@article { author = {Akbari, M. and Karimzadeh, A.}, title = {Dynamic behavior analysis of piezoelectric flow micro sensors and corresponding linear working domain}, journal = {Sharif Journal of Mechanical Engineering}, volume = {39.3}, number = {1}, pages = {47-53}, year = {2023}, publisher = {Sharif University of Technology}, issn = {2676-4725}, eissn = {2676-4733}, doi = {10.24200/j40.2022.60635.1646}, abstract = {In the present study the dynamic behavior of a piezoelectric flow micro sensor based on vortex-induced vibrations (VIV) is investigated. This sensor is made by a cantilever beam, piezoelectric layer and a cylinder at free end which is used to measure the fluid velocity. The proposed VIV sensors have nonlinear dynamic behavior for different flow velocities therefore in designing VIV micro sensors obtaining linear operational working range is an important parameter. In this paper the dynamic behavior of micro flow sensors based on the modified couple stress theory (MCST) is investigated and linear operational working span is derived. The coupled governing equations of silicon based and piezoelectric layer cantilever beam, gauss electric and Van der pol equation are derived. Utilizing the derived equations the dynamic behavior of the micro sensor on the basis of parameters such as damping coefficient, cantilever beam length, material length scale parameter and tip cylinder mass is analyzed. The operational work range of the micro sensor, the acceptable linear behavior domain and error of linear behavior assumption of the device is investigated. According to the results the maximum linearization error is 3.5%. In addition to that reduction in cantilever beam length and tip cylinder mass increase the operational working range of the micro sensor. Analyzing the effect of damping coefficient on the dynamic behavior of micro flow sensor show that increasing the damping coefficient decreases the beam deflection and output voltage, but has no effect on the operational working span of the system and in order to obtain precise output from this sensor the damping coefficient must be reduced. Findings indicate that parameters which make the device behave stiffer such as reduction in beam length or tip cylinder mass or considering non-classical stresses gives a wider acceptable voltage range at higher flow velocities for the micro sensor.}, keywords = {micro sensor,flow sensor,piezoelectric cantilever beam,modified couple stress theory}, title_fa = {تحلیل رفتار دینامیکی میکروحسگرجریان پیزوالکتریکی و محدوده ی عملکرد خطی آن}, abstract_fa = {در این پژوهش میزان خطی بودن رفتار دینامیکی میکروحسگر جریان سیال بر اساس نظریه‌ی کوپل تنش اصلاح و تحلیل شده است. معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم شامل معادله‌ی خیز تیرپایه و لایه‌ی پیزوالکتریک بر اساس نظریه‌ی کوپل تنش اصلاح شده، معادله‌ی الکتریکی گاوس و معادله‌ی ضریب نوسانی لیفت، استخراج شده است. با استفاده از معادلات استخراج شده، رفتار دینامیکی میکروحسگر و تأثیر پارامترهایی مانند ضریب میرایی، طول تیر، پارامتر مقیاس طول ماده و جرم استوانه انتهای تیر بر پاسخ دینامیکی به دست آمده است. بر اساس یافته‌های این پژوهش، بازه عملکردی این میکروحسگر در سرعت‌های مختلف میکروسیال، میزان خطی بودن این رفتار و خطای اندازه‌گیری سرعت، استخراج شده است. نتایج نشان می‌دهد بیشینه خطای خطی فرض کردن رفتار میکروحسگر در بازه مورد بررسی ۵/۳٪ است. علاوه بر این کاهش طول تیر یا جرم انتهایی می‌تواند سبب افزایش بازه عملکردی حسگر در سرعت‌های بالاتر شود.}, keywords_fa = {میکروحسگر جریان سیال,تیر پیزوالکتریک,نظریه‌ی کوپل تنش اصلاح شده}, url = {https://sjme.journals.sharif.edu/article_22951.html}, eprint = {https://sjme.journals.sharif.edu/article_22951_026304d9b246e95e5c73718fd82481f7.pdf} }