电滞回线测量

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）。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

2、击检流计法测量电滞回线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

3、量值）。关于电压从 0TJmT0Um0TJm 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a乘以动态常数Cg便得到电荷量Q （Q =a）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： = d =dA在实用单位制中，有：D = E (C/m2 )P = sr-1)E (C/m2)对于压电陶瓷材料， r1，故可以认为:式中D为电位移（C/m2），E为电场强度（V/m2）， &为相对介电常Vn 7数，为介电常数（F/m2） ,为真空介电常数（

4、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-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

5、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 2X10-3秒。示波器图示法（Sawyer-tower电路法）采用示波器图示法测量电滞回线， 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：eg CU竺=5丝“因为样品的有效面积 A 和电容 C 是已知的，

6、A/C 为常数，故 U2 与电位移D成正比。对于压电陶瓷， r1，故D爭，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U2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CCx，故UUi，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 Ui，而试样两端的电场强度E=Ui/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

7、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、2000V ）对样品进行极化，观察电滞回线的变化， 其结果图形如下：4030 -20 -10 -0 -R-10 -20 -30 -40-2500-2000-1500-1000-50005001000150020002500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2000V2、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：40 -i30 -i20 -10 -0 -10 -20 -30 -1000 200040|-2000 -1000 0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，电流大小保持不变；而不同频率时刻所得到的电滞回线 的曲线基本相同，这是因为尽管输入频率不同，但是只要输入的电压 足以使得样品达到饱和极化，最终所得到的电滞回线曲线保持不变。3、标定试样的矫顽电场强度Ec、剩余极化强度P、饱和极化强度PSat通过对不同电压、不同频率、