DE10121458A1 - Apparatus to diffuse purge gas, in carrier gas for calibration of gas analyzers, features diffusion chamber inserted into carrier gas flow tube as diffusion medium - Google Patents

Apparatus to diffuse purge gas, in carrier gas for calibration of gas analyzers, features diffusion chamber inserted into carrier gas flow tube as diffusion medium

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Abstract

The apparatus to diffuse a gas component from a purge gas, in a carrier gas, uses a diffusion chamber either as a silicon tube (2) or a silicon septum as the diffusion medium in the fine steel tube (1) for the carrier gas flow. The diffusing medium can also be of plastics or ceramics. The purge gas can be CO2, CO, SO2 or NOx. The carrier gas can be air free of CO2, or N2.

Description

1. Einleitung1 Introduction

Die nachfolgend beschriebene Erfindung resultiert aus Erfahrungen des Autors mit CO2- Gasanalysatoren im Rahmen von pflanzenphysiologischen Untersuchungen. Eine routinemäßige Überprüfung verschiedener Geräteparameter wird zwar von den Herstellern vorgeschrieben, zu den Verfahren werden aber keine hinreichenden Angaben gemacht werden. Hinsichtlich der Linearität von Absolutmeßgeräten und dem Empfindlichkeitsabgleich von Differenzgeräten ist der Nutzer auf die Angaben des Herstellers angewiesen, und es gibt i. d. R. keine Möglichkeit, diese zu überprüfen. Die eigenen Erfahrungen rühren ausschließlich vom Umgang mit CO2-Analysatoren. Es kann aber davon ausgegangen werden, daß sie auch für andere Gasanalysatoren zutreffen. Die Erfindung kann daher neben der Messung von CO2 auch für die Messung weiterer Gase (z. B. CO, SO2, NOx) von Bedeutung sein.The invention described below results from the author's experience with CO 2 gas analyzers in the context of plant physiological studies. A routine check of various device parameters is prescribed by the manufacturers, but no sufficient information is given on the procedures. With regard to the linearity of absolute measuring devices and the sensitivity adjustment of differential devices, the user is dependent on the information provided by the manufacturer, and there is usually no way to check this. Our own experience comes exclusively from handling CO 2 analyzers. However, it can be assumed that they also apply to other gas analyzers. In addition to the measurement of CO 2 , the invention can therefore also be of importance for the measurement of other gases (eg CO, SO 2 , NO x ).

Bei fotometrisch arbeitenden Gasanalysatoren unterliegt das originäre Meßsignal dem Lambert-Beerschen Gesetz und das mit steigender Gaskonzentration sich abflachende Meßsignal wird i. d. R. vom Hersteller für den Signalausgang des Gerätes linearisiert. Die Überprüfung der Linearität des Ausgangssignals bei absolut messenden Geräten ist in den meisten Labors nicht durchführbar. Ein Linearitätstest mit Kalibrationsgasen unterschiedlicher Konzentration ist bezüglich der Genauigkeit nicht hinreichend. So beträgt z. B. die Meßunsicherheit bei Prüfgasen mit Analysenzertifikat der Fa. Messer- Griesheim ±2% des Analysenwertes: das entspricht beispielsweise bei 2000 ppmv einer möglichen Abweichung von + 40 ppmv vom tatsächlichen Wert. Die eigene Herstellung von Kalibrationsgasen setzt sehr zuverlässig arbeitende Gasmischeinrichtungen voraus (z. B. Gasmischpumpen der Fa. Wösthoff). Diese sind kostspielig, insbesondere wenn verschiedene Gasmischbereiche abgedeckt werden müssen. Außerdem ist eine Linearitätsüberprüfung in engen Konzentrationsschritten (z. B. von 1 ppmv) innerhalb des gewünschten Gasmischbereiches sehr zeitaufwendig.In gas analyzers operating photometrically, the original measurement signal is subject to the Lambert-Beer law and that which flattened out with increasing gas concentration Measurement signal is i. d. Usually linearized by the manufacturer for the signal output of the device. The The linearity of the output signal for absolutely measuring devices is checked in the not feasible in most laboratories. A linearity test with calibration gases different concentration is not sufficient in terms of accuracy. So is z. B. the measurement uncertainty for test gases with certificate of analysis from the company Messer- Griesheim ± 2% of the analysis value: this corresponds to one at 2000 ppmv, for example possible deviation of + 40 ppmv from the actual value. The own production calibration gases requires very reliable gas mixing devices (e.g. gas mixing pumps from Wösthoff). These are costly, especially if different gas mixing areas must be covered. Besides, one is Linearity check in narrow concentration steps (e.g. of 1 ppmv) within the desired gas mixing area very time consuming.

