Pjezoelektriskie spiediena sensori darbojas pēc pjezoelektriskā efekta principa. Pjezoelektriskais efekts rodas, kad daži dielektriskie materiāli deformējas, iedarbojoties noteiktā virzienā, kā rezultātā rodas iekšēja polarizācija un pretēju lādiņu parādīšanās uz to divām pretējām virsmām. Kad spēks tiek noņemts, materiāls atgriežas neuzlādētā stāvoklī; šo parādību sauc par tiešo pjezoelektrisko efektu. Mainoties spēka virzienam, mainās arī lādiņu polaritāte.
Un otrādi, ja elektriskais lauks tiek pielietots pa dielektriskā materiāla polarizācijas virzienu, tas deformējas; noņemot elektrisko lauku, deformācija pazūd; šo parādību sauc par apgriezto pjezoelektrisko efektu. Pjezoelektriskajiem spiediena sensoriem ir daudz veidu un modeļu, un tos var klasificēt diafragmu un virzuļu tipos, pamatojoties uz elastīgā sensora elementa formu un spēka{1}}nesuma mehānismu. Diafragmas tipa sensori galvenokārt sastāv no korpusa, diafragmas un pjezoelektriskā elementa. Pjezoelektriskais elements ir atbalstīts uz korpusa, un diafragma pārraida izmērīto spiedienu uz pjezoelektrisko elementu, kas pēc tam izvada elektrisko signālu, kas ir proporcionāls izmērītajam spiedienam. Šim sensora tipam ir raksturīgs mazs izmērs, labas dinamiskās īpašības un augsta temperatūras izturība. Mūsdienu mērīšanas tehnoloģija izvirza arvien augstākas prasības sensoru veiktspējai.
Piemēram, izmantojot spiediena sensorus, lai mērītu un uzzīmētu iekšdedzes dzinēja indikatoru diagrammu, mērījumu laikā nav pieļaujama ūdens dzesēšana, un sensoram ir jāspēj izturēt augstu temperatūru un jābūt mazam izmēram. Pjezoelektriskie materiāli ir vislabāk piemēroti šādu spiediena sensoru izstrādei. Kvarcs ir lielisks pjezoelektrisks materiāls, un tajā tika atklāts pjezoelektriskais efekts. Salīdzinoši efektīva metode ir izvēlēties augstas temperatūras apstākļiem piemērotu kvarca kristāla griešanas metodi; piemēram, XYδ (+20 grādi -+30 grādi) griezti kvarca kristāli var izturēt temperatūru līdz 350 grādiem. LiNbO3 monokristāliem ir pat 1210 grādu Kirī punkts, kas padara tos par ideālu pjezoelektrisko materiālu augstas temperatūras sensoru ražošanai.
Izkliedēta silīcija tips: izmērītās vides spiediens iedarbojas tieši uz sensora (nerūsējošā tērauda vai keramikas) diafragmu, izraisot diafragmas mikro{0}nobīdi proporcionāli vidējam spiedienam. Tas izraisa izmaiņas sensora pretestības vērtībā, ko nosaka elektroniskā shēma un pārvērš standarta mērījumu signālā, kas atbilst šim spiedienam.
Safīra tips: izmantojot deformācijas mērierīces principu, kā pusvadītāja sensora elementu izmanto silīcija -safīru, kam piemīt nepārspējamas metroloģiskās īpašības.
Safīrs sastāv no viena{0}}kristāla izolācijas elementa, kam nav histerēzes, noguruma vai šļūdes. Safīrs ir stiprāks un cietāks par silīciju, un tas ir izturīgs pret deformāciju. Safīram ir lieliskas elastības un izolācijas īpašības (līdz 1000 grādiem). Tāpēc pusvadītāju jutīgie elementi, kas izgatavoti, izmantojot silīcija{5}}safīru, ir nejutīgi pret temperatūras izmaiņām un saglabā izcilas darbības īpašības pat augstās temperatūrās. Safīram ir spēcīga starojuma izturība. Turklāt silīcija-safīra pusvadītāju sensora elementiem nav p-n novirzes, kas būtiski vienkāršo ražošanas procesu, uzlabo atkārtojamību un nodrošina augstu ražīgumu.
Spiediena sensori un raidītāji, kas izgatavoti no silīcija-safīra pusvadītāju sensora elementiem, var normāli darboties vissmagākajos apstākļos, un tiem ir augsta uzticamība, augsta precizitāte, minimāla temperatūras kļūda un augsta izmaksu{1}}efektivitāte.
Kuņģa spiediena sensori un raidītāji sastāv no dubultās-diafragmas: titāna sakausējuma mērīšanas diafragmas un titāna sakausējuma uztveršanas diafragmas. Safīra plāksne, kas apdrukāta ar neviendabīgu epitaksiālo deformācijas mērītāja tilta ķēdi, ir pielodēta uz titāna sakausējuma mērīšanas diafragmas. Izmērītais spiediens tiek pārsūtīts uz uztveršanas diafragmu (uztvērēja diafragma un mērīšanas diafragma ir droši savienotas ar stieni). Zem spiediena titāna sakausējuma uztverošā diafragma deformējas. Šo deformāciju uztver silīcija -safīra sensors, izraisot tilta izvades izmaiņas, kuru lielums ir proporcionāls izmērītajam spiedienam.
Sensora shēma nodrošina strāvas padevi tenzometra tilta ķēdei un pārveido jebkuru nelīdzsvarotības signālu no tenzometra tilta vienotā elektriskā signāla izvadē (0-5, 4-20mA vai 0-5V). Absolūtā spiediena sensoros un raidītājos safīra vafele, kas savienota ar keramikas stikla lodmetālu, darbojas kā elastīgs elements, pārvēršot izmērīto spiedienu deformācijas deformācijā, tādējādi panākot spiediena mērīšanu.