精密稱重技術(shù) 讓沼氣廠更高效

發(fā)布時間：2023-08-04 點擊次數(shù)：1040

精密稱重技術(shù) 讓沼氣廠更高效

沼氣是一種環(huán)境友好型能源，已經(jīng)為全球能源轉(zhuǎn)型做出了巨大貢獻。柏林洪堡大學(xué)農(nóng)業(yè)和城市生態(tài)項目研究所，科學(xué)團隊正在研究如何讓沼氣廠變得更加持續(xù)高效。相關(guān)的復(fù)雜長期試驗需要精確的測量技術(shù)。為了在實驗反應(yīng)堆中進行液位測量，科學(xué)家們采用了一套完整的稱重技術(shù)測量鏈 - 包括 PW12C單點稱重傳感器，PAD 數(shù)字傳感器儀表和 PanelX 軟件。

沼氣是能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。與太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不同，該技術(shù)和天氣狀況無關(guān)，因此可以用來補償電網(wǎng)的波動，例如，當風(fēng)能和太陽能產(chǎn)生的能量不足時。2018年，德國沼氣發(fā)電量已經(jīng)占可再生能源發(fā)電量的13%左右。但是沼氣生產(chǎn)成本高、效率低下。

問題

在 BioKat 項目中，柏林洪堡大學(xué)農(nóng)業(yè)和城市生態(tài)項目研究所的科學(xué)家們正在研究如何提高沼氣廠效率，在四個25升實驗反應(yīng)堆的試驗中，反應(yīng)堆的液位測量起著非常重要的作用。對于一系列新的實驗，科學(xué)家采用了稱重測量技術(shù)，該技術(shù)可以：

提高測量的精確度
為模擬環(huán)境中提供可靠的數(shù)據(jù)
操作方便，安全可靠

“可以更好地利用垃圾和廢料”

“通過 BioKat 研究項目，我們正在研究沼氣廠中的真菌酶如何能夠更快速、容易地分解物質(zhì)。” Marius Conrady說，IASP（IASP–Institut für Agrar-und Stadtókologische Projekte）研究項目的研究助理介紹說。項目經(jīng)理Ing. Patrice Ramm 博士補充道：“因此，在未來的沼氣生產(chǎn)中，垃圾和廢料可以得到更好的利用。”但長達數(shù)月的測試需要高度可靠的測量技術(shù)，為整個測試提供精確的數(shù)據(jù)。HBM 為該研究團隊提供了完整的稱重技術(shù)解決方案，其核心是高精度PW12C 單點稱重傳感器。

沼氣反應(yīng)堆液位精確測量

“四個不顯眼的黑色圓柱體構(gòu)成了 BioKat 研究項目的核心。在我們的四個實驗反應(yīng)堆中，我們正在研究不同的酶制劑以加速整個發(fā)酵過程，”Marius解釋說：“我們每天向?qū)嶒灧磻?yīng)堆供應(yīng)176克的全作物青貯飼料和水。攪拌器進行持續(xù)攪拌，而溫度控制槽確保反應(yīng)堆保持38度恒溫。”

每個反應(yīng)堆的總?cè)萘繛?5升，液位在測試中起著特殊的作用。它對氣體的形成，攪拌器的扭矩、反應(yīng)堆的質(zhì)量以及容積負荷有著巨大的影響。”在之前的系列測試中，我們只能通過反應(yīng)堆的檢查窗口來評估液位，因為青貯全作物和水的質(zhì)量是非常不均勻的，其具有很高的干物質(zhì)含量。此外，泡沫通常在反應(yīng)堆中形成。”為了進行一系列新的試驗，科學(xué)家們正在尋找一種解決方案，可以使用重量測量技術(shù)來確定液位 - HBM 專家向 IASP 提供建議。并正和科學(xué)家們一起開發(fā)一個整體稱重解決方案 - 從傳感器到軟件評估。

解決方案

HBM 測量技術(shù)專家，以及 IASP 科學(xué)家，正在開發(fā)一個整體稱重解決方案，其使用以下部件：

多量程 C3 精度等級，PW12C 稱重傳感器內(nèi)置偏心負載補償功能，是大型稱重平臺理想的選擇。
PAD傳感器儀表可將稱重傳感器的信號轉(zhuǎn)換為高分辨率數(shù)字測量數(shù)據(jù)。并內(nèi)置多種濾波器，即使在苛刻的測量環(huán)境中，PAD 也能提供精確的測量結(jié)果。
PanelX 用戶界面友好，可以用于各種稱重測量任務(wù)，記錄、評估、調(diào)整和可視化測量數(shù)據(jù)。