Auch bei Differenzmeßgeräten sinkt die Empfindlichkeit des (Differenz-)Meßsignals mit steigender absoluter Konzentration. Der Empfindlichkeitsverlust ist meist werksseitig für einen festgelegten Konzentrationsbereich abgeglichen. Eine Überprüfung sowohl des Linearitäts- als auch des Empfindlichkeitsabgleichs sind hier ebenfalls nicht möglich oder nur mit entsprechendem apparativem Aufwand zu realisieren. Die von Herstellern empfohlenen Routineüberprüfungen insbesondere des Empfindlichkeitsabgleichs (z. B. einmal pro Woche) können daher in den meisten Labors nicht durchgeführt werden.The sensitivity of the (difference) measurement signal also decreases with difference measuring devices increasing absolute concentration. The loss of sensitivity is usually at the factory for  adjusted a defined concentration range. A review of both Linearity and sensitivity adjustment are also not possible here can only be realized with the corresponding equipment. From manufacturers recommended routine checks, especially of sensitivity adjustment (e.g. once a week) can therefore not be carried out in most laboratories.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung erlaubt in einer flexiblen und je nach Ausführung und Aufwand preiswerten Weise routinemäßig die erforderlichen Kalibrationen mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Darüber hinaus eröffnet das Verfahren eine sehr einfache Möglichkeit, Gaskonzentrationen im Durchfluß mit hoher Konstanz in einem sehr weiten Konzentrationsbereich herzustellen.The invention described below allows a flexible and depending on the version and effort cheaply routinely perform the required calibrations with high Perform accuracy. In addition, the process opens up a very simple one Possibility of flowing gas concentrations with high constancy in a very wide range Establish concentration range.

2. Beschreibung einer Diffusionskammer2. Description of a diffusion chamber

Die Erfindung beruht auf einem einfachen Gasdiffusionsverfahren. In Abb. 1 ist ein Querschnitt durch eine Diffusionskammer dargestellt. Die Kammer besteht aus einem geschlossenen Gehäuse (schraffiert), welches mit einem Spülgas (z. B. reinem CO2) beströmt wird. Das Trägergas wird mit einer konstanten Flussrate durch ein Edelstahlrohr (1) geleitet. Ein Stück Silikonschlauch (2) ersetzt das Edelstahlrohr in der Mitte der Kammer und wirkt als diffusibles Leck. Anstelle von Silikon können auch andere, diffusible Materialien zu Einsatz kommen.The invention is based on a simple gas diffusion process. Fig. 1 shows a cross section through a diffusion chamber. The chamber consists of a closed housing (hatched), which is flushed with a purge gas (e.g. pure CO 2 ). The carrier gas is passed through a stainless steel pipe ( 1 ) at a constant flow rate. A piece of silicone hose ( 2 ) replaces the stainless steel tube in the middle of the chamber and acts as a diffusible leak. Instead of silicone, other diffusible materials can also be used.

Für die sich im Trägergas am Ausgang einstellende CO2-Konzentration sind verschiedene Parameter bestimmend.Various parameters are decisive for the CO 2 concentration that arises in the carrier gas at the outlet.

