DE1773320A1

DE1773320A1 - Vorrichtung zur Regelung und zur Bestimmung von Veraenderungen des Co2-Gehaltes in einer klimatisierten Gaswechsel-Messkammer

Info

Publication number: DE1773320A1
Application number: DE19681773320
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erwin Klein; Dr Werner Koch; Heinz Walz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-04-30
Filing date: 1968-04-30
Publication date: 1970-12-23
Also published as: IL32053A0; GB1261773A; US3613308A; FR2007570A1; IL32053A; NL6904953A; AT289431B; CH489795A

Description

STEMENSAKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den ^ i). APR. 1968

Werner-von-Siemens-Str. 50

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Vorrichtung zur Regelung und zur Bestimmung von Veränderungen des COp-Gehaltes in einer klimatisierten Gaswechsel-Meßkammer

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung und zur Bestimmung von Veränderungen des COp-Gehaltes in einer mittels Peltierelementen klimatisierten Gaswechsel-Meßkammer, in der Pflanzen, lebende Pflanzenteile oder Organismen angeordnet sind, der über eine Gaszuleitung Meßgas zupumpbar und der in — einer Gasableitung ein peltiergekühlter Feuchtigkeitsabscheider und ein Gasanalysator nachgeschaltet sind, in dem ein Meßwert als Differenz zwischen dem C0₂-Gehalt des Meßgases und dem COp-Gehalt eines zugeführten Standardgases bestimmbar ist.

Für die Erforschung der Grundlagen pflanzlicher Sto fferzeugung ist die Messung des Gasaustausches der Pflanzen mit der Umwelt, d.h. deren COp-Aufnahme (Photosynthese), COp-Abgabe (Atmung) und ihre Wasserdampfabgabe (Transpiration) unter möglichst genau definierten Bedingungen besonders wichtig. Der Gasaus- " tausch der Pflanze hängt von folgenden physikalischen Bedingungen abt

Intensität und Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes, Temperatur,

COp-Konzentration in der Luft,

Wasserzustand der Pflanze, der u.a. vom Waseerdampfgehalt der Luft abhängt,

Weite der Spaltöffnungen Ln der Epidermis als dem kurzfristig veränderlichen biologischen Faktor.

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Bekannt ist es, für solche Meßzwecke eine Gaswechsel-Meßkammer zu klimatisieren, d.h. die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt der Luft in der Meßkammer zu regeln. Es kann dabei beispielsweise ein Standortklima nachgebildet oder ein beliebiges Klima in der Gaswecheel-Meßkammer simuliert werden. Besonders geeignet hierfür hat eich eine mit Peltierelementen, temperatur- und feuchtigkeitegeregelte Gaswechselkammer erwiesen, wie sie in der Literaturstelle von E<Klein und H. Walz "Einige Anwendungsmöglichkeiten von Peltierkühlelementen" in G-I-T-Fachzeitschrift für das Laboratorium, 11. Jahrgang, 1967, Seite 405 bis 411 beschrieben ist. Ein peltiergekühlter Feuchtigkeitsabscheider, wie er zur Regelung der Feuchte in der beschriebenen Vorrichtung verwendet wird, ist von WoKoch und Hc Walz unter dem Titel "Neuer Wasserdampfabscheider mit Peltierkühlung als vielseitiges Zusatzgerät bei Gaswechselmessungen" in Naturwissenschaftliche Rundschau, Band 19, 1966, Seite 163 beschrieben. Mit dieser Vorrichtung ist zwischen etwa -20⁰C und etwa +60⁰C die Temperatur in der Gaswechsel-Meßkammer auf _+ 0,5⁰C und die absolute Feuchte in der Kammer auf ungefähr 2# einstellbar. Dabei ist die erhaltene Regeigeneuigkeit unabhängig von Pflanzen, die in die Gaswechsel-Meßkammer eingebracht sind und von störenden Umwelteinflüssen.

