Os sensores de pressão piezoelétricos operam com base no princípio do efeito piezoelétrico. O efeito piezoelétrico ocorre quando certos materiais dielétricos se deformam sob uma força em uma direção específica, resultando em polarização interna e no aparecimento de cargas opostas em suas duas superfícies opostas. Quando a força é removida, o material retorna ao seu estado descarregado; esse fenômeno é chamado de efeito piezoelétrico direto. Quando a direção da força muda, a polaridade das cargas também muda.
Por outro lado, quando um campo elétrico é aplicado ao longo da direção de polarização do material dielétrico, ele se deforma; quando o campo elétrico é removido, a deformação desaparece; esse fenômeno é chamado de efeito piezoelétrico inverso. Os sensores de pressão piezoelétricos vêm em vários tipos e modelos e podem ser classificados em tipos de diafragma e pistão com base na forma do elemento sensor elástico e no mecanismo de sustentação-de força. Os sensores do tipo diafragma consistem principalmente em um corpo, um diafragma e um elemento piezoelétrico. O elemento piezoelétrico é apoiado no corpo e o diafragma transmite a pressão medida ao elemento piezoelétrico, que então emite um sinal elétrico proporcional à pressão medida. Este tipo de sensor é caracterizado por seu tamanho pequeno, boas características dinâmicas e alta-resistência à temperatura. A moderna tecnologia de medição impõe exigências cada vez maiores ao desempenho do sensor.
Por exemplo, ao usar sensores de pressão para medir e traçar o diagrama indicador de um motor de combustão interna, o resfriamento a água não é permitido durante a medição, e o sensor deve ser capaz de suportar altas temperaturas e ser de tamanho pequeno. Os materiais piezoelétricos são mais adequados para o desenvolvimento de tais sensores de pressão. O quartzo é um excelente material piezoelétrico e nele foi descoberto o efeito piezoelétrico. Um método relativamente eficaz é selecionar um método de corte de cristal de quartzo adequado para condições de alta-temperatura; por exemplo, cristais de quartzo cortados em XYδ (+20 graus -+30 graus) podem suportar temperaturas de até 350 graus. Os monocristais de LiNbO3 têm um ponto Curie de até 1.210 graus, o que os torna um material piezoelétrico ideal para a fabricação de sensores de alta-temperatura.
Tipo de silício difuso: A pressão do meio medido atua diretamente no diafragma do sensor (aço inoxidável ou cerâmica), causando um micro-deslocamento do diafragma proporcional à pressão do meio. Isto provoca uma alteração no valor da resistência do sensor, que é detectado por circuitos eletrônicos e convertido em um sinal de medição padrão correspondente a essa pressão.
Tipo safira: Utilizando o princípio do extensômetro, emprega safira de silício-como elemento sensor semicondutor, possuindo características metrológicas incomparáveis.
A safira é composta por um único-elemento isolante de cristal, não exibindo histerese, fadiga ou deformação. A safira é mais forte e dura que o silício e é resistente à deformação. A safira possui excelentes propriedades de elasticidade e isolamento (até 1000 graus). Portanto, os elementos sensores semicondutores feitos com safira de silício são insensíveis às mudanças de temperatura e mantêm excelentes características operacionais mesmo em altas temperaturas. Safira tem forte resistência à radiação. Além disso, os elementos sensores semicondutores de silício-safira não têm desvio p-n, simplificando fundamentalmente o processo de fabricação, melhorando a repetibilidade e garantindo alto rendimento.
Sensores e transmissores de pressão feitos com elementos sensores semicondutores de silício{0}}safira podem operar normalmente sob as condições mais adversas, exibindo alta confiabilidade, alta precisão, erro mínimo de temperatura e alto custo-efetivo.
Os sensores e transmissores de pressão gástrica consistem em um design de-diafragma duplo: um diafragma de medição em liga de titânio e um diafragma de recepção em liga de titânio. Um wafer de safira impresso com um circuito de ponte de extensômetro epitaxial heterogêneo é soldado em um diafragma de medição de liga de titânio. A pressão medida é transmitida a um diafragma receptor (o diafragma receptor e o diafragma de medição são conectados de forma segura por um tirante). Sob pressão, a liga de titânio que recebe o diafragma deforma-se. Essa deformação é detectada pelo elemento sensor de silício-safira, causando uma alteração na saída da ponte, cuja magnitude é proporcional à pressão medida.
O circuito do sensor garante o fornecimento de energia ao circuito da ponte do extensômetro e converte qualquer sinal de desequilíbrio da ponte do extensômetro em uma saída de sinal elétrico uniforme (0-5, 4-20mA ou 0-5V). Em sensores e transmissores de pressão absoluta, o wafer de safira, conectado a uma solda de vidro à base de cerâmica, atua como um elemento elástico, convertendo a pressão medida em deformação do extensômetro, conseguindo assim a medição da pressão.