Simulando não-linearidades da frequência em ressonadores de quartzo na alta temperatura e na pressão

A fim facilitar o projeto de ressonadores de quartzo como sensores para a indústria de petróleo e gás, dos focos do trabalho atual no desenvolvimento de um modelo de elemento finito tridimensional para calcular a mudança da frequência dos ressonadores de quartzo anisotrópicos associados com a aplicação da temperatura e da pressão. Em fazê-lo, a simulação emprega as equações de campo lineares incrementais para vibrações pequenas sobrepostas em meios forçados termoelásticos não-lineares, como dadas pelo Lee e pelo Yong [1]. Este método envolve resolver não-linearidades geométricas e materiais para o ambos o esforço térmico e os modelos piezoelétricos em COMSOL. A resposta de frequência do modo da espessura-tesoura do modelo foi avaliada aos dados experimentais do sensor com a temperatura que varia de 50°C a 200°C (nos incrementos 25°C) e de pressão de 14 libras por polegada quadrada a 20.000 libras por polegada quadrada (com incrementos de 2.000 libras por polegada quadrada, aproximadamente). A resposta de frequência normalizada à mudança na pressão externo combinou muito bem com os dados experimentais em umas mais baixas temperaturas, e por isso mesmo, a resposta da temperatura-frequência combinou a tendência experimental bem para umas mais baixas pressões. O estudo encontrou, contudo, que aplicar a alta temperatura e a pressão conduz simultaneamente ao erro considerável na resposta de frequência. Supõe-se que o erro aumentado em circunstâncias extremas é devido à falta atual de determinadas propriedades materiais do quartzo, conhecidas como os derivados da temperatura dos coeficientes elásticos da terceiro-ordem.
Palavras-chaves: quartzo, temperatura, pressão, sensor, não-linear