  • 1. Die Durchflußrate des strömenden Trägergases, wobei es sich im hier getesteten Verfahren um CO2-freie Luft handelte. Die Durchflußrate muß konstant gehalten werden: dies kann z. B. mit Hilfe eines Mass Flow Controllers oder mittels einer über die Durchflußrate gesteuerte Pumpe erfolgen.1. The flow rate of the flowing carrier gas, which was CO 2 -free air in the method tested here. The flow rate must be kept constant. B. with the help of a mass flow controller or by means of a pump controlled by the flow rate.
  • 2. Die Länge und die Wandstärke des Silikonschlauchs: mit einem Silikonschlauch der Länge 2 mm, der Wandstärke 0.5 mm und einem Innendurchmesser von 2.5 mm stieg in dem in Abb. 2 gezeigten geschlossenen System die CO2-Konzentration innerhalb von 80 min von 100 auf 4600 ppmv an.2. The length and the wall thickness of the silicone hose: with a silicone hose of length 2 mm, wall thickness 0.5 mm and an inner diameter of 2.5 mm, the CO 2 concentration rose from 100 within 80 minutes in the closed system shown in Fig. 2 4600 ppmv.
  • 3. Die Differenz der über das Spülgas eindiffundierenden Gaskomponente (hier CO2) zwischen beiden Seiten des diffusiblen Lecks. Im hier geprüften Fall betrug die CO2- Konzentration des Spülgases und damit in der äußeren Atmosphäre der Diffusionskammer 100 Vol.-%. Im Inneren des an die Trägergasleitung angeschlossenen Meßsystems wurden CO2-Konzentrationen zwischen etwa 100 und 4600 ppmv gemessen, d. h. zwischen außen und innen änderte sich der CO2-Gradient nur geringfügig von 100 auf 99.54 Vol.-%. Wenn, wie nachfolgend beschrieben, die im Bereich der hier getesteten CO2-Gradienten praktisch ausschließlich nach innen gerichtete CO2-Diffusion zur Linearitätsüberprüfung eines Meßgerätes genutzt wird, kann davon ausgegangen werden, daß sich die Diffusionsrate nicht ändert. Bei größeren CO2-Änderungen (d. h. kleiner werdenden CO2-Gradienten) müßte entsprechend den Diffusionsgesetzen eine Korrektur vorgenommen werden.3. The difference of the gas component (here CO 2 ) diffusing in via the purge gas between the two sides of the diffusible leak. In the case tested here, the CO 2 concentration of the purge gas and thus in the outer atmosphere of the diffusion chamber was 100% by volume. Inside the measuring system connected to the carrier gas line, CO 2 concentrations between about 100 and 4600 ppmv were measured, ie between outside and inside the CO 2 gradient changed only slightly from 100 to 99.54 vol .-%. If, the 2 gradient is used almost exclusively inward CO 2 diffusion to the linearity test of a measuring device as described below in the area of CO tested here, it can be assumed that the diffusion rate does not change. With larger CO 2 changes (ie smaller CO 2 gradients) a correction would have to be made according to the diffusion laws.
  • 4. Auch durch die kontrollierte Veränderung der Gasdrücke auf beiden Seiten (Trägergas und/oder Spülgas) kann die im Trägergas sich einstellende Gaskonzentration variiert werden. Dabei ist je nach Druckdifferenz zwischen innen und außen eine Stützung des Silikonschlauchs (z. B. durch ein siebartig gelochtes Edelstahlrohr) erforderlich.4. Also through the controlled change in gas pressures on both sides (carrier gas and / or purge gas), the gas concentration established in the carrier gas can vary become. Depending on the pressure difference between inside and outside, there is support for the Silicone hose (e.g. through a sieve-like perforated stainless steel tube) is required.

Die Diffusionskammer kann in unterschiedlicher Weise abgewandelt werden.The diffusion chamber can be modified in different ways.

  • - Statt des beschriebenen Silikonschlauchs ist auch ein Gefäßkonstruktion mit Septum möglich (Trägergas auf der einen, Spülgas auf der anderen Seite des Septums).- Instead of the silicone hose described, there is also a vessel construction with a septum possible (carrier gas on one side, purge gas on the other side of the septum).
  • - Statt Silikon können auch andere diffusible Materialien (z. B. Kunststoffschläuche oder -septen, Keramikmaterialien) zum Einsatz kommen.- Instead of silicone, other diffusible materials (e.g. plastic hoses or -septen, ceramic materials) are used.
  • - Bei stark wechselnden Temperaturen kann zur Stabilisierung der Diffusionsraten eine thermische Isolierung oder Thermostatisierung der Diffusionskammer eingesetzt werden.- In the case of strongly changing temperatures, a thermal insulation or thermostatting of the diffusion chamber used become.
3. Einsatzmöglichkeiten der Diffusionskammer3. Possible uses of the diffusion chamber 3.1 Linearitätskontrolle von Gasanalysatoren im Absolutmeßbereich3.1 Linearity control of gas analyzers in the absolute measuring range