Bei der Assimilation und der Respiration (Atmung) von Pflanzen in einer Gaswechsel-Meßkammer wird die COp-Konzentration der Luft in der Kammer durch C0₂-Aufnahme oder durch CO₂-Abgabe

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geändert, wodurch der erhaltene Meßwert ebenfalls verfälscht wird. Bekannt ist es, aus einem Aufsatz von D.Koller und J.Samisch in "Botn. Gaz.^H 125 (2), 1964, Seite 81 bis 88 durch Zugabe von COp-Gas, die OOp-Aufnahme bei der Assimilation in einer Gaswechsel-Meßkammer zu kompensieren. Dabei wird in einem geschlossenen System der Gasanalysator als Nullinstrument benutzt, in dem der COp-Gehalt der im Kreislauf umgepumpten Luft bestimmt wird und das über ein manuell gesteuertes Regelventil zugeführte, kompensierende GO₂-GaS als Maß für % die Assimilation benutzt. Als Gaswechsel-Meßkammer für Pflanzen wird ein durchaichtiger Plastikbeutel verwendet, der feuchtigkeits- a"ber nicht temperaturgeregelt ist, wobei die oben erwähnten Vorzüge einer Regelung mittels Peltierelemente nicht genutzt sind. Bei dieser Vorrichtung wird der Meßwert einerseits durch die mangelhafte Klimatisierung des Gaawechael-Meßraumes verfälscht, in der sich ein ^wKammerklima" ausbildet. Andererseits ist auch die Meßmethode vor allem wegen der vorgesehenen Steuerung der COp-Zugabe von Hand ungenau und zeitraubend und kontinuierliche Messungen sind nicht durchführbar. Schließlich ist die Respiration von Pflanzen mittels dieser Meßvorrichtung nicht bestimmbar.

Eb besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Assimilation, Respiration und Tranepiration von Pflanzen unverfälacht durch ein "Kammerklima" und durch Veränderungen des COp-Gehaltes in der Gaswechsel-Meßkammer bestimmbar let. Dabei soll eine automatische und kontinuierliche Messung möglich sein.

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Erfindungegemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise über ein Regelventil und einen Durchflußmesser der Gaswecheel-Meßkammer CO^-Gas aufuhrbar ist, dad ein Bypass zur Gaswechsel-Meßkamiaer vorgesehen ist, in dem ein Durchflußzähler und Mittel zur Veränderung dee Surenflusses und zum Binden des CO₂-UaSeS angeordnet sind, daß für das Hegelventil und flir die Mittel zur Regelung des Durchflueses je ein Regelsystem vorgesehen ist, und da0 die Stellgröße jedes Regelsystems der Meßwert dee Gaeanalysators ist.

Vorzugsweise ist als Mittel zur Regelung dee Durchflusses im Bypass eine Pumpe mit veränderbarer Puopgeschwindigkeit und als Bindemittel für das COp-Gas Natriutahydroxyd vorgesehen und der Gaewechsel-Meßkaminer ist über das Hegel ventil ein Gas mit bis zu 2(^6 COp-Gehalt zuführbar.

Für die Messung in einem geschlossenen Syetest kann der Ausgang dee Gasanalyeators und die Gaszuleitung der Gaewecheel-Meßkammer mittels einer Gasleitung verbunden sein. Säbel kann zwischen Gasanalyeator und Gaszuleitung ein Überdruckventil angeordnet sein«,

Vorteilhaft ist es, bei einer Messung in offenen Byetea, dae der Gaswechsel-Meflkaaaer augeführte Metgas in einer die Gaewecheel-Meßkaainer überbrückenden Gasleitung einem Feuchtigkeiteabscheider und von dort ale Standardgae des Gaeanalysator eubufuhren.

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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung iet eine Verfälschung der Meßwerte in bekannter Weiae durch die Klimatisierung mit PeI-tierelementen ausgeschlossen. Außerdem wird eine Verfälschung durch eine Änderung des COp-Gehaltes durch die Assimilation oder Respiration vermieden, wobei die Messung automatisch und falls erforderlich auch kontinuierlich ist. Der Gaeanalysator, der ein Ultrarot-Absorptionsgerät sein kann, wird als Nullinstrument benutzt und die Messung nach einer !Compensations- λ methode durchgeführt. Der Meßwert für die Assimilation wird mit dem Durchflußzähler in der COp-Zugabeleitung und für die Respiration mit dem Durchflußmeeser im Bypass gewonnen. Eb kann bei offenem System eine Nachlaufregelung des CC^-Gehaltes in der Gaswechsel-Meßkammer durchgeführt werden, bei der im Gasanalysator als Standardgas das der Gaswechselkammer zugeführte Meßgas benutzt wird, womit der C0₂-Gehalt der Gaswecheel-Meßkammer dem COp-Gehalt des Standortes angleichbar ist. Es kann jedoch auch bei offenem oder geschlossenem System eine Sollwertregelung dee COg-Gehaltes über das ™

