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Veröffentlicht von:Liane Sommer Geändert vor über 7 Jahren
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Umsetzung einer Methode zur Online- Kalibrierung von Sauerstoffsensoren in oberflächenbegasten Bioreaktoren Seminarvortrag Daniel Jansen
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AVT – Aachener Verfahrenstechnik Verfahrenstechnik Vom Rohstoff zum Produkt 7 Lehrstühle unter einer Dachorganisation
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Forschungsgebiete BioVT Fermentationstechnologie Entwicklung von Prozessen und Messtechniken im Kleinkulturmaßstab
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Ziel der Arbeit Umsetzung einer Methode zur Online-Kalibrierung von Sauerstoffsensoren in oberflächenbegasten Bioreaktoren in eine LabVIEW-Software
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Inhalt Was sind oberflächenbegaste Bioreaktoren? Was bedeutet Online-Kalibrierung und wofür ist das gut? Was ist LabVIEW und warum bietet sich das für die Umsetzung an? Vorstellung einer Methode zur Kalibrierung von Sauerstoffsensoren in oberflächenbegasten Bioreaktoren Fazit und Ausblick
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Was sind oberflächenbegaste Bioreaktoren? Messsystem zur Bestimmung von Stofftransferraten in Schüttelkolben Bei uns: RAMOS (Respiration Activity Monitoring System)
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p O2,in p O2 T V L V G OTR c O2 OUR in V out V Betrachtung eines RAMOS-Kolbens mit den stofflichen Flüssen p O2 ΔpΔp CER c CO2 CTR
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p O2,in p O2 T V L V G OTR c O2 OUR in V out V Betrachtung eines RAMOS-Kolbens mit den stofflichen Flüssen p O2 ΔpΔp CER c CO2 CTR
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Warum muss kalibriert werden? Sauerstofftransferraten sollen gemessen werden Dies geschieht durch Sensoren Sensoren weisen eine relativ starke Drift auf Jeder Sensor muss daher kontinuierlich (online) nachkalibriert werden
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Methode Einfügen des Kalibrierfaktors erfordert einen weiteren Zusammenhang Einführung einer sog. Stop-Flow Phase Vereinfachte OTR-Formel für die Stop-Flow Phase
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Methode Einfügen des Kalibrierfaktors erfordert einen weiteren Zusammenhang Einführung einer sog. Stop-Flow Phase Vereinfachte OTR-Formel für die Stop-Flow Phase
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Methode
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Formel für den Kalibrierfaktor
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Probleme Rauschen in den Rohdaten Anpassungen für die einzelnen Phasen nötig Spline-Anpassung der Spülphase (Low-Flow) Polynom für die Stop-Flow Phase Verzugszeit des Sensors
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Was ist LabVIEW und warum bietet sich das für die Umsetzung an? LabVIEW ist eine Entwicklungsumgebung Grafische Programmiersprache Programme werden nach Datenflussprinzip abgearbeitet Parallele Abarbeitung von Programmteilen und Funktionen ohne Datenabhängigkeit Kompilierung statt Interpretierung Basiert auf sog. virtuellen Instrumenten (VIs)
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Umsetzung der Online-Kalibrierung in eine Software Warum LabVIEW? Bestehende MATLAB-Umsetzung zu langsam Bestehende Software zur Messdatenerfassung in LabVIEW geschrieben Parallele Ausführung für bis zu acht Schüttelkolben
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Kubische Spline-Anpassung Für die Beschreibung der Low-Flow-Phasen Beobachtungswerte X und Y werden durch Minimierung von angepasst ist der Balance-Parameter
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Ableitung x(t) Zur Ermittlung der Steigung in den Low-Flow-Phasen Diskrete Differenzierung dt ist Sample-Intervall der Eingangsdaten X Methode ist enum für die Wahl des Differenzierungsverfahren
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Methode
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Korrektur der Sensorverzögerung Signal eines idealen Sensors: Anpassen der Gleichung durch Optimierung eines DGL-Systems t U
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Implementierung der Optimierung
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ODE-Lösungskalkulator Als Modell für die Optimierung ODE F(x,t) strikt typisierte VI-Referenz für die rechte Seite der DGL x0 nimmt Anfangswerte entgegen Wahl des Verfahrens durch Simulationsparameter Runge-Kutta 23
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Eingeschränkte nicht-lineare Optimierung Findet Parameter für ein Polynom, welches die Stop-Flow-Phase beschreibt Die zu minimierende Funktion muss als VI implementiert werden Start bekommt als Startwerte für die Optimierung die Parameter aus der linearen Anpassung
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Ergebnisse Vergleich der Daten aus der Spline-Anpassung der MATLAB- und LabVIEW-Umsetzungen Vergleich der Daten der Polynome für die Stop-Flow- Phase
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Vergleich der berechneten Kalibrierfaktoren
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Vergleich der Kalibrierfaktoren mit den Ableitungsdaten aus MATLAB
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Fazit und Ausblick Liefert sehr gute Ergebnisse und läuft deutlich schneller Integration in die bestehende Messdatenerfassungssoftware Online-Berechnung des Kalibrierfaktors Bestimmung von OTR und CTR online
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Danke für eure Aufmerksamkeit Fragen?
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Krümmungsparameter a Krümmung wenn OTR ≠ const.
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Ergebnisse Speicherung der errechneten Daten Zwischenspeicherung der phasenbezogenen Daten in ein 2D-Array Beachten: Anzahl der Daten für die jeweiligen Phasen kann durch Messungenauigkeiten variieren Auffüllen durch abschließende Nullen Zeile 1: Daten für die 1. Low-Flow-Phase11,0111,0211,03 Zeile 2: Daten für die 2. Low-Flow-Phase12,0312,020... Zeile n: Daten für die n. Low-Flow-Phase10,05 10,06
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