شبیه سازی غیرخطی های فرکانس در تشدید کننده های کوارتز در دما و فشار بالا

به منظور تسهیل طراحی تشدید کننده های کوارتز به عنوان حسگر برای صنعت نفت و گاز، کار فعلی بر توسعه یک مدل المان محدود سه بعدی برای محاسبه تغییر فرکانس تشدید کننده های کوارتز ناهمسانگرد مرتبط با اعمال دما و فشار متمرکز است. .در انجام این کار، شبیه‌سازی معادلات میدان خطی افزایشی را برای ارتعاشات کوچک بر روی محیط‌های تحت فشار ترموالاستیک غیرخطی، همانطور که توسط لی و یونگ [1] ارائه شده است، استفاده می‌کند.این روش شامل حل غیرخطی‌های هندسی و مواد برای هر دو مدل تنش حرارتی و پیزوالکتریک در COMSOL است.پاسخ فرکانس حالت برشی ضخامت مدل با داده‌های حسگر تجربی با دمای بین 50 درجه سانتی‌گراد تا 200 درجه سانتی‌گراد (با افزایش 25 درجه سانتی‌گراد) و فشار از 14 psi تا 20000 psi (با افزایش 2000 psi، تقریباً) مقایسه شد. .پاسخ فرکانس نرمال شده به تغییر فشار خارجی به خوبی با داده های تجربی در دماهای پایین تر مطابقت داشت، و به همین ترتیب، پاسخ دما-فرکانس به خوبی با روند آزمایشی برای فشارهای پایین تر مطابقت داشت.با این حال، این مطالعه نشان داد که اعمال دما و فشار بالا به طور همزمان منجر به خطای قابل توجهی در پاسخ فرکانسی می شود.فرض بر این است که افزایش خطا در شرایط شدید به دلیل فقدان فعلی خواص مواد خاص کوارتز است که به عنوان مشتقات دمایی ضرایب الاستیک مرتبه سوم شناخته می شود.
کلمات کلیدی: کوارتز، دما، فشار، حسگر، غیرخطی