Standardgas des Gaeanalysatore erreicht werden, womit auch eine Programmsteuerung eines Meßvorganges ermöglicht wird. ,

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines AusfUhrungsbeispielea, das in der Figur dargestellt iet, näher erläutert.

Die Figur zeigt schematise)! eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gasauetauaches von Pflanzen mit der Umwelt, wobei die

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Pflanzen in einer Gaaweeheel-Meßkammer 1 angeordnet sind, die klimatisiert ist und deren COp-Gehalt geregelt ist.

Dar Gaswechsel-Meßkammer 1 wird über eine Gaszuleitung 2 mittels einer Pumpe 3 Meßgas zugepumpt. In der Gaezuleitung 2 ist ein peltiergekühlter Feuchtlgkaitaabeeheidar 4 vorgeeehen,-dessen Taupunkt mittels eines Reglers 5 einstellbar ist und konstant gehalten wird. Die dem Feuchtigkeitsabscheider 4 zugeführte Luft wird in einem Luftbefeuchter 6, der in der Gaszuleitung 2 vor dem Feuchtigkeitsabscheider angeordnet let, befeuchtet. Die relative Feuchte der in die Gaswecheel-MeS-kammer 1 eingeführten Luft wird über den Taupunkt des Feuchtigkeitsabscheiders 4 geregelt, über eine Gasableitung 7 wird das .Meßgas nach erfolgtem Gasumaatz aus der Gaswechsel-MeSkamaex* 1 herausgeführt und über einen zweiten Feuchtigkeitsabscheider 6 dem Gasanalysator 9 zugeleitet, der ein Ultrarotabsorptionsgerät sein kann. Der Taupunkt dee Feuchtigkeitsabscheiders 8 '

ist über den Regler 18 so eingestellt, daß das durchgeleitete Meßgas völlig ausgetrocknet wird und eine Störung der Messung des COp-Gehaltea im Gasanalysator 9 ausgeschlossen ist.

In der Gaswechsal-Meßkammer 1, die im folgenden noch näher beschrieben wird, aind zur Kühlung oder Heizung Peltierelementen angeordnet, die zu Peltieraggregaten ssusammengefaßt sind. Die Temperaturregelung erfolgt übar einen Regler 10, für den Temperaturfühler als Ist.wertgebar im Inneren dar Gaswechsel-Meßkammer 1 angeordnet 3Ind.

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Der Gaswechsel-Meßkammer 1 ist eine erste Gasleitung 11 ale Bypass (Nebenschluß) zugeordnet. In diesem Bypass ist eine Pumpe 12, ein Durchflußmengenmeeaer 13» ein Feuchtigkeitsabscheider 14 und ein Feuchtefühler 15 vorgesehen. Die Pumpe 12 saugt die Luft aus der Gaswechsel-Meßkammer 1 und drückt sie über den Feuchtigkeitsabscheider 14 wieder in die GaswechBel-Meßkammer zurück. Der Durchsatz in diesem Kreislauf ist größer (meistens 10 1 pro Minute) als der Meßgasdurchsatz durch die Gaewechsel-Meßkammer 1 über die Gaszuleitung 2 und die Gaeableitung 7 (meistens 1 1 pro Minute). Der Durchsatz im Bypass 11 wird mit dem Durchflußmengenmesser 13 gemessen und mit einem zum Pumpeneinstellgerät gehörenden Differenzdruckregler konstant gehalten,, Der Taupunkt der im Bypass 11 umgewälzten Luft wird im Feuchtigkeitsabscheider 14 mit Hilfe des elektronischen Reglers 16 so eingestellt, daß der von der Pflanze abgegebene Watserdampf in diesem Abscheider als Wasser ausfällt. Die in der Gasableitung 7 im Feuchtefühler 17 gemessene Innenfeuohte der Gasweeheel-Meßkammer 1 bleibt also der in der Gasleitung 2 mit dem Feuchtefühler ,18, der als Sollwertgeber dient, gemessenen Eingangefeuchte gleich. FUr die Bestimmung der Transpiration Tr gilt folgende Beziehung!

