1 引 言

在液体火箭发动机研制试验中，要求能够精确地测量液氢的质量流量，而质量流量又通过测量低温介质的体积流量和密度来获得[1]。液氢在管路中输送时，状态并不稳定，密度随时发生变化，而且因其密度小、沸点低、易汽化等特点，使得测量条件特殊，密度测量困难[2]。目前，常采用“温度-压力法(T-P法)”和“电容法”测量液氢密度。T-P法是通过测量管路中某一位置处液氢的压力和温度，再利用NASA的液氢热物理性能手册查出对应压力、温度条件下液氢的密度，该方法为点式测量[3]，但是在管道流动状态下，温度和压力的测量会产生较大的测量误差，不适用于精度较高的场合。电容式液氢密度传感器通过采集传感器电容的变化从而得到流动状态下的液氢密度[4]，该方法为体积测量，能够全面收集到一定管段内液氢的状态信息，测量准确、可靠，而且动态响应好、适应性强，在高温、低温、高压力、高冲击以及强磁场等各种恶劣的环境条件下都能正常工作，因而是测量液体火箭发动机推进剂密度的理想手段。

长期在线使用的电容式密度传感器必须定期校准以确保其准确度，液氢电容式密度传感器的校准是一项集中了低温、测量、传热、控制等多领域技术的综合实验技术，其核心技术是液氢密度调节技术，只有为电容式密度传感器提供了精确的密度环境，才可以更好地完成密度传感器的校准。本文主要介绍了液氢密度调节的相关内容，建立了一套液氢密度调节装置，通过冷却和增压的方式，使得液氢密度在设计范围内变化，从而为传感器校准提供精确可变的密度环境，并分析了该密度调节装置的稳定性和准确性。

2 实验原理与方案

2.1 液氢密度调节原理

低温介质的密度与压力、温度有关，由图1所示液氢密度与温度压力关系可知，一组温度、压力对应一个密度状态，而一个密度状态却可以对应不同的温度和压力组合，液氢密度调节的原理就是改变液氢的温度或者压力，通过不同的温度、压力组合得到不同的密度。

精准调控水分不但能提高作物产量和品质，还能有效地提高水分利用效率[11]。定量分析水分与作物生长发育之间的关系，对农田水分管理具有重要意义。研究表明[12-15]，减少作物蒸腾作用而不影响光合作用，则植物的水分利用效率会明显增加，合理的农林间作群体有利于提高土壤贮水量，减少作物蒸腾，促进光合作用，提高水分利用效率。本试验中，轻度水分亏缺下棉花产量与正常灌水差异不显著，考虑到水分投入相对较少，在一定程度上大大提高了间作系统的水分利用效率，这与之前的研究结果一致[16-17]。

液氢在常压饱和状态(0.101 325 MPa、20.39 K)下的密度为70.828 kg/m3，以该状态为基础状态，密度低于70.828 kg/m3为低密度状态，密度高于70.828 kg/m3为高密度状态，液氢密度的调节就是将液氢从基础状态调整到低密度状态或者高密度状态。

液氢低密度调节时，常温氢气经过液氮、液氢冷却器两级预冷后通入实验容器，作为增压气源，将实验容器内压力缓慢增至1 MPa，为保证通入实验容器的氢气温度不高于容器内部气体温度，低温氢气从换热器出来后通过真空管传输，温升控制在5 K以内。同时通过常温气体扰动，使液氢接近沸点温度(～31 K)，升温过程中，如果超压，应及时泄压。若5 min内温度波动小于10 mK，压力波动小于0.01 MPa，视为稳定。

根据液氢电容式密度传感器测量范围[5]，本文中液氢密度调节范围为50—80 kg/m3，选取50 kg/m3、70 kg/m3和80 kg/m3为密度调节实验点，实验点所对应的温度和压力状态如图2所示。通过分析论证，最终确定了低温介质过冷结合外增压和单纯增压的密度调节方案：使用低温氦气冷却液氢至17 K、低温氢气将液氢实验容器增压至7 MPa，得到80 kg/m3高密度实验点；通过氢气增压液氢实验容器至1 MPa、并使液氢升温至31 K，得到50 kg/m3低密度试验点。

压力测量引入的不确定度主要来源于压力标准源引入的不确定度u1(P)和重复测量引入的不确定度u2(P)以及压力波动和不均匀性引入的不确定度u3(P)、u4(P)。各不确定度分量彼此不相关，所以压力测量不确定度按式(2)计算：

国家电网于2015年提出了全球能源互联网发展构想,认为全球能源互联网以智能电网、特高压、清洁能源、全球视野为基本要素,将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网组成,经过洲内互联、跨洲互联、全球互联3个阶段,各层级电网协调发展,坚持清洁发展和全球配置2个基本原则,具备网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动4个重要特征,实现能源传输、资源配置、市场交易、产业带动和公共服务5个主要功能[2]。

液氢密度调节系统设计如图3所示，系统包括实验容器、液氮冷却器、液氢冷却器、液氢补加罐、液氦真空杜瓦罐以及配套的真空绝热管路等。常温氢气经过液氮、液氢冷却器两级预冷后通入实验容器，作为增压气源。实验容器内液氢增压至特定值后，将低温氦气通过实验容器内的换热器，对液氢进行降温。当液氢接近设定温度后，使液氦通过液氢过冷器升温后，再通入实验容器内的换热器，适当调节液氦流量，实现对液氢温度的微量调节。降温过程中随时观察压力变化，及时通入增压气体保持压力在特定值，直至温度和压力都达到设定值。

(2)2.70 g/m3常压饱和态调节点的密度偏差相对较小，而50 g/m3和80 g/m3非常态密度调节点的密度偏差相对较大，分析原因认为，非常态密度调节点需要对温度和压力进行调节和控制，其温度和压力的稳定性较差，偏差较大，因此导致密度偏差较大。

2.2 密度调节实验容器

液氢密度调节实验容器是密度调节系统的关键，其结构如图4所示。实验容器高1 470 mm，外径426 mm，法兰上设有温度和压力测量接口、增压口、低温介质加注口与排放口、液位测量仪表接口(监控实验容器液位)、爆破口等。为尽量减小漏热，将温度、液位和压力测量接口集中在一起，通过特殊设计的法兰与实验容器上法兰上的穿线口密封连接，爆破口与放空口也从一个接口引出。上法兰还设有两个接口，分别用于连接容器内部换热器的进、出管路。实验容器内的换热器主要有以下两类用途：一是通入低温氦气对液氢进行冷却，以保证增压时液氢温度不反弹；二是在为获得密度较低的液氢而对系统进行增压时，通入常温气体加速容器内液氢(或液氧)达到饱和状态，从而加速对液氢(或液氧)密度的调节。为提高温度控制精度，该容器采用真空多层缠绕绝热方式，顶部法兰下方放置多个反射屏，喉部设置液氢冷阱，以减少液氢蒸发，维持实验容器内部液氢温度稳定。

2.3 密度调节实验过程

加注液氢至实验容器的上液位点，确保密度传感器完全浸没于校准介质中。待系统冷透，温度稳定至液氢在本地大气压下的沸点温度(～20 K)，液氢密度约70 g/m3。若5 min内温度波动小于10 mK，压力波动小于0.01 MPa，视为稳定。

开发流程为：采用Bootstrap布局对页面进行分割，在分割的不同Div中采用ID选择器对其封装的控件进行调用；在封装时，可对一个Div中要显示的控件进行整体封装；在调用控件时，可对其默认的属性进行设置。具体开发流程见图2。

液氢高密度调节时，容器内液氢先通过低温氢气

增压至7 MPa，然后直接向实验容器内的换热器中通入液氦，冷却液氢，液氢温度接近17 K时，关闭液氦阀门，使液氦通过液氢过冷器再进入实验容器换热器，对液氢温度微量调节。降温过程中随时观察压力变化，及时通入增压气体保持压力在7 MPa，若5 min内温度波动小于0.15 K，压力波动小于0.01 MPa，视为稳定。

3 实验结果与不确定度分析

3.1 实验结果

待调节稳定之后，对液氢的温度、压力进行同步采集，每3 min采一次，重复8次。利用NASA的氢热物理性能手册(NASA SP-3089)，通过插值法计算采集到的每一组温度与压力值对应的液氢密度。实验结果汇总在表1中，密度调节偏差见图5。

表1 密度调节实验结果总汇 Table 1 Results of experiment

密度点/(kg/m3)插值法计算出的温度与压力对应密度12345678偏差507080T/K31．230331．230231．229131．229031．227731．227831．227931．22770．0011P/MPa1．001001．000991．000881．000871．000741．000721．000721．000700．00012ρ/(kg/m3)49．725949．726449．731949．732549．738649．737849．737249．73820．0052T/K20．189220．187020．186520．186220．186320．186420．185020．18510．0013P/MPa0．099270．098820．098800．098790．098800．098800．098760．098760．00017ρ/(kg/m3)70．922170．924170．924670．925070．924970．924870．926370．92620．0013T/K16．515916．615516．515116．517516．513416．612316．518416．61140．0502P/MPa7．012177．014817．014357．015447．009097．011177．015997．015080．00243ρ/(kg/m3)80．247180．189380．249080．248280．246780．188980．248080．19190．0299

对表1和图5数据进行分析后，可知：

(1)50 g/m3、70 g/m3和80 g/m3密度调节点处的偏差分别为0.005 2 kg/m3、0.001 3 kg/m3、0.029 9 kg/m3，同时压力和温度的偏差也很小，表明液氢可以长时间稳定在所需密度状态，密度调节系统具有较好的稳定性。

复用方式包括64Kbit/s复用保护和2Mbit/s复用保护。其中一些电网公司2Mbit/s复用保护越来越成为主流。所以本文将阐述 2Mbit/s复用为主。2Mbit/s复用方式是保护装置的光收、发接口利用数字复用技术通过2Mbit/s数据复用接口与SDH 设备及复用通道和对侧保护装置相连。

①方案制定：各职能部门和人力资源部联合拟定各部门和各类员工的绩效考核方案，将方案提交给相关部门，最终由高层领导裁决。

液氢密度调节技术的难点在于对液氢温度和压力的控制，重点在于各换热器的结构和参数设计。基于传热换热学原理，根据需求，对液氮、液氢冷却器和实验容器内的换热器参数进行了严格计算，确定了各换热器的结构参数，完善了密度调节流程，通过适当调节液氢的温度和压力，可实现对其密度在一定范围内的调节，满足电容式密度传感器对50—80 kg/m3范围内的液氢密度环境的需求。

填料前先进行孔底夯击至少2～3次，保证将孔底回落土深度内的松土压实；填料应在成孔后及时进行，以防止邻孔之间互相挤压造成相邻孔缩孔或振动坍塌。若出现缩孔缩颈现象，可采用回填灰土复打处理，也可采用碎砖渣、干砂等填入孔内进行夯填。填料应分层均匀进行，专人监督每次的填料方量、夯击次数、提升高度等，并做好记录。

不确定度分析计算，一般按均匀分布处理[6]，同时取包含因子得区间半宽度将其视为温度偏差，由NASA的热物理性能手册，查得在对应工况下，这些温度偏差引起的液氢密度偏差Δρ，同样按均匀分布处理，取包含因子则由温度测量产生的密度不确定度分项u1(ρ)=Δρ/k。

3.2 不确定度计算分析

液氢密度ρ的大小主要通过测量液氢的温度和压力，再查找NASA的热物理性能手册中的数据来得到，其不确定度主要源于温度和压力参数的测量引入的不确定度u1(ρ)、u2(ρ)，NASA热物理性能手册对数据处理方法引入的不确定度u3(ρ)以及液氢中的杂质含量引入的不确定度u4(ρ)。

二是通过应用服务器对数据库服务器中存储的各传感器数据从多个维度进行分析,将数据进行处理分析并展现到互联网上、微信等手机APP。

果树成熟期的变化、举办观光采摘节庆所追求的目的、意义等因素发生改变，观光采摘节庆的时间、地点、主题和活动内容也会随之改变，所以统计时以最近一两年的信息为准。如果官方和网络都没有关于首届举办时间的准确数据，就以百度搜索最早出现的年限作为首届举办时间。

(1)

(3)对于同属于非常态密度调节点的50 g/m3和80 g/m3调节点而言，80 g/m3密度偏差稳定性较差，有时密度偏差很小，有时密度偏差很大，分析认为，因其处于超临界状态，需要维持高压力和过冷态所致。

温度测量的不确定度主要包括温度传感器、测温电桥等测量设备引入的不确定度u1(T)、u2(T)和温度重复性测量引入的不确定度u3(T)，以及温度波动和不均匀性引入的不确定度u4(T)、u5(T)。各不确定度分量彼此不相关，所以温度测量不确定度按式(1)计算：

(2)

同样按照均匀分布处理，取包含因子得区间半宽度

将其视为温度偏差，由NASA的热物理性能手册，查得在对应的工况下，这些温度偏差引起的液氢密度偏差Δρ，按照均匀分布处理，取包含因子则由温度测量产生的密度不确定度分项u2(ρ)=Δρ/k。

各密度不确定度分项彼此不相关，所以密度不确定度为：

(3)

不确定度计算结果见表2。由表2可知，在50 g/m3、70 g/m3和80 g/m3密度调节点，测量结果不确定度分别为0.043 6 g/m3、0.042 0 g/m3和0.053 2 g/m3，相对不确定度分别为0.087 2%、0.060 0%、0.066 5%，满足液氢电容式密度传感器对液氢密度环境的要求。

温度测量引入的不确定度远大于压力测量引入的不确定度。分析认为这可能与温度和压力控制方式不同有关。实验容器的压力通过高精度的压力标准源控制，实验过程中压力波动很小，但温度的稳定性主要依赖于实验容器的绝热性能，实验过程中无法进行调控，温度的不均匀性可以通过增加等待时间，让校准介质达到充分稳定的状态来尽可能减小。

本文实验系统是通过调节液氢的压力和温度来实现对其密度的调节，由表1和表2可以看出，随着温度和压力稳定性的降低，测量产生的不确定度随之升高，导致密度调节可靠性降低。

表2 液氢密度的不确定度分量汇总 Table 2 Uncertainties of liquid hydrogen density

调节点(g/m3)507080不确定度来源u(ρ)/(kg/m3)u(ρ)/(kg/m3)u(ρ)/(kg/m3)评定方法温度测量压力测量温度传感器引入的不确定度u1(T)/K0．0040测温电桥引入的不确定度u2(T)/K3．0×10-7重复测量引入的不确定度u3(T)/K0．0004温度波动引入的不确定度u4(T)/K0．0009温度不均匀性引入的不确定u5(T)/K0．0029压力标准源引入的不确定度u1(P)/MPa0．00121重复测量引入的不确定度u2(P)/MPa0．00004压力波动引入的不确定度u3(P)/MPa0．00011压力不均匀性引入的不确定度u4(P)/MPa0．000010．03010．01290．00401．9×10-70．00050．00150．00640．001210．000060．000180．000020．00900．00170．00401．5×10-70．01780．03610．00790．001210．000860．002440．000020．02610．0018B类B类A类B类B类B类A类B类B类NASA的氢热物理性能手册对数据的处理方法引入的不确定度u3(ρ)/(kg/m3)0．02870．04090．0463B类液氢中的固态杂质含量引入的不确定度u4(ρ)/(kg/m3)0．00080．00080．0008B类合成不确定度u(ρ)/(kg/m3)0．04360．04200．0532-

4 总结

(1)基于液氢的热物理性能特点，对液氢密度调节技术进行分析研究，采用低温介质过冷结合外增压和单纯增压的密度调节方案，实现了液氢高、低密度的调节，建立了一套液氢密度调节装置，并以此为基础进行了多次密度调节试验。

(2)利用NASA的氢热物理性能手册(NASA SP-3089)，通过插值法计算采集到的每一组温度与压力值对应的液氢密度，并对数据结果进行不确定度分析计算，结果表明，本文采用的方法能够对液氢密度在50—80 kg/m3范围内进行精确调节，并可以长时间稳定。

(3)建立的液氢密度调节装置，为液氢电容式密度传感器提供了精确的密度校准环境(50—80 kg/m3)，突破了常压单一密度校准环境。实验过程安全，易于操作和控制，不仅适用于液氢密度调节，还可推广至其它沸点温度高于液氢的低温介质。只需通过换热传热计算，确定所需冷却介质的类型、流速以及容器压力等关键参数即可参照本文实验装置，进行一定密度范围内的调节。

选择我院中2016年2月至2016年9月中收治得得手术患者100例作为研究对象,按照患者的入院顺序将其分为对照组和实验组,两组中均包含50例患者。对照组中包括男性患者21例,女性患者29例,患者年龄为45—68岁,平均年龄为(57.4±3.9)岁;实验组中包括男性患者26例,女性患者24例,患者年龄为41—65岁,平均年龄为(54.7±4.9)岁。两组患者均进行常规手术,术后进行护理,无相关手术禁忌症和其他器质性疾病。两组患者在一般资料上无统计学意义,具有可比性。

参考文献

1 金锋，陆增喜，吴恩庚，等. 电容式传感器在高炉喷吹煤粉质量流量测量中的应用[J].钢铁，1994，34(10)：56-57.

2 宋永臣，宁亚东，金东旭. 氢能技术[M].北京：科学出版社，2000：3-5.

3 张震，刘海生，韩卫济，等. 电容式液氢密度传感器冷冲击性能试验研究[J].低温与超导，2015，43(1)：41-45.

4 周杏荣.传感器与检测技术[M]. 北京：清华大学出版社，2010：82-93.

5 曹建，刘季. 高精度电容式低温密度计的研制[J]. 真空与低温，2012，18(4)：219-222.

6 施昌彦，宣安东.实用测量不确定度评定及案例. 北京：中国计量出版社，2007.7.