Cảm biến áp suất áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng áp điện xảy ra khi một số vật liệu điện môi nhất định bị biến dạng dưới một lực theo một hướng cụ thể, dẫn đến sự phân cực bên trong và sự xuất hiện của các điện tích trái dấu trên hai bề mặt đối diện của chúng. Khi loại bỏ lực, vật liệu sẽ trở về trạng thái không tích điện; hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện trực tiếp. Khi hướng của lực thay đổi thì độ phân cực của điện tích cũng thay đổi.
Ngược lại, khi đặt một điện trường dọc theo hướng phân cực của vật liệu điện môi, nó sẽ biến dạng; khi mất đi điện trường thì biến dạng biến mất; hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện nghịch đảo. Cảm biến áp suất áp điện có nhiều loại và kiểu dáng, đồng thời có thể được phân loại thành loại màng ngăn và loại pít-tông dựa trên hình dạng của phần tử cảm biến đàn hồi và cơ cấu chịu lực. Cảm biến loại màng chủ yếu bao gồm thân, màng ngăn và phần tử áp điện. Phần tử áp điện được đỡ trên thân máy và màng ngăn truyền áp suất đo được đến phần tử áp điện, sau đó phát ra tín hiệu điện tỷ lệ với áp suất đo được. Loại cảm biến này có đặc điểm là kích thước nhỏ, đặc tính động học tốt và khả năng chịu nhiệt độ-cao. Công nghệ đo lường hiện đại đặt ra yêu cầu ngày càng cao hơn về hiệu suất của cảm biến.
Ví dụ: khi sử dụng cảm biến áp suất để đo và vẽ sơ đồ chỉ báo của động cơ đốt trong, không được phép làm mát bằng nước trong quá trình đo và cảm biến phải chịu được nhiệt độ cao và có kích thước nhỏ. Vật liệu áp điện phù hợp nhất để phát triển các cảm biến áp suất như vậy. Thạch anh là một vật liệu áp điện tuyệt vời và hiệu ứng áp điện được phát hiện trong đó. Một phương pháp tương đối hiệu quả là chọn phương pháp cắt tinh thể thạch anh phù hợp với điều kiện nhiệt độ-cao; ví dụ, tinh thể thạch anh cắt XYδ (+20 độ -+30 độ ) có thể chịu được nhiệt độ lên tới 350 độ . Các tinh thể đơn LiNbO3 có điểm Curie cao tới 1210 độ, khiến chúng trở thành vật liệu áp điện lý tưởng để sản xuất cảm biến nhiệt độ cao.
Loại silicon khuếch tán: Áp suất của môi trường đo tác động trực tiếp lên màng ngăn của cảm biến (thép không gỉ hoặc gốm), gây ra sự dịch chuyển-vi mô của màng ngăn tỷ lệ với áp suất trung bình. Điều này gây ra sự thay đổi giá trị điện trở của cảm biến, được mạch điện tử phát hiện và chuyển thành tín hiệu đo tiêu chuẩn tương ứng với áp suất đó.
Loại sapphire: Sử dụng nguyên lý máy đo biến dạng, nó sử dụng silicon-sapphire làm phần tử cảm biến bán dẫn, sở hữu các đặc tính đo lường vô song.
Sapphire bao gồm một-thành phần cách điện đơn tinh thể, không có hiện tượng trễ, mỏi hoặc rão. Sapphire mạnh hơn và cứng hơn silicon và có khả năng chống biến dạng. Sapphire có đặc tính đàn hồi và cách nhiệt tuyệt vời (lên tới 1000 độ). Do đó, các phần tử cảm biến bán dẫn được chế tạo bằng silicon-sapphire không nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và duy trì đặc tính vận hành xuất sắc ngay cả ở nhiệt độ cao. Sapphire có khả năng chống bức xạ mạnh. Hơn nữa, các phần tử cảm biến bán dẫn silicon-sapphire không bị trôi p{9}}n, về cơ bản đơn giản hóa quy trình sản xuất, cải thiện khả năng lặp lại và đảm bảo năng suất cao.
Cảm biến áp suất và bộ truyền tín hiệu được làm bằng các phần tử cảm biến bán dẫn silicon{0}}sapphire có thể hoạt động bình thường trong những điều kiện khắc nghiệt nhất, cho thấy độ tin cậy cao, độ chính xác cao, sai số nhiệt độ tối thiểu và hiệu quả chi phí-cao.
Cảm biến và bộ truyền áp suất dạ dày bao gồm một-thiết kế màng kép: Cơ hoành đo bằng hợp kim titan và cơ hoành nhận bằng hợp kim titan. Một tấm wafer sapphire được in mạch cầu đo biến dạng epiticular không đồng nhất được hàn vào màng đo bằng hợp kim titan. Áp suất đo được truyền đến màng ngăn nhận (màng nhận và màng đo được kết nối chắc chắn bằng thanh giằng). Dưới áp lực, màng ngăn tiếp nhận hợp kim titan bị biến dạng. Sự biến dạng này được cảm nhận bởi phần tử cảm biến silicon{5}}sapphire, gây ra sự thay đổi ở đầu ra của cầu, độ lớn của thay đổi này tỷ lệ thuận với áp suất đo được.
Mạch cảm biến đảm bảo cung cấp điện cho mạch cầu đo biến dạng và chuyển đổi mọi tín hiệu mất cân bằng từ cầu đo biến dạng thành đầu ra tín hiệu điện thống nhất (0-5, 4-20mA hoặc 0-5V). Trong các cảm biến và bộ truyền áp suất tuyệt đối, tấm wafer sapphire, được kết nối với vật hàn thủy tinh bằng gốm, hoạt động như một bộ phận đàn hồi, chuyển đổi áp suất đo được thành biến dạng của máy đo biến dạng, nhờ đó đạt được phép đo áp suất.