Tr * (IF-NSF) . D8_NS,

wobei NSF die NebenschluQfeuchte nach dem Feuchtigkeitsabscheider 14, DS_NS der Durchsatz im Bypass und EF die Eingangsfeuchte ist. Als Meß- und RegelfUhler für die Feuchte dienen LiCl-

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Feuchtegeber, die in einer Feuchtefühlereinheit zusammengefaßt sind, wie sie beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 978 833 beschrieben ist.

Mit Hilfe des Nebenschlusses 11 besteht ferner die Möglichkeit, auch den'Wind über die Leistung der Nebenechlußpumpe, z.B. unter Zuhilfenahme vergleichender und registrierender Evaporimeter so zu regeln, daß die Verdunstungsbedingungen innerhalb der Kammer den Bedingungen außerhalb der Kammer angepaßt werden können, womit eine verbesserte Möglichkeit gegeben ist, das Standortklima nachzubilden.

Zum vollen Verständnis der bisher beschriebenen Klimatisierung der Gaswechsel-Meßkammer 1 sei eine nähere Beschreibung der Gaswechsel-Meßkammer 1 und der Feuchteabscheider 4, 8 und 14 eingefügt.

Das Einstellen der Temperatur in der Gaswechsel-Kammer erfolgt durch Peltierelemente, die zu Peltieraggregaten zusammengefaßt sind. Diese sind an den Rückseiten der Kammern befestigt. Beide Seiten eines Peltieraggregates sind mit Wärmeaustauschern ver-

bunden. Der kalte Wärmeaustauscher ragt in das Innere der Gaswechsel-Meßkammer 1 hinein. Der warme, äußere Wärmeaustauscher kann durch ein Axialgebläse belüftet werden. Zur Brhöhung der Kälteleistung kann daüber hinaus die Warmseite de« Aggregates durch Wasser oder Sole gekühlt werden.

Zur Aufnahme der Pflanzen für die Gaeweohselmeiiung dient ein

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Plexiglasgehäuae. Der Nutzraum beträgt beispielsweise 7 1. Der innere kalte Wärmeaustauscher ist mit einer Bodenplatte abgedeckt. Mit einem Querstromgebläse wird für eine gleichmäßige, innere Luftumwälzung gesorgt. Unterhalb der Bodenplatte wird die Luft durch die Rippen des kalten Wärmeaustauschers gedrückt und im Nutzraum oberhalb dieser Abdeckung über das Pflanzengut geführt. Auf diese Weise werden Kohlendioxyd, Wasserdampf- und Temperaturgradienten weitgehend ^ vermieden. Die Windgeschwindigkeit im Inneren der Kammer ist über die Drehzahl des Radiallüfters einstellbar. Gegenüber der Bodenplatte befindet sich die abnehmbare, durchsichtige Deckplatte des Gehäuses.

In den Nutzraum der Gaswechsel-MeßVammer passen kleinere Pflanzen, wie z.B. Flechten oder Moose. Untersuchungen von Blattern oder Zweigen größerer Pflanzen sich ebenfalls möglich, da sich Blattstiele oder Sproßachsen in einen Schlitz an einer Schmalseite des Gehäuses einlegen lassen. Die Form ™ der Deckplatte und des Rahmens sorgen für einen hinreichend kleinen Spalt zwischen Pflanzenteil und Gehäuse, der mit einem dauerplaatischen Kitt ohne Schwierigkeiten gasdicht verschlossen werden kann. Das Befestigen der Pflanzen In der Kammer erfolgt mit in der Höhe verstellbaren Rähmchen. Ein berühren der Wände wird dadurch vermieden.

Pur Meßwertgeber in der Kammer, wie z.B. Fotoelemente oder Temperaturfühler sind Anechlußmoglichketten vorhanden. Seit-

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lieh am Plexiglasgehäuse befinden sich auswechselbare Schlauchanschlüsse für die Gaszu- und Gasableitung 2 und 7 und Kabeldurchführungen zum Anschluß von Meßgeräten. Zum Befestigen der Kammer am Gerüst o.dgl. dienen seitlich angebrachte Schienen, der Einbau kann in beliebiger Lage erfolgen.

