Piëzo-elektrische druksensoren werken volgens het principe van het piëzo-elektrische effect. Het piëzo-elektrische effect treedt op wanneer bepaalde diëlektrische materialen vervormen onder een kracht in een specifieke richting, wat resulteert in interne polarisatie en het verschijnen van tegengestelde ladingen op hun twee tegenover elkaar liggende oppervlakken. Wanneer de kracht wordt weggenomen, keert het materiaal terug naar zijn ongeladen toestand; dit fenomeen wordt het directe piëzo-elektrische effect genoemd. Wanneer de richting van de kracht verandert, verandert ook de polariteit van de ladingen.
Omgekeerd, wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd langs de polarisatierichting van het diëlektrische materiaal, vervormt het; wanneer het elektrische veld wordt verwijderd, verdwijnt de vervorming; dit fenomeen wordt het omgekeerde piëzo-elektrische effect genoemd. Piëzo-elektrische druksensoren zijn er in vele soorten en modellen, en kunnen worden ingedeeld in diafragma- en zuigertypes op basis van de vorm van het elastische sensorelement en het krachtlagermechanisme-. Membraansensoren bestaan hoofdzakelijk uit een lichaam, een diafragma en een piëzo-elektrisch element. Het piëzo-elektrische element wordt op het lichaam ondersteund en het diafragma brengt de gemeten druk over naar het piëzo-elektrische element, dat vervolgens een elektrisch signaal afgeeft dat evenredig is aan de gemeten druk. Dit type sensor wordt gekenmerkt door zijn kleine formaat, goede dynamische eigenschappen en hoge-temperatuurbestendigheid. Moderne meettechnologie stelt steeds hogere eisen aan de sensorprestaties.
Wanneer bijvoorbeeld druksensoren worden gebruikt om het indicatordiagram van een verbrandingsmotor te meten en uit te tekenen, is waterkoeling tijdens de meting niet toegestaan en moet de sensor bestand zijn tegen hoge temperaturen en klein van formaat zijn. Piëzo-elektrische materialen zijn het meest geschikt voor het ontwikkelen van dergelijke druksensoren. Kwarts is een uitstekend piëzo-elektrisch materiaal en daarin is het piëzo-elektrische effect ontdekt. Een relatief effectieve methode is het selecteren van een kwartskristal-snijmethode die geschikt is voor hoge- temperaturen; XYδ (+20 graden -+30 graden) geslepen kwartskristallen zijn bijvoorbeeld bestand tegen temperaturen tot 350 graden. LiNbO3-monokristallen hebben een Curiepunt van wel 1210 graden, waardoor ze een ideaal piëzo-elektrisch materiaal zijn voor de productie van hoge-temperatuursensoren.
Type diffuus silicium: de druk van het gemeten medium werkt rechtstreeks op het diafragma van de sensor (roestvrij staal of keramiek), waardoor een micro-verplaatsing van het diafragma ontstaat, evenredig aan de mediumdruk. Dit veroorzaakt een verandering in de weerstandswaarde van de sensor, die wordt gedetecteerd door elektronische circuits en wordt omgezet in een standaard meetsignaal dat overeenkomt met die druk.
Saffiertype: door gebruik te maken van het spanningsmeterprincipe wordt silicium-saffier gebruikt als halfgeleidersensorelement, dat ongeëvenaarde metrologische eigenschappen bezit.
Saffier bestaat uit één enkel-kristallen isolatie-element, dat geen hysteresis, vermoeidheid of kruip vertoont. Saffier is sterker en harder dan silicium en is bestand tegen vervorming. Saffier heeft uitstekende elasticiteit en isolatie-eigenschappen (tot 1000 graden). Daarom zijn halfgeleidersensorelementen gemaakt met behulp van silicium-saffier ongevoelig voor temperatuurveranderingen en behouden ze uitstekende bedrijfseigenschappen, zelfs bij hoge temperaturen. Saffier heeft een sterke stralingsweerstand. Bovendien hebben halfgeleidersensorelementen van silicium-saffier geen p-n-drift, wat het productieproces fundamenteel vereenvoudigt, de herhaalbaarheid verbetert en een hoog rendement garandeert.
Druksensoren en zenders gemaakt met sensorelementen van silicium-saffierhalfgeleider kunnen normaal werken onder de zwaarste omstandigheden, en vertonen een hoge betrouwbaarheid, hoge nauwkeurigheid, minimale temperatuurfouten en een hoge kosteneffectiviteit-.
Maagdruksensoren en -zenders bestaan uit een dubbel-membraanontwerp: een meetmembraan van titaniumlegering en een ontvangstmembraan van titaniumlegering. Een saffierwafel bedrukt met een heterogene epitaxiale spanningsmeterbrugschakeling wordt op een meetmembraan van titaniumlegering gesoldeerd. De gemeten druk wordt doorgegeven aan een ontvangstmembraan (het ontvangstmembraan en het meetmembraan zijn door middel van een trekstang stevig met elkaar verbonden). Onder druk vervormt het ontvangende diafragma van de titaniumlegering. Deze vervorming wordt waargenomen door het silicium-saffiersensorelement, waardoor een verandering in de bruguitgang wordt veroorzaakt, waarvan de grootte evenredig is met de gemeten druk.
Het sensorcircuit zorgt voor de stroomtoevoer naar het rekstrookbrugcircuit en zet elk onbalanssignaal van de rekstrookbrug om in een uniform elektrisch signaal (0-5, 4-20 mA of 0-5V). In absolute druksensoren en zenders fungeert de saffierwafel, verbonden met een op keramiek gebaseerd glassoldeersel, als een elastisch element, dat de gemeten druk omzet in rekstrookvervorming, waardoor een drukmeting wordt bereikt.