Piezoelektrični senzori pritiska rade na principu piezoelektričnog efekta. Piezoelektrični efekat nastaje kada se određeni dielektrični materijali deformišu pod dejstvom sile u određenom pravcu, što rezultira unutrašnjom polarizacijom i pojavom suprotnih naelektrisanja na njihove dve suprotne površine. Kada se sila ukloni, materijal se vraća u svoje nenabijeno stanje; ovaj fenomen se naziva direktni piezoelektrični efekat. Kada se promijeni smjer sile, mijenja se i polaritet naelektrisanja.
Suprotno tome, kada se električno polje primjenjuje duž smjera polarizacije dielektričnog materijala, ono se deformiše; kada se električno polje ukloni, deformacija nestaje; ovaj fenomen se naziva inverzni piezoelektrični efekat. Piezoelektrični senzori pritiska dolaze u mnogim tipovima i modelima, a mogu se klasificirati na membranske i klipne tipove na osnovu oblika elastičnog osjetnog elementa i mehanizma{1}}nosivog ležaja. Senzori tipa dijafragme se uglavnom sastoje od tijela, dijafragme i piezoelektričnog elementa. Piezoelektrični element je oslonjen na tijelo, a dijafragma prenosi izmjereni tlak na piezoelektrični element, koji zatim emituje električni signal koji je proporcionalan izmjerenom tlaku. Ovaj tip senzora karakterizira mala veličina, dobre dinamičke karakteristike i visoka -otpornost na temperaturu. Moderna tehnologija mjerenja postavlja sve veće zahtjeve za performanse senzora.
Na primjer, kada se koriste senzori tlaka za mjerenje i crtanje indikatorskog dijagrama motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, hlađenje vodom nije dozvoljeno tokom mjerenja, a senzor mora biti u stanju izdržati visoke temperature i biti male veličine. Piezoelektrični materijali su najprikladniji za razvoj takvih senzora pritiska. Kvarc je odličan piezoelektrični materijal i u njemu je otkriven piezoelektrični efekat. Relativno efikasan metod je odabir metode rezanja kristala kvarca pogodnog za uslove visoke{3}}temperature; na primjer, XYδ (+20 stepen -+30 stepen) rezani kristali kvarca mogu izdržati temperature do 350 stepeni. Monokristali LiNbO3 imaju Kirijevu tačku do 1210 stepeni, što ih čini idealnim piezoelektričnim materijalom za proizvodnju senzora visoke{10}temperature.
Tip difuznog silikona: Pritisak mjerenog medija djeluje direktno na dijafragmu senzora (od nehrđajućeg čelika ili keramike), uzrokujući mikro-pomak dijafragme proporcionalno pritisku medija. Ovo uzrokuje promjenu vrijednosti otpora senzora, koju detektuje elektronsko kolo i pretvara u standardni mjerni signal koji odgovara tom pritisku.
Tip safira: Koristeći princip mjerača naprezanja, koristi silicijum{0}}safir kao poluprovodnički senzorski element, koji posjeduje metrološke karakteristike bez premca.
Safir se sastoji od jednog-kristalnog izolacionog elementa, koji ne pokazuje histerezu, zamor ili puzanje. Safir je jači i tvrđi od silicijuma i otporan je na deformacije. Safir ima odličnu elastičnost i izolaciona svojstva (do 1000 stepeni). Stoga su poluvodički senzori napravljeni od silicijum-safira neosjetljivi na promjene temperature i održavaju odlične radne karakteristike čak i na visokim temperaturama. Safir ima jaku otpornost na zračenje. Štaviše, senzorni elementi od silicijum-safirnih poluprovodnika nemaju p-n pomak, što u osnovi pojednostavljuje proces proizvodnje, poboljšava ponovljivost i osigurava visok prinos.
Senzori pritiska i odašiljači napravljeni od silikonskih-safirnih poluvodičkih senzorskih elemenata mogu normalno raditi u najtežim uvjetima, pokazujući visoku pouzdanost, visoku preciznost, minimalnu temperaturnu grešku i visoku -efikasnost.
Senzori i transmiteri želučanog pritiska sastoje se od dizajna dvostruke-dijafragme: mjerne dijafragme od legure titanijuma i prijemne membrane od legure titanijuma. Safirna pločica ispisana heterogenim epitaksijalnim mostnim krugom mjerača naprezanja zalemljena je na mjernu dijafragmu od legure titana. Izmjereni tlak se prenosi na prijemnu membranu (prijemna dijafragma i mjerna membrana su čvrsto spojene spojnom šipkom). Pod pritiskom se dijafragma koja prima legura titana deformiše. Ovu deformaciju osjeti silicijum-safirni senzor, što uzrokuje promjenu izlazne snage mosta, čija je veličina proporcionalna izmjerenom pritisku.
Kolo senzora osigurava napajanje strujnog kruga mosta mjernog mjerača i pretvara bilo koji signal neravnoteže sa mosta mjerača naprezanja u uniforman izlaz električnog signala (0-5, 4-20mA ili 0-5V). U senzorima i transmiterima apsolutnog pritiska, safirna pločica, povezana sa staklenim lemom na bazi keramike, deluje kao elastični element, pretvarajući izmereni pritisak u deformaciju merača naprezanja, čime se postiže merenje pritiska.