Sensor tekanan piezoelektrik beroperasi berdasarkan prinsip efek piezoelektrik. Efek piezoelektrik terjadi ketika bahan dielektrik tertentu berubah bentuk akibat gaya dalam arah tertentu, mengakibatkan polarisasi internal dan munculnya muatan berlawanan pada dua permukaan berlawanan. Ketika gaya dihilangkan, material kembali ke keadaan tidak bermuatan; fenomena ini disebut efek piezoelektrik langsung. Ketika arah gaya berubah, polaritas muatan juga berubah.
Sebaliknya, ketika medan listrik diterapkan sepanjang arah polarisasi bahan dielektrik, bahan tersebut berubah bentuk; ketika medan listrik dihilangkan, deformasi menghilang; fenomena ini disebut efek piezoelektrik terbalik. Sensor tekanan piezoelektrik tersedia dalam berbagai tipe dan model, dan dapat diklasifikasikan ke dalam tipe diafragma dan piston berdasarkan bentuk elemen penginderaan elastis dan mekanisme penahan gaya. Sensor tipe diafragma terutama terdiri dari badan, diafragma, dan elemen piezoelektrik. Elemen piezoelektrik ditopang pada badan, dan diafragma mentransmisikan tekanan terukur ke elemen piezoelektrik, yang kemudian mengeluarkan sinyal listrik yang sebanding dengan tekanan terukur. Jenis sensor ini dicirikan oleh ukurannya yang kecil, karakteristik dinamis yang baik, dan ketahanan-suhu yang tinggi. Teknologi pengukuran modern semakin menuntut kinerja sensor.
Misalnya, saat menggunakan sensor tekanan untuk mengukur dan memplot diagram indikator mesin pembakaran internal, pendinginan air tidak diperbolehkan selama pengukuran, dan sensor harus mampu menahan suhu tinggi dan berukuran kecil. Bahan piezoelektrik paling cocok untuk mengembangkan sensor tekanan tersebut. Kuarsa adalah bahan piezoelektrik yang sangat baik, dan efek piezoelektrik ditemukan di dalamnya. Metode yang relatif efektif adalah memilih metode pemotongan kristal kuarsa yang cocok untuk kondisi suhu tinggi; misalnya, kristal kuarsa yang dipotong XYδ (+20 derajat -+30 derajat ) dapat menahan suhu hingga 350 derajat . Kristal tunggal LiNbO3 memiliki titik Curie setinggi 1210 derajat , menjadikannya bahan piezoelektrik yang ideal untuk pembuatan sensor suhu tinggi.
Jenis silikon terdifusi: Tekanan media yang diukur bekerja langsung pada diafragma sensor (baja tahan karat atau keramik), menyebabkan perpindahan-mikro pada diafragma sebanding dengan tekanan media. Hal ini menyebabkan perubahan nilai resistansi sensor, yang dideteksi oleh sirkuit elektronik dan diubah menjadi sinyal pengukuran standar yang sesuai dengan tekanan tersebut.
Jenis safir: Memanfaatkan prinsip pengukur regangan, ia menggunakan silikon-safir sebagai elemen penginderaan semikonduktor, yang memiliki karakteristik metrologi yang tak tertandingi.
Safir terdiri dari satu{0}}elemen isolasi kristal, yang tidak menunjukkan histeresis, kelelahan, atau mulur. Safir lebih kuat dan lebih keras dari silikon, serta tahan terhadap deformasi. Safir memiliki sifat elastisitas dan isolasi yang sangat baik (hingga 1000 derajat). Oleh karena itu, elemen penginderaan semikonduktor yang dibuat menggunakan silikon-safir tidak sensitif terhadap perubahan suhu dan mempertahankan karakteristik pengoperasian yang sangat baik bahkan pada suhu tinggi. Safir memiliki ketahanan radiasi yang kuat. Selain itu, elemen penginderaan semikonduktor silikon-safir tidak memiliki penyimpangan p-n, sehingga secara mendasar menyederhanakan proses manufaktur, meningkatkan kemampuan pengulangan, dan memastikan hasil yang tinggi.
Sensor tekanan dan pemancar yang dibuat dengan elemen penginderaan semikonduktor safir silikon dapat beroperasi secara normal dalam kondisi paling keras, menunjukkan keandalan tinggi, akurasi tinggi, kesalahan suhu minimal, dan efektivitas biaya tinggi.
Sensor dan pemancar tekanan lambung terdiri dari desain-diafragma ganda: Diafragma pengukur paduan titanium dan diafragma penerima paduan titanium. Wafer safir yang dicetak dengan rangkaian jembatan pengukur regangan epitaksi heterogen disolder ke diafragma pengukur paduan titanium. Tekanan terukur ditransmisikan ke diafragma penerima (diafragma penerima dan diafragma pengukur dihubungkan dengan aman melalui batang pengikat). Di bawah tekanan, paduan titanium yang menerima deformasi diafragma. Deformasi ini dirasakan oleh elemen penginderaan silikon-safir, menyebabkan perubahan pada keluaran jembatan, yang besarnya sebanding dengan tekanan yang diukur.
Sirkuit sensor memastikan pasokan daya ke sirkuit jembatan pengukur regangan dan mengubah sinyal ketidakseimbangan apa pun dari jembatan pengukur regangan menjadi keluaran sinyal listrik yang seragam (0-5, 4-20mA, atau 0-5V). Dalam sensor dan pemancar tekanan absolut, wafer safir, dihubungkan ke solder kaca berbasis keramik, bertindak sebagai elemen elastis, mengubah tekanan terukur menjadi deformasi pengukur regangan, sehingga mencapai pengukuran tekanan.