Das Peltieraggregat der Gaswechsel-Meßkammer 1 ist so ausgelegt, daß im ökologisch wichtigen Temperaturbereich von etwa -20⁰C bis +50⁰C bei voller Kühlleistung eine Temperaturerniedrigung der Kammer gegenüber der Umgebungstemperatur von rund 20⁰C erreicht wird. Bei steigender thermischer Belastung des Peltieraggregates, z.B. durch Einstrahlung und sinkende, absolute Umgebungstemperatur verringert sich die Τ» roraturdifferenz, wobei jedoch die Abhängigkeit von der absoluten Temperatur gering ist. Weiterhin ist die Temperatur-differenz von der Luftgeschwindigkeit der Kammer abhängig, i

weil diese die Wärmeübergangszahl des Wärmeaustauschers be- \ einflußt. Hohe Luftgeschwindigkeit verringert den Wärmewider- \ stand zwischen Luft und kaltem Wärmeaustauscher. Bedingt durch diesen Wärmewiderstand entsteht ein Temperaturgefälle ' zwischen Kammerluft und kaltem Wärmeaustauscher. '

Die in der Kammer maximal erreichbare Feuchte ist von der

Temperatur der kältesten Stelle des inneren Wärmeaustauschers abhängig, da die Taupunkttemperatur dea Meßgases grundsätzlich tiefer sein muß als die Temperatur des Wärmeaustauschers. Bei einer Umgebungstemperatur von 25⁰C und Luftkühlung dee äuSertn

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WärmeauBtauschers iat eine relative Feuchte von ungefähr erreichbar. Wird in der Kammer eine höhere Temperatur ala die Umgebungstemperatur eingestellt (Heizbetrieb), so iat der innere Wärmeaustauscher immer wärmer als die Kammerluft. In diesem Fall können relative Feuchten bis nahezu 100# eingestellt werden. Eine kleinere Umgebungstemperatur als 25⁰C verschiebt den erreichbaren Wert nach kleineren Feuchtewerten. Allerdings ist dieser Einfluß nur geringfügig.

Die Feuchteabscheider 4, 8 und 16 arbeiten nach dem Prinzip der Kältefalle. Die Temperatureinstellung erfolgt wiederum mit einem Peltieraggregat. Die zu entfeuchtende Luft wird durch einen DurchfluSweg in einen peltiergekühlten Metallblock geleitet, in dem das überschüssige Wasser abgeschieden wird. Ehe die Luft in den Durchflußweg des pel tiergekühlten Metallblockes eintritt, durchströmt sie eine Hohlraum, der mit Kunststoff ausgekleidet ist und dessen eine Seite durch den peltiergekUhlten Metallblock gebildet wird. Dort wird der Λ

größte Teil des Wasserdampfes je nach Taupunkttemperatur in Form von Wasser oder Eisen vorzugsweise am Metallblock abgeschieden. Für den nachfolgenden DurchfluQweg im Metallblock besteht dann praktisch keine Vereisungsgefahr. Durch die Korabination der beiden hintereinander geschalteten Abscheideräume wird eine Feineinstellung der absoluten Feuchte mittels des peltiergekühlten Metallblocke erreicht. Das abgeschiedene Wasser wird in einem äußeren Behälter gesammelt. Am Feuchtigkeitsabscheider sind für die hierfür notwendigen Verbindungs-

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Schläuche Anschlußstutzen vorhanden. Alle mit dem Meßgas in Berührung kommenden Teile bestehen aus Edelstahl oder Kunststoff. Die warme Seite des Peltieraggregates besitzt Luftwärmeaustauscher. Ein Querstromgebläse sorgt für eine gute Wärmeabfuhr.

Der Temperaturistwert für die Regelvorrichtungen 5 und 16 wird durch ein Platinwiderstandethermometer erfaßt, der im Metallblock des Feuchtigkeitsabscheiders angeordnet ist. Dabei läßt sich die Taupunkttemperatur des Feuchtigkeitsabscheiders zwischen -2O⁰C und +60⁰C mit einer Genauigkeit von +_ 0,1⁰C halten.

