Simulación de ausencias de linealidad de la frecuencia en resonadores de cuarzo en la temperatura alta y la presión

Para facilitar el diseño de resonadores de cuarzo como sensores para la industria del petróleo y gas, de los focos del trabajo actual en el desarrollo de un modelo de elemento finito tridimensional para calcular el cambio de la frecuencia de los resonadores de cuarzo anisotrópicos asociados al uso de la temperatura y de la presión. De este modo, la simulación emplea las ecuaciones de campo lineares ampliadas para las pequeñas vibraciones sobrepuestas sobre medios subrayados termoelásticos no lineales, según lo dado por Lee y Yong [1]. Este método implica el solucionar de las ausencias de linealidad geométricas y materiales para el ambos la tensión termal y los modelos piezoeléctricos en COMSOL. La respuesta de frecuencia del modo del grueso-esquileo del modelo fue evaluada a los datos experimentales del sensor con la temperatura que se extendía de 50°C a 200°C (en los incrementos 25°C) y de la presión a partir de 14 PSI a 20.000 PSI (con incrementos de 2.000 PSI, aproximadamente). La respuesta de frecuencia normalizada al cambio en la presión externa hecha juego muy bien con datos experimentales en temperaturas más bajas, y de la misma manera, la respuesta de la temperatura-frecuencia hizo juego la tendencia experimental bien para presiones más bajas. El estudio encontró, sin embargo, que la aplicación de temperatura alta y de la presión lleva simultáneamente al considerable error en la respuesta de frecuencia. Se presume que el error creciente en las condiciones extremas es debido a la falta actual de ciertas propiedades materiales del cuarzo, conocidas como los derivados de la temperatura de los coeficientes elásticos del tercero-orden.
Palabras claves: cuarzo, temperatura, presión, sensor, no lineal