Meten van fijnstof is lastig. De Europese referentiemethode vereist dat lucht door een filter wordt gezogen. De monsternamekop zorgt ervoor dat op het filter deeltjes met de juiste afmetingen verzameld worden. Dat gebeurt gedurende 24 uur achter elkaar. Pas later wordt het filter in het lab gewogen zodat de hoeveelheid fijnstof in de lucht van die dag kan worden berekend (µg/m3). Er zijn verschillende automatische monitoren waarmee elk uur metingen gedaan worden. Indien aangetoond kan worden dat die metingen gemiddeld genomen over een dag gelijkwaardig zijn aan de referentiemethode, mag zo'n monitor officieel ingezet worden.   

Verschillende goedkopere sensoren en meetapparaten meten niet de massa fijnstof (microgram per kubieke meter) maar tellen optisch het aantal deeltjes tot 10 micrometer groot. Afhankelijk van de sensor kunnen ze deeltjes pas tellen als ze groter zijn dan 0,3 tot 1,0 micrometer.Op basis van een gemiddelde massadichtheid  wordt het aantal deeltjes omgerekend naar de massa in µg/m3. De aanname van deze gemiddelde massadichtheid geeft een extra onzekerheid in de uitkomst. Een bijkomend nadeel van deze methode is dat deeltjes kleiner dan circa 0,3 – 1,0 micrometer niet worden gedetecteerd, terwijl dit juist de deeltjes zijn die bij verbrandingsprocessen vrijkomen. Goedkopere deeltjestellers zijn dan ook niet of slecht bruikbaar voor het meten van fijnstof afkomstig van bijvoorbeeld verkeer. 

Ook is gebleken dat veel sensoren niet alle deeltjes  tussen 2,5 en 10 micrometer detecteren. Dat kan de inzet van sensoren bij bronnen met meer grover fijnstof zoals bouwplaatsen, op-en overslag en veehouderijen beperken.

Nova Fitness SDS011

Nova Fitness SDS011

De SDS011 van Nova Fitness is een zeer goedkope deeltjesteller. Het maakt gebruik van een laser detector en meet volgens opgave van de fabrikant deeltjes van 0,3 tot 10 um. Door onderzoek en toepassing door RIVMRijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu en anderen (o.a. in het EUEuropese unie Life project VAQUUMS)  is gebleken dat de sensoren voor de grovere fractie van fijnstof (deeltjes tussen 2,5 en 10 um) wel enig onderscheidend signaal geven, maar dat ze niet alle grovere deeltjes detecteren. Tot welke grootte de sensoren de deeltjes detecteren is niet goed bekend.  Een labstudie uit 2020 door onderzoekers in Finland toont in enige mate aan dat de detectie efficientie  snel afneemt met de grootte van de deeltjes. 

Nova Fitness SDS011 sensor

Bron afbeelding: http://inovafitness.com

Deze sensor is anno 2021 nog steeds de meest gebruikte sensor in Nederland en ook daarbuiten (o.a. Sensor.Community - voorheen Luftdaten maakt hier vaak gebruik van). 

Het RIVM heeft de sensor voor het eerst toegepast in het vuurwerkexperiment 2017/2018, waarvoor we de softwarecode voor ESP-Arduino met Wifi hier beschikbaar hebben gesteld.   Sindsdien wordt gewerkt aan de kalibratie van de sensoren. Daarbij gebruiken we de metingen van de officiële meetstations (van het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit) en beschouwen de sensoren niet zozeer als individuele sensoren, maar als groep of netwerk  van sensoren. Het valt op dat de sensoren zeer gevoelig zijn voor vocht. Bij relatieve luchtvochtigheid boven 90% geven de sensoren 2 tot 5 maal hogere concentraties dan de officiele meetwaarden. Correcties zijn mogelijk, hoewel deze bij zeer hoge luchtvochtigheid niet alle invloed van vocht kunnen compenseren. De kalibratie voor PM2,5 is vrij eenduidig en levert goede resultaten op. Voor PM10 kennen de resultaten wat meer onzekerheid. Dat de sensoren de grovere fijnstofdeeltjes niet goed detecteren speelt een rol. Dichtbij bronnen van grover fijnstof (bijvoorbeeld bouwplaatsen, op- en overslag, veehouderijen) zullen de sensoren, ook na kalibratie met behulp van officiele metingen,  daardoor de concentraties waarschijnlijk onderschatten. De Nova SDS011 detecteert - in tegenstelling tot veel andere sensoren zoals de Sensirion SPS30 of Plantower PMSx003 - wel een deel van het grovere stof. Dat maakt ze geschikt om bronnen van grover fijnstof te detecteren.  

