Mensimulasikan Frekuensi Nonlinier dalam Resonator Kuarsa pada Suhu dan Tekanan Tinggi

Untuk memfasilitasi desain resonator kuarsa sebagai sensor untuk industri minyak dan gas, pekerjaan saat ini berfokus pada pengembangan model elemen hingga tiga dimensi untuk menghitung perubahan frekuensi resonator kuarsa anisotropik terkait dengan penerapan suhu dan tekanan. .Dalam melakukannya, simulasi menggunakan persamaan medan linier inkremental untuk melapiskan getaran kecil ke media bertekanan termoelastik nonlinier, seperti yang diberikan oleh Lee dan Yong [1].Metode ini melibatkan pemecahan nonlinier geometris dan material untuk model tegangan termal dan model piezoelektrik di COMSOL.Respons frekuensi mode geser-ketebalan model ini mengacu pada data sensor eksperimental dengan suhu mulai dari 50°C hingga 200°C (dalam peningkatan 25°C) dan tekanan dari 14 psi hingga 20.000 psi (dengan peningkatan 2.000 psi, kira-kira) .Respons frekuensi yang dinormalisasi terhadap perubahan tekanan eksternal sangat cocok dengan data eksperimen pada suhu yang lebih rendah, dan dengan cara yang sama, respons frekuensi suhu cocok dengan tren eksperimental dengan baik untuk tekanan yang lebih rendah.Studi ini menemukan, bagaimanapun, bahwa menerapkan suhu dan tekanan tinggi secara bersamaan menyebabkan kesalahan yang cukup besar dalam respon frekuensi.Dihipotesiskan bahwa peningkatan kesalahan pada kondisi ekstrem disebabkan oleh kurangnya sifat material kuarsa saat ini, yang dikenal sebagai turunan suhu dari koefisien elastis orde ketiga.
Kata kunci: kuarsa, suhu, tekanan, sensor, nonlinier