電滯回線測(cè)量

1、實(shí)驗(yàn)三電滯回線測(cè)量碩827 展學(xué)磊 3108030004一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)電滯回線測(cè)量的方法和基本原理；2、熟悉電滯回線測(cè)量系統(tǒng)的使用方法；3、掌握測(cè)量數(shù)據(jù)分析方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 鐵電體的自發(fā)極化在外電場(chǎng)作用下的重新定向并不是連續(xù)發(fā)生 的，而是在外電場(chǎng)超過(guò)某一臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)發(fā)生的。這就使得極化強(qiáng)度P滯后于外電場(chǎng)E。當(dāng)電場(chǎng)發(fā)生周期性變化時(shí)，P和E之間便形成電 滯回線關(guān)系。 b5E2RGbCAP測(cè)量鐵電體材料電滯回線的方法通常有兩種：沖擊檢流計(jì)描點(diǎn)法和示波器圖示法vSawyer-Tower電路法）。piEanqFDPw 沖擊檢流計(jì)描點(diǎn)法 采用沖擊檢流計(jì)描點(diǎn)法測(cè)量電滯回線的裝置有電源、極性轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)、

2、沖擊檢流計(jì)等組成，如圖所示：沖擊檢流計(jì)法測(cè)量電滯回線的電路圖在由鐵電材料做成的樣品 Cx上，一次一次地逐漸增加電壓，并 且每次都向沖擊檢流計(jì)放電，每次測(cè)量后都記下各次的電壓以及與 之對(duì)應(yīng)的光標(biāo)檢流計(jì)的格數(shù) 電量值）值。當(dāng)前加正極性電壓，而對(duì) 應(yīng)的沖擊檢流計(jì)的刻度 電量值）卻不再增加時(shí)，這時(shí)，便達(dá)到飽和 值，記下此時(shí)的電壓為 Um與之對(duì)應(yīng)的沖擊檢流計(jì)的刻度讀數(shù) 電 荷值）為Qm然后逐漸一次一次地減小電壓，并記下各次的電壓以 及相應(yīng)的沖擊檢流計(jì)的刻度格數(shù) 電量值），直到電壓降為零伏而沖 擊檢流計(jì)仍有讀數(shù)，記下此時(shí)的沖擊檢流計(jì)的讀數(shù)為Qr。然后轉(zhuǎn)換電源的極性，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。讀取并記下各次的電壓以及對(duì)

3、應(yīng)的沖 擊檢流計(jì)的刻度值 電量值）。關(guān)于電壓從 0宀Unr0宀-Um0宀Um 過(guò)程中記錄電壓值以及與之對(duì)應(yīng)的沖擊檢流計(jì)讀數(shù)。DXDiTa9E3d設(shè)沖擊檢流計(jì)的動(dòng)態(tài)常數(shù)為CgvC/mm，將測(cè)得的沖擊檢流計(jì)讀數(shù)a乘以動(dòng)態(tài)常數(shù) Cg便得到電荷量QQ=aX Cg）,故可以通過(guò) 計(jì)算U及對(duì)應(yīng)的Q按比例逐點(diǎn)描在坐標(biāo)紙上便可得 Q-U電滯回線。RTCrpUDGiT設(shè)樣品的厚度為d,被銀電極有效面積為 A,根據(jù)：£ = Z)=dA在實(shí)用單位制中，有：D = ££諾(C/m ' 4Trx9xl09jF/）,戸為極化強(qiáng)度亦）。將電場(chǎng)強(qiáng)度E和對(duì)應(yīng)的極化強(qiáng)度 P或電位移D）的數(shù)值

4、逐點(diǎn)描 繪在坐標(biāo)紙上便可得到 P-E或D-E）的電滯回線。jLBHrnAlLg測(cè)量時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題：首先，由于鐵電電介質(zhì)的極化 過(guò)程具有很大的不可逆性，因此在測(cè)量時(shí)必須同向加高電壓，但電壓不能增加過(guò)頭；不能再反向退回一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量讀取沖擊檢流計(jì)的 讀數(shù) 電量值）。其次，每一次測(cè)量完后必須完全放電。最后，由于 漏導(dǎo)存在，漏電流使起始光點(diǎn)不在零位上，故要設(shè)法消除漏電流對(duì) 沖擊檢流讀數(shù)的影響。補(bǔ)償辦法是：把開(kāi)關(guān) K放置在2的位置上, 調(diào)整高阻電位器 W使光點(diǎn)達(dá)到零位。當(dāng)使用補(bǔ)償電路后，沖擊檢 )P = (r-1)£ (C/m2)對(duì)于壓電陶瓷材料，£ r1，故可以認(rèn)為:式中D為