In de loop van de tijd is er op verschillende momenten over de werking en kalibratie van de sensoren gepubliceerd. Van oud tot recent:

  • De eerste resultaten van de sensoren zijn gepresenteerd op de The Things Conference in februari 2018.
  • Presentatie op de Smart City Update dag op 7 maart 2018. 
  • De eerste ervaringen naar toepassen van correcties  voor hoge luchtvochtigheid zijn in een concept document van 12 juli 2018 beschreven. Een rekenvoorbeeld van de correctie voor luchtvochtigheid in Excel behorend bij dit document is hier gegeven. Het is onduidelijk in hoeverre de correcties geldig zijn bij luchtvochtigheden onder 50%!
  • Over onderzoek naar de analyse van SDS011 sensoren in Amsterdam in 2018 is een discussiestuk geschreven.  Commentaar is welkom (ons e-mailadres staat in de contact-pagina). 
  • In 2019 heeft het RIVM een algoritme ontwikkeld waarmee de meetwaarden van SDS011 sensoren op het Samen Meten dataportaal experimenteel gekalibreerd kunnen worden. Vanaf zomer 2019 worden op het dataportaal niet alleen de ruwe meetwaarden getoond, maar ook de experimenteel gekalibreerde waarden. Meer uitleg daarover staat op de webpagina onder Dataportaal. Zie ook de website met Veelgestelde vragen over de metingen op het dataportaal. 
  • In het Visibilis project is o.a. deze sensor in twee verschillende configuraties vergeleken met officiele metingen. De sensoren zijn geplaatst in een behuizing met andere apparatuur, lucht wordt ververst door middel van een ventilator en gaten in de behuizing. Lineaire regressiemodellen zijn toegepast om de sensor te kalibreren. Daarbij zijn temperatuur en luchtvochtigheid als variabelen meegenomen. De conclusie luidt dat de sensoren het voor PM2,5 beter doen dan voor PM10. De na kalibratie gevonden nauwkeurigheden zijn 4 µg/m3 voor PM2,5 en 8 µg/m3 voor PM10.  Zie hier de rapportage (in het Engels). 
  • In het EU Life project VAQUUMS heeft de Vlaamse Milieu Maatschappij uitgebreid onderzoek gedaan naar verschillende type fijnstofsensoren waaronder de SDS011. In 2021 zijn de resultaten gepubliceerd. De informatie over de SDS011 is te raadplegen in een factsheet en in het uitgebreidere rapport (Engelstalig).  

 

Sensirion SPS30

Sensirion SPS30

De SPS30 fijnstofsensor van Sensirion wordt o.a. gebruikt in het Snuffelfietsproject, project MySense en het GLOBE project fijnstof voor middelbare scholen

Bron afbeelding: Sensirion.com

De sensor werkt met behulp van laser scattering (licht verstrooiing) en geeft niet alleen massaconcentraties, maar ook het aantal getelde deeltjes.  Volgens de leverancier zou het onderscheid maken in verschillende fracties (PM1, PM2,5, PM4 en PM10). We zien tot nu toe echter dat de metingen van de massaconcentratie van PM10 nauwelijks hoger zijn dan de metingen van PM2,5. De lage gevoeligheid voor deeltjes groter dan 2,5 micrometer is ook door andere partijen geconstateerd, bijvoorbeeld AQ-SPEC en in de Finse labstudie. De metingen van PM2,5 zien er wel vrij goed uit. De sensor blijkt minder gevoelig voor vocht dan bijvoorbeeld de SDS011 sensor en dat is een groot voordeel. Een nadeel is dat de gemeten concentratie PM2,5  bij lagere concentraties lijkt te worden onderschat (Wesseling et al., 2021).