Zusammenfassend läßt sich bezüglich der Klimatisierung mittels der beschriebenen Vorrichtung aussagen, daß in der Gaswechsel-Meßkammer eine Temperaturkonstanz von ±_ 1/2⁰C aufrechterhaltbar ist und die Regelgenauigkeit für die relative Feuchte wenigstens +_ 2i» beträgt«

In der Figur ist dem Gasanalysator 9 eine zweit« Gasleitung 19 zugeführt. Über die Gasleitung 19 kann der Gasanalyeator 9 mit einem Standardgaa versorgt werden. Den Meflwtrt det Gasanalysators 9 erhält man als Differenz zwischen dem OOp-Gehalt des Gases in der Gasableitung 7 und dem COg-Gehalt dee Standardgases, das über die Leitung 19 dem Gasanalysator zugeführt wird. Di« Gasleitung 19 kann mit einem Gaiumschalter 20 mit einer Gasleitung 21 oder einer Gasleitung 22 verbunden werden. Über die Gasleitung 21 ist dem Gaianalysator 9 »in

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Standardgas mit beliebiger C0₂~Konzentration zuftihrbar. Die Gasleitung 22 ist von der Gaszuleitung 2 abgezweigt, liegt der Gaswechsel-Meßkammer 1 parallel und ist unter Zwischenschaltung eines Feuchtigkeitsabscheiders dem Gasumschalter zugeleitet. In dieser Gasleitung 22 wird dem Gasanalysator als Standardgas das in die Gaswechsel-Meßkammer 1 eingepumpte Meßgas zugeführt. Der Feuchtigkeitsabscheider in der Gasleitung 22, mit dem das als Standardgas zugeführte Meßgas λ ausgetrocknet wird, ist der Feuchtigkeitsabscheider 8, der auch in die Gasableitung 7 eingeschaltet ist. In Abweichung von dem bereits beschriebenen Typ ist dieser Feuchtigkeitsabscheider 8 mit zwei getrennten Strömungswegen in einem MetallbLock versehen, die in der bereite beschriebenen Art ausgeführt sind. Wie bereits erwähnt, ist in diesem Feuchtigkeitsabscheider 8 der Taupunkt so tief eingestellt, daß das durchgeleitete Gas völlig ausgetrocknet ist. Beispielsweise genügt hierzu bei einer Umgebungstemperatur von 35 C, einem Taupunkt des einströmenden Gases von 30⁰C und einem Durch- " satz von 1 l/Minute pro Gasweg eine eingestellte Taupunktstemperatur von I⁰C, Bei tieferer Taupunkttemperatur darf die Umgebungstemperatur bzw. der Durchsatz höhere Werte als oben angegeben annehmen.

Wird in der Gaewechsel-Meßkammer 1 durch die Assimilation eingebrachter Pflanzen COp-Gas verbraucht, so muß COp-Gas zugeführt werden, um die Gaszueammensetzung in der Gaswechsel-Meßkamner konstant zu halten und zu vermeiden, daß der Meß-

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wert für die Assimilation verfälscht wird. COg-Gae wird der Gaswechsel-Meßkamraer 1 über die Gasleitung 23 aus einem Gasbehälter 24 zugeführt. Es ist ein Regelventil 25 und ein Durchflußmesser 26 in der Gasleitung 23 angeordnet. Das Regelventil 25 wird von einem Regler 27 angesteuert, dessen Stellgröße der Meßwert des Gasanalysators 9 ist. Die Regelung erfolgt also in Abhängigkeit von der Differenz zwischen

^ COp-Gehalt des Meßgases und COp-Gehalt des Standardgases, die im Gasanalysator bestimmt wird. Um eine möglichst genaue Dosierung mittels des Regelventile 25 zu erreichen, ist es vorteilhaft, der Gaswechsel-Meßkammer 1 Luft mit einem CO₂-Gehalt bis zu 209t zuzuführen. Bei bekannter ^,,-Konzentration des über die Gasleitung 23 zugeführten Gases läßt sich mittels des Durchflußmessers 26 die CO^-Aufnahme pro Zeiteinheit des · in der Gaswechsel-Meßkammer 1 angeordneten Organismus bestimmen. Die Messung ist mit einem Fehler von ungefähr 4# behaftet, der sich aus einer Regelungenauigkeit und Fehlern

W der Dosiereinrichtung 25 und des Durchflußmengenmeßgerätes 26 zusammensetzt.

