度和长方片厚度切变振动模式的测试信号要求。

本标准附录A、附录、附录C和附录D均为规范性附录。

本标准由中国船舶工业集团公司提出。

本标准由全国海洋船标准化技术委员会船用材料应用工艺分技术委员会归口。

本标准起草单位：中国船舶工业集团公司国营第七二一厂、中国船舶重工集团公司第七一五研

究所。

本标准主要起草人:朱斌、张晖、张丽英、俞锁龙。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

——GB/T3389.2—1982.GB/T3389.2—1999；

——GB/T3389.3—1982.GB/T3389.3—2001；

——GB/T3389.4—1982；

——GB/T3389.5—1982.GB/T3389.5—1995；

GB/T3389.6—1982.GB/T3389.6—1997；

——GB/T3389.7—1986；

——GB/T3389.8—19860

ni

GB/T3389—2008

压电陶瓷材料性能测试方法

性能参数的测试

1范围

本标准规定了压电陶瓷材料性能的测试条件、测试方法和振动模式下的测试方法。

本标准适用于压电陶瓷材料居里温度、纵向压电应变常数（静态）、强场介电性能、热释电系数的参

数测试，压电陶瓷材料柱体纵向长度伸缩、圆片厚度伸缩和长方片厚度切变振动模式下的参数测试。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有

的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T2413压电陶瓷材料体积密度测量方法

GB/T2414.1压电陶瓷材料性能试验方法圆片径向伸缩振动模式

GB/T3389.1铁电压电陶瓷词汇

CB/T1218-1993水声常用压电陶瓷元件

3术语、定义和符号

GB/T3389.1中确立的术语、定义和符号适用于本标准。

4测试条件

4.1测试的大气条件

测试的大气条件如下：

a）温度：15C〜35°C；

b）相对湿度：25%〜75%；

c）大气压力：86kPa〜106kPao

4.2仲裁测试的大气条件

仲裁测试的大气条件如下：

a）温度：25C±2°C；

b）相对湿度：45%〜55%；

c）大气压力：86kPa〜106kPa。

5性能测试

5.1居里温度

5.1.1测试原理

当温度高于居里温度（Tc）吋，压电陶瓷处于顺电相，自发极化和压电性也随之而消失。在居里温

度处，压电陶瓷材料的许多物理性质，如电容率、热容量、线膨胀系数都将发生突变，因此，只要测定这种

突变点对应的温度就能确定压电陶瓷材料的居里温度。本标准采用测试试样电容率突变点来确定压电

陶瓷材料的居里温度，并推荐采用阻抗分析仪来测量这个突变点。

1

GB/T3389—2008

5.1.2试样

5.1.2.1试样为带有电极的未极化薄片。推荐尺寸020mmXlrrnn,尺寸公差应符合CB/T1218

1993表5中3级的要求。

5.1.2.2试样应保持清洁、干燥。

5.1.3测试装置及设备

5.1.3.1测试装置

居里温度测试装置见图1。

1——记录仪；

2——阻抗分析仪;

3——电炉；

4——试样；

5热电偶；

6冰点。

图1居里温度测试装置

5.1.3.2测试设备

居里温度测试设备及要求如下：

a）记录仪测量最大允许误差为±1%;

b）阻抗分析仪测量最大允许误差为±1%;

c）电炉炉膛内温度误差为±2C；

d）热电偶分度号为k,等级为I。

5.1.4测试

居里温度测试步骤如下：

a）将试样置于炉膛内，热电偶测量端距试样表面为1mm~2mm0

b）按图1测试装置接线，调节阻抗分析仪的频率至一定值，而后维持其频率不变；电炉以速率为

3°C/min〜4°C/min升温（或降温），居里温度附近其速率为1°C/min〜2C/min。

c）在记录仪上读出电容或电纳随温度变化曲线的峰值，此峰值对应的温度即为该试样的居里温

度。若曲线上出现一个以上的峰值，它们对应的温度均为相变温度，最高的相变温度为居里

温度。

5.2纵向压电应变常数（静态）

5.2.1测试原理

在没有外电场的作用，满足电学短路条件，试样沿极化方向受力时,其电位移分量按公式（1）计算。

(1)

