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原文传递厌氧发酵产沼气量自动测量系统和方法

专利名称：	厌氧发酵产沼气量自动测量系统和方法
摘要：	本发明涉及厌氧发酵技术和气体流量测量技术领域，为一种厌氧发酵产沼气量自动测量系统和方法，用于测量沼气产量及流速。系统主要包括发酵装置、缓冲装置、电磁阀、气量测量装置和单片机。发酵瓶内的沼气进入弹性气囊，气囊膨胀，测量管内液面上升；液位传感器探测液面变化并传递给单片机，当液面到达最高液位时，单片机控制电磁阀的进气口关闭排气口打开；当液面落至零液面时，单片机控制电磁阀的进气口打开排气口关闭，周期性计量。所得产气量是经温度压力修正后每次测量管内最高液面与零液面间的容积求和，再加上经温度压力修正后测量结束时液面与零液面间的容积求得。该系统用于厌氧发酵连续测量沼气产量和流速，构造简单，测量误差小。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北农林科技大学
发明人：	邱凌;邵志江;陈潇;薛帅星;郝伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910847065.2
公开号：	CN110455675A
分类号：	G01N7/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N7
申请人地址：	712100陕西省咸阳市号杨凌示范区西农路22号
主权项：	1.一种厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于：主要包括发酵装置、缓冲装置、电磁阀、气量测量装置和单片机；所述发酵装置，主要由具塞发酵瓶和水浴锅组成，所述发酵瓶底部安装于所述水浴锅内；所述缓冲装置主要由气体缓冲瓶组成；所述具塞发酵瓶，塞上设有取样管与导管a，所述导管a连接至所述气体缓冲瓶；所述气量测量装置，主要由弹性气囊、测量管、温度压力传感器及液位传感器组成；所述弹性气囊，顶部设有气囊进气管；所述温度压力传感器安装于所述气囊进气管内且靠近所述弹性气囊处；所述测量管顶部敞口，所述液位传感器安装于所述测量管顶部内管壁上；所述电磁阀，设有电磁阀进气口、电磁阀出气口及电磁阀排气口；所述电磁阀进气口与导管b连接，所述导管b连接至所述气体缓冲瓶，所述电磁阀出气口与所述气囊进气管连接；所述气体缓冲瓶，带塞密封，塞上开设有两孔，分别用于安装所述导管a与所述导管b；所述单片机，通过控制线连接所述温度压力传感器、液位传感器及电磁阀。 2.按照权利要求1所述的厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于：所述测量管管顶直径小于管底直径，且管顶有一段管径缩小的变径长度来防止管内液体逸出并平衡管内外气压。 3.按照权利要求1所述的厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于：测量管管壁设有刻度线，最大刻度值位于测量管顶部所述变径以下，最小刻度值位于下端，且最小刻度值以下部位对应的测量管容积大于以上部位对应的容积。 4.按照权利要求1所述的厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于，电磁阀采用二位三通电磁阀，即电磁阀进气口出气口连通则排气口关闭，电磁阀出气口排气口连通则进气口关闭。 5. 按照权利要求1所述的厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于：测量管内的溶液为难挥发性溶液。 6.按照权利要求1所述的厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于：初始时将测量管内的液面记为零液面存储在单片机。 7.按照权利要求1所述的厌氧发酵产沼气量自动测量系统，其特征在于：测量管的高度不变，测量管的刻度线量程可变，可根据发酵瓶的容积大小选择更换不同直径的测量管，以适应不同产气能力的发酵反应。 8.一种厌氧发酵产沼气量自动测量系统的测量方法，其特征在于：具体操作步骤如下：（1）将配置好的发酵原料装入发酵瓶中，连接导管至气体缓冲瓶，并安装好导气管a，然后用N2接入取样管吹洗具塞发酵瓶上部空间和气体缓冲瓶，吹洗后立即将导管b接入电磁阀进气口；（2）将液位传感器、电磁阀及温度压力传感器接入单片机；测量前，向测量管腔内加入难挥发性溶液，不低于零刻度线，然后设置单片机存储零液面；（3）液面校准后，将电磁阀出气口与弹性气囊进气管连接，启动自动测量系统；（4）发酵结束时，单片机读取此时测量管的液面对应体积ν^；（5）根据下列公式计算沼气产量并进行标准化： , , ; 式中： V——标准状态，即273.15K、101.3kPa下的沼气产量，mL； ν——最高液面与零液面间的容积，mL； ν^——测量结束时的液面与零液面间的容积，mL； n——液面位于最高液面的次数，n≥1； νn——第n次位于最高液面的温压条件下的气体体积，mL； T s ——热力学温度273.15K； T n ——第n次位于最高液面时的热力学温度，K； T ^ ——测量结束时的热力学温度，K； P n ——第n次位于最高液面时气体的压力值，kPa； P ^ ——测量结束时气体的压力值，kPa； P s ——为标准状况下的气压值，取101.3kPa；所得产气量是经温度压力修正后每次测量管内最高液面与零液面间的容积求和，再加上经温度压力修正后测量结束时液面与零液面间的容积求得。 9.按照权利要求8所述的一种厌氧发酵产沼气量自动测量系统的测量方法，其特征在于：单片机通过编程，将所测得的沼气产量修正为标准状况下的沼气体积。 10.按照权利要求8所述的一种厌氧发酵产沼气量自动测量系统的测量方法，其特征在于：结合单片机计时功能，由已测得的沼气产量来获得沼气产气速率数据。
所属类别：	发明专利