Senzorii de presiune piezoelectrici funcționează pe principiul efectului piezoelectric. Efectul piezoelectric apare atunci când anumite materiale dielectrice se deformează sub o forță într-o direcție specifică, rezultând polarizare internă și apariția unor sarcini opuse pe cele două suprafețe opuse ale acestora. Când forța este îndepărtată, materialul revine la starea neîncărcată; acest fenomen se numește efect piezoelectric direct. Când se schimbă direcția forței, se schimbă și polaritatea sarcinilor.
În schimb, atunci când un câmp electric este aplicat de-a lungul direcției de polarizare a materialului dielectric, acesta se deformează; când câmpul electric este îndepărtat, deformația dispare; acest fenomen se numește efect piezoelectric invers. Senzorii de presiune piezoelectrici vin în mai multe tipuri și modele și pot fi clasificați în tipuri cu diafragmă și piston, pe baza formei elementului elastic de detectare și a mecanismului de purtare a forței-. Senzorii de tip diafragmă constau în principal dintr-un corp, o diafragmă și un element piezoelectric. Elementul piezoelectric este sprijinit pe corp, iar diafragma transmite presiunea măsurată către elementul piezoelectric, care apoi emite un semnal electric care este proporțional cu presiunea măsurată. Acest tip de senzor se caracterizează prin dimensiunile sale mici, caracteristicile dinamice bune și rezistența ridicată la temperatură-. Tehnologia modernă de măsurare impune cerințe din ce în ce mai mari asupra performanței senzorului.
De exemplu, atunci când se utilizează senzori de presiune pentru a măsura și a reprezenta diagrama indicatoare a unui motor cu ardere internă, răcirea cu apă nu este permisă în timpul măsurării, iar senzorul trebuie să poată rezista la temperaturi ridicate și să aibă dimensiuni mici. Materialele piezoelectrice sunt cele mai potrivite pentru dezvoltarea unor astfel de senzori de presiune. Cuarțul este un material piezoelectric excelent, iar efectul piezoelectric a fost descoperit în el. O metodă relativ eficientă este de a selecta o metodă de tăiere a cristalului de cuarț potrivită pentru condiții de temperatură-înaltă; de exemplu, cristalele de cuarț tăiate XYδ (+20 grade -+30 grade ) pot rezista la temperaturi de până la 350 de grade . Cristalele unice de LiNbO3 au un punct Curie de până la 1210 de grade, ceea ce le face un material piezoelectric ideal pentru fabricarea senzorilor de temperatură{10}înaltă.
Tip siliciu difuz: presiunea mediului măsurat acționează direct asupra diafragmei senzorului (oțel inoxidabil sau ceramică), provocând o micro-deplasare a diafragmei proporțională cu presiunea medie. Acest lucru determină o modificare a valorii rezistenței senzorului, care este detectată de circuitele electronice și convertită într-un semnal de măsurare standard corespunzător acelei presiuni.
Tipul de safir: utilizând principiul tensiometrului, folosește safir de siliciu-ca element de detectare semiconductor, având caracteristici metrologice de neegalat.
Safirul este compus dintr-un singur-element izolator de cristal, care nu prezintă histerezis, oboseală sau fluaj. Safirul este mai puternic și mai dur decât siliciul și este rezistent la deformare. Safirul are proprietăți excelente de elasticitate și izolare (până la 1000 de grade). Prin urmare, elementele de detectare a semiconductoarelor realizate din siliciu-safir sunt insensibile la schimbările de temperatură și mențin caracteristici excelente de funcționare chiar și la temperaturi ridicate. Safirul are o rezistență puternică la radiații. În plus, elementele de detectare a semiconductoarelor din siliciu-safir nu au deplasare p-n, simplificând în mod fundamental procesul de fabricație, îmbunătățind repetabilitatea și asigurând un randament ridicat.
Senzorii de presiune și transmițătoarele fabricate cu elemente de detecție semiconductoare din siliciu-safir pot funcționa normal în cele mai dure condiții, prezentând fiabilitate ridicată, precizie ridicată, eroare de temperatură minimă și cost-înalt.
Senzorii și transmițătorii de presiune gastrică constau dintr-un design cu diafragmă dublă-: o diafragmă de măsurare din aliaj de titan și o diafragmă de primire din aliaj de titan. O placă de safir imprimată cu un circuit epitaxial de punte de tensiometru este lipită pe o diafragmă de măsurare din aliaj de titan. Presiunea măsurată este transmisă la o diafragmă de recepție (diafragma de primire și diafragma de măsurare sunt conectate în siguranță printr-un tirant). Sub presiune, aliajul de titan care primește diafragma se deformează. Această deformare este sesizată de elementul senzor de siliciu-safir, determinând o modificare a ieșirii podului, a cărei mărime este proporțională cu presiunea măsurată.
Circuitul senzorului asigură alimentarea cu energie a circuitului punții tensometrice și convertește orice semnal de dezechilibru de la puntea tensiometrului într-o ieșire uniformă a semnalului electric (0-5, 4-20mA sau 0-5V). La senzorii și transmițătoarele de presiune absolută, napolitana de safir, conectată la o lipire din sticlă pe bază de ceramică, acționează ca un element elastic, transformând presiunea măsurată în deformare a jaumetrului de tensiune, realizând astfel măsurarea presiunii.