电滞回线测量

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1、实验三电滞回线测量硕827展学磊3108030004一、实验目的1、学习电滞回线测量的方法和基本原理；2、熟悉电滞回线测量系统的使用方法；3、掌握测量数据分析方法。二、实验原理铁电体的自发极化在外电场作用下的重新定向并不是连续发生的，而是在外电场超过某一临界场强时发生的。这就使得极化强度P滞后于外电场E。当电场发生周期性变化时，P和E之间便形成电滞回线关系。测量铁电体材料电滞回线的方法通常有两种：冲击检流计描点法和示波器图示法（Sawyer-Tower电路法）。①冲击检流计描点法采用冲击检流计描点法测量电滞回线的装置有电源、极性转换开关、冲击检流计等组成，如图所示：冲击检流计法测量电滞回线

2、的电路图在由铁电材料做成的样品Cx上，一次一次地逐渐增加电压，并且每次都向冲击检流计放电，每次测量后都记下各次的电压以及与之对应的光标检流计的格数（电量值）值。当前加正极性电压，而对应的冲击检流计的刻度（电量值）却不再增加时，这时，便达到饱和值，记下此时的电压为Um，与之对应的冲击检流计的刻度读数（电荷值）为Qm，然后逐渐一次一次地减小电压，并记下各次的电压以及相应的冲击检流计的刻度格数（电量值），直到电压降为零伏而冲击检流计仍有读数，记下此时的冲击检流计的读数为Qr。然后转换电源的极性，重复上述实验。读取并记下各次的电压以及对应的冲击检流计的刻度值（电量值）。关于电压从0→Um→0→-U

3、m→0→Um过程中记录电压值以及与之对应的冲击检流计读数。设冲击检流计的动态常数为Cg（C/mm），将测得的冲击检流计读数а乘以动态常数Cg便得到电荷量Q（Q＝а×Cg），故可以通过计算U及对应的Q按比例逐点描在坐标纸上便可得Q-U电滞回线。设样品的厚度为d，被银电极有效面积为A，根据：在实用单位制中，有：对于压电陶瓷材料，εr>>1，故可以认为：式中D为电位移（C/m2），E为电场强度（V/m2），εr为相对介电常数，ε为介电常数（F/m2），ε0为真空介电常数（F/m2），P为极化强度（C/m2）。将电场强度E和对应的极化强度P（或电位移D）的数值逐点描绘在坐标纸上便可得到P-E（或D

4、-E）的电滞回线。测量时应该注意以下几个问题：首先，由于铁电电介质的极化过程具有很大的不可逆性，因此在测量时必须同向加高电压，但电压不能增加过头；不能再反向退回一点进行测量读取冲击检流计的读数（电量值）。其次，每一次测量完后必须完全放电。最后，由于漏导存在，漏电流使起始光点不在零位上，故要设法消除漏电流对冲击检流读数的影响。补偿办法是：把开关K放置在2的位置上，调整高阻电位器W，使光点达到零位。当使用补偿电路后，冲击检流计的度盘必须另作刻度（或对读数加以修正）。转换电流的方向是靠电磁继电器来实现的，其转向时间约为2×10-3秒。②示波器图示法（Sawyer-tower电路法）采用示波器图示

5、法测量电滞回线，手续简便迅速，故人们常采用这种方法。用示波器测量电滞回线的电路见下图所示。测量铁电体的电滞回线采用Sawyer-Tower电路，在被测样品Cx上串联一个电容量很大的电容器C，为了消除U1和U2之间的相位差，在电容C上并联了一个电阻R，调整R的大小便可使U1和U2之间的相位相同。因为Cx和C是串联的，故两个电容器上的电荷是一样多的，Qx=Qc=Q，即：示波器图示法测量电滞回线原理图因为样品的有效面积A和电容C是已知的，A/C为常数，故U2与电位移D成正比。对于压电陶瓷，εr>>1，故D≌P，因此U2与P成正比，电容器上的电压U2接到示波器的垂直致偏电极上，垂直幅度Uy与电压U

6、2成正比，也就是说，示波器垂直幅度与电位移D（或极化强度P）成正比。水平致偏电极则接到电位器W的滑动接点上，由于C>>Cx，故U>>U1，因此水平致偏电极之间的水平幅度电压Ux正比于试样两端的电压U1，而试样两端的电场强度E=U1/d，因此在示波器上可以观察到P-E（或D-E）曲线，即电滞回线。三、实验步骤1.检查仪器连线、档位是否正确，准确无误后按顺序打开仪器。2.选择合适尺寸的测试样品，放入试样盒。3.打开测试软件，选择恰当的设置开始测量。4.记录实验条件，保存测量数据。四、数据处理与结果分析1、在测试系统中选择1Hz、正弦波，输入不同的电压（1000V、1500V、1800V、200

7、0V）对样品进行极化，观察电滞回线的变化，其结果图形如下：从样品的饱和极化强度的斜率大小中可以看出，随着电压的增加，样品的极化强度趋于饱和，为了更有效地进行测量，在样品的击穿电压的范围内，我们尽量采用较大的电压，这里我们取2000V。2、在测试系统中，我们选择2000V、正弦波，调整输入波形频率的大小（0.5Hz、1Hz、2Hz、5Hz），观察结果如下：随着输入频率的增加，电流的大小逐渐变大；当频率达到一定得程度的时候，