[發明專利]帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置

有效

• 申請號: 202010368100.5
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111562470B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 王睿智;楊國來;徐鳳杰;孫全兆
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

1.一種帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置，其特征在于，包括溫控裝置、殼體、設置在殼體內的支架、基板、絕緣緩沖裝置、薄膜壓力傳感器、第一電極、第二電極、被測PZT、絕緣層、擠壓板、擠壓裝置、計算機處理系統；

所述支架固定在殼體內；所述支架上設有基板，用于支撐絕緣緩沖裝置；所述被測PZT兩端分別設有第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極與被測PZT之間用導電膠連接；所述絕緣緩沖裝置與第一電極之間設有薄膜壓力傳感器，用于采集測試過程的電壓信號；所述第二電極與擠壓板之間設有絕緣層；所述擠壓板下端與直線滑軌的滑塊相連；所述擠壓裝置用于推動擠壓板的直線移動；所述溫控裝置用于對殼體內的溫度進行控制，所述溫控裝置、薄膜壓力傳感器、第一電極和第二電極通過導線與數據采集卡相連，將采集中的數據通過數據采集卡傳輸給計算機處理系統；所述計算機處理系統對數據進行處理，得到測試過載及控制溫度下被測PZT的輸出電壓曲線、應力時間曲線、電位移時間曲線并轉換成壓電陶瓷器件受到的過載。

2.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述計算機處理系統包括電壓曲線生成模塊、應力計算模塊、過載轉換模塊、電位移計算模塊；

所述電壓曲線生成模塊根據擠壓過程總薄膜壓力傳感器測得的電壓信號隨時間的變化，并生成電壓-時間曲線；

所述應力計算模塊用于根據擠壓過程總薄膜壓力傳感器測得的電壓信號計算得到被測PZT應力隨時間的變化，并生成應力-時間曲線；計算過程為：

其中，σ(t)表示被測PZT5應力隨時間t變化的函數，U(t)表示薄膜壓力傳感器得到的電壓隨時間變化曲線，k為薄膜壓力傳感器的壓電電壓常數，R為負載電阻，A為薄膜壓力傳感器的面積；

所述過載轉換模塊用于根據被測PZT應力峰值轉換成壓電陶瓷器件受到的過載，具體轉換過程為：

G＝σS/mg

其中，σ為被測PZT受到的應力的最大值，S為壓電陶瓷的面積，m為質量塊的質量，g為重力加速度；

所述電位移計算模塊用于在被測PZT電學短路時，根據薄膜壓力傳感器得到的電壓隨時間變化，計算得到PZT的輸出電位移隨時間的變化，并生成電位移時程曲線；計算過程如下：

其中D(t)表示電位移隨時間t變化的函數曲線，Q(t)表示壓電陶瓷的輸出電荷量隨時間t變化的函數曲線，S表示壓電陶瓷的表面積，V(t)表示壓電陶瓷的輸出電壓隨時間t變化的曲線，R表示壓電陶瓷測試電路中的負載電阻值。

3.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述溫控裝置包括溫度傳感器，加熱裝置，降溫裝置，與溫度傳感器、加熱裝置和降溫裝置相連的控制器；所述溫度傳感器用于監控殼體內的溫度，所述控制器用于控制加熱裝置和降溫裝置分別用于對殼體內的溫度進行升溫和降溫。

4.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括電加熱絲，所述電加熱絲設置在殼體的上下內壁，所述電加熱絲通過導線與控制器相連，控制器用于控制電加熱絲的加熱溫度。

5.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述降溫裝置包括液氮罐、電控進氣閥門；所述液氮罐通過液氮導管與殼體內相連通；所述液氮導管上設有控進氣閥門；所述殼體上還連接有排氣導管，排氣導管上設有電控排氣閥門；所述電控進氣閥門與控制器、電控排氣閥門相連，用于控制電控進氣閥門和電控排氣閥門的通斷。

6.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述絕緣緩沖裝置用于調整壓力峰值和壓力時程，設置為橡膠墊、尼龍墊或鍍絕緣層的金屬墊。

7.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述殼體外部設有保溫層。