1.哪些是浮力？
浮力是指流体对其周围每单位面积施加的力。诸如，浮力P是力F和面积A的函数。
P=F/A
装满瓦斯的容器包含无数个不断撞击容器壁原子和分子。浮力等于容器壁单位面积遭到来自那些原子和分子的力的平均值。据悉，浮力不一定要沿容器壁检测，可以通过任何平面上每单位面积所受的力测得。诸如，气压就是对地面下压的空气重量的函数。为此，海拔越高，浮力越低。同样，潜水员或潜水艇潜入海洋越深，浮力越大。
浮力的??SI单位是帕斯卡(N/m2)，其他常用的浮力单位还包括磅/每平方英寸(PSI)、大气压(atm)、bar、英寸汞柱(inHg)以及毫米汞柱(mmHg)。
浮力检测可分为静态和动态。没有运动时的浮力即为静态浮力。静态浮力的事例包括汽球内的浮力或脸盆内水压。一般，流体的运动会改变其施加给周围的力。这些浮力检测称为动态浮力检测。诸如，汽球内或脸盆顶部的浮力会随着释放汽球中的空气或倒出水盆中的水而改变。
浮力水头（压头）检测的是水槽或水管中液体的静态浮力。浮力水头P仅取决于所测液体的高度h和重量密度w的函数，如图1所示。
图1.浮力水头检测
大海中潜水员所受的浮力等于潜水员所处的深度减去海洋重量（64磅/立方公尺）。潜水深度为33公尺的潜水员，其身体每平方公尺要承受2112磅的水，等于14.7PSI。有趣的是，海平面的大气压也是14.7PSI或1atm。为此，33公尺深的水形成的浮力与5英里的空气一样！潜水33公尺深的潜水员所承受的总浮力等于空气重量与水形成的浮力之和，即29.4PSI或2atm。
浮力检测还可以通过所进行的检测类型进一步加以描述。浮力检测有三种类型：绝对浮力、表压、差压。绝对浮力是指真空条件下的浮力（图2）。绝对浮力一般使用简写PAA（帕斯卡绝对浮力）或PSIA（磅每平方英寸绝对浮力）来描述。
图2.绝对浮力传感[3]
表压是指相对于环境大气压的浮力（图3）。类似于绝对浮力，表压一般使用字母简写PAG（帕斯卡表压）或PSIG（磅每平方英寸表压）来描述。
图3.表压传感[3]
液位类似于表压，但与检测环境大气压不同，液位是检测具体参考浮力（图4）。液位一般使用字母简写PAD（帕斯卡液位）或PSID（磅每平方英寸液位）来描述。
图4.液位传感[3]
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2.压力传感
因为必须检测的浮力的状况、范围及材料存在很大差别，因而压力传感的设计有许多类型。一般浮力可以转换为某种中间方式，例如位移。之后传感将位移转换成电输出，例如电流或电压。三种最常用的压力传感类型是应变计、可变电容、压电式传感。
在所有压力传感中，惠斯通电桥（基于应变）传感是最常见的一种，提供的解决方案才能满足不同的精度、尺寸、坚固性和成本需求。桥式传感可以检测高压和低压应用的绝对浮力、表压或液位。所有桥式传感均使用应变计和膜片（图4）。
图4.典型应变计压力传感的截面[3]
当压力的变化导致膜片偏转时，应变计的内阻会发生相应变化，这个变化可以通过数据采集(DAQ)系统进行检测。这种应变计压力传感分为不同类型：粘贴式应变计、溅射应变计和半导体应变计。
粘贴式应变计压力传感是将一个金属箔应变计实际上被粘贴至所测应变的表面上。这种粘贴式箔片应变计(BFSG)才能多年来作为业界标准并继续得到使用，主要缘由是它们对浮力变化拥有1000Hz的快速反应时间，以及大范围的操作体温。
溅射应变计生产商在膜片上喷镀一层玻璃，之后在传感膜片上沉淀一层薄金属应变计。溅射应变计传感实际上在应变计器件、绝缘层和感应膜片之间产生一个分子粘层。这种仪器最适宜长时间且坚苦的检测条件。
集成电路生产商已开发出非常易用的复合压力传感。这种设备通常使用半导体膜片，之后在其上放置半导体应变计和气温补偿传感。适当的讯号调养也以集成电路的方式包括在内，在指定的范围内提供与压力成线性比的dc电流或电压。
假如两块金属板距离发生变化，则两块金属板之间的电容也会急剧变化。可变电容压力传感（图5）可检测金属膜片和固定金属板之间的电容变化。这种压力传感一般较为稳定、线性度较好，但它们对低温十分敏感，其安装也比大部份压力传感更为复杂。
图5.电容压力传感[4]
压电式压力传感（图6）借助自然形成晶体（如石英）的电气属性。这种晶体在遭到压力时会形成电荷。压电式压力传感无需外部激励源，且非常结实。但这种传感确实须要电荷放大电路，且非常容易遭到冲击和振动的影响。
图6.压电式压力传感[4]
动态冲击是浮力检测应用中传感失败的一个常见诱因，致使传感过载。压力传感过载的一个典型范例就是水锤现象。快速联通的液体因球阀关掉而忽然停止时才会发生水锤现象。液体的动力因为忽然遭到压制，致使液体管壁发生忽然伸展的现象。这些伸展会形成压力突波，可能会破损压力传感。为减轻“水锤”的影响，传感和压力线之间一般安装一个避震器。避震器一般是一种筛网过滤器或焙烧材料，容许加压液体通过，但不容许大量液体通过，因而可以在发生水锤现象时防止压力突波。避震器在个别应用中是保护传感的好选择，但许多测试中，峰值冲击压力正是须要测试的对象。这些情况下，就应当选择不包含过载保护的压力传感。[3]
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3.压力检测
如上所述，压力传感的自然输出是电流。许多基于应变的压力传感会输出很小的mV电流。这个小讯号要求多个讯号调养考虑诱因测量大气压强的三种方法_实验设计，将在下一节详尽说明。据悉，许多压力传感都会输出经过调养的0-5V讯号或4-20mA电压。在传感的工作范围内，这两种输出都是线性的。诸如，0V和4mA对应0压力检测。同样，5V和20mA对应传感可检测的全幅容量测量大气压强的三种方法_实验设计，或最大压力。0-5V和4-20mA讯号都可通过NI多功能数据采集(DAQ)硬件轻松检测。
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4.用于检测压力的讯号调养
与其他基于电桥的传感一样，须要考虑多个讯号调养诱因，便于确切地检测压力。下述诱因非常重要：
上述每位诱因都在顶部链接的“使用应变计进行应变检测”教程中进行了详尽说明。
一旦获得可检测电流讯号后，这个讯号必须转换为实际压力单位。压力传感一般在操作范围内形成线性响应，因此通常无需线性化，但须要个别硬件或软件将传感的电流输出转换为压力检测。使用的转换公式取决于使用的传感类型，并由传感生产商提供。典型的转换公式与激励电流、传感器的全幅容量以及校正因子相关。
比如，压力传感的全幅容量为10,000PSI、校准因子为3mv/V，同时获得10VDC激励电流的压力转换器会形成15mV的测得电流，这么测得的压力为5000PSI。
适当缩放讯号后，必须取得适当的停止位置。压力传感（无论是绝对浮力还是表压）都有一个视为停止位置或参考位置的一定硬度。应变计在该位置上应形成0伏特。偏斜归零电路会降低或删掉应变计某一边的阻值，进而达到这个“平衡”位置。偏斜归零在确保压力检测精确度上非常重要，为得到最佳结果，偏斜归零应在硬件中执行，而不是软件。