Piezoelektriska trycksensorer arbetar enligt principen om den piezoelektriska effekten. Den piezoelektriska effekten uppstår när vissa dielektriska material deformeras under en kraft i en specifik riktning, vilket resulterar i intern polarisering och uppkomsten av motsatta laddningar på deras två motsatta ytor. När kraften avlägsnas återgår materialet till sitt oladdade tillstånd; detta fenomen kallas den direkta piezoelektriska effekten. När kraftens riktning ändras ändras också laddningarnas polaritet.
Omvänt, när ett elektriskt fält appliceras längs polarisationsriktningen för det dielektriska materialet, deformeras det; när det elektriska fältet avlägsnas försvinner deformationen; detta fenomen kallas den omvända piezoelektriska effekten. Piezoelektriska trycksensorer finns i många typer och modeller, och kan klassificeras i membran- och kolvtyper baserat på formen på det elastiska avkänningselementet och kraft-lagermekanismen. Sensorer av diafragmatyp består huvudsakligen av en kropp, ett membran och ett piezoelektriskt element. Det piezoelektriska elementet stöds på kroppen, och membranet överför det uppmätta trycket till det piezoelektriska elementet, som sedan avger en elektrisk signal som är proportionell mot det uppmätta trycket. Denna typ av sensor kännetecknas av sin lilla storlek, goda dynamiska egenskaper och höga-temperaturmotstånd. Modern mätteknik ställer allt högre krav på sensorprestanda.
Till exempel, när man använder trycksensorer för att mäta och rita indikatordiagrammet för en förbränningsmotor, är vattenkylning inte tillåten under mätningen, och sensorn måste kunna motstå höga temperaturer och vara liten i storlek. Piezoelektriska material är bäst lämpade för att utveckla sådana trycksensorer. Kvarts är ett utmärkt piezoelektriskt material, och den piezoelektriska effekten upptäcktes i det. En relativt effektiv metod är att välja en kvartskristallskärningsmetod som lämpar sig för höga-temperaturförhållanden; till exempel kan XYδ (+20 grad -+30 grad ) skurna kvartskristaller motstå temperaturer upp till 350 grader . LiNbO3-enkristaller har en Curie-punkt så hög som 1210 grader, vilket gör dem till ett idealiskt piezoelektriskt material för tillverkning av{10}högtemperatursensorer.
Diffuserad kiseltyp: Trycket från det uppmätta mediet verkar direkt på sensorns membran (rostfritt stål eller keramik), vilket orsakar en mikro-förskjutning av membranet proportionell mot medeltrycket. Detta orsakar en förändring av sensorns resistansvärde, som detekteras av elektroniska kretsar och omvandlas till en standardmätsignal motsvarande det trycket.
Safirtyp: Den använder töjningsmätarprincipen och använder kisel-safir som halvledaravkänningselement, med oöverträffade metrologiska egenskaper.
Sapphire består av ett enda-isolerande element som inte uppvisar hysteres, trötthet eller krypning. Safir är starkare och hårdare än kisel och är resistent mot deformation. Safir har utmärkta elasticitet och isoleringsegenskaper (upp till 1000 grader). Därför är halvledaravkänningselement tillverkade av kisel-safir okänsliga för temperaturförändringar och bibehåller utmärkta driftsegenskaper även vid höga temperaturer. Safir har starkt strålningsmotstånd. Dessutom har kisel-safirhalvledaravkänningselement ingen p-n-drift, vilket i grunden förenklar tillverkningsprocessen, förbättrar repeterbarheten och säkerställer högt utbyte.
Trycksensorer och sändare gjorda av kisel-safirhalvledaravkänningselement kan fungera normalt under de tuffaste förhållanden, uppvisar hög tillförlitlighet, hög noggrannhet, minimalt temperaturfel och hög kostnadseffektivitet-.
Gastriska trycksensorer och sändare består av en design med dubbla-membran: ett mätmembran av titanlegering och ett mottagande membran av titanlegering. En safirskiva tryckt med en heterogen epitaxiell trådtöjningsbryggkrets är lödd på ett mätmembran av titanlegering. Det uppmätta trycket överförs till ett mottagande membran (mottagningsmembranet och mätmembranet är säkert förbundna med en dragstång). Under tryck deformeras titanlegeringens mottagande membran. Denna deformation avkänns av kisel-safiravkänningselementet, vilket orsakar en förändring i bryggeffekten, vars storlek är proportionell mot det uppmätta trycket.
Sensorkretsen säkerställer strömförsörjning till töjningsmätarbryggan och omvandlar eventuell obalanssignal från töjningsgivarebryggan till en enhetlig elektrisk signalutgång (0-5, 4-20mA eller 0-5V). I absoluttryckssensorer och sändare fungerar safirskivan, ansluten till ett keramikbaserat glaslod, som ett elastiskt element, som omvandlar det uppmätta trycket till töjningsmätardeformation och uppnår därigenom tryckmätning.