在沼气工程运行过程中，需要采用仪器去感知生产过程的状态，还需要采用特定装置去执行控制指令以操控生产过程的状态。这些仪表和特定装置主要由检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行器四类仪表组成。本期小沼汇总介绍了各大中小型沼气工程一般会用到的检测仪表，这些也是监测沼气工程运行状态的基础。
沼气工程中主要包括：检测温度、压力、流、液位等的热工测仪表；检测固体悬浮物浓度、浊度、pH、COD、挥发性脂肪酸等物性与成分仪表；沼气成分分析仪等。
温度检测仪表
温度是影响微生物活性的主要因素，沼气发酵过程需要进行温度控制，因此，温度检测仪表不可或缺。
温度传感器中，适用于检测沼气发酵料液温度的典型测温元件是热电阻，其测温电路采用不平衡电桥。温度传感器直接安装在沼气发酵装置上，与变送器的距离可能较远，传感器与变送器的连接通常采用三线制接法，即用三根导线，其中一根串联在电源支路里，另两根分别接在两个相邻的桥壁上。三线制接法可基本消除连接导线造成的测误差。
与温度传感器配接的二次仪表主要包括温度变送器、数字温度显示仪和温度巡检仪。温度变送器可安装在环境较差的生产现场，甚至安装在测温传感器的接线盒内，缩短了连接传感器导线的长度，从而减少了导线中信号传递失真。温度变送器输出的标准电信号，可直接与显示仪表、控制仪表或工控微机终端连接。数字温度显示仪自带变送器功能，直接与传感器连接，对温度变化信号进行放大、处理、转换后以数字形式显示被测温度，并输出标准信号。数字温度显示仪适合对单点温度的显示和变送。温度巡检仪采用单片机技术，对多个传感器的信号进行巡回检测，从而以较低的成本实现多点温度的集中监测管理。中温发酵沼气工程的温度监测，就可以在沼气发酵装置内不同位点设置多个温度传感器，再用一台巡检仪来汇集各点温度信息。
压力检测仪表
电测试压力检测仪表是利用金属半导体的物理特性，直接将压力转换为电压或电流信号输出。也可以利用弹性体受压产生变形，通过电阻应变片将形变转换为电压或电流信号输出。为保证弹性元件工作在有效形变范围内，被测大压力值不应超过满程的3/4，小压力值不应低于全程的1/3。压力变送器和压力开关能方便地实现与后端仪表或工控微机相连。压力开关的作用是当压力达到设定值时发出控制信号，其工作原理是利用被测压力是弹性元件产生的位移变换，经过放大来控制水银开关、磁性开关或触头等的开闭，输出开关控制信号。由传感器、变送器或压力开关组成的压力检测仪可用于监测管道、沼气发酵装置以及储气装置内的压力。压力测值常常用作报警参数。
流检测仪表
流检测仪表包括测单位时间流的流计和测流体流过总的积算仪，多数流检测仪同时具备测流和总的功能。
检测流的方式很多，近年来，随着科学技术的快速发展，尤其是在电子技术不断发展的背景下，流计的种类也不断增加，以此满足各种不同介的测要求。与传统的压差式流计、涡街流计、热式流计相比，由于沼气具有腐蚀性强、压力不稳等特点，超声波流计在进行沼气流测时，具有更强的抗腐蚀性，更宽的程比和更小的压损，能够满足强腐蚀性、压力不稳的沼气计要求，并且不存在易于磨损的机械可动部件，能保证使用精度不变，具有较高的测精确性。
以超声波沼气流计BF-3000B为例，该流计不仅可以测流与总，具备一般超声波沼气流计抗腐蚀、宽程、压损小等特点，还可以测沼气中甲烷的体积浓度。此外，其创新旁路式结构设计，一改传感器安装于单一主管道内的设计方式，将超声波传感器设置在旁流管道的两端，通过测旁流管道超声波顺流和逆流的时间差值，再应用线性回归法，确定旁流管道时间差值对应的主管道标准流值之间的单调递增关系，使超声波沼气流测技术更好地应用于大管径沼气流的测，同时二氧化碳及冷凝水对于超声波信号的干扰问题也得到有效地解决，保证了沼气流的精准测。
超声波沼气流计BF-3000B工作原理
液位检测仪表
液位检测仪表是沼气工程控制系统常用仪表，早期液位检测大多采用纯机械式仪表，现在已普遍采用渗透了电子技术的机电一体液位检测仪表。液位检测仪表按测方式可分为连续测和限位测两类。
连续测仪表能不间断地测液位变化情况，按测原理可分为电容式、射频导纳式、静压式、超声波式等液位计。
电容式液位计利用容器壁或测管壁与插入容器的探头组成电容的一对电极，电容取决于电极间介的（即液位的高度），通过测电容来计算出液位的高低。但对易挂料（易附着在电极上）的液体，不宜采用电容液位计。