Ein Meßaufbau zur Linearitätskontrolle eines CO2-Gasanalysators im Absolutbereich ist in Abb. 2 skizziert, wobei folgende Komponenten benötigt werden: Abs = CO2-Absorber- Säule, DiffK = Diffusionskammer, GP = Gaspumpe, IRGA = Infrarotgasanalysator, MFM = Mass Flow Meter (elektronisches Massendurchflussmessgerät), MV = Mehrwegeventil, V = Sperrventil; Ventilstellungen des Mehrwegeventils MV1: offen (1-2, 3-4), geschlossen (1-4, 3-2).A measurement setup for linearity control of a CO 2 gas analyzer in the absolute range is sketched in Fig. 2, whereby the following components are required: Abs = CO 2 absorber column, DiffK = diffusion chamber, GP = gas pump, IRGA = infrared gas analyzer, MFM = mass flow meter (electronic mass flow meter), MV = multi-way valve, V = shut-off valve; Valve positions of the multi-way valve MV1: open ( 1-2 , 3-4 ), closed ( 1-4 , 3-2 ).

Ein Prüfablauf ist im folgenden beschrieben.A test procedure is described below.

Schritt 3.1.1 Das Mehrwegeventil MV1 sowie die Ventile V2, V3 und V4 sind geöffnet. Ventil V1 ist geschlossen und die Gaspumpe GP1 ist eingeschaltet. Das Gasleitungssystem wird mit einem Meßgas (z. B. Umgebungsluft) durchströmt, wobei durch die Wirkung des CO2-Absorbers (Abs1) die CO2- Konzentration auf Null gebracht wird. Bei entsprechender Vorkalibration sollte sich im Absolut-Infrarotgasanalysator (IRGA) ein Wert von 0 ppmv einstellen. Die Diffusionskammer wird mit reinem CO2 als Spülgas beströmt.Step 3.1.1 The multi-way valve MV1 and the valves V2, V3 and V4 are open. Valve V1 is closed and the gas pump GP1 is switched on. A sample gas (e.g. ambient air) flows through the gas line system, the CO 2 concentration being brought to zero by the action of the CO 2 absorber (Abs1). With appropriate pre-calibration, a value of 0 ppmv should be set in the absolute infrared gas analyzer (IRGA). The diffusion chamber is flowed with pure CO 2 as the purge gas.

Schritt 3.1.2 Das Mehrwegeventil MV1 wird geschlossen. Der Absolut-IRGA befindet sich jetzt in einem geschossenen Gaskreislaufsystem, in dem das Gas durch die Pumpe GP1 ständig umgewälzt wird. Je nach Rohrleitungsmaßen und Küvettengröße kann das Gesamtvolumen des geschlossenen Systems recht klein sein (z. B. 100 ml). Aufgrund des CO2-Gradienten in der Diffusionskammer wird die CO2-Konzentration in dem geschlossenen Gaskreislauf ansteigen und das Meßsignal des Gasanalysators (z. B. Spannung) wird aufgezeichnet. Wenn eine bestimmte CO2-Konzentration erreicht ist (z. B. 4000 ppmv) wird das System wieder geöffnet (mittels MV1). Die Leckrate des System ist in einem separaten Test (z. B. bei 4000 ppmv) zu bestimmen.Step 3.1.2 The multi-way valve MV1 is closed. The Absolute IRGA is now in a closed gas circulation system in which the gas is constantly circulated by the GP1 pump. Depending on the pipe dimensions and cuvette size, the total volume of the closed system can be quite small (e.g. 100 ml). Due to the CO 2 gradient in the diffusion chamber, the CO 2 concentration in the closed gas circuit will increase and the measurement signal of the gas analyzer (e.g. voltage) will be recorded. When a certain CO 2 concentration is reached (e.g. 4000 ppmv) the system is opened again (using MV1). The leak rate of the system is to be determined in a separate test (e.g. at 4000 ppmv).