Bei einer Respiration (Atmung) der in der Gaswechsel-Meßkammer 1 angeordneten Pflanzen muß C0₂-Gas aus der Meßkammer entfernt werden, um die Zusammensetzung des Meßgases nicht zu verändern und den Meßwert nicht zu verfälschen. Es ist hierfür ein zweiter Nebenschluß 28 zur Oaswechsel-MeQkanmer 1 vorgesehen, in dem eine Pumpe 29 mit veränderbarer Pumpgeechwindiglctit, ein Durchflußzähler 30 und ein Gefäß Oit Bindemittel für CO₂-

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Gas angeordnet iet. Ale Bindemittel für das COg-Gas eignen sich COp-absorbierende Mittel, beispielsweise Natriumhydroxyd (NaOH) oder Kaliumhydroxyd (KOH). Die Pumpgeechwindigkeit der Pumpe 29 ist über einen Regler 32 veränderbar, dessen Stellgröße der Meßwert des Gasanalysators 9 ist. Mittels der Pumpe 29 wird Gas in den Nebenschluß 28 angesaugt und nach Durchgang durch das Natriumhydroxyd im Gefäß 31 wieder in die Gaswechsel-Meßkammer 1 zurückgepumpt. Durch das Natriumhydroxyd wird das COp-Gas aus der umgepumpten Luft völlig entfernt und damit die COp-Konzentration in der Gaswechsel-Meßkammer 1 gesenkt. Die Respiration pro Zeiteinheit der in der Gaewecheel-Meßkammer angeordneten Pflanzen läßt eich ebenfalls aus dem Meßwert des Durchflußmengenmesser 30 bestimmen, da die CO₂-Konzentration in der Gaswechsel-Meßkammer durch die Kompensation vermittele des Bypasses konstant gehalten und identisch mit der COp-Konzentration des Standardgases ist. Der Meßwert ist ebenfalls mit einem Fehler von ungefähr 49( behaftet, der sich aus den gleichen Größen wie der Fehler bei der Messung der Assimilation pro Zeiteinheit zusammensetzt. Sowohl der bei der Messung der Assimilation pro Zeiteinheft als auch der bei der Messung der Respiration pro Zeiteinheit erhaltene Fehler liegt in der gleichen Größenordnung wie der Fehler, der bei einer Messung im Gasanalysator erhalten wird. Hinzuweisen ist nooh darauf, daß im Nebenschluß 28 ein Ventil 33 angeordnet sein kann, um bei unbetätigtem Nebenschluß 28 ein Rückschlägen des Meßgases, das sich in der Gaswechsel-Meßkammer 1 befindet, zu verhindern.

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Die in der Figur gezeigte Meövorriehtung kaön «u einen geechlossenen System ergänzt werden, wenn vermittele einer Gasleitung 34 die Gaeableitung 7 mit der Gaszuleitung 2 verbunden wird. Sie gasleitung 34 ist durch gestrichelte Linien angedeutet. In ihr ist ein Überdruckventil 35 vorzusehen.

Mit der beβehriebenen Vorrichtung ist eine Bestimmung des Äesimilation pro Zeiteinheit oder der Reepiration pro Zeiteinheit nach dem Kompensationsverfahren ermöglicht. Das Oaaanalyeengerät wird als Nullinstrument benutzt. Damit wird bei offenem System eine Nachlaufregelung ermöglicht, bei der die Gaszusammensetzung in der Gaswecheel-Meekammer beeüglich des C0₂-Gehaltee an die Zusammensetzung der Standortluft angleichbar ist. Hierzu wird das am Standort angesaugt· Mefigas Über die Gasleitung 22 parallel zur Gaewecheel-Meßkammer 1 dem Gasanalyaator 9 als Standardgas zugeführt. Sowohl bei offenem als auch bei geschlossenen System ist auch «ine Sollwertregelung möglich, zu der dem Gasanalysator 9 über die Gasleitung 21 ein Standardgae mit beliebige« C0₂-Öehalt zugeführt werden mufl. Damit wird auch eine Programmsteuerung der Gas-Zusammensetzung im Nuteraum der Gaswecheei-MeBkaemer 1 ermöglicht«, «

