检测不同温度下产生沼气量的实验装置及方法

摘要

本发明提供了一种检测不同温度下产生沼气量的实验装置及方法，属于沼气技术领域。它解决了现有实验装置及实验方法存在实验精度差、操作不便等技术问题。本检测不同温度下产生沼气量的实验装置，包括一水平工作台，水平工作台上放置有恒温磁力搅拌器一、恒温磁力搅拌器二、收集容器一和收集容器二，恒温磁力搅拌器一上设置有发酵原料容器一，恒温磁力搅拌器二上发酵原料容器二。该实验方法包括：A、准备发酵原料；B、加入发酵原料；C、加入水；D、设置温度；E、设定时间；F、记录实验数据；G、得出实验数据。本实验装置具有实验准确性高、自动化水平高等优点；本实验方法具有实验精度高、操作方便等优点。

说明书

技术领域

本发明属于沼气技术领域，涉及一种检测不同温度下产生沼气量的实验装置及方法。 

背景技术

随着经济的发展，人们对不可再生资源的超负荷使用，使各国对能源问题都面临着严峻的考验，能源也成为了各国经济可持续发展的重要保障。沼气是我国农村的一种清洁能源，它是利用农作物的废弃秸秆经发酵产生的，它可用于烧水、做饭等，可替人类节省大量的燃煤、木材等自然资源，并且燃烧后的沼气不会对环境产生污染。 

目前，一般现有的沼气池或沼气罐都是利用发酵原料来产生沼气的，沼气的产生效率一般与发酵原料温度、发酵原料浓度和发酵原料的搅拌速度是相关的，为了得知发酵原料在何种温度下，产生沼气的效率最高，因此，需要设计出一种检测不同温度下产生沼气量的实验装置和实验方法。 

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能同时得出两组不同温度下发酵原料产沼气量的实验装置，该实验装置还具有实验准确性高、自动化水平高的特点。 

本发明的另一个目的是提供一种检测不同温度下产生沼气量的实验方法，该实验方法具有操作简单、实验准确性高的特点。 

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种检测不同温度下产生沼气量的实验装置，包括一水平工作台，其特征 在于，所述的水平工作台上放置有恒温磁力搅拌器一、恒温磁力搅拌器二、用于收集沼气的收集容器一和用于收集沼气的收集容器二，所述的恒温磁力搅拌器一上设置有用于存储发酵原料的发酵原料容器一，所述的恒温磁力搅拌器二上设置有用于存储发酵原料的发酵原料容器二，所述的收集容器一和收集容器二为两个完全相同的容器，所述的发酵原料容器一和发酵原料容器二为两个完全相同的容器，所述的发酵原料容器一上部具有开口一，所述的发酵原料容器二上部具有开口二，所述的收集容器一上部具有收集口一，所述的收集容器二上部具有收集口二，所述的发酵原料容器一中设置有能将开口一封闭住的密封件一，所述的发酵原料容器二中设置有能将开口二封闭住的密封件二，所述的收集容器一中设有能将收集容器一中的容腔密封分隔成上容腔和下容腔的分隔件一，所述的收集容器一中设有能将收集容器二中的容腔密封分隔成上容腔和下容腔的分隔件二，所述分隔件一和分隔件二的初始高度相同，所述收集容器一的下容器中和收集容器一的下容器中装有相同数量的水；所述的发酵原料容器一和收集容器一之间设置有收集管一，所述的收集管一的一端由密封件一中穿过进入到发酵原料容器一的容腔中，且收集管一与发酵原料容器一保持密封，所述的收集管一的另一端与收集容器一的下容腔相连通，且收集管一与收集容器一保持密封；所述的发酵原料容器二和收集容器二之间设置有收集管二，所述的收集管二的一端由密封件二中穿过进入到发酵原料容器二的容腔中，且收集管二与发酵原料容器二保持密封，所述的收集管二的另一端与收集容器二的下容腔相连通，且收集管二与收集容器二保持密封；所述的收集容器一的上容腔内设有激光测距仪一，激光测距仪一的激光发射口竖直朝向所述的分隔件一；所述的收集容器二的上容腔内设有激光测距仪二，激光测距仪二的激光发射口竖直朝向所述的分隔件一，所述的激光测距仪一和激光测距仪二与水平工作台 之间的距离均相同；所述的恒温磁力搅拌器一上连接有温度传感器一，所述的恒温磁力搅拌器二上连接有温度传感器二，所述的温度传感器一由所述的密封件一穿过进入到所述的发酵原料容器一内，所述的温度传感器二由所述的密封件二穿过进入到所述的发酵原料容器二内；所述的收集管一和收集管二中分别设置有电磁阀一和电磁阀二，所述的水平工作台上还设置有PLC可编程控制器，所述的电磁阀一和电磁阀二均与所述的PLC可编程控制器相连。 