Schritt 3.1.3 Das aufgezeichneten CO2-Signals wird differenziert und damit die Steigung (z. B. δU/δt) über den gesamten Meßbereich ermittelt. Die zum jeweiligen Zeitpunkt herrschende CO2-Konzentration ist dabei zunächst nicht von Interesse. Die Steigungswerte werden bei Vorkalibration des IRGA gegen die gemessene CO2-Konzentration (s. Abb. 3A) oder gegen die gemessene Spannung (s. Abb. 3B) aufgetragen. Da aufgrund der Physik des Diffusionsverfahrens der CO2-Anstieg im System über die gemessene Zeit als linear anzusehen ist, kann der Kurvenverlauf anschließend mit Hilfe einer geeigneten mathematischen Funktion angepaßt werden. Die ermittelten Parameter werden nachfolgend für die Korrektur (Linearisierung) der Meßdaten verwendet.Step 3.1.3 The recorded CO 2 signal is differentiated and the slope (e.g. δU / δt) is determined over the entire measuring range. The CO 2 concentration prevailing at the respective time is initially of no interest. The slope values are plotted against the measured CO 2 concentration (see Fig. 3A) or against the measured voltage (see Fig. 3B) when the IRGA is pre-calibrated. Since, due to the physics of the diffusion process, the increase in CO 2 in the system can be regarded as linear over the measured time, the curve shape can then be adapted using a suitable mathematical function. The parameters determined are subsequently used for the correction (linearization) of the measurement data.

Schritt 3.1.4 Nach erfolgter Linearisierung des Ausgangssignals kann über eine einfache 2-Punkt Messung (z. B. mit CO2-freier Luft und einem CO2-Eichgas) eine Kalibration des Gasanalysators erfolgen.Step 3.1.4 After the output signal has been linearized, the gas analyzer can be calibrated using a simple 2-point measurement (e.g. with CO 2 -free air and a CO 2 calibration gas).

Schritt 3.1.5 Wenn das in Abb. 2 skizzierte geschlossene Gaskreislaufsystem für Messungen von Gasaustauschraten genutzt werden soll, so wird die Diffusionskammer durch Schließen der Ventile V4.1 und V4.2 aus dem System ausgeklammert. Bei Kenntnis des Systemvolumens ist dann die gemessene Änderung der CO2-Konzentration im geschlossenen System über die Zeit ein direktes Maß für die CO2-Austauschrate.Step 3.1.5 If the closed gas circulation system sketched in Fig. 2 is to be used for measurements of gas exchange rates, the diffusion chamber is excluded from the system by closing valves V4.1 and V4.2. If the system volume is known, the measured change in the CO 2 concentration in the closed system over time is a direct measure of the CO 2 exchange rate.

In Abb. 3 ist zu erkennen, daß die werkseitige Linearisierung eines Meßsignals völlig unzureichend sein kann (Abb. 3A). Es wurde jeweils der CO2-Anstieg aufgrund des über die Diffusionskammer eindiffundierenden CO2 im geschlossenen System gemessen (offene Kreise) und die jeweils zugehörige Steigung (schwarze Linie) ermittelt. In Abb. 3A wurde das werkseitig linearisierte Ausgangssignal eines Messgerätes (Binos 4.1; Fa. Fisher- Rosemount) untersucht. In Abb. 3B wurde das unlinearisierte Signal des Detektors ausgewertet. Fig. 3 shows that the factory linearization of a measurement signal can be completely inadequate ( Fig. 3A). The rise in CO 2 was measured based on the CO 2 diffusing in through the diffusion chamber in a closed system (open circles) and the associated slope (black line) was determined. In Fig. 3A, the factory linearized output signal of a measuring device (Binos 4.1; Fisher-Rosemount) was examined. In Fig. 3B the unlinearized signal of the detector was evaluated.

Es ist zur Vermeidung von systematischen Fehlmessungen erforderlich, daß der Nutzer die die Linearisierungsgüte eines Meßsignals selbst zu überprüfen bzw. die Linearisierung entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren selbst durchzuführen kann. Schleichende Veränderungen der Eigenschaften eines Meßgerätes sind vom Nutzer in der Regel nur äußerst schwer zu erkennen. Das angegebene Verfahren erlaubt es, die Eigenschaften eines Gasanalysators über den gesamten Meßbereich lückenlos in Routinemessungen zu überprüfen. To avoid systematic incorrect measurements, it is necessary that the user to check the linearization quality of a measurement signal itself or the linearization according to the procedure described above. creeping The user generally only changes the properties of a measuring device extremely difficult to see. The specified method allows the properties of a Gas analyzer over the entire measuring range without gaps in routine measurements check.  