式中：

D33电位移分量的数值,单位为库仑每平方米（C/n?）；

2

GB/T3389—2008

——纵向压电应变常数的数值，单位为库仑每牛顿或米每伏特（C/N或m/V）；

0——纵向应力的数值,单位为牛顿每平方米（N/n?）。

当试样受力面积与释放电荷面积相等，并且接在试样上的电容远大于试样的自由电容吋，公式（1）

可写成公式（2）形式。

式中：

Qs——试样释放压力后所产生的电荷量的数值，单位为库仑（C）；

Fb——试样在测量时所受的力的数值，单位为牛顿（N）；

C——并联电容的数值，单位为法拉（F）；

V——静电计所测得的电压的数值，单位为伏特（V）。

5.2.2试样

5.2.2.1推荐尺寸020mmX5mm~020mmX10mmo试样表面应平整，两个主平面的平行度应不

大于厚度公差的一半，尺寸公差应符合CB/T1218-1993表5中3级的要求。

5.2.2.2试样应保持清洁、干燥。试样的两个主平面上应全部涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化

处理，极化后存放吋间应不小于72h,并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。

5.2.3测试装置及设备

5.2.3.1测试装置

纵向压电应变常数测试装置见图2。

1——静电计；

2、6——加压装置的绝缘座；

3、5——加压装置的上下引出电极；

4——试样；

C——并联电容器；

——施加于试样的力；

K——短路开关。

图2纵向压电应变常数测试装置

5.2.3.2测试设备

纵向压电应变常数测试设备及要求如下：

a）整个检测系统的绝缘电阻大于1X10"Q,并保持良好的接地；

b）静电计的灵敏度应不低于0.1mV,输入阻抗大于1X10l;,Q,测量最大允许误差为±5%；

c）并联电容器的电容量大于试样自由电容100倍以上；

d）加压装置应有缓冲功能，以保证加压时对试样仅有静压力而无冲击力，并能在1s之内迅速卸

3

GB/T3389—2008

压；施加的压力应垂直于试样表面，卸压时试样不受振动且无侧向移动，引出电极的大小应覆

盖试样金属电极面，压力误差应不大于1%。

5.2.4测试

纵向压电应变常数测试步骤如下：

a）将试样放入图2所示加压装置的上下引出电极的中心位置；

b）合上短路开关K；

c）缓慢加压，施加于试样上的应力为1X105N/n?〜1X10"N/m2；

d）校准静电计的零点；

e）断开短路开关，在1s之内迅速释放施加于试样上的压力；

f）记下静电计上电压的稳定读数；

g）根据测得的电压和施加于试样上的压力及并接在试样上的电容，按公式（2）计算纵向压电应

变常数。

5.3强场介电性能

5.3.1测试原理

压电陶瓷材料的自由相对电容率和介电损耗角正切值与温度、湿度、交变电场的频率、场强和施加

电压吋间有关，本标准所指的强场介电性能即是在强交变电场作用下的介电性能，一般指自由相对电容

率和介电损耗角正切值。本标准采用图3所示的1kHz高压西林电桥测强场介电性能。

C-N标准电容器；

C'x试样的电容；

G零值指示器；

、乩——高频十进制可变电阻箱；

U——1kHz高压信号源。

图31kHz高压西林电桥电路图

当图3的电桥达到平衡吋，公式（3）成立：

6尺4/1(3)

R：＜(l+tanS》

又根据定义:

tanB=3C4尺4(4)

4

GB/T3389—2008

式中：

C4——电容箱电容的数值，单位为法拉（F）；

（、X——试样电容的数值，单位为法拉（F）；

Cn——标准电容器电容的数值，单位为法拉（F）；

R.、&——电阻箱电阻的数值，单位为欧姆（Q）;

tan&试样的介电损耗角正切值的数值；

3——角频率的数值，单位为弧度每秒（rad/s）。

当tan^<0.1吋，公式（3）可用公式（5）代替。

G=C遷（5）

为了便于直接读出介电损耗角正切值，因为3=2ttX1000rad/s,取&=1000/（2兀）~159.2Q,则

得到公式（6）、公式（7）°

厂厂159.2

Cx=C^—(6)

tan^=C4X106(7)

根据公式（6）可得到公式（8）。

t/、r159.2t

(8)

式中：

訂—自由相对电容率的数值；

€0——真空电容率的数值&85X单位为法拉每米（F/m）.

