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. 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 verkeer.

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 deeltjes van 0.3 tot 10 um. 

Nova Fitness SDS011 sensor

Bron afbeelding: http://inovafitness.com

Deze sensor is anno 2019 de meest gebruikte sensor in Nederland en ook daarbuiten (o.a. het burgermeetproject Luftdaten).

Het RIVMRijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu 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.   Sinsdien wordt gewerkt aan de kalibratie van de sensoren. Daarbij gebruiken we de metingen van de officiële meetstations en beschouwen de sensoren niet zo zeer 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. We blijven data verzamelen om dit verder te onderzoeken. 

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 ug/m3 voor PM2,5 en 8 ug/m3 voor PM10.  Zie hier de rapportage (in het Engels). 

Uit analyses van het RIVM blijkt dat de sensor - ondanks berichten hierover in andere publicaties - wel degelijk in staat is deeltjes groter dan 2,5 um te meten. Dit is gebaseerd op ervaringen bij  bronnen waarvan bekend is dat ze grotere deeltjes dan 2,5 um uitstoten (veehouderij, bepaalde industrie). Welk deel van de deeltjes in de grootteklasse tot 10 um de sensor precies detecteert is niet bekend. 

Sensirion SPS30

Sensirion SPS30

De SPS30 fijnstofsensor van Sensirion wordt o.a. gebruikt in het Snuffelfietsproject en het project MySense

Bron afbeelding: Sensirion.com

De sensor werkt met behulp van laser scattering 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. De metingen van PM2,5 zien er wel vrij goed uit. De sensor lijkt minder gevoelig voor vocht dan bijvoorbeeld de SDS011 sensor. 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. We verwachten dat deze sensor in 2020 in 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 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 ug/m3 voor PM2,5 en 8 ug/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

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 uitgebreid 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 referentie-metingen hanteert het RIVM momenteel een indicatieve ijking van de sensoren voor PM10.

Shinyei PPD60V

Shinyei PPD60V

De Shinyei PPD60V is de gevoeliger en meer robuuste versie van de PPD42. De gevoeligheid en stabiliteit zijn volgens de fabrikant beter dan de goedkopere sensoren. De prijs van de PPD60V is met ruim 100 € nog relatief laag.

PPD60PV

Het RIVMRijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu heeft een interface voor de PPD60V ontwikkeld en test verschillende exemplaren in 2017 bij officiële stations van het LML. 

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 

 

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.