Piezoelektryczne czujniki ciśnienia działają na zasadzie efektu piezoelektrycznego. Efekt piezoelektryczny występuje, gdy pewne materiały dielektryczne odkształcają się pod wpływem siły w określonym kierunku, co powoduje wewnętrzną polaryzację i pojawienie się przeciwnych ładunków na ich dwóch przeciwległych powierzchniach. Po usunięciu siły materiał powraca do stanu nienaładowanego; zjawisko to nazywane jest bezpośrednim efektem piezoelektrycznym. Kiedy zmienia się kierunek siły, zmienia się także polaryzacja ładunków.
I odwrotnie, gdy pole elektryczne zostanie przyłożone wzdłuż kierunku polaryzacji materiału dielektrycznego, odkształca się ono; po usunięciu pola elektrycznego odkształcenie znika; zjawisko to nazywane jest odwrotnym efektem piezoelektrycznym. Piezoelektryczne czujniki ciśnienia występują w wielu typach i modelach. Można je podzielić na membranowe i tłokowe w zależności od kształtu elastycznego elementu czujnikowego i mechanizmu-przenoszącego siłę. Czujniki membranowe składają się głównie z korpusu, membrany i elementu piezoelektrycznego. Element piezoelektryczny jest osadzony na korpusie, a membrana przekazuje zmierzone ciśnienie do elementu piezoelektrycznego, który następnie wysyła sygnał elektryczny proporcjonalny do zmierzonego ciśnienia. Ten typ czujnika charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, dobrymi właściwościami dynamicznymi i wysoką-odpornością na temperaturę. Nowoczesna technologia pomiarowa stawia coraz wyższe wymagania w zakresie wydajności czujników.
Na przykład w przypadku stosowania czujników ciśnienia do pomiaru i wykreślania wykresu wskaźników silnika spalinowego, podczas pomiaru nie jest dozwolone chłodzenie wodą, a czujnik musi być w stanie wytrzymać wysokie temperatury i mieć małe rozmiary. Do opracowywania takich czujników ciśnienia najlepiej nadają się materiały piezoelektryczne. Kwarc jest doskonałym materiałem piezoelektrycznym i odkryto w nim efekt piezoelektryczny. Stosunkowo skuteczną metodą jest wybór metody cięcia kryształem kwarcu odpowiedniej do warunków wysokiej-temperatury; na przykład kryształy kwarcu o cięciu XYδ (+20 stopnia -+30 stopnia) mogą wytrzymać temperatury do 350 stopni. Monokryształy LiNbO3 mają punkt Curie sięgający 1210 stopni, co czyni je idealnym materiałem piezoelektrycznym do produkcji-czujników wysokiej temperatury.
Typ krzemu rozproszonego: ciśnienie mierzonego medium oddziałuje bezpośrednio na membranę czujnika (ze stali nierdzewnej lub ceramiki), powodując mikro-przemieszczenie membrany proporcjonalne do ciśnienia medium. Powoduje to zmianę wartości rezystancji czujnika, która jest wykrywana przez układ elektroniczny i przetwarzana na standardowy sygnał pomiarowy odpowiadający temu ciśnieniu.
Typ szafirowy: wykorzystując zasadę tensometru, wykorzystuje krzem-szafir jako półprzewodnikowy element czujnikowy, posiadający niezrównane właściwości metrologiczne.
Szafir składa się z pojedynczego-krystalicznego elementu izolującego, który nie wykazuje histerezy, zmęczenia ani pełzania. Szafir jest mocniejszy i twardszy niż krzem oraz jest odporny na odkształcenia. Szafir ma doskonałą elastyczność i właściwości izolacyjne (do 1000 stopni). Dlatego półprzewodnikowe elementy czujnikowe wykonane z krzemu-szafiru są niewrażliwe na zmiany temperatury i zachowują doskonałe właściwości robocze nawet w wysokich temperaturach. Szafir ma dużą odporność na promieniowanie. Co więcej, krzemowe-szafirowe elementy czujnikowe nie wykazują dryftu p-pn, co zasadniczo upraszcza proces produkcyjny, poprawia powtarzalność i zapewnia wysoką wydajność.
Czujniki ciśnienia i przetworniki wykonane z krzemowych-szafirowych elementów półprzewodnikowych mogą działać normalnie w najtrudniejszych warunkach, wykazując się wysoką niezawodnością, wysoką dokładnością, minimalnym błędem temperaturowym i wysoką-efektywnością.
Czujniki i przetworniki ciśnienia w żołądku składają się z podwójnej-membrany: membrany pomiarowej ze stopu tytanu i membrany odbiorczej ze stopu tytanu. Płytka szafirowa z nadrukiem heterogenicznego epitaksjalnego mostka tensometrycznego jest przylutowana do membrany pomiarowej ze stopu tytanu. Zmierzone ciśnienie przekazywane jest na membranę odbiorczą (membrana odbiorcza i membrana pomiarowa są trwale połączone cięgnem). Pod ciśnieniem membrana przyjmująca stop tytanu odkształca się. To odkształcenie jest wykrywane przez krzemowy-szafirowy element czujnikowy i powoduje zmianę sygnału wyjściowego mostka, której wielkość jest proporcjonalna do zmierzonego ciśnienia.
Obwód czujnika zapewnia zasilanie obwodu mostka tensometrycznego i przekształca sygnał niezrównoważenia z mostka tensometrycznego na jednolity sygnał elektryczny na wyjściu (0-5, 4–20 mA lub 0–5 V). W czujnikach i przetwornikach ciśnienia bezwzględnego płytka szafirowa połączona z lutem szklanym na bazie ceramiki działa jak element elastyczny, przekształcając zmierzone ciśnienie w odkształcenie tensometru, uzyskując w ten sposób pomiar ciśnienia.