t——试样厚度的数值，单位为米（m）；

A——试样的电极面积的数值,单位为平方米（n?）。

5.3.2试样

5.3.2.1推荐试样尺寸020mmXlmm,尺寸公差应符合CB/T1218—1993表5中3级的要求。

5.3.2.2试样应保持清洁、干燥，两个主平面上应全部涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化处理。极

化后存放时间应不小于72h,并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。

5.3.3测试电路及设备

5.3.3.1测试电路

强场介电性能测试电路见图30

5.3.3.2测试设备

a）最高输出电压应不小于1000V；频率：1kHz；波形：正弦波，失真度应不大于5%；电场强度应

根据不同瓷料选取200V7mm、400V/mm或600V/mmo

b）测量范围：电容为2X102pF〜2X10"pF,损耗角正切值为1X10"〜1。

c）测量误差：在介电损耗角正切值小于0.1时，电容测量相对误差为±1%;介电损耗角正切值

测量相对误差为±15%。

5.3.3.3测试夹具

夹具应清洁、干燥，在测试电压下，绝缘电阻应不小于1X1O"Q。

5.3.4测试

强场介电性能测试步骤如下：

a）将试样置于测试夹具中，按图3连接电路。缓慢增加电压至所需要的值，并在该电压值上保持

1min,这期间分别反复调节电阻箱和电容箱，使零值指示器的指示数值最小；读取电阻箱和电

容箱的数值。在每次测量后，电压应降到0V,并保持2min后再继续测量。

b）将所读取的电阻箱电阻值和电容箱电容值代入公式（5）、公式（6）,则可算出试样的自由相对

5

GB/T3389—2008

电容率和介电损耗角正切值。

5.4热释电系数

5.4.1测试原理

采用电荷积分法测量压电陶瓷材料的热释电系数。测试装置见图4。该方法通过测量在电容器上

积累的热释电电荷，测定剩余极化随温度的变化情况。使用静电计测得积分电容两端电压，输出至函数

记录仪丫端，由于积分电容值远大于试样电容值，其两端的电压变化正比于试样剩余极化的变化。同

时，用X端记录试样温度变化，可得到热释电电荷Q随温度T变化的曲线，微分该曲线得到热释电系

数,见公式（9）,从所得QT曲线上求得所需温度点的曲线斜率为该温度的热释电系数,见公式（10）。

%=兽(9)

亠_GdV_GAV

(10)

AdTAAT

式中：

pm——热释电系数的数值，单位为库仑每摄氏度平方米［C/（°C•m2）］;

G——积分电容值的数值，单位为法拉（F）；

A——试样面积的数值,单位为平方米（m2）；

AT——温度变化值的数值,单位为摄氏度（C）；

AV——对应于△丁的积分电容两端的电压变化值的数值，单位为伏特（V）。

1冰点；

2——测温热电偶；

3——屏蔽温度室；

4——试样；

5绝缘保温层；

6积分电容；

7静电计；

8函数记录仪；

9加热器；

10试样绝缘支架；

11——绝缘油。

图4积分电荷法热释电系数测试装置

5.4.2试样

5.4.2.1推荐尺寸电极面积约100mn?,厚度应不大于0.5mm,尺寸公差应符合CB/T1218—1993

表5中3级的要求。

6

GB/T3389—2008

5.4.2.2试样应保持清洁、干燥，试样应全部涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化处理，电阻应不小

于1X10。Q,极化后存放时间应不小于72h,并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。

5.4.3测试装置及设备

5.4.3.1测试装置

热释电系数测试装置见图4。

5.4.3.2测试设备

热释电系数测试设备及要求如下：

a）加温油槽应由铜制成，外壳接地以屏蔽外来信号的干扰；

b）热电偶分度号为k、等级为I；

c）加热器及温控设备应能控制试样温升速率在2r/min~5C/min范围以内；

d）积分电容一般为10卩F,直流电阻应不小于1X10"Q,具体数值按被测试样电容量大小及热释

电系数大小而定；

e）静电计的灵敏度应不低于0.1mV,输入阻抗应不小于1X1O"Q,测量最大允许误差为±5%；

f）函数记录仪的相对误差应不大于1%;