Omdat de sensor op minder grote schaal wordt toegepast, hebben we beperkt onderzoek kunnen doen naar de kalibratie en de vergelijking met officiele metingen.  Zie bijvoorbeeld de presentatie van de 1e resultaten van het Snuffelfietsproject en de tekstuele uitleg bij de sheets. Ook in het Engelstalig wetenschappelijk paper over het Snuffelfietsproject worden resultaten van dit onderzoek gespresenteerd (Wesseling et al., 2021) . 

De sensor is niet onderzocht in het EUEuropese unie Life project VAQUUMS, omdat de sensor bij de start van dit project nog niet in beeld was. 

We verwachten dat deze sensor in steeds meer projecten ingezet zal worden waar de belangstelling uitgaat naar PM2,5 (en niet naar PM10). 

Altijd al eens willen zien hoe zo'n sensor er nu van binnen uitziet? Zie hier een Engelstalig beeldverslag van een 'tear down' van de Sensirion SPS30 sensor.

 

 

Plantower PMSx003

Plantower PMSx003

Plantower heeft verschillende versies van een fijnstofsensor, de PMSx003. De sensor wordt onder andere gebruikt in de burgerprojecten Visibilis en MySense.

Plantower fijnstofsensoren

Bron foto: plantower.com

De sensor werkt met behulp van laser scattering (licht verstrooiing) en geeft niet alleen massaconcentraties, maar ook het aantal getelde deeltjes. 

In het project Visibilis is o.a. deze sensor in drievoud vergeleken met officiele metingen. De sensoren zijn geplaatst in een behuizing met andere apparatuur, lucht wordt ververst door middel van een ventilator en gaten in de behuizing. Lineaire regressiemodellen zijn toegepast om de sensor te kalibreren. Daarbij zijn temperatuur en luchtvochtigheid als variabelen meegenomen. De conclusie luidt dat de sensoren het voor PM2,5 beter doen dan voor PM10. De na kalibratie gevonden nauwkeurigheden zijn 4 µg/m3 voor PM2,5 en 8 µg/m3 voor PM10. Een andere conclusie is dat het regressiemodel dat uitgaat van aantallen deeltjes het voor individuele sensoren iets beter doet dan het model dat uitgaat van de massaconcentratie, maar dat die voor massa kleinere verschillen geeft tussen de sensoren. Voor meer informatie: zie het rapport

In het EUEuropese unie Life project VAQUUMS heeft de Vlaamse Milieu Maatschappij uitgebreid onderzoek gedaan naar verschillende type fijnstofsensoren waaronder de Plantower PMS7003. In 2021 zijn de resultaten gepubliceerd. De informatie over de PMS7003  is te raadplegen in een factsheet en in het uitgebreidere rapport (Engelstalig).  In dit onderzoek deed de sensor het voor PM2,5 na kalibratie (o.a. om invloed van vocht te beperken) vrij goed doet, maar de sensor detecteert geen deeltjes in de grovere fractie (tussen 2,5 en 10 um). De door de sensor gegeven waarden voor PM10 lijken grotendeels te zijn afgeleid van de meting van PM2,5.

Shinyei PPD 42NJ en 42NS

Shinyei PPD 42NJ en 42NS (Particle Sensor Unit)

De PPD 42NJ en 42NS zijn zeer goedkope deeltjestellers (<50 €). Volgens de specificaties levert de sensor pulsjes die evenredig zijn aan de concentraties. De pulsjes kunnen worden gebruikt om de concentratie en de deeltjesgrootte te schatten. Op het blog van Scapeler wordt in meer detail beschreven hoe de pulsjes van de sensor kunnen worden geïnterpreteerd. Deze deeltjesteller is populair bij zelfbouwers van lucthkwaliteitapparatuur omdat voor de sensor zowel een standaard aansluiting op een Grove shield beschikbaar is als software voor koppeling aan een Arduino. De op het internet beschikbare ijking van de Shinyei is gedaan met behulp van sigarettenrook. In hoeverre deze ijking ook bruikbaar is bij andere samenstellingen van fijnstof is niet bekend.

Shinyei.jpg

Bron afbeelding: Seeedstudio

De Shinyei wordt los onder de fabrieksnaam verkocht maar staat ook bekend als de "Grove Dust Sensor", zie http://wiki.seeed.cc/Grove-Dust_Sensor/ . Standaard wordt slechts een enkel outputsignaal gegeven maar op het internet zijn goede beschrijvingen te vinden hoe meer informatie over de grootte van de gedetecteerde deeltjes kan worden verkregen.  Een voorbeeld is http://lantaukwcounter.blogspot.nl/2015/10/pdd42-sensor-can-it-measure-… .

