压电元件阻抗导纳圆测量实验.doc

压电元件导纳圆测量实验
实验数据的记录及处理
1、定性观察压电元件在某一共振频率附近，改变频率时，U、UI的大小及其相位差变化情况，并作简单记录。
在实验中发现对于同一个压电陶瓷，共振频率不止一个，本实验中所选用的共振频率f约为175kHz，在此频率附近时，当f由小逐渐增大时，UI的幅值由小变大再变小（在共振处达到最大）；U的幅值由大变小再变大（在共振处达到最小）。UI由相位超前于U变为相位落后于U，在共振处相位差为0；利用这一点可判断共振，即用Dt―DV―OFF按键测量时间，当两者位相差为零时，达到共振。
2、导纳圆的测量。
找到共振频率后，调节频率，使实验点大致均匀分布在导纳圆上的方法：在共振频率处，频率很小的变化就会引起g和b较大的变化，所以为了使实验点均匀分布，采用的方法见思考题3
实验数据的记录及数据处理
本实验中用No.35压电陶瓷，用的采样电阻的阻值为，共测了十三组数据，数据记录及计算出的g,b以及画出的导纳圆见实验室计算机打印页（见附页）。
“+”表示的是实验得到的数据值在导纳圆上的分布；实线是得到的导纳圆。可以看到，数据偏差不大。
（2）从g～f图上定出F1、F2点
从g～f图上定出F1、F2点，得，；从而得。

21.20
0.005062
1.8830E-09
264.0
选作内容数据整理
f=5.1312KHz M=1.0080.010mH L2=1.0120.005mH R=16Ω
R2/Ω
0
10
20
30
40
50
uRm/V
0.9
0.79
0.75
0.72
0.72
0.72
ut/V
1.11
1.36
1.46
1.46
1.48
1.38
R1+ΔR1/Ω
3.73
11.54
15.15
16.44
16.89
14.67
ΔR1/Ω
1.86
9.67
13.27
14.57
15.02
12.80
R2/Ω
60
70
80
90
100
∞
uRm/V
0.7
0.7
0.74
0.76
0.76
0.77
ut/V
1.32
1.29
1.28
1.27
1.26
0.86
R1+ΔR1/Ω
14.17
13.49
11.68
10.74
10.53
1.87
ΔR1/Ω
12.30
11.62
9.81
8.87
8.66
0.00

如下图：
由图上可知，在R235Ω时，ΔR1MAX15Ω，而计算值是
R2=
ΔR1MAX=
二者比较是有误差的，分析原因，用示波器测Ut和URm很难精确确定两者的值，另外副边电感线圈的电阻对以上值也是有影响的。
思考题
1、 什么是压电元件的共振？如何判断共振？
答：UI由相位超前于U变为相位落后于U，在共振处相位差为0；利用这一点可判断共振，即用Dt―DV―OFF按键测量时间，当两者位相差为零时，达到共振。
2、 从示波器屏幕上UI与U两波形出现先后的时间关系，如何确定二者时间差的正负？
答：设频率为f,如果UI的波峰在U的波峰左边t处，则UI超前U（2πft）角度。若在右边则落后（2πft）角度。
3、 当b=C0与1/R1项比足够小时，如果试验中从共振频率起减小（或增加）频率时是使UI与U的时间差为一等差级数，则得到的实验点将均匀分布在导纳圆上。试征明之。
答：在导纳圆图中，当b=C0与1/R1项比足够小时，圆心几乎在实轴上，从而UI与U的时间差t在图中反映的是实验点和点（1/R1、0）圆周角，而为了使实验点均匀分布，应该使实验点关于（1/R1、0）的圆心角，由同一条弧所对应的圆心角与圆周角之比等于2可知，UI与U的时间差为一等差级数，则得到的实验点将均匀分布在导纳圆上。
4、 实验时R取值应怎样考虑？R取大了有何问题？
答：R是取样电阻，所以不应该取太大，如果取太大则通过电路的电流较小，则导致最后画出的导纳圆很小，不容易观测清楚。