g）整个系统放电时间常数应不小于4X10*,系统总电阻应大于5X108Q（相对于采用10卩F积

分电容而言）。

5.4.4测试

热释电系数测试步骤如下：

a）按图4接线，将试样置于样品架上，浸没于绝缘油中，热电偶测量端距试样表面为1mm~

2mm；

b）对油槽加温升温至85°C,升温速率应控制在2oC/min~5=C/min,并进行记录；

c）按公式（10）计算该温度的热释电系数。

5.5柱体纵向长度伸缩振动模式

5.5.1测试原理

在纵向长度伸缩振动模式中，激励电场平行于弹性波的传播方向，弹性刚度（或柔顺）常数与机电耦

合效应相关，包含基波及高次谐波的等效电路见图5；在基波谐振频率附近，有机械损耗时的等效电路

见图6。

Cs，,-Cs，——部分受夹电容；

G动态电容；

I八、1，2…动态电感；

R、尺2…R”动态电阻。

图5包含基波及高次谐波振动，有机械损耗时试样的等效电路

7

GB/T3389—2008

G动态电容；

Co并联电容；

动态电感;

Ri动态电阻。

图6基波谐振频率附近，有机械损耗时试样的等效电路

在基波附近，导纳用公式（11）表示为。

(1—kj,,)

Y=(11)

2./p

1—忑

式中：

Y——导纳的数值,单位为西门子（S）；

CT——自由电容的数值，单位为法拉（F）；

九——并联谐振频率的数值，单位为赫兹（Hz）；

f任一频率的数值，单位为赫兹（Hz）；

也3纵向机电耦合系数。

在不考虑介电损耗的情况下，试样纵向长度伸缩振动模式的导纳y随着频率的变化，在电导-电纳

复数平面上的轨迹是一个圆，见图7。

fP—并联谐振频率；

fr谐振频率（电纳为零）；

7«反谐振频率（电纳为零）；

fm——最小阻抗频率；

/„——最大阻抗频率。

图7试样的导纳圆图

从图7可得出，这些频率间的关系如下：

8

GB/T3389—2008

a）/m</S</r；/n>/p>A；

b）（/n-/m）>（/p—/»）>（/»—/r）o

当压电试样的优值M较大时（M>20）,在一级近似下得到下列关系式:血=人=九汀・=九=九。

则可用血代替長和人，用九代替几和九，由此得到△于=几一几，再由表1和附录A,计算出试样的

机电耦合系数（爲Q以及其他参数值。但当压电试样的优值较小时，不应直接用（A-A）来代替（几一

久），应用近似公式（12）和公式（13）进行修正。

/n—/m

A1/2(12)

1卩+丽）

M=——J~«1(13)

sG2兀几（、TZm

式中：

M——压电试样优值；

他——串联谐振时的角频率的数值，单位为弧度每秒（rad/s）；

G——压电试样简化等效电路的并联电容的数值，单位为法拉（F）；

尺——压电试样简化等效电路的动态电阻的数值，单位为欧姆（Q）;

Zm——压电试样的最小阻抗的数值，单位为欧姆（Q）。

若M2（fp-/S）/人>100,则利用近似公式（12）、公式（13）得到（九一人）的相对误差应小于1%。

5.5.2试样

5.5.2.1圆柱：长度（Z）与直径（d）之比Z/d$2.5,圆度应不大于直径公差的一半，平行度应不大于长

度的公差，尺寸公差应符合CB/T1218—1993表5中3级的要求。推荐尺寸06mmX15mmo

5.5.2.2方柱：长度（Z）与宽度⑺）之比l/b^30直线度应不大于长度的公差，平行度应不大于宽度的

公差，尺寸公差应符合CB/T1218—1993表5中3级的要求。推荐尺寸6mmX6mmX20mm。

5.5.2.3试样应保持清洁、干燥。试样的两端面上应全部涂覆金属电极层，沿长度方向进行极化处理,

极化后存放时间应不小于72h,并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。

5.5.3电桥法测试装置及设备

5.5.3.1测试装置

电桥法测试装置见图80

丄

11

~T-

图8电桥法测试装置图

5.5.3.2测试信号

测试信号应符合下列要求：

a）测电容和介电损耗角正切时，电场强度应不大于5V/mm,频率1kHz；

b）测谐振频率和动态电阻吋，电场强度应不大于30mV/mm0

5.5.3.3测试设备

电容的测量最大允许误差为±0.5%,介电损耗角正切的测量最大允许误差为（10%读数+1X

IO'4）,频率准确度优于1X10^,阻抗分辨率优于0.05Q。

5.5.3.4试样夹具

试样夹具应稳固地支持住试样，同吋应使试样处于相对自由振动状态，并保证夹具与试样电极面的

电接触良好。

9

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5.5.4电桥法参数测量

5.5.4.1自由电容（C「）及介电损耗角正切值（tan§）的测量

测量步骤如下：

a）调整电桥频率和电场强度使其符合5.5.3.2的要求，测量夹具的固有电容量；

b）将试样置于夹具内，测量其电容量和tan^;

