实验五聚胺酯橡胶的灌封工艺文档格式.docx

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3.电容电桥测量，；

4.用NW1232低频频率特性测试仪测量；

5.用ZJ-3A型准静态测量仪测量各元件的值。

三、实验仪器：

信号源GFG——8250A一台

毫伏表DF2175二台

型网络转接器自制一个

低频频率特性测试仪NW1232一台

准静态测量仪ZJ-3A一台

电容电桥一台

四、实验原理：

通过“谐振-反谐振”方法，测试压电陶瓷材料的串联谐振频率、并联谐振频率等，计算出各主要参数。

实验仪器：

五、仪器连接：

六：

实验方法：

1.按图连接好仪器。

2.打开仪器开关，将样品夹到夹持架两顶尖处，注意夹持力要尽量小，以样品不掉下来即可，夹持点应选在样品的中心处。

3.调节输入电压，测量薄圆片和薄长条片材料时，使V=1V，测量长圆柱试样时，使V=3V。

4.调节信号频率，按测量参数的需要测出试样的，测量时，将转接器开关拨到，测量时将转接器开关拨到，注意观察输出电压，当输出电压出现第一个峰值时，此时的信号频率即为，继续调节输入信号频率，当输出电压出现第一个谷值时，此时频率为，当输出电压出现第二个峰值时，此时的输入信号频率为。

5.用NW1232低频频率特性测试仪测量时，选扫频方式为“线性”，检波方式为“线性”，调节扫频宽度可观测到频率特性曲线，再将扫频方式改为“手动”，可在相应位置测出。