5、電位移C/m）, E為電場(chǎng)強(qiáng)度V/mf）,£ r為相對(duì)介電常數(shù)e為介電常數(shù)F/m）£ 0為真空介電常數(shù)5PCzVD7HxA流計(jì)的度盤(pán)必須另作刻度 <或?qū)ψx數(shù)加以修正）。轉(zhuǎn)換電流的方向是靠電磁繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其轉(zhuǎn)向時(shí)間約為2X 10-3秒。XHAQX74J0X示波器圖示法vSawyer-tower電路法）采用示波器圖示法測(cè)量電滯回線，手續(xù)簡(jiǎn)便迅速，故人們常采用這種方法。用示波器測(cè)量電滯回線的電路見(jiàn)下圖所示。LDAYtRyKfE測(cè)量鐵電體的電滯回線采用Sawyer-Tower電路，在被測(cè)樣品Cx上串聯(lián)一個(gè)電容量很大的電容器C,為了消除U1和U2之間的相位差，在電容C上并聯(lián)

6、了一個(gè)電阻R,調(diào)整R的大小便可使U1和U2 之間的相位相同。因?yàn)?Cx和C是串聯(lián)的，故兩個(gè)電容器上的電荷是 一樣多的，QX =QC=Q 即：Zzz6ZB2Ltkcp嚴(yán) CU、Ur =cp Q 一示波器圖示法測(cè)量電滯回線原理圖因?yàn)闃悠返挠行娣e A和電容C是已知的，A/C為常數(shù)，故U2與電位移D成正比。對(duì)于壓電陶瓷，£ r>>1，故D幻P,因此U與P 成正比，電容器上的電壓 U2 接到示波器的垂直致偏電極上，垂直幅度Uy與電壓U2成正比，也就是說(shuō)，示波器垂直幅度與電位移。<或極化強(qiáng)度P）成正比。水平致偏電極則接到電位器W的滑動(dòng)接點(diǎn)上，由于C>>Cx故U&g

7、t;>U,因此水平致偏電極之間的水平幅度電壓 Ux正比于試樣兩端的電壓 U,而試樣兩端的電場(chǎng)強(qiáng)度 E二U/d，因此 在示波器上可以觀察到 P-EV或D-E）曲線，即電滯回線。dvzfvkwMIl三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 檢查儀器連線、檔位是否正確，準(zhǔn)確無(wú)誤后按順序打開(kāi)儀器。2. 選擇合適尺寸的測(cè)試樣品，放入試樣盒。3. 打開(kāi)測(cè)試軟件，選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置開(kāi)始測(cè)量。4. 記錄實(shí)驗(yàn)條件，保存測(cè)量數(shù)據(jù)。四、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析1、在測(cè)試系統(tǒng)中選擇1Hz、正弦波，輸入不同的電壓 V1000V1500V 1800V、2000V）對(duì)樣品進(jìn)行極化，觀察電滯回線的變化，其 結(jié)果圖形如下： rqyn14ZNXI從樣品的飽

8、和極化強(qiáng)度的斜率大小中可以看出，隨著電壓的增加，樣品的極化強(qiáng)度趨于飽和，為了更有效地進(jìn)行測(cè)量，在樣品的 擊穿電壓的范圍內(nèi)，我們盡量采用較大的電壓，這里我們?nèi)?2000乂 EmxvxOtOco2、在測(cè)試系統(tǒng)中，我們選擇2000V正弦波，調(diào)整輸入波形頻率的大小 <0.5HZ、1HZ、2HZ、5HZ），觀察結(jié)果如下：SixE2yXPq53020-10 -20-30 -1000 2000-40 1I1I1I-2000 -1000 0隨著輸入頻率的增加，電流的大小逐漸變大；當(dāng)頻率達(dá)到一定 得程度的時(shí)候，電流大小保持不變；而不同頻率時(shí)刻所得到的電滯 回線的曲線基本相同，這是因?yàn)楸M管輸入頻率不同，但是只要輸入 的電壓足以使得樣品達(dá)到飽和極化，最終所得到的電滯回線曲線保 持不變。6ewMyirQFL3、標(biāo)定試樣的矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度、剩余極化強(qiáng)度、飽和極化強(qiáng)度通過(guò)對(duì)不同電壓、不同頻率、不同波形各種情形的討論，最終 選定頻率為1Hz電壓大小為2000V的正弦波作為我們的輸入，最終 得到試樣的各種參數(shù)。kavU42VRUs1HZ-2000VPr+= 28