Hinzuweisen let noch auf eine Abwandlung der In der Figur dargestellten Vorrichtung, die bei einem geeohloesenen Syete« möglich ist. In einen geschlossenen System lügt sich der Bypass 26, der In der Figur als Nebenschluß tür Gaswechsel-

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Meßkammer 1 angeordnet iat, ale Nebenschluß zur Gasableitung 7 zwischen der Gaswechsel-Meßkammer 1 und dem Feuchtigkeitsabscheider 8 anordnen. Anstelle der Pumpe 29 mit veränderbarer Pumpgeachwindigkeit ist dann ein regelbares Mischventil vorzusehen, das ebenfalls von einem Regelsystem angesteuert wird, dessen Stellgröße der Meßwert des Gasanalysators ist. Die Betriebsweise der Vorrichtung im geschlossenen System wird hiervon in keiner Weise beeinflußt.

Abschließend seien noch die Durchflußmengenmesser 36 und 37 erwähnt, die in der Gasableitung dem Gasanalysator 9 nachgeschaltet sind. Mit diesen Durchflußmengenmessern ist eine Kontrolle für den Gasdurchsatz der Gesamtvorrichtung gegeben.

1 Figur

8 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche *

1« Vorrichtung zur Regelung und zur Bestimmung von Veränderungen des COp-Gehaltes in einer mittels Peltierelementen klimatisierten Gasweeheel-Meßkammer, in der Pflanzen, lebende Pflanzenteile oder Organismen angeordnet sind, der über eine Gaszuleitung Meßgas zupumpbar und der in einer Gaaableitung ein peltiergekühlter Feuchtigkeitsabscheider und ein Gasanalysetor nachgeschaltet sind, in dem ein Meßwert als Differenz zwischen dem GOp-Gehalt des Meßgases und dem COp-Gehalt eines zugeführten Standardgases bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an eich bekannter Weise über ein Regelventil (25) und einen Durchflußzähler (26) der Gaewechsel-Meßkammer (1) COp-Gas zuführbar ist, d^ß ein Bypass (28) zur Gaewechsel-Meßkammer vorgesehen ist, in dem ein Durchflußzähler (30) und Mittel zur Veränderung des Durchflusses (29) und zum Binden des C0₂-Gases (31) angeordnet sind, daß für das Regelventil und für die Mittel zur Regelung des Durchflusses je ein Regelsystem (27 bzw. 32) vorgesehen ist, und daß die Stellgröße jedes Reglere der Meßwert des Gasanalysators (9) ist ο

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Regelung des Durchflusses im Bypass (28) eine Pumpe (29) mit veränderbarer Pumpgeschwindigkeit vorgesehen

ist. ;

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß der GaswechBel-Meßkaamer (1) über das Regelventil (25) ein Gas mit bis zu 20 £ C0₂-Gehalt zufUhrbar ist.

4« Vorrichtung naoh einem der Aneprtiche 1 bie 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auegang des Gasanalysators (9) und die Gaezuleitung (2) der Gaswechsel-Meßkammer (1) mittele einer Gasleitung (34) zu einem geschlossenen System verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4_t dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gasanalysator (9) und Gaszuleitung (2) ein Überdruckventil (35) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abweichung zum Hauptanspruch der Bypass (28) mit Durchflußzähler (30) und dem Bindemittel (31) für das CO₂-GaS in der Gasableitung (7) zwischen Gaswechsel-Meß kammer (1) und Feuchtigkeitsabscheider (8) angeordnet ist und daß als Mittel zur Veränderung des Durchflusses ein ä Mischventil vorgesehen ist, mit einem Regelsystem, dessen Stellgröße der Meßwert des Gasanalysators (9) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Aneprtiche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel (31) für das COp-Gas Natriumhydroxyd (NaOH) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Gaswechsel-Meßkamaer (1) zugeführte

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Zo

Meßgas in einer die Gaswechsel-MeQkammer überbrückenden Gasleitung (22) einem Feuchtigkeitsabscheider (8) und von dort als Standardgas dem Gasanalysator (9) zuführbar

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