Simulazione delle non linearità di frequenza in risuonatori di quarzo a temperatura elevata ed a pressione

per facilitare la progettazione dei risuonatori di quarzo come sensori per l'olio e l'industria del gas, dei fuochi dell'attività in corso sullo sviluppo di un modello di elemento limitato tridimensionale per calcolare il cambiamento di frequenza dei risuonatori di quarzo anisotropi connessi con l'applicazione della temperatura e della pressione. In tal modo, la simulazione impiega le equazioni di campo lineari incrementali per le piccole vibrazioni sovrapposte sui media sollecitati termoelastici non lineari, come dato da Lee e da Yong [1]. Questo metodo comprende risolvere le non linearità geometriche e materiali per l'entrambi lo stress termico ed i modelli piezoelettrici in COMSOL. La risposta in frequenza del modo del spessore-taglio del modello è stata valutata ai dati sperimentali del sensore con la temperatura che varia da 50°C a 200°C (negli incrementi 25°C) e dalla pressione da 14 PSI a 20.000 PSI (con gli incrementi di 2.000 PSI, approssimativamente). La risposta in frequenza normalizzata al cambiamento nella pressione esterna abbinata molto bene con i dati sperimentali alle temperature più insufficienti e nella stessa maniera, la risposta di temperatura-frequenza ha abbinato bene la tendenza sperimentale per le pressioni più basse. Lo studio ha trovato, tuttavia, che applicare la temperatura elevata e la pressione conduce simultaneamente al considerevole errore nella risposta in frequenza. È supposto che l'errore aumentato alle circostanze estreme sia dovuto la mancanza corrente di determinate proprietà materiali di quarzo, conosciute come i derivati della temperatura dei coefficienti elastici di terz'ordine.
Parole chiavi: quarzo, temperatura, pressione, sensore, non lineare