用于反應(yīng)堆液位測量的單點稱重傳感器

HBM 稱重技術(shù)和 OEM傳感器主管 Marcel Richter 介紹說：“我們的PW12C單點稱重傳感器的量程為 50 公斤，是 IASP 稱重方案的核心。由于內(nèi)置偏心負載補償功能，稱重傳感器非常適合平臺尺寸高達800 mm x 800 mm 的單點應(yīng)用。在IASP試驗裝置中，單個稱重傳感器承受了整個實驗反應(yīng)堆的重量。”

PW12C單點稱重傳感器量程從50公斤到750公斤，完全滿足C3 多量程精度等級。此外，與測量體相連的電纜屏蔽層提供了最佳的電磁保護，非常適合在實驗室環(huán)境中使用。其高剛性和成熟應(yīng)變測量技術(shù)使 PW12C 成為靜態(tài)和高動態(tài)應(yīng)用的理想選擇。并且稱重傳感器非常堅固，保護等級高達IP67，也可用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，并內(nèi)置過載保護。

測量數(shù)據(jù) 高分辨率數(shù)字化

在 BioKat 研究項目中，PAD 數(shù)字傳感器儀表可將稱重傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換成高分辨率的數(shù)字數(shù)據(jù)。Marius Conrady 介紹到：“通過這種方式，我們可以簡單地使用 PC 記錄測量結(jié)果并進行評估。HBM的稱重傳感器、儀表和軟件為 IASP 科學(xué)家提供了他們所需的一切。”

PAD 傳感器儀表通過即插即用的方式連接到稱重傳感器上，其內(nèi)置了多種可選濾波器，即使實驗反應(yīng)堆的攪拌器持續(xù)振動，也可獲得精確的測量結(jié)果。結(jié)構(gòu)緊湊，不銹鋼外殼和 IP68/IP69K 防護等級使其可用于最苛刻環(huán)境條件下。

結(jié)果

PW12C 稱重傳感器為實驗反應(yīng)堆實現(xiàn)了高精度液位測量。每個反應(yīng)堆只需一個稱重傳感器。通過 PAD 傳感器儀表，IASP 研究團隊稱重傳感器直接連接到 PC 上，并通過 PanelX 軟件對測量結(jié)果進行評估、分析并以圖形方式顯示實驗反應(yīng)堆液位狀況。

設(shè)置和可視化

“我們使用 HBM PanelX 軟件校準稱重傳感器，記錄、輸出并可視化測量數(shù)據(jù)，”Marius Conrady強調(diào)說：“PanelX 為我們提供了一種快速可視化和評估測量結(jié)果的簡便方法。尤其適合用于動態(tài)應(yīng)用評估和優(yōu)化。”

沼氣研究中的精確測量數(shù)據(jù)

“由于HBM的精確測量技術(shù)，目前的一系列實驗使我們能夠精確監(jiān)測全作物青貯飼料和水的每日添加量，并將其與目標量進行比較，”Marius Conrady解釋說：“這能幫助我們優(yōu)化生產(chǎn)工藝，避免每天添加量的不準確型。此外，科學(xué)家可以更精確地確定由于分解過程而導(dǎo)致的反應(yīng)堆重量損失，并將其與氣體的形成聯(lián)系起來。在我們的試驗中，我們用體積流量計測量氣體的形成。重量損失曲線和產(chǎn)生的氣體量產(chǎn)生了非常好的相互關(guān)聯(lián)性。”

“通過比較兩種測量結(jié)果，我們可以快速識別測量誤差，并調(diào)整我們的研究結(jié)果。由于HBM 提供的精確測量鏈，我們獲得了一個絕對可靠的數(shù)據(jù)庫，可以幫助我們在未來改進沼氣技術(shù)。”

農(nóng)業(yè)和城市環(huán)境項目研究所

柏林洪堡大學(xué)（IASP）為中小企業(yè)研究和開發(fā)食品技術(shù)、生物原材料、畜牧業(yè)和植物系統(tǒng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)。有35名科學(xué)和技術(shù)人員組成，為該領(lǐng)域開發(fā)面向應(yīng)用的解決方案。沼氣研究是IASP研究的一個特殊熱點。通過BioKat等研究項目，IASP為實施更加可持續(xù)和高效的沼氣技術(shù)做出了重要貢獻。