3.2 Empfindlichkeitskontrolle von Gasanalysatoren im Differenzmeßbereich bei unterschiedlichen Gaskonzentrationen3.2 Sensitivity control of gas analyzers in the differential measurement range at different gas concentrations

Ein Meßaufbau zur Empfindlichkeitskontrolle eines CO2-Gasanalysators im Differenzmodus in Abhängigkeit von der absoluten CO2-Konzentration ist in Abb. 4 skizziert, wobei folgende Komponenten eingesetzt wurden: Abs = CO2-Absorber, DiffK = Diffusionskammer, GP = Gaspumpe, FM = Flowmeter (Durchflussmesser), IRGA = Infrarot-Analysator, MFM = Mass Flow Meter (elektronisches Massenflussmessgerät), MV = Mehrwegeventil, NV = Nadelventil, V = Absperrventil; Ref = Referenzküvette, Mess = Meßküvette des Differenzanalysators; Ventilstellungen des Mehrwegeventils MV1: Kalibration (1-2, 3-4), Messung (1-4, 3-2).A measurement setup for the sensitivity control of a CO 2 gas analyzer in differential mode depending on the absolute CO 2 concentration is outlined in Fig. 4, using the following components: Abs = CO 2 absorber, DiffK = diffusion chamber, GP = gas pump, FM = Flowmeter, IRGA = infrared analyzer, MFM = mass flow meter (electronic mass flow meter), MV = multi-way valve, NV = needle valve, V = shut-off valve; Ref = reference cell, measurement = measuring cell of the differential analyzer; Valve positions of the multi-way valve MV1: calibration (1-2, 3-4), measurement (1-4, 3-2).

Ein Prüfablauf ist im folgenden beschrieben.A test procedure is described below.

Schritt 3.2.1 Das Mehrwegeventil MV1 ist in Kalibrationsstellung. Das Ventil V1 ist geöffnet, Ventil V2 ist geschlossen. Als Referenzgas wird ein Luftgemisch mit konstanter CO2-Konzentration (z. B. 350 ppmv) eingespeist. Es sollte jeweils die CO2-Konzentration gewählt werden, für die das Gerät vom Hersteller vorkalibriert wurde. Die Gasflußrate auf der Meßküvettenseite des Differenz-IRGAs wird mittels MFM1 gemessen und konstant gehalten (z. B. durch Leistungsregelung der Pumpe GP1). Die CO2-Differenz (ΔCO2) zwischen Meß- und Referenzküvette sollte Null betragen. Je nach Ausführung des IRGAs kann ein Nullabgleich erfolgen. Der tatsächlich gemessene Nullwert wird aufgezeichnet.Step 3.2.1 The multi-way valve MV1 is in the calibration position. Valve V1 is open, valve V2 is closed. An air mixture with a constant CO 2 concentration (e.g. 350 ppmv) is fed in as the reference gas. The CO 2 concentration for which the device was pre-calibrated by the manufacturer should be selected. The gas flow rate on the measuring cuvette side of the differential IRGA is measured by means of MFM1 and kept constant (e.g. by controlling the output of pump GP1). The CO 2 difference (ΔCO 2 ) between the measuring and reference cuvette should be zero. Depending on the version of the IRGA, a zero adjustment can take place. The actually measured zero value is recorded.

Schritt 3.2.2 Das Ventil V2 (V2.1 + V2.2) wird geöffnet, Ventil V1 wird geschlossen. Damit befindet sich die Diffusionskammer (DiffK1) im Gasstrom. In Vorversuchen wird die Länge des in der Diffusionskammer befindlichen Silikonschlauchs so bemessen, daß sich ein für den Meßbereich des IRGAs sinnvoller ΔCO2-Wert (z. B. etwa 30 ppmv) einstellt. Bei einem Gasfluß von 400 ml min-1 reichte z. B. 4 mm eines Silikonschlauchs mit den Maßen 4,0 × 0,5 mm. Der gemessene ΔCO2-Wert wird aufgezeichnet.Step 3.2.2 The valve V2 (V2.1 + V2.2) is opened, valve V1 is closed. The diffusion chamber (DiffK1) is thus in the gas flow. In preliminary tests, the length of the silicone tube in the diffusion chamber is dimensioned such that a ΔCO 2 value (for example, about 30 ppmv) that is useful for the measuring range of the IRGA is established. With a gas flow of 400 ml min -1 z. B. 4 mm of a silicone tube with the dimensions 4.0 × 0.5 mm. The measured ΔCO 2 value is recorded.

