Systemy dla Internetu Rzeczy (41). Czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion

Typowe czujniki pyłów różnych producentów zostały omówione w jednym z wcześniejszych artykułów [S38]. Porównanie zawiera opis rodzajów cząstek, w skrócie „PM” (Particulate Matter), ostatnio nazywanych pyłem zawieszonym. Zostały również zaprezentowane reprezentatywne układy scalone różnych producentów, z cyfrowym interfejsem UART, czasami I2C lub PWM. Dla wszystkich czujników zostały podane istotne parametry.

Wartości PM mierzone są w [μg/m³] jako „stężenie masowe” (mass concentration) lub jako stężenie liczbowe, wyrażone w: [liczba cząstek/cm³].

Różne kategorie cząstek stałych są zwykle określane zgodnie ze wspólną nomenklaturą PM.x, gdzie „x” określa maksymalną średnicę cząstek w mieszance cząstek w powietrzu lub „aerozolu” [1]. Typowa definicja PM obejmuje cząstki o wielkości od 0,1 do 10 mikrometrów. Najczęściej spotykaną klasyfikacją ze względu na wielkość cząstek jest podział na dwie frakcje [2]:

• PM2.5 – wszystkie aerozole atmosferyczne o wielkości cząstek 2,5 mikrometra lub mniejszej, w skład których wchodzą zwykle stosunkowo reaktywne związki organiczne i nieorganiczne (np. azotan amonu), smog, bakterie, drobny kurz;
• PM10 – wszystkie cząstki o wielkości 10 mikrometrów lub mniejszej, w skład których wchodzą zwykle stosunkowo obojętne chemicznie związki, takie jak krzemionka i tlenki metali, kurz, pyłki roślinne, zarodniki pleśni;

Nowe kategorie, takie jak PM1.0 i PM4.0, znajdują zastosowanie także w urządzeniach do monitorowania jakości powietrza, ponieważ dostarczają dodatkowych informacji do tradycyjnych poziomów PM10 i PM2.5, umożliwiając lepszą analizę zanieczyszczenia cząsteczkami i konstruowanie nowych urządzeń – oparte na wykrytym typie aerozolu (np. kurz domowy lub dym) [1].

Optyczne liczniki cząstek w czasie rzeczywistym (OPC, optical particle counters) oparte są najczęściej na zasadach rozpraszania światła (scattering).

Cząstka przechodzi w nich przez światło (zwykle wiązkę laserową) i powoduje rozproszenie lub absorpcję przychodzącego światła,
które jest wykrywane przez fotodiodę, a następnie przekształcane w liczbę cząstek w czasie rzeczywistym i wartości stężenia masy. Konstrukcja urządzenia ma bardzo duży wpływ na dokładność i dryft pomiarów, ponieważ cząsteczki mogą łatwo gromadzić się na elementach optycznych (laser, fotodioda, pochłaniacz wiązki) i powodować degradowanie działania. Swoistym poligonem pomiarowym jest Pekin.