所述的收集容器一和收集容器二均呈圆筒状，所述的激光测距仪一上固定有定位杆一，所述的定位杆一的长度大于所述收集容器一的直径，所述的激光测距仪一处于收集容器一的上容腔中，所述的定位杆一的两端作用在收集容器一的上端面上；所述的激光测距仪二上固定有定位杆二，所述的定位杆二的长度大于所述收集容器二的直径，所述的激光测距仪二处于收集容器二的上容腔中，所述的定位杆二的两端作用在收集容器二的上端面上。 

所述的收集容器一和收集容器二的外壁上均设置有刻度线。 

所述的收集容器一内设置有一根导管一，所述的导管一的上端处于水面上方，所述导管一的下端与上述的收集管一密封并连通；所述的收集容器二内设置有一根导管二，所述的导管二的上端处于水面上方，所述导管二的下端与上述的收集管二密封并连通。 

所述的密封件一、密封件二、分隔件一和分隔件二均采用橡胶材料制成。 

本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种检测不同温度下产生沼气量的实验方法，该实验方法包括： 

A、准备发酵原料：市场上购买现有的发酵原料或者自己调配而制成的发酵原料，作为实验用的发酵原料。 

B、加入发酵原料：将相同的两份发酵原料分别倒入到发酵原 料容器一和发酵原料容器二中，并用密封件一和密封件二将开口一和开口二封闭住。 

C、加入水：将相同的两份水分别倒入到收集容器一和收集容器二中，并将分隔件一和分隔件二调节到相同的高度。 

D、设置温度：在恒温磁力搅拌器一上设置温度值一，在恒温磁力搅拌器二上设置与温度值一不相同的温度值二。 

E、设定时间：在PLC可编程控制器中设定一个时间值，当产气时间达到该设定的时间值时，PLC可编程控制器控制电磁阀一和电磁阀二同时关闭，收集容器一和收集容器二停止收集沼气。 

F、记录实验数据：激光测距仪一测量出其与分隔件一之间的距离值一，记录该距离值一，激光测距仪二测量出其与分隔件二之间的距离值二，记录该距离值二。 

G、得出实验数据：比较距离值一和距离值二，数值越大，沼气产气量反而越小。 

多次进行上述的实验，可以得出发酵原料在何温度下，其产气量是最佳的。也能计算出，在具体温度，每立方米发酵原料的具体产气量。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1、通过激光测距仪一和激光测距仪二测量分隔件一和分隔件二向上移动的距离，测量精度高。 

2、通过恒温磁力搅拌器一和恒温磁力搅拌器二来控制发酵原料容器一和发酵原料容器二中发酵原料的温度，控制精度高，使发酵原料容器一和发酵原料容器二中发酵原料的温度始终处于恒温状态下，实验准确性更高。 

3、通过PLC可编程控制器来自动同时关闭收集管一和收集管二，减少手工操作带来的误差，提高实验准确性。 

4、本检测不同温度下产生沼气量的实验方法通过PLC可编程控制器和激光测距仪一来进行实验，操作简单、实验准确性高。 

附图说明

图1是本实验装置的结构示意图。 

图中，1、水平工作台；2、恒温磁力搅拌器一；3、恒温磁力搅拌器二；4、发酵原料容器一；5、发酵原料容器二；6、收集容器一；7、收集容器二；8、密封件一；9、密封件二；10、分隔件一；11、分隔件二；12、激光测距仪一；13、激光测距仪二；14、温度传感器一；15、温度传感器二；16、收集管一；17、收集管二；18、电磁阀一；19、电磁阀二；20、定位杆一；21、定位杆二；22、导管一；23、导管二。 