Schritt 3.2.3 Die in den Schritten 3.2.1 und 3.2.2 aufgezeigten Messungen werden nun bei einer jeweils veränderten CO2-Konzentration des einströmenden Referenzgases (z. B. in einer aufsteigenden Reihe von 500, 1000, 1500 und 2000 ppmv) durchgeführt.Step 3.2.3 The measurements shown in steps 3.2.1 and 3.2.2 are now carried out with a changed CO 2 concentration of the inflowing reference gas (e.g. in an ascending series of 500, 1000, 1500 and 2000 ppmv) ,

Schritt 3.2.4 Die gemessenen ΔCO2-Werte werden gegen die jeweilige absolute CO2- Konzentration des Referenz(Träger)gases aufgetragen. Aufgrund der Physik des Verfahrens (konstante Diffusionsrate) ist die tatsächliche Erhöhung der CO2-Konzentration im Trägergasstrom durch die Diffusionskammer im beschriebenen niedrigen CO2-Bereich unabhängig von der absoluten CO2- Konzentration und daher konstant. Innerhalb des getesteten CO2- Konzentrationsbereichs kann nun für jede beliebige CO2-Konzentration die gerätespezifische Empfindlichkeit für die jeweilige ΔCO2-Messung rechnerisch ermittelt werden.Step 3.2.4 The measured ΔCO 2 values are plotted against the respective absolute CO 2 concentration of the reference (carrier) gas. Due to the physics of the process (constant diffusion rate), the actual increase in the CO 2 concentration in the carrier gas flow through the diffusion chamber in the described low CO 2 range is independent of the absolute CO 2 concentration and is therefore constant. Within the tested CO 2 concentration range, the device-specific sensitivity for the respective ΔCO 2 measurement can now be calculated for any CO 2 concentration.

Schritt 3.2.5 Im Meßbetrieb können daraufhin innerhalb des Meßbereich für jede beliebige CO2-Konzentration im einströmenden Meßgasstrom die tatsächlichen (wahren) ΔCO2-Werte ermittelt werden. Step 3.2.5 In measurement mode, the actual (true) ΔCO 2 values can then be determined within the measuring range for any CO 2 concentration in the inflowing sample gas stream.

