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Gefahrstoffe- Reinhaltung der Luft - Ausgabe 6/2018

Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen kostengünstiger Feinstaubsensoren

In den vergangenen Jahren sind zunehmend kostengünstige Feinstaubsensoren auf den Markt gekommen, die typischerweise deutlich weniger als 50€ kosten. All diese Sensoren basieren auf der optischen Detektion von Partikeln durch Streulichtmessung. Aufgrund der erheblich geringeren Kosten ist zu erwarten, dass diese Sensoren nicht die Qualitätskriterien wissenschaftlicher bzw. eignungsgeprüfter Messtechnik erfüllen können. Dennoch bieten die Sensoren vielfältige neue Möglichkeiten. Um diese sinnvoll ausnutzen zu können, ist es jedoch nötig, auch die Grenzen der Sensoren zu kennen. In diesem Artikel werden daher die Möglichkeiten und Limitierungen kostengünstiger Feinstaubsensoren aufgezeigt. Der große Vorteil der Sensoren liegt in ihrem niedrigen Preis, der sie sowohl für Privatanwender erschwinglich macht, als auch den Aufbau engmaschiger Netzwerke zur Erfassung der zeitlich-räumlichen Verteilung von Feinstaubkonzentrationen z.B. in Städten oder an Arbeitsplätzen erlaubt. Ein weiterer Vorteil liegt in der geringen Baugröße der Sensoren. Eine wesentliche Limitierung ist jedoch, dass die Genauigkeit dieser Sensoren derzeit nicht ausreicht, um Grenzwerte zu überwachen. Ein derartiges Netzwerk, dessen Aufbau beispielsweise das OK Lab aus Stuttgart im Rahmen eines Citizen Science-Projekts vorantreibt, kann aber wichtige Informationen zu zeitlich oder örtlich auftretenden Feinstaubquellen liefern. Um diese detailliert zu analysieren bzw. die Freisetzung zu quantifizieren, ist aber weiterhin die Verwendung etablierter, ggf. eignungsgeprüfter Messtechnik notwendig. Eine weitere Limitierung der Sensoren insbesondere für Außenanwendungen besteht in der Abhängigkeit der Sensorreaktion von der Luftfeuchtigkeit. Überschreitet diese die Deliqueszenzfeuchte, so wachsen hygroskopische Partikel an, werden somit als zu groß detektiert und die ausgegebene Massenkonzentration der Partikel kann die tatsächliche Konzentration um ein Vielfaches überschreiten.

Application possibilities and limitations of low-cost dust sensors

The number of low-cost particulate matter (PM) sensors that have entered the market has increased at a constant pace over the recent years. The price for such a sensor is typically well below 50€. All these sensors are based on optical particle detection by measuring the intensity of scattered light. Based on their low price it is expected that they will not match the quality criteria of established scientific grade and approved measurement techniques. Nevertheless, these sensors offer a multitude of new possibilities. In order to make best use of these, it is necessary to also know the sensors’ limitations. This article therefore summarizes the possibilities and limitations of the low-cost PM sensors. The main advantage of the sensors is their low price, which makes them affordable for private users, and allows for the establishment of dense networks for the determination of spatio-temporal distributions of PM concentrations, e.g. in urban areas or workplaces. However, a main limitation of the sensors is that their accuracy is currently not sufficient for the control of limit values. Such networks, as e.g. driven by a citizen science project initiated by OK Lab in Stuttgart, however, can provide valuable information on spatial or temporal release patterns of particles in the air. If these are to be analyzed in detail or the release rates are to be quantified exactly, then the established scientific grade instrumentation will still need to be employed. Another main limitation, particularly for ambient measurements is the strong dependence of the sensor reaction to humidity. Hygroscopic particles grow, when the relative humidity exceeds the deliquescence point and are consequently detected as too large. The mass concentration reported by the sensor may then drastically exceed the true concentration.

Autor(en):
Asbach, C.; Hellack, B.; Schumacher, S.; Bässler, M.; Spreitzer, M.; Pohl, T.; Weber, K.; Monz, C.; Bieder, S.; Schultze, T.; Todea, A. M.

Der vollständige Beitrag ist erschienen in:
Gefahrstoffe- Reinhaltung der Luft 6/2018, Seite 242-250
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