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 

如图1所示，一种检测不同温度下产生沼气量的实验装置，包括一水平工作台1，所述的水平工作台1上放置有恒温磁力搅拌器一2、恒温磁力搅拌器二3、用于收集沼气的收集容器一6和用于收集沼气的收集容器二7，所述的恒温磁力搅拌器一2上设置有用于存储发酵原料的发酵原料容器一4，所述的恒温磁力搅拌器二3上设置有用于存储发酵原料的发酵原料容器二5，所述的收集容器一6和收集容器二7为两个完全相同的容器，所述的发酵原料容器一4和发酵原料容器二5为两个完全相同的容器，所述的发酵原料容器一4上部具有开口一，所述的发酵原料容器二5上部具有开口二，所述的收集容器一6上部具有收集口一，所述的收集容器二7上部具有收集口二，所述的发酵原料容器一4中设置有能将开口一封闭住的密封件一8，所述的发酵原料容器二5中设置有能将开口二封闭住的密封件二9，所述的收集容器一6中设有能将收集容器一6中的容腔密封分隔成上容腔和下容 腔的分隔件一10，所述的收集容器一6中设有能将收集容器二7中的容腔密封分隔成上容腔和下容腔的分隔件二11，所述分隔件一10和分隔件二11的初始高度相同，所述收集容器一6的下容器中和收集容器一6的下容器中装有相同数量的水；所述的发酵原料容器一4和收集容器一6之间设置有收集管一16，所述的收集管一16的一端由密封件一8中穿过进入到发酵原料容器一4的容腔中，且收集管一16与发酵原料容器一4保持密封，所述的收集管一16的另一端与收集容器一6的下容腔相连通，且收集管一16与收集容器一6保持密封；所述的发酵原料容器二5和收集容器二7之间设置有收集管二17，所述的收集管二17的一端由密封件二9中穿过进入到发酵原料容器二5的容腔中，且收集管二17与发酵原料容器二5保持密封，所述的收集管二17的另一端与收集容器二7的下容腔相连通，且收集管二17与收集容器二7保持密封；所述的收集容器一6的上容腔内设有激光测距仪一12，激光测距仪一12的激光发射口竖直朝向所述的分隔件一10；所述的收集容器二7的上容腔内设有激光测距仪二13，激光测距仪二13的激光发射口竖直朝向所述的分隔件一10，所述的激光测距仪一12和激光测距仪二13与水平工作台1之间的距离均相同；所述的恒温磁力搅拌器一2上连接有温度传感器一14，所述的恒温磁力搅拌器二3上连接有温度传感器二15，所述的温度传感器一14由所述的密封件一8穿过进入到所述的发酵原料容器一4内，所述的温度传感器二15由所述的密封件二9穿过进入到所述的发酵原料容器二5内；所述的收集管一16和收集管二17中分别设置有电磁阀一18和电磁阀二19，所述的水平工作台1上还设置有PLC可编程控制器，所述的电磁阀一18和电磁阀二19均与所述的PLC可编程控制器相连。 

在本实施例中恒温磁力搅拌器一2、恒温磁力搅拌器二3、激光测距仪一12和激光测距仪二13均是市场上可以买到的现有产 品。在本实施例中，发酵原料为秸秆、猪粪和水的混合物。 

收集容器一6和收集容器二7均呈圆筒状，采用玻璃材料制成；所述的激光测距仪一12上固定有定位杆一20，所述的定位杆一20的长度大于所述收集容器一6的直径，所述的激光测距仪一12处于收集容器一6的上容腔中，所述的定位杆一20的两端作用在收集容器一6的上端面上；所述的激光测距仪二13上固定有定位杆二21，所述的定位杆二21的长度大于所述收集容器二7的直径，所述的激光测距仪二13处于收集容器二7的上容腔中，所述的定位杆二21的两端作用在收集容器二7的上端面上。 

