bedrijfsnieuws over Wat is het principe van een PM-sensor?

Het principe van ‌Particulate Matter (PM) sensoren‌ is voornamelijk gebaseerd op ‌optische verstrooiing (lichtverstrooiing)‌, hoewel er andere methoden bestaan. Hier is een overzicht van de belangrijkste principes:

Kernprincipe: Lichtverstrooiing (meest voorkomend):‌

Lichtbron:‌ Een infrarood (IR) of laserdioden zendt een lichtstraal uit in een detectiekamer waardoor lucht met deeltjes wordt getrokken (vaak door een kleine ventilator of pomp).
Deeltjesinteractie:‌ Wanneer deeltjes in de lucht (stof, rook, pollen, etc.) door deze lichtstraal gaan, verstrooien ze het licht in verschillende richtingen. De hoeveelheid en het patroon van de verstrooiing hangen af van de grootte, vorm, samenstelling en concentratie van de deeltjes.
Fotodetector:‌ Een gevoelige fotodetector (zoals een fotodiode of fototransistor), geplaatst onder een specifieke hoek (vaak 90° of minder vaak voorwaartse/achterwaartse verstrooiing), detecteert het verstrooide licht.
Signaalomzetting:‌ De fotodetector zet de intensiteit van het verstrooide licht om in een elektrisch signaal.
Correlatie met PM-concentratie:‌ De intensiteit van dit verstrooide lichtsignaal correleert met de concentratie (massa per volume, typisch µg/m³) van deeltjes in de lucht. Een hogere deeltjesconcentratie leidt tot meer verstrooid licht en een sterker signaal.
Grootte differentiatie (PM2.5/PM10):‌ Sommige sensoren kunnen de deeltjesgrootteverdeling schatten met behulp van:
Optische modellen:‌ Algoritmen die de verschillen in verstrooiingspatroon/intensiteit analyseren.
Grootte-selectieve inlaat:‌ Fysiek scheiden van deeltjes boven een bepaalde grootte (bijv. >10µm voor PM10) voordat ze de optische kamer binnengaan.
Kalibratie:‌ Kalibratie tegen referentie-instrumenten voor specifieke groottefracties (zoals PM2.5).

Alternatief principe: Bèta-attenuatie (gebruikt in referentie/regulerende monitoren):‌

Radioactieve bron:‌ Een zwakke radioactieve bron (zoals Koolstof-14) zendt bètadeeltjes (elektronen) uit.
Filtertape:‌ Een filtertape verzamelt deeltjes in de lucht die door het instrument worden getrokken.
Attenuatiemeting:‌ Bètadeeltjes gaan door een schoon gedeelte van de filtertape en worden gedetecteerd door een sensor, waardoor een basislijn wordt vastgesteld. Vervolgens gaan bètadeeltjes door het met deeltjes beladen gedeelte van de tape.
Massa berekening:‌ Deeltjesmassa op het filter absorbeert/verstrooit bètadeeltjes, waardoor het aantal dat de detector bereikt, afneemt. De attenuatie (vermindering) in het aantal bètadeeltjes is recht evenredig met de massa van de deeltjes die op het filter zijn verzameld. In combinatie met het bemonsterde luchtvolume geeft dit de PM-massa concentratie (bijv. µg/m³). Deze methode is zeer nauwkeurig voor massameting, maar complexer en duurder.

Andere minder voorkomende principes:‌

Resonantie microbalans (TEOM - Tapered Element Oscillating Microbalance):‌ Deeltjes worden verzameld op een vibrerende filtertip. De massaverandering verandert de resonantiefrequentie van de tip, die wordt gemeten om de massaconcentratie te bepalen.
Elektrostatische detectie:‌ Meet de lading die deeltjes verkrijgen die door een oplaadgedeelte gaan of de lading die van nature aanwezig is op deeltjes.

Belangrijke overwegingen voor optische (verstrooiings) sensoren (meest voorkomende type):‌

Kalibratie:‌ Vereist kalibratie tegen referentie-instrumenten (zoals bèta-attenuatiemonitoren) vanwege variaties in de deeltjeseigenschappen die de verstrooiing beïnvloeden. Fabrieks kalibratie is gebruikelijk, maar omgevingsfactoren (vochtigheid, deeltjestype) kunnen drift veroorzaken.
Vochtigheidsgevoeligheid:‌ Waterdamp kan op deeltjes condenseren of zelf licht verstrooien, wat leidt tot overschatting, vooral bij hoge luchtvochtigheid. Geavanceerde sensoren bevatten vochtigheidssensoren en compensatie algoritmen.
Gevoeligheid voor deeltjessamenstelling:‌ Verschillende deeltjestypen (bijv. roet vs. stof) verstrooien licht verschillend. Kalibratie is vaak geoptimaliseerd voor typische omgevingsmengsels.
Groottebereik limieten:‌ Zeer kleine deeltjes (<~0,3µm) en zeer grote deeltjes kunnen onvoldoende licht verstrooien of de detectiekamer omzeilen, waardoor het effectieve groottebereik wordt beperkt.
Resolutie/ondergrens van detectie:‌ Er is een minimale concentratie waaronder de sensor het signaal niet betrouwbaar kan onderscheiden van elektronische ruis.

Toepassingen:‌
Optische PM-sensoren worden veel gebruikt vanwege hun relatief lage kosten, kleine afmetingen en real-time output in:

Consumenten luchtreinigers
Binnenluchtkwaliteit monitoren
Draagbare vervolgingstrackers
Industriële procesbewaking
Slimme HVAC-systemen
Stedelijke luchtkwaliteit sensornetwerken (hoewel met kalibratie/kwaliteitscontrole overwegingen)

Samenvattend, hoewel er verschillende principes bestaan, is de dominante technologie in consumenten- en veel industriële PM-sensoren ‌optische lichtverstrooiing‌, waarbij de hoeveelheid licht die wordt verstrooid door deeltjes in de lucht die door een straal gaan, wordt gemeten om de massaconcentratie van deeltjes te schatten, vaak gekalibreerd voor specifieke groottefracties zoals PM2.5 of PM10.