Een uitgebreide analyse van hoe de Shinyei in elkaar zit en hoe de electronica werkt is te lezen in http://takingspace.org/wp-content/uploads/ShinyeiPPD42NS_Deconstruction… .

Bij de aanschaf moet worden opgelet dat er verschillende nog goedkopere klonen/kopieën van de Shinyei te koop zijn. Sommige daarvan lijken in het geheel niets anders dan ruis op te leveren. 

Het RIVMRijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu heeft in het vuurwerkexperiment 2016-2017 ervaring opgedaan met de sensor. Een eerste analyse liet zien dat de sensor gevoelig is voor o.a. luchtvochtigheid, instraling van de zon en temperatuur. Op basis van een korte vergelijkingsperiode met officiele metingen hanteert het RIVM momenteel een indicatieve ijking van de sensoren voor PM10.

Shinyei PPD20V / PPD60PV

Shinyei PPD20V / PPD60PV

De Shinyei PPD20V en PPD60PV zijn gevoeligere en meer robuuste versies van de PPD42. De gevoeligheid en stabiliteit zijn volgens de fabrikant beter dan de goedkopere sensoren. De prijs van de sensoren is met ruim 100 € nog relatief laag.

PPD60PV

In het EUEuropese unie Life project VAQUUMS heeft de Vlaamse Milieu Maatschappij uitgebreid onderzoek gedaan naar verschillende type fijnstofsensoren waaronder de PPD60PV-T2. In 2021 zijn de resultaten gepubliceerd. De informatie over de PPD60PV-T2  is te raadplegen in een factsheet en in het uitgebreidere rapport (Engelstalig). Deze sensor meet blijkbaar alleen PM2,5 en heeft een niet-linaire kalibratie nodig om de sensor output om te rekenen naar een concentratie-eenheid (ug/m3). Na kalibratie (o.a. om invloed van vocht te beperken) doet de sensor het vrij goed. 

Alphasense Optical Particle Monitor OPC-N2

Alphasense Optical Particle Monitor OPC-N2

De firma Alphasense heeft een fijnstof monitor die is gebaseerd op deeltjestelling.

alphasenseII.jpg

Bron afbeelding: Alphasense.

Deze deeltjesteller registreert volgens de documentatie deeltjes met afmetingen tussen circa 0.3 en 15 um. Vergelijkingen door de leverancier van metingen met de OPC-N2 en complexere apparaten als de TSI 3330 en Grimm 1.108 laten een goede overeenkomst zien. TNO heeft de sensor ingezet bij het in kaart brengen van persoonlijke blootstelling aan fijnstof in Eindhoven (https://www.tno.nl/nl/over-tno/nieuws/2015/6/persoonlijke-meting-werkelijke-blootstelling-aan-ultra-fijnstof-in-eindhoven/). Er is (nog) geen volledige rapportage met de ervaringen bekend.

Sharp GP2Y1010AU0F (dust sensor)

Sharp GP2Y1010AU0F (dust sensor)

De GP2Y1010AU0F van Sharp is net als de Shinyei een zeer goedkope (circa € 17) deeltjesteller. Het apparaat geeft een pulshoogte die evenredig is met de hoeveelheid (fijn)stof die langs komt. Volgens Sharp is het toepassingsbereik vooral huisstof, rook van sigaretten en het sturen van luchtreinigers.

De Sharp kan net als de goedkoopste Shinyei ook simpel op een Arduino of Raspberry Pi worden aangesloten en is dan ook populair onder zelfbouwers.

Sharp.jpg

Bron afbeelding: https://cloudacm.com/?p=658 

Bij het RIVMRijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu hebben we geen noemenswaardige ervaring met deze sensor. 

Andere sensoren ...

Andere sensoren ...

Een overzicht van (vooral Aziatische) goedkopere stofsensoren is te vinden op de website http://aqicn.org/sensor/ . Op die site worden ook regelmatig meetresultaten van de verschillende apparaten getoond en onderling vergeleken.