6.ZJ-3A静态测量仪使用方法见附页。

七、实验步骤：

1、用薄圆片试样（PZT-4，PZT-5二种）测试材料的

2、用薄长方片试样（PZT-4，PZT-5二种）测试材料的

3、用长圆柱试样（PZT-4）测试材料的，S33D

要求：

每个频率反复测量3次，取平均值。

附页ZJ-3A型准静态测量仪操作方法

一般手续

下面的一般手续适用于试样电容值小于0.01（对×

1档）或小于0.001（对×

0.1档）的情况。

1.用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好。

2.把附件盒内的塑料片插入测量头的上下两探头之间，调节测量头顶端的手轮，使塑料片刚好压住为止。

3.把仪器后面板上的“”选择开关置“”一侧。

（如置“力”一侧，则面板表上显示的低频交变力值，应为“250”左右，这是低频交变力0.25N的对应值）。

4.使仪器后面板上的量程选择开关，按被测试样的估计值，处于适当位置，如无法确定估计值，则从大量程开始。

（量程选择开关置×

1一侧）。

5.在仪器通电预热10分钟后，调节仪器前面板上的调零旋钮使面板表指示在“0”与“-0”之间。

6.去掉塑料圆片，插入待测试样于上下两探头之间（参考图1），调节手轮使探头与样品刚好夹持好住，静压力应尽量小，使面板表指示值不跳动即可。

静压力不宜过大，如力过大，会引起压电非线性，甚至损坏测量头。

但也不能过小，以致试样松动，指示值不稳定。

待指示值稳定后，即可读取的数值和极性。

当测量大量同样厚度的试样时，则可轻轻压下测量头的胶木板，取出已测试样，插入一个待测样品后，松开胶木板即可；

不必再调节测量头上方的调节手轮，这样既方便，且还使静压力保持一致。

7.为减小测量误差，零点如有变化或换档时，需重新调零。

实验二环氧树脂粘结与灌封工艺实验

学习环氧树脂粘结与灌封工艺，掌握粘结与灌封用环氧树脂的配方与调制方法。

1、配制粘结与灌封用环氧树脂胶；

2、用环氧树脂胶粘结金属片。

三、实验仪器及材料：

电子天平1台

组合工具1套

环氧树脂适量

邻苯二甲酸二丁脂适量

多乙烯多胺适量

乙醇适量

金属片3个

螺钉1个

四、实验步骤

粘结工艺实验：

1、选择合适的配方：

（配方一）环氧树脂…………………………100

邻苯二甲酸二丁脂………………20

多乙烯多胺………………………14～17

呋喃树脂……………………………25

（配方二）环氧树脂…………………………100

一缩二乙二醇………………………5

2、粘结物体表面处理：

金属片表面磨砂后用乙醇清洗。

3、按配方调制环氧树脂胶：

用天平称量容器，首先加入环氧树脂，之后加入增塑剂，最后加入固化剂，将混合液搅拌均匀备用。

如果有需要可加入填料。

4、先在要粘结的物体表面均匀地涂上环氧树脂胶，越薄越好，再将粘结的物体表面对

合在一起，加压，擦去多余的胶。

5、按配方规定的固化条件进行固化。

灌封工艺：

（附加介绍，后续实验将会用到）

环氧树脂…………………………100

2、预处理：

用乙醇清洗模具及灌封体表面。

3、在模具内表面均匀地涂上脱模剂：

低温润滑脂或真空脂。

4、按配方调制环氧树脂胶：

5、将调制好的环氧树脂胶放置10分钟左右，待胶液中的气泡浮起后用热风将其吹除。

6、将吹除气泡后的环氧树脂胶到入模具中，继续观察有无气泡出现，发现气泡及时去除，直到不再产生气泡为止

7、放置在室温环境中，24小时后固化反应完成。

思考题：

1、环氧树脂胶中有气泡会对灌封后的换能器产生什么影响？

2、粘结过程中为什么要严格地进行清洁处理？

实验三、薄壁圆管换能器的制作

掌握薄壁圆管接收换能器的设计、制作方法，了解这类换能器生产制作的工艺过程。

1.设计并制作一只中心工作频率的圆柱型水听器。

2.计算低频开路电压灵敏度。

3.计算水听器的垂直指向性开角。

频率特性测试仪NW12321台

兆欧表1只

压电陶瓷薄壁圆管PZT-5一个

金属电缆接头自制1个

电缆双芯屏蔽1根

定位垫自制2个

减振垫自制2个

四、设计理论依据：

（电压元件的选取、设计过程、零部件图纸）。

1.薄壁圆管换能器自由振动时的共振频率的计算

薄壁压电陶瓷圆管自由振动时的共振频率方程：

时，对于薄壁短圆管的共振频率：

式中：

——圆管的平均半径；

单位:

m；

——压电陶瓷的密度，单位：

kg/m3;

——短路弹性柔顺系数，单位：

m2/N。

2.径向极化时低频开路接收电压灵敏度的计算

管端屏蔽时：

管端暴露时：

管端有端盖时：

其中：

——压电陶瓷圆管的内半径，单位：

——压电陶瓷圆管的外半径，单位：

——水听器开路输出电压，单位：

V；

——水听器表面受到的声压：

单位：

Pa；

——压电常数，单位：

V.m/N；

V.m/N。

3.定向平面为XOZ的垂直指向性函数为：

——介质中的纵波波数。

主瓣波束宽度：

——介质中的声波波长，单位：

——圆柱换能器的辐射面长度，单位：

m。

五、制作工艺过程：

①按设计要求加工外部零件；

②对PZT元件进行高温（100~200℃）老化若干天；

③测试元件性能，挑选性能附合要求，一致性好的元件各用；

④用细去污粉擦洗元件，用清水冲净、擦干，再高温烘1小时后自然降温，之后元件不要再用手触摸，以免再次被油污，而影响粘结强度；

⑤对部件进行处理：

去毛刺、检验配合尺寸等；

⑥对电缆接头进行预处理；

⑦用酒精或丙酮对各部件去油污、清洗；

⑧电缆处理：

剥线、芯线镀锡、焊接过渡线；

用兆欧表、三用表检查电缆的绝缘状态及连通状态；

硫化或灌封预处理；

⑨PZT元件焊接处事先镀锡，注意焊接时间尽量短，以免将银电极焊掉；

⑩依次安装换能器零件，将电缆的屏蔽线与电缆接头连通，电缆的芯线分别焊于圆管的内外电极上，并在电缆的另外一端作标记。

将各零件位置置于同轴状态，拧上螺杆。

用兆欧表检查换能器的绝缘状态，要附合相关要求；

用频率特性测试仪检查换能器的工作状态是否正常，合格进行下一步；

上述检查合格后，进行透声层灌封；

完成电缆的密封工作（这一工序可以在装配前完成）；

测量换能器各项性能指标。

六、测试结果

1.换能器在空气中的阻抗特性测试结果；

2.换能器在水中的阻抗特性测试结果；

3.换能器在水中的开路电压灵敏度及频响曲线。

实验四、复合棒换能器的制作

掌握复合棒发射换能器的设计、制作方法，了解复合棒换能器的制作工艺。

1.设计并制作一只复合棒发射换能器，中心工作频率。

2.在空气中测试阻抗特性。

准静态测量仪ZJ-3A1台

兆欧表1只，

预应力施加装置自制1台，

组合工具1套，

压电陶瓷元件PZT-42个，

硬铝前盖板自制1个，

黄铜后盖板自制1个，

预应力螺杆自制1个，

电极片自制2个，

定位模具自制1个，

环氧树脂618型适量

固化剂适量

增塑剂适量

（包括元件的选取，计算过程及零部件图纸）

1.节面位置的选择：

节面位置选在两压电陶瓷元件的结合面上，即：

。

2.前盖板的频率方程：

3.后盖板的频率方程

——压电陶瓷圆片的厚度，单位m；

——后盖板，前盖板的长度，单位，m;

——各部分的波数；

——延展系数；

——前盖板小端、大端半径，单位m；

——后盖板声速，前盖板声速，压电陶瓷元件级联后的声速；

单位m/s；

，单位：

m/s；

——后盖板，前盖板，压电陶瓷的密度，单位：

kg/m3；

——短路柔顺系数和开路柔顺系数，m2/N；

——纵向机电耦合系数；

4.当前盖板为圆柱体时，,此时前盖板的频率方程为

④压电元件表面正极作标记后用细去污粉擦洗元件，用清水冲净、擦干，再用60℃烘1小时后自然降温，之后元件不要再用手直接触摸粘结表面，以免再次被油污而影响粘结强度；

⑤对部件进行处理去毛刺、检验配合尺寸等；

⑥前、后盖板的粘结表面预处理；

⑦金属电极片两面预处理；

⑧用酒精或丙酮清洗前、后盖板及电极表面；

⑨电极焊接处先镀锡；

⑩按配方调制粘结用环氧树脂胶；

按各部件的排列顺序逐一在粘结表面上涂胶，胶层要均匀，越薄越好，检验压电元件的极性是否正确，保证两元件在电路上的并联关系，即相邻两片的极性相反，逐一粘结各部件，拧入预应力螺杆，