所述的收集容器一6和收集容器二7的外壁上均设置有刻度线。通过刻度线方便得知分隔件一10和分隔件二11上升的距离。 

所述的收集容器一6内设置有一根导管一22，所述的导管一22的上端处于水面上方，所述导管一22的下端与上述的收集管一16密封并连通；所述的收集容器二7内设置有一根导管二23，所述的导管二23的上端处于水面上方，所述导管二23的下端与上述的收集管二17密封并连通。 

所述的密封件一8、密封件二9、分隔件一10和分隔件二11均采用橡胶材料制成。 

本实验装置的工作原理是这样的，在市场上购买现有的发酵原料，将发酵原料分成相同的两份，分别倒入到发酵原料容器一4和发酵原料容器二5中，并用密封件一8和密封件二9将开口一和开口二封闭住；将相同的两份水分别倒入到收集容器一6和收集容器二7中，并将分隔件一10和分隔件二11调节到相同的高度；激光测距仪一12测量出其与分隔件一10的初始距离值一，比如15cm，激光测距仪二13测量出其与分隔件二11的初始距离值二，同样为15cm；在恒温磁力搅拌器一2上设置温度值一，比如30°，在恒温磁力搅拌器二3上设置温度值二，比如32°；在PLC可编程控制器中设定一个时间值，比如5h，在这段时间内， 分隔件一10和分隔件二11在沼气的作用下，向上移动，当产气时间达到5h时，PLC可编程控制器控制电磁阀一18和电磁阀二19同时关闭，收集容器一6和收集容器二7停止收集沼气，分隔件一10和分隔件二11也停止移动；激光测距仪一12测量出其与分隔件一10的最终距离值一，比如10cm，激光测距仪二13测量出其与分隔件二11的最终距离值二，同样为8cm；这样得出，温度30°的情况下，收集容器一6收集到的沼气的高度为15cm-10cm=5cm，而温度32°的情况下，收集容器二7收集到的沼气的高度为15cm-8cm=7cm，由于收集容器一6和收集容器二7是完全相同的，收集容器一6和收集容器二7的底面积也是相同的，沼气的体积等于底面积乘以高度；因此，可以得出收集容器二7收集到的沼气体积大于收集容器一6收集到的沼气体积；由此证明：32°情况下发酵原料产生沼气的体积大于30°情况下发酵原料产生沼气的体积。经过多次设定时间值来进行比较，可以得出发酵原料在何温度下，其产气量是最佳的。 

一种检测不同温度下产生沼气量的实验方法，该实验方法包括： 

A、准备发酵原料：市场上购买现有的发酵原料或者自己调配而制成的发酵原料，作为实验用的发酵原料。 

B、加入发酵原料：将相同的两份发酵原料分别倒入到发酵原料容器一4和发酵原料容器二5中，并用密封件一8和密封件二9将开口一和开口二封闭住。 

C、加入水：将相同的两份水分别倒入到收集容器一6和收集容器二7中，并将分隔件一10和分隔件二11调节到相同的高度。 

D、设置温度：在恒温磁力搅拌器一2上设置温度值一，比如30°，在恒温磁力搅拌器二3上设置与温度值一不相同的温度值二，比如32°。 

E、设定时间：在PLC可编程控制器中设定一个时间值，当产 气时间达到该设定的时间值时，比如5h，PLC可编程控制器控制电磁阀一18和电磁阀二19同时关闭，收集容器一6和收集容器二7停止收集沼气。 

F、记录实验数据：激光测距仪一12测量出其与分隔件一10之间的距离值一，记录该距离值一，激光测距仪二13测量出其与分隔件二11之间的距离值二，记录该距离值二。 

G、得出实验数据：比较距离值一和距离值二，数值越大，沼气产气量反而越小。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

尽管本文较多地使用了1、水平工作台；2、恒温磁力搅拌器一；3、恒温磁力搅拌器二；4、发酵原料容器一；5、发酵原料容器二；6、收集容器一；7、收集容器二；8、密封件一；9、密封件二；10、分隔件一；11、分隔件二；12、激光测距仪一；13、激光测距仪二；14、温度传感器一；15、温度传感器二；16、收集管一；17、收集管二；18、电磁阀一；19、电磁阀二；20、定位杆一；21、定位杆二；22、导管一；23、导管二等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。