【国家标准(GB)】 压电陶瓷材料性能测试方法 相对自由介电常数温度特性的测试

中华人民共和国国家标准
压电陶瓷材料性能测试方法
相对自由介电常数温度特性的测试TestmethodsforthepropertiesofpiezoelectricceramicsTestmethodsfortemperaturecharacteristicsof relative free dielectric constantsGB11310—89
本标准适用于一65十85℃温度范围内测试压电陶瓷材料的相对自由介电常数e1,和eT,的温度特1名词术语与符号定义
本标准所采用的名词术语及符号定义符合GB3389.1《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相对自由介电常数系指压电陶瓷在应力为零(或常数)时的相对介电常数。它与试样的自由电容、电极面积和电极间的距离关系如下：Ae
式中：eT—一相对自由介电常数，压电陶瓷独立的相对自由介电常数有e,和eCT—试样的自由电容,F;
Co——真空介电常数，co=8.85×10-12F/m，t-试样厚度,m,
A—试样面积，m。
相对自由介电常数的温度系数可表示为：TKe =
式中：TKeT—一某一温度的相对自由介电常数温度系数，℃-1sT—某一温度的相对自由介电常数；aet
一相对自由介电常数随温度的变化率，℃-1。压电陶瓷的相对自由介电常数随温度的变化是非线性的。其温度系数也是温度的函数。（1）
.（2）
另外，通常还用最大相对变化率来表征压电陶瓷的相对自由介电常数温度稳定性。其关系式如下：(8et)m = (el)m (0)
式中：（eT）—一相对自由介电常数的最大相对变化率；(eT)m—在规定的温度范围内测得的偏离eT(6。)最大的相对自由介电常数；）-25℃时的相对自由介电常数
中华人民共和国机械电子工业部1988-11-05批准（3）
1990-01-01实施
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2.2本标准采用1kHz低频电容电桥测量试样的自由电容，再换算成相对自由介电常数。在规定的温度范围内测量试样不同温度点的自由电容，就能得到相对自由介电常数随温度变化的关系曲线。即试样的相对自由介电常数温度特性曲线，从而可求得相对自由介电常数的温度系数或最大相对变化率。3测试条件
3.1试样尺寸及要求
测量相对自由介电常数er,采用电极面平行于极化方向的长方片状试样。其推荐尺寸为12mm×6mm×1mm。在试样垂直于长度l方向的bt面上全部被覆上金属层作为极化处理电极，沿长度方向施加极化电场。极化处理后在常温下除去极化电极，并在主平面(1b)上全部被覆金属层作为激励电极。如图1所示。
主平面电极
极化方向
图1长方片试样示意图
测量相对自由介电常数ε,采用电极面垂直于极化方向的板状试样，其推荐尺寸为直径15～20mm，厚度0.7～1.0mm。在试样的两个主平面上全部被覆上金属层作为电极，沿厚度方向进行极化处理。
3.2测试前试样的准备
试样应保持清洁、干燥，根据不同瓷料要求，极化后应在正常试验大气条件下存放一定时间。3.3试样两端的信号要求
电场强度不大于5V/mm、频率为1kHz。4测试方法
4.1测试装置
测量试样自由电容CT的装置如图2所示。-
图2测量CT的装置
1一正负温环境试验设备，2一试样盒；3一试样，4一引线；5电容电桥4.2测试设备要求
a.电容电桥
测量误差不大于士10%。
b．正负温环境试验设备
GB11310-89
能在要求的温度范围内（如一65～十85℃）提供温度均匀、连续可调的正负温环境。控温偏差小于±2℃。
c.试样盒及引线
试样盒应采用良导热材料制成，盒内支架夹具对试样的夹持要牢靠，以确保夹具与试样电接触良好。试样盒应密封和干燥，试样与电容电桥之间的引线要短，总分布电容CA-B要小于试样室温自由电容CT的5%。支架的绝缘性能应良好。4.3试样尺寸的测量
用精度为0.01mm的量具测量试样直径d、厚度t、长度1、宽度b。4.4测试步骤
a。总分布电容 CA-B的测量
用电容电桥测出室温下试样盒及引线总分布电容CA-B的数值。b.正负温自由电容的测量
将装有试样的试样盒置于正负温环境试验箱内，测温点应靠近试样盒，以反映盒内试样处的温度。将正负温环境试验箱的温度从室温直接降至所需负温最低点，并从此点开始按所选定的温度逐点进行测试，直至所需正温最高点。温度点不少于10个,升(降)温速度不大于3C/min。在每个选定的温度点保持一定时间，一般为1h，根据试样盒导热性能和密封程度，以及材料和试样尺寸的不同，保温时间可适当增减，按图2线路用电容电桥测出试样各温度点的电容C，然后，按下式求得自由电容CT。CT = C— CA-B
式中;CT-某-温度的自由电容,F;C—在某一温度测试系统的电容,F；CA-B一在室温测得的试样盒及引线总分布电容,F。5参数的计算
5.1相对自由介电常数
·（4）
按公式（5)分别计算各温度点的相对自由介电常数&和，并作出相对自由介电常数的温度特性曲线。
e, = tibe
式中：&、e-—相对自由介电常数，CT—试样的自由电容,F;
E——真空介电常数,Eo=8.85×10-12F/m;t-—试样厚度,m，
d-一试样直径，m，
[-—试样长度，m;
b-试样宽度，m。
5.2相对自由介电常数温度系数
（5）
由测得的相对自由介电常数的温度特性曲线,按公式(6)可计算各个温度点的相对自由介电常数和,温度系数。
GB11310-89
式中：TKe,,TKsr-某一温度的相对自由介电常数温度系数,-1;,e——某一温度的相对自由介电常数;aer, aet
一某一温度的相对自由介电常数随温度的变化率，℃-1（6）
当某温度区间内相对自由介电常数与温度呈线性关系时,其中任一温度8,的相对自由介电常数的温度系数可用下式计算：
f(82) 一 et(01)
TKe, = (0, - 0)e,(0)
(02) (0)
TKe, =
(, - ,)eT,(8)
式中：TKs,TKe,——任一温度,的相对自由介电常数的温度系数，℃-1，(8),T,()——温度,时的相对自由介电常数;s,(82),e,(02)——温度9,时的相对自由介电常数；91,2——该温度区间任意两点的温度，℃。5.3相对自由介电常数最大相对变化率由测得的相对自由介电常数的温度特性曲线按公式(8)计算最大相对变化率。(SeT)m
(et)m f(80))
(e,)m -e,(80)
式中：（e）m，（8e）m一相对自由介电常数的最大相对变化率；（7）
（8）
(eT,）m，(eT,)m—在规定的温度范围内测得的偏离&,(8),eT(。)最大的相对自由介电常数；e,(9）,eT(9)———25C时的相对自由介电常数；6参考点温度(25℃）。
附加说明：
本标准由全国铁电压电陶瓷测试专业标准化工作组提出。本标准由无锡市无线电元件二厂起草。本标准主要起草人张耕夫、费金屏。
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