射频导纳式液位计从电容式发展而来，是可防挂料、更可靠、更准确的液位计。它用高频无线电波测传感电极的复阻抗变化而不是电容变化，从而排除了挂料的影响。
静压式液位计由传感器、变压器和导气电缆组成，传感器中的膜片在液体静压下变形，通过硅油将压力传递到硅电阻上使其电阻值变化，然后由变送器输出电流信号，导气电缆不仅传输电信号，还将大气引入传感器，故测得的是相对静压力。静压式液位计安装方便，工作可靠，液体黏度较高、有固体悬浮物和有腐蚀性的液体都可以采用它来测液位。
超声波液位计由传感器定时向页面发出超声波脉冲信号，再接受液面反射回来的信号，由这两者的时间差计算出液位。超声波液位计能实现非接触式的液面检测，较适用于测腐蚀性强、高黏度、密度不确定等液体的液位，调配池、污泥池的液位都可以用它来测。
限位测仪表可称为液位开关，当液位处于设定位置时发出相应的开关信号，它在沼气工程自动控制中有诸多应用。常用的液位开关有球浮式液位开关、音叉式液位开关、电容式(或纳导式)液位开关、光电液位开关等。
球浮式液位开关是常用的一种液位开关，通常它利用随浮球动作的磁性体来控制磁簧开关的动作。
音叉式液位开关又称为电气浮子，安装在音叉基座上的一对压电晶体使音叉以一定振频振动，当液位上升或下降使音叉与被测液体相接触或不接触时，音叉的振幅和频率都将发生突变，智能电路对此进行检测并将这种变化转换为一个开关信号。
电容式(或纳导式)液位开关的探头发送无线电频率对周围的环境进行连续分析，液体的介电常数和导电性均不同于空气，当探头接触到液体时将引起微小电容（或复阻抗）突变，它被电路检测并转换成开关信号输出。
光电液位开关的红外线发光二极管所发出的光线被导向插入池内传感器中的棱镜，液面低于或高于棱镜时，光线行进路线经过的介分界面是不同的，因此产生了不同的折射和反射，这使光接收晶体所接收的光强不一样，通过感知这一变化来驱动内部的电子开关动作。
浊度检测仪表
浊度是沼气工程出水水指标。浊度检测仪依据光学方法，以一定强度和波长的光照射被测液体，用光敏元件在适当位置以适当的角度来检测透射光或散射光的强度，不同的光强引起光敏元件产生不同的电信号，经变送器转换为浊度值对应的标准电信号输出。
固体悬浮物/污泥浓度检测仪表
固体悬浮物/污泥浓度检测仪表的检测原理与浊度检测仪表相似，可用于沼气工程进、出水的固体悬浮物的检测。此仪表需设置清洗光学测部件的装置。正式使用前，应在实验室用蒸馏法获取测点水样的固体悬浮物（或污泥）的真实浓度，以此对仪表进行标定。
pH检测仪表
pH检测仪表的传感器可由测电极和参比电极组成复合电极，测电极通常采用pH玻璃电极，由于扩散作用，被测液体中的氢离子进入玻璃电极的球泡薄膜内部，在里面的电极上形成一定电位，参比电极提供一个与被测液体pH无关的恒定电位，通过检测测电极和参比电极之间的电位差，便可确定被测液体的pH。
COD、挥发性固体、挥发性脂肪酸等的在线自动检测目前还未得到很好的解决，虽然市场上也有这样的产品，例如傅里叶变换红外光谱仪作为在线参数传感器可以同时提供COD、总有机碳、挥发性脂肪酸等参数的测，但仍需改进才能在沼气工程自动化控制系统中得到有效应用。
沼气成分分析仪
厌氧发酵是一个复杂的过程，除了要采用以上仪表检测温度、压力、流、液位，固体悬浮物浓度、浊度、pH、COD、挥发性脂肪酸物性与成分外，还需要采用沼气成分分析仪检测沼气成分以掌握厌氧发酵产气效果，以便工作人员根据产气效果掌握发酵运行情况调整厌氧发酵沼气生产工艺，保障沼气工程高效运行。
目前，上检测沼气成分的方法主要有奥氏气体分析法、热催化燃烧检测法、热导元件检测法、气相色谱GC检测法、红外气体分析法，五种沼气成分检测方法对比如下表。其中红外气体分析法相较于奥氏、热催化燃烧、热导元件、气相色谱GC检测方法，具有响应时间快、灵敏度高、使用寿命长、仪器操作方便等势，是目前有效且广泛应用的沼气成分检测方法。
如在线红外沼气分析仪Gasboard-3200，基于红外气体分析技术与长寿命电化学技术，可同时测沼气中甲烷、二氧化碳、硫化氢、氧气等多组分气体的体积浓度，且多组分气体间不交叉干扰；采用两点标定方法，进气口先后通入高纯氮气以及与待标气体对应的标准气体，可分别对仪器进行零点与终点标定，减小零点漂移与程漂移，保证测准确性；监测数据可通过RS-485与RS-232模拟输出接口传输至中控室，满足沼气工程自动化控制需求，无需人工值守便可实时在线监测沼气成分。已广泛应用于厌氧发酵、垃圾填埋、污水处理等领域沼气成分的实时在线监测。