c）在测量结果中应减去夹具的固有电容量方为试样的L。

5.5.4.2串联谐振频率（几）、并联谐振频率（几）和动态电阻（K）的测试

测量步骤如下：

a）将试样接入电桥试样夹具内见图8,选择参数Z（或丫），调整试样两电极间的电场强度应符合

5.5.3.2的要求，根据被测试样Qm大小，选择频率范围和频率变化步长，改变电桥频率使试样

阻抗最小（或导纳最大），此吋得到f、、、和乙、；

b）继续增大电桥频率，使试样阻抗最大（或导纳最小），此吋得到最大阻抗（或最小导纳）频率/”；

C）在一级近似下有:fs=fm,R\=Zm,fp=fno

5.5.4.3体积密度（p）的测量

按GB/T2413规定的方法测出试样的°。

5.5.4.4试样尺寸的测量

用分度值为0.01mm的量具，测量试样的尺寸L、、d°

5.5.5电桥法测量结果的计算

按5.5.4,测出试样的l、、d、CT、f：、R、和°,根据表1中的计算公式及附录A规定，计算柱体纵

向长度伸缩振动模式的材料性能参数值。

表1柱体纵向长度伸缩振动模式的材料参数计算公式及单位

序号符号名称计算公式单位

1纵向长度仲缩振动频率常数N3T•fpHz・in

2£纵向声速囲=2/m/s

T£(T•/

T

3%自由相对介电常数弘eoso-A

4g纵向机电耦合系数陽=专+°欣（于计）—

5Qm机械品质因数Q________________

仏2/RiCT(尤一/0

6d：z纵向压电应变常数“33=色3(£：*€0*雋)1'2C/N或m/V

〃33

7g33纵向压电电压常数舟33TV・m/N或m'/C

务3•SO

DT)1

8”33开路弹性柔顺常数w—心

m2/N

9533短路弹性柔顺常数旳3

也—7

5.6圆片厚度伸缩振动模式

5.6.1测试原理

在电学短路条件下，自由振动的全电极压电试样圆片厚度伸缩振动模式的频率按公式（14）计算。

tanj*=$(14)

式中：

kt——厚度伸缩振动机电耦合系数;

