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

Systemy dla Internetu Rzeczy (41). Czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion
Pobierz PDF Download icon

Pomiar poziomu smogu stał się istotnym zagadnieniem. Pojawienie się niedrogich czujników pyłów spowodowało ich szerokie zastosowanie w Internecie Rzeczy. Niektóre z nowszych konstrukcji osiągają wyniki porównywalne z profesjonalnymi monitorami przy nawet stukrotnie niższej cenie. Jedną z najlepszych konstrukcji jest czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion.

Spis treści

Czujnik pomiaru pyłów SPS30 firmy Sensirion

SPS30 (Sensirion Particulate Matter Sensor) to wysokiej jakości, kompaktowy, optyczny czujnik cząstek firmy Sensirion, który wykorzystuje rozpraszanie laserowe i innowacyjną technologię odporności na zanieczyszczenia celem uzyskania doskonałego określenia przedziałów pomiarowych frakcji pyłów (fotografie tytułowe). Jest pierwszym na rynku optycznym licznikiem cząstek, działającym w czasie rzeczywistym, jak i pierwszym masowym czujnikiem cząstek stałych, który otrzymał certyfikat MCERTS [5]. SPS30 przeszedł testy laboratoryjne i terenowe, gdzie udowodniono, że spełnia najnowsze europejskie normy jakości powietrza DIN EN 15267.

Parametry czujnika SPS30:

  • zasada działania: rozpraszanie laserowe,
  • minimalny rozmiar wykrywanych cząstek: 0,3 μm,
  • przedziały pomiarowe rozmiaru pyłów:
    • stężenie masowe: PM1.0, PM2.5, PM4 i PM10 [μg/m3 ],
    • stężenie liczbowe: PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM4 oraz PM10 [N/cm3],
  • zakres stężenia masy: od 1 do 1000 μg/m3,
  • rozdzielczość stężenia masy: 1 μg/m3,
  • dokładność stężenia masy (dla PM2.5 25°C):
    • ±10 μg/m3 przy 0 do 100 μg/m3,
    • ±10% przy 100 do 1000 μg/m3,
  • zakres temperaturowy pracy: –10...60°C,
  • dopuszczalna wilgotność pracy: 0...95% RH (bez kondensacji pary wodnej),
  • minimalny interwał próbkowania: 1 s (tryb ciągły),
  • czas pracy: >8 lat działania nieprzerwanie 24 godziny na dobę,
  • hałas emitowany (0,2 m): 25 dB(A),
  • wymiary: 40,6×40,6×12,2 mm,
  • waga: 26 g,
  • napięcie zasilania: 4,5...5,5 V,
  • średni prąd zasilania (częstotliwości pomiaru 1 Hz): <60 mA,
  • maksymalny prąd (pierwsze 200 ms po starcie pomiaru): 80 mA,
  • prąd uśpienia: <8 mA,
  • interfejs cyfrowy: UART oraz I2C.

We wcześniejszym artykule serii [S38] omówiona była zasada działania układu SPS30, oparta na rozpraszaniu laserowym, a także sposób rozpoznawania przez czujnik składu cząstek oraz jego odporność na kurz. Dane pomiarowe czujnika SPS30 są konwertowane w czasie rzeczywistym do stężenia liczbowego, wyrażonego w N/cm3 oraz stężenia masowego, wyrażonego w μg/m3. Pomimo że zliczanie cząstek jest wykonywane podobnie w różnych urządzeniach, algorytmy konwersji danych do jednostek wynikowych są zupełnie różne. Dokładne omówienie zagadnień porównywania jakości pracy i sposobów kalibracji jest omówione w [4].

Nie ma ogólnie akceptowanego standardu specyfikowania parametrów czujników PM ani wykonywania ich pomiaru. Dlatego trudno zrozumieć i porównywać parametry podawane przez różnych producentów. Istotnym problemem jest występowanie w typowych aerozolach smogu zdecydowanie mniejszej frakcji wagowej cząstek większych PM10 niż mniejszych PM1 (nawet 5500 razy). Uzyskanie podobnej dokładności pomiarów wymaga zbierania danych dla PM10 przez wiele godzin. Dlatego wartości pomiarowe PM4 i PM10 czujnika SPS30 są obliczane jako aproksymacja pomiarów PM0.5, PM1.0 oraz PM2.5 dla typowych składów mierzonych aerozoli [4].

Duże znaczenie dla czujnika pracującego w sposób ciągły ma poziom hałasu. Zależy on od pracy wiatraczka oraz od wibracji obudowy. Problemem może być przenoszenie wibracji poprzez mocowanie mechaniczne czujnika. Istotnym zagadnieniem dla długiej pracy czujnika jest dryft długoterminowy dokładności pomiarowej. Zależy on od temperatury pracy (szczególnie podwyższonej) oraz od cyklicznych zmian temperatury (powtarzalna niska i wysoka temperatura). Najważniejszym parametrem jest odporność na kurz. Jest ona testowana w warunkach obliczonych dla wysokiej koncentracji pyłów 44 μg/m3 przez 10 lat.

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2020
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik listopad 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio listopad - grudzień 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje listopad 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna listopad 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich listopad 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów