Piezoelektrik basınç sensörleri piezoelektrik etki prensibiyle çalışır. Piezoelektrik etki, belirli dielektrik malzemeler belirli bir yöndeki bir kuvvet altında deforme olduğunda ortaya çıkar, bu da iç polarizasyona ve iki karşıt yüzeyde zıt yüklerin ortaya çıkmasına neden olur. Kuvvet kaldırıldığında malzeme yüksüz durumuna geri döner; bu olguya doğrudan piezoelektrik etki denir. Kuvvetin yönü değiştiğinde yüklerin polaritesi de değişir.
Tersine, dielektrik malzemenin polarizasyon yönü boyunca bir elektrik alanı uygulandığında deforme olur; elektrik alanı kaldırıldığında deformasyon kaybolur; bu olguya ters piezoelektrik etki denir. Piezoelektrik basınç sensörlerinin birçok türü ve modeli mevcuttur ve elastik algılama elemanının ve kuvvet-taşıma mekanizmasının biçimine bağlı olarak diyafram ve piston türleri halinde sınıflandırılabilir. Diyafram tipi sensörler esas olarak bir gövde, bir diyafram ve bir piezoelektrik elemandan oluşur. Piezoelektrik eleman gövde üzerinde desteklenir ve diyafram, ölçülen basıncı piezoelektrik elemana iletir, bu eleman daha sonra ölçülen basınçla orantılı bir elektrik sinyali verir. Bu sensör türü, küçük boyutu, iyi dinamik özellikleri ve yüksek-sıcaklık direnci ile karakterize edilir. Modern ölçüm teknolojisi, sensör performansına yönelik talepleri giderek artırıyor.
Örneğin, içten yanmalı bir motorun gösterge diyagramını ölçmek ve çizmek için basınç sensörleri kullanıldığında, ölçüm sırasında su soğutmasına izin verilmez ve sensörün yüksek sıcaklıklara dayanabilmesi ve boyutunun küçük olması gerekir. Piezoelektrik malzemeler bu tür basınç sensörlerini geliştirmek için en uygun olanlardır. Kuvars mükemmel bir piezoelektrik malzemedir ve piezoelektrik etkisi onda keşfedilmiştir. Nispeten etkili bir yöntem, yüksek-sıcaklık koşullarına uygun bir kuvars kristali kesme yönteminin seçilmesidir; örneğin XYδ (+20 derece -+30 derece) kesilmiş kuvars kristalleri 350 dereceye kadar sıcaklıklara dayanabilir. LiNbO3 tek kristalleri 1210 dereceye kadar çıkan bir Curie noktasına sahiptir, bu da onları yüksek{10}}sıcaklık sensörleri üretimi için ideal bir piezoelektrik malzeme haline getirir.
Dağınık silikon türü: Ölçülen ortamın basıncı, doğrudan sensörün diyaframına (paslanmaz çelik veya seramik) etki ederek, diyaframın ortam basıncıyla orantılı olarak mikro-yer değiştirmesine neden olur. Bu, elektronik devre tarafından algılanan ve o basınca karşılık gelen standart bir ölçüm sinyaline dönüştürülen sensörün direnç değerinde bir değişikliğe neden olur.
Safir türü: Gerinim ölçer prensibini kullanarak, yarı iletken algılama elemanı olarak benzersiz metrolojik özelliklere sahip silikon-safir kullanır.
Safir, hiçbir histerezis, yorgunluk veya kayma göstermeyen tek bir-kristal yalıtım elemanından oluşur. Safir silikondan daha güçlü ve serttir, deformasyona karşı dayanıklıdır. Safir mükemmel elastikiyet ve yalıtım özelliklerine sahiptir (1000 dereceye kadar). Bu nedenle, silikon-safir kullanılarak yapılan yarı iletken algılama elemanları sıcaklık değişimlerine karşı duyarsızdır ve yüksek sıcaklıklarda bile mükemmel çalışma özelliklerini korur. Safir güçlü bir radyasyon direncine sahiptir. Ayrıca silikon-safir yarı iletken algılama elemanlarında p-n kayması yoktur, bu da üretim sürecini temel olarak basitleştirir, tekrarlanabilirliği artırır ve yüksek verim sağlar.
Silikon-safir yarı iletken algılama elemanlarından yapılmış basınç sensörleri ve vericiler, en zorlu koşullar altında normal şekilde çalışabilir, yüksek güvenilirlik, yüksek doğruluk, minimum sıcaklık hatası ve yüksek maliyet-etkinliği sergileyebilir.
Mide basıncı sensörleri ve vericileri ikili-diyafram tasarımından oluşur: Titanyum alaşımlı ölçüm diyaframı ve titanyum alaşımlı alıcı diyafram. Heterojen bir epitaksiyel gerinim ölçer köprü devresi ile basılmış bir safir levha, bir titanyum alaşımı ölçüm diyaframına lehimlenmiştir. Ölçülen basınç bir alıcı diyaframa iletilir (alıcı diyafram ve ölçüm diyaframı bir bağlantı çubuğu ile güvenli bir şekilde bağlanmıştır). Basınç altında titanyum alaşımı alan diyafram deforme olur. Bu deformasyon silikon-safir algılama elemanı tarafından algılanır ve köprü çıkışında büyüklüğü ölçülen basınçla orantılı olan bir değişikliğe neden olur.
Sensör devresi, gerinim ölçer köprü devresine güç beslemesi sağlar ve gerinim ölçer köprüsünden gelen herhangi bir dengesizlik sinyalini tekdüze bir elektrik sinyali çıkışına (0-5, 4-20mA veya 0-5V) dönüştürür. Mutlak basınç sensörleri ve vericilerinde, seramik bazlı bir cam lehime bağlanan safir levha, elastik bir eleman görevi görerek ölçülen basıncı gerinim ölçer deformasyonuna dönüştürerek basınç ölçümü gerçekleştirir.