Comprobación y ajuste de modelo sobre efecto de la variación de temperatura en una microbalanza de cristal de cuarzo (QCM)

Abstract

RESUMEN: La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM por sus siglas en inglés) es un sensor muy útil a la hora de medir pequeños cambios de masa debido a que los puede reconocer a un nivel micro y nanométricos, siendo así un sensor muy útil para distintas aplicaciones industriales, biológicas e ingenieriles a la hora de medir la masa de una sustancia específica en valores que una balanza convencional nunca podrá medir. Muchos avances se han logrado con esta herramienta para obtener distintas mediciones de masa en las distintas aplicaciones explicadas anteriormente, sin embargo estas mediciones pueden variar mucho con distintas condiciones ambientales haciendo que las mediciones que arroje el sensor sean siempre distintas evitando una medida estándar de masa. Para resolver este problema se creó un sistema que rodea el sensor estabilizando las condiciones ambientales que afectan al sensor, sin embargo, esto aumenta el tamaño de este sensor, quitando su simplicidad y portabilidad a la hora de usarlo; por esta razón se necesita de un circuito con el cual el sensor pueda autocompensar el efecto de la temperatura sobre sus medidas, por consiguiente se realizó un modelo por el cual pudiera obtenerse el efecto de los cambios de temperatura sobre las medidas del sensor con base en ciertas suposiciones teóricas. En este trabajo se realizará todo el proceso para comprobar si el modelo supuesto anteriormente puede tomarse en un ambiente el cual no tiene condiciones ideales de temperatura; de no ser válido el modelo, se realizarán los ajustes necesarios para que tal modelo pueda ser tomado para la identificación de variaciones en un ambiente real y no ideal. Luego de este proceso se obtuvieron resultados reales, se compararon contra los modelados llevando a modificar el modelo ya planteado para un mayor ajuste al comportamiento experimental. Al final se obtuvo una proporción de cambio en la frecuencia con respecto a variaciones en la temperatura de 0.1°C con la cual se puede predecir de una manera aproximada en cuanto afectará al cristal el cambio en la temperatura.

ABSTRACT: The quartz crystal microbalance (QCM) is a very useful sensor when measuring small changes in mass because it can recognize them at a micro and nanometric level, thus being a very useful sensor for different industrial, biological and engineering applications when measuring the mass of a specific substance in values that a conventional balance will never be able to measure. Many advances have been achieved with this tool to obtain different mass measurements in the different applications explained above, however these measurements can vary a lot with different environmental conditions making the measurements thrown by the sensor always different avoiding a standard measurement of mass. To solve this problem, a system was created that surrounds the sensor stabilizing the environmental conditions that affect the sensor, however, this increases the size of this sensor, removing its simplicity and portability when using it; for this reason, a circuit is needed with which the sensor can self-compensate the effect of temperature on its measurements, therefore a model was made by which the effect of temperature changes on the sensor measurements could be obtained based on certain theoretical assumptions. In this work, the whole process will be carried out to check if the model previously assumed can be taken in an environment which does not have ideal temperature conditions; if the model is not valid, the necessary adjustments will be made so that such model can be taken to identify variations in a real environment and not in an ideal one. After this process real results were obtained and compared against the modeling leading to modify the model already raised for a greater adjustment to the experimental behavior. In the end, a proportion of change in frequency with respect to variations in temperature of 0.1°c was obtained, with which it is possible to predict in an approximate way how much the change in temperature will affect the glass.