3.3 Herstellung konstanter Gasmischungen3.3 Production of constant gas mixtures

Ein Gasmischsystem zur Herstellung unterschiedlicher CO2-Konzentrationen ist in Abb. 5 dargestellt. Das System besteht aus folgenden Komponeneten: IRGA = Infrarot-Gasanalysator, DiffK = Diffusionskammer, MFC = Mass Flow Controller (elektronischer Massenflusskonstanthalter), V = Absperrventil. Der Gasfluß des einströmenden Trägergases (z. B. CO2-freie Luft) wird über einen Mass Flow Controller (MFC1) konstant gehalten. Die beiden Diffusionskammer DiffK1 und DiffK2 unterscheiden sich durch verschieden lange Siliconschläuche. Durch Öffnen oder Schließen der Ventile V1 und V2 können bei konstantem Gasfluß drei verschiedene CO2- Konzentrationen eingestellt werden: (1) nur V1 ist geöffnet, (2) nur V2 ist geöffnet, (3) V1 und V2 sind geöffnet. Durch Veränderung des Gasflusses (über MFC1) lassen sich zusätzlich noch weitere CO2-Konzentrationen einstellen. Aufgrund der zugrundelegenden Physik des Verfahrens bleiben die eingestellten CO2-Konzentrationen hochkonstant. Dabei kann es notwendig oder zumindest vorteilhaft sein, die Diffusionskammern thermisch zu isolieren.A gas mixing system for the production of different CO 2 concentrations is shown in Fig. 5. The system consists of the following components: IRGA = infrared gas analyzer, DiffK = diffusion chamber, MFC = mass flow controller (electronic mass flow stabilizer), V = shut-off valve. The gas flow of the inflowing carrier gas (e.g. CO 2 -free air) is kept constant by a mass flow controller (MFC1). The two diffusion chambers DiffK1 and DiffK2 differ by different lengths of silicone tubing. By opening or closing valves V1 and V2, three different CO 2 concentrations can be set with constant gas flow: (1) only V1 is open, (2) only V2 is open, (3) V1 and V2 are open. By changing the gas flow (via MFC1), additional CO 2 concentrations can also be set. Due to the underlying physics of the process, the CO 2 concentrations set remain highly constant. It may be necessary or at least advantageous to thermally insulate the diffusion chambers.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Diffusion einer Gaskomponente aus einem Spülgas in ein Trägergas über ein diffusibles Medium (Diffusionskammer) entsprechend der Beschreibung in Kapitel 2 und der Abb. 1 des Formulars B.1. Device for the diffusion of a gas component from a purge gas into a carrier gas via a diffusible medium (diffusion chamber) as described in Chapter 2 and Fig. 1 of Form B. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das diffusible Medium entweder ein Silikonschlauch oder ein Silikonseptum ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the diffusible medium is either a silicone tube or a silicone septum. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch oder das Septum mechanisch gestützt werden (z. B. durch ein siebartig aufgebohrtes Edelstahlrohr bzw. durch ein Edelstahlsieb).3. Device according to claim 2, characterized in that the hose or the septum mechanically supported (e.g. by a sieve-like drilled stainless steel tube or through a stainless steel sieve). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffusible Medium nicht aus Silikon, sondern aus anderen gasdiffusiblen Materialien besteht (z. B. Kunststoff, Keramik).4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the diffusible medium not made of silicone, but of other gas-diffusible materials (e.g. plastic, Ceramics). 5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas CO2 und als Trägergas CO2-freie Luft eingesetzt wird.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that CO 2 -free air is used as the purge gas and CO 2 as the carrier gas. 6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas andere Gas als CO2 (z. B. CO, SO2, NOx) und als Trägergas ein anderes Gas als CO2-freie Luft (z. B. N2) eingesetzt wird.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that gas other than CO 2 (z. B. CO, SO 2 , NO x ) as a purge gas and a gas other than CO 2 -free air (z. B. N 2 ) is used. 7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer nach Anspruch 1 mit einem äußeren Mantel zur thermischen Isolierung und/oder Thermostatisierung ausgestattet ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Diffusion chamber according to claim 1 with an outer jacket for thermal insulation and / or thermostatting. 8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zur Linearitätsüberprüfung von Gasanalysatoren im Absolut- und Differenzmeßbereich (Beispielbeschreibung in Kapitel 3.1 mit Abb. 2 und 3 des Formulars B) eingesetzt wird.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion chamber for the linearity check of gas analyzers in the absolute and differential measurement range (example description in Chapter 3.1 with Fig. 2 and 3 of Form B) is used. 9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zum Empfindlichkeitsabgleich von Gasanalysatoren im Absolut- und Differenzmeßbereich (Beispielbeschreibung in Kapitel 3.2 mit Abb. 4 des Formulars B) eingesetzt wird.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion chamber is used for the sensitivity adjustment of gas analyzers in the absolute and differential measurement range (example description in chapter 3.2 with Fig. 4 of form B). 10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zur Herstellung konstanter Gasmischungen (Beispielbeschreibung in Kapitel 3.3 mit Abb. 5 des Formulars B) eingesetzt wird.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion chamber for producing constant gas mixtures (example description in Chapter 3.3 with Fig. 5 of Form B) is used. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zur Linearitätsüberprüfung direkt als Modul in die entsprechenden Gasanalysatoren eingebaut wird. 11. The device according to claim 8, characterized in that the diffusion chamber for Linearity check installed directly as a module in the corresponding gas analyzers becomes.   12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zur Linearitätsüberprilfung als externes Modul zum Anschluß an die entsprechenden Gasanalysatoren konstruiert wird.12. The apparatus according to claim 8, characterized in that the diffusion chamber for Linearity check as an external module for connection to the corresponding Gas analyzers is constructed. 13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zum Empfindlichkeitsabgleich direkt als Modul in die entsprechenden Gasanalysatoren eingebaut wird.13. The apparatus according to claim 9, characterized in that the diffusion chamber for Sensitivity adjustment directly as a module in the corresponding gas analyzers is installed. 14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer zum Empfindlichkeitsabgleich als externes Modul zum Anschluß an die entsprechenden Gasanalysatoren konstruiert wird.14. The apparatus according to claim 9, characterized in that the diffusion chamber for Sensitivity adjustment as an external module for connection to the corresponding Gas analyzers is constructed.
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