精密称重技术 让沼气厂更高效

沼气是一种环境友好型能源,已经为全球能源转型做出了巨大贡献。柏林洪堡大学农业和城市生态项目研究所,科学团队正在研究如何让沼气厂变得更加持续高效。相关的复杂长期试验需要精确的测量技术。为了在实验反应堆中进行液位测量,科学家们采用了一套完整的称重技术测量链 - 包括 PW12C单点称重传感器,PAD 数字传感器仪表和 PanelX 软件。

沼气是能源转型的重要组成部分。与太阳能和风力发电系统不同,该技术和天气状况无关,因此可以用来补偿电网的波动,例如,当风能和太阳能产生的能量不足时。2018年,德国沼气发电量已经占可再生能源发电量的13%左右。但是沼气生产成本高、效率低下。

问题

在 BioKat 项目中,柏林洪堡大学农业和城市生态项目研究所的科学家们正在研究如何提高沼气厂效率,在四个25升实验反应堆的试验中,反应堆的液位测量起着非常重要的作用。对于一系列新的实验,科学家采用了称重测量技术,该技术可以:

  • 提高测量的精确度
  • 为模拟环境中提供可靠的数据
  • 操作方便,安全可靠

“可以更好地利用垃圾和废料”

“通过 BioKat 研究项目,我们正在研究沼气厂中的真菌酶如何能够更快速、容易地分解物质。” Marius Conrady说,IASP(IASP–Institut für Agrar-und Stadtókologische Projekte)研究项目的研究助理介绍说。项目经理Ing. Patrice Ramm 博士补充道:“因此,在未来的沼气生产中,垃圾和废料可以得到更好的利用。”但长达数月的测试需要高度可靠的测量技术,为整个测试提供精确的数据。HBM 为该研究团队提供了完整的称重技术解决方案,其核心是高精度PW12C 单点称重传感器。

沼气反应堆液位精确测量

“四个不显眼的黑色圆柱体构成了 BioKat 研究项目的核心。在我们的四个实验反应堆中,我们正在研究不同的酶制剂以加速整个发酵过程,”Marius解释说:“我们每天向实验反应堆供应176克的全作物青贮饲料和水。搅拌器进行持续搅拌,而温度控制槽确保反应堆保持38度恒温。”

每个反应堆的总容量为25升,液位在测试中起着特殊的作用。它对气体的形成,搅拌器的扭矩、反应堆的质量以及容积负荷有着巨大的影响。”在之前的系列测试中,我们只能通过反应堆的检查窗口来评估液位,因为青贮全作物和水的质量是非常不均匀的,其具有很高的干物质含量。此外,泡沫通常在反应堆中形成。”为了进行一系列新的试验,科学家们正在寻找一种解决方案,可以使用重量测量技术来确定液位 - HBM 专家向 IASP 提供建议。并正和科学家们一起开发一个整体称重解决方案 - 从传感器到软件评估。

解决方案

HBM 测量技术专家,以及 IASP 科学家,正在开发一个整体称重解决方案,其使用以下部件:

  • 多量程 C3 精度等级,PW12C 称重传感器内置偏心负载补偿功能,是大型称重平台理想的选择。
  • PAD传感器仪表可将称重传感器的信号转换为高分辨率数字测量数据。并内置多种滤波器,即使在苛刻的测量环境中,PAD 也能提供精确的测量结果。
  • PanelX 用户界面友好,可以用于各种称重测量任务,记录、评估、调整和可视化测量数据。

用于反应堆液位测量的单点称重传感器

HBM 称重技术和 OEM传感器主管 Marcel Richter 介绍说:“我们的PW12C单点称重传感器的量程为 50 公斤,是 IASP 称重方案的核心。由于内置偏心负载补偿功能,称重传感器非常适合平台尺寸高达800 mm x 800 mm 的单点应用。在IASP试验装置中,单个称重传感器承受了整个实验反应堆的重量。”


PW12C单点称重传感器量程从50公斤到750公斤,完全满足C3 多量程精度等级。此外,与测量体相连的电缆屏蔽层提供了最佳的电磁保护,非常适合在实验室环境中使用。其高刚性和成熟应变测量技术使 PW12C 成为静态和高动态应用的理想选择。并且称重传感器非常坚固,保护等级高达IP67,也可用于恶劣的工业环境,并内置过载保护。

测量数据 高分辨率数字化

在 BioKat 研究项目中,PAD 数字传感器仪表可将称重传感器的模拟信号转换成高分辨率的数字数据。Marius Conrady 介绍到:“通过这种方式,我们可以简单地使用 PC 记录测量结果并进行评估。HBM的称重传感器、仪表和软件为 IASP 科学家提供了他们所需的一切。”

PAD 传感器仪表通过即插即用的方式连接到称重传感器上,其内置了多种可选滤波器,即使实验反应堆的搅拌器持续振动,也可获得精确的测量结果。结构紧凑,不锈钢外壳和 IP68/IP69K 防护等级使其可用于最苛刻环境条件下。

结果

PW12C 称重传感器为实验反应堆实现了高精度液位测量。每个反应堆只需一个称重传感器。通过 PAD 传感器仪表,IASP 研究团队称重传感器直接连接到 PC 上,并通过 PanelX 软件对测量结果进行评估、分析并以图形方式显示实验反应堆液位状况。

设置和可视化

“我们使用 HBM PanelX 软件校准称重传感器,记录、输出并可视化测量数据,”Marius Conrady强调说 :“PanelX 为我们提供了一种快速可视化和评估测量结果的简便方法。尤其适合用于动态应用评估和优化。”

沼气研究中的精确测量数据

“由于HBM的精确测量技术,目前的一系列实验使我们能够精确监测全作物青贮饲料和水的每日添加量,并将其与目标量进行比较,”Marius Conrady解释说:“这能帮助我们优化生产工艺,避免每天添加量的不准确型。此外,科学家可以更精确地确定由于分解过程而导致的反应堆重量损失,并将其与气体的形成联系起来。在我们的试验中,我们用体积流量计测量气体的形成。重量损失曲线和产生的气体量产生了非常好的相互关联性。”

“通过比较两种测量结果,我们可以快速识别测量误差,并调整我们的研究结果。由于HBM 提供的精确测量链,我们获得了一个绝对可靠的数据库,可以帮助我们在未来改进沼气技术。”

农业和城市环境项目研究所

柏林洪堡大学(IASP)为中小企业研究和开发食品技术、生物原材料、畜牧业和植物系统等领域的创新技术。有35名科学和技术人员组成,为该领域开发面向应用的解决方案。沼气研究是IASP研究的一个特殊热点。通过BioKat等研究项目,IASP为实施更加可持续和高效的沼气技术做出了重要贡献。