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GB/T3389—2008

Q归一化频率的数值。

归一化频率按公式（15）计算。

式中：

t——试样厚度的数值，单位为米（m）；

几——基频或泛音频率的数值（（「=1,3,5,7）,单位为赫兹（Hz）；

./p——基波并联谐振频率的数值，单位为赫兹（Hz）；

£厚向声速的数值,单位为米每秒（m/s）；

s——基频或泛音的角频率的数值，单位为弧度每秒（rad/s）,a>SI=27t/SI（z=l,3,5,-,当i=l吋为

基频）。

解超越方程公式（14）可知，通过泛音比（人/九）可以确定试样的kt及其他相关参数。人/人和

弘的对应关系见附录B,基频及泛音频率与基音并联谐振频率之比（九/九）和虽的对应关系见附

录C,

5.6.2试样

5.6.2.1圆片直径3）和厚度（/）之比〃〃为6〜12。两主平面平行度不大于厚度公差的一半，尺寸公

差应符合CB/T1218—1993表5中3级的要求。推荐尺寸020mmX2mmo

5.6.2.2试样应保持清洁、干燥，两个主平面上全部应涂覆金属电极层，沿厚度方向进行极化处理，极

化后存放时间应不小于72h,并在4.1的环境条件下置放2h后进行测试。

5.6.3电桥法测试装置及设备

电桥法测试装置、测试信号和测试设备的要求应符合5.5.3.1-5.5.3.3的要求。

试样夹具应稳固地支持住试样，同时应使试样处于相对自由振动状态，并保证夹具与试样电极面的

电接触良好，接触点的直径为00.3mm〜01.0mm,夹持点应在试样电极面上接近圆边处，如020mmX

2mm试样推荐夹持点距圆边2mm左右，夹具应绝缘良好。

5.6.4电桥法参数测量

5.6.4.1C1'和tan5的测量

将试样置于夹具内，调整电桥频率和电场强度使其符合5.5.3.2的要求，直接测量其CT和tan&。

5.6.4.2基频（心）和从的测量

将试样置于夹具内，按图8接入电桥输入端，调整电桥输出电压使其符合5.5.3.2的要求。在试样

厚度振动基频附近调节电桥频率，使试样阻抗最小，此吋频率即为血，阻抗即为尺。

5.6.4.3泛音频率（几3、几、几7）的测量

测量几后，调高电桥频率，在试样厚度振动三次、五次、七次泛音频率附近，使试样阻抗分别出现最

小值，此时频率分别为仏、仏、人7。

5.6.4.4平面机电耦合系数（紡）

按GB/T2414.1规定的方法测量也。

5.6.4.5体积密度（p）的测量

按GB/T2413规定的方法测量试样的卩。

5.6.4.6试样尺寸的测量

用分度值为0.01mm的量具，测量试样的尺寸〃、/。

5.6.5电桥法测量结果的计算

按5.6.4测出试样〃、/、◎、人、几、几、人7、R、忍和°,根据表2中的计算公式及附录B和附录C

规定,计算圆片厚度伸缩振动模式的材料性能参数值。

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GB/T3389—2008

表2圆片厚度伸缩振动模式的材料参数计算公式及单位

序号符号名称讣算公式单位

测得几、人3、几、人7计算出几/Al、W、W

九值,从附录B查得相应的血。一般情况下，一个

1kx.厚度仲縮振动机电耦合系数泛音比可得到屈，测量和计算同一试样的三个泛音—

比分别得到三个总值，取其平均值，可捉高利保证

测量与讣算结果的精度

根据kt查附录C得到相应的fjfv值。由仏、

2并联谐振频率人3、九、九与其相应的几/./p值，分别计算得到四Hz

个并联谐振频率值，取其平均值

3N,.厚度仲缩振动频率常数=./p*/Hz■m

4厚向声速^=2/P-1m/s

5Qm机械品质因数色―2/1Ri◎(尤—殆)

Tt4CT•i—

6%自由相对介电常数“7t•(72•€o

7必受夹相对介电常数e；3=（1—斥）•（1—區）•e«

8（几开路弹性刚度常数酩=切.(A•/)

N/m2

9短路弹性刚度常数幣=酩（1一疋）

ktN/V・m

10"33压电应力常数033—

Y%3*°33*&或C/m2

5.7长方片厚度切变振动模式

5.7.1测试原理

厚度切变振动见图9,试样沿1方向极化，沿3方向施加激励电场，则在1、3面上产生剪切力见

图9a）,使1、3面产生切变见图9b）。当电场反向时，则1、3面产生反向切变见图9c）。在交变电场激励

下，试样产生质点位移沿1方向的切变振动，波的传播方向沿3方向，故切变波为横波。

1>)

\——〉■化柯

方向：

—V］应力方

图9厚度切变振动模式

在电学短路条件下，自由振动的全电极压电长方片厚度切变振动模式的基音频率和泛音频率都按

公式（16）计算。

tSILZ"―(16)

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GB/T3389—2008

式中：

——厚度切变振动机电耦合系数;

z归一化频率的数值。

归一化频率按公式（17）计算。

式中：

碍厚度切变声速的数值，单位为米每秒（m/s）；

t——振动厚度的数值，单位为米（m）。

公式（16）表明，和厚度切变振动模式试样的串联谐振频率相联系的工只与有关。因此，压电试

样切变模式的泛音频率与基音频率之比，即泛音比也只与％有关。故可利用泛音比确定切变模式

的力。

解超越方程公式（16）可知，通过泛音比可以确定试样的％及其他相关参数。几/人和％

的对应关系见附录B,基频及泛音频率与基音并联谐振频率之比（,/si/./P）和扫5的对应关系见附录C。

5.7.2试样

5.7.2.1长方片的长度（2）与厚度（/）之比Z/7M1O试样三度方向之间垂直度的误差应不大于

5°。两主平面的平行度应不大于厚度公差的一半，尺寸公差应符合CB/T1218—1993表5中3级的要

求。