Jste zde

Senzory měření PM částic Honeywell HPM

Antonín Vojáček, 2. Červen 2021 - 19:39

V nabídce společnosti Honeywell jsou tři zajímavé kompletní kompaktní senzory PM částic, které poskytují sériový UART komunikační rozhraní pro snadné napojení na řídící / počítačový systém, například i na RaspberryPi.

Co jsou PM částice?

PM je zkratka z anglického "Particulate Matter", tedy v překladu "tuhé částice". Nicméně běžněji se setkáte s pojmenováním "polétavý prach". Jde o malé částečky pevných látek, nezávisle na jejich chemickém složení, které znečišťují venkovní i vnitřní ovzduší tím, že se vdechují do těla se vdechujícím vzduchem. Odborně řečeno to jsou mikročástice o velikosti několika mikrometrů (µm) snadno volně unášené vzduchem.

Určité množství prachových částic v atmosféře je přirozené, problém nastává v okamžiku, kdy se jejich množství neúměrně zvyšuje. Navíc čím menší průměr částice má, tím déle zůstává v ovzduší a také se snadněji přenáší na větší vzdálenosti. A i když polétavý prach vzniká i přirozenou cestou (při vulkanické činnosti, požárech, erozi, nebo z mořské vody), v Evropě je to primárně produkt lidské činnosti. A to nejen jako odpad spalovacích procesů, tavení rud, těžby, průmyslového jemného opracování materiálů, otěru kotoučových brzd při brzdění, apod., ale také i z půdy zbavené vegetačního krytu, což je na území Evropy ve většině případů opět důsledek činnosti člověka.

V případě měření koncentrace prachových částic například v domácnostech - uzavřených místnostech, se i při čistém venkovním ovzduší proudící do místnosti, můžeme být dlouhodobě vystavěni zejména velké koncentraci částic velikosti PM10, které nejvíce reprezentují klasický domácí prach, který utíráme na nábytku či vysáváme z koberců a pak i částice PM 2.5, které reprezentují zejména výpary vznikající zejména při kouření, spalování svíček nebo ze škvaření, smažení a pečení. V tomto případě je pak k jejich eliminaci vhodná kvalitní digestoř - odtah vzduchu od sporáku ven. Obecně se pro dostatečně kvalitní vzduch - prostředí pro pobyt v místnosti se obvykle používají cca hodnoty 50 μg·m^-3 pro PM10 a 25 μg·m^-3 pro PM2.5. Naopak například v kabině automobilu v provozu se lze setkat hlavně s částicemi PM2.5 a ještě menšími PM1.0, které jsou produktem zejména nechvalně známého nekvalitního spalování dieselových motorů vozidel, zejména když mají nefunkční nebo vymontovaný filtr pevných částic.

Senzory Honeywell HPM

Senzory Honeywell řady HPM jsou snímače pevných částic, které se vyznačují kompaktním designem umožňující bezproblémovou integraci do nejrůznějších aplikací, jako jsou tradiční ovládací HVAC prvky: monitory vnitřního vzduchu v místnostech, zařízení na čištění vzduchu (komerční i bytové), filtrace a čističe vzduchu kabin automobilů a komerční ventilace kuchyní. Zde mohou pomoci upozornit obyvatele prostředí či cestující na přítomnost částic ve vzduchu a spustit podpůrné zařízení ke zlepšení kvality vnitřního vzduchu.

Konkrétně řada HPM je určena k detekci částic ve vzduchu ve standardních řadách PM2.5 / PM10 a pak v případně kompaktních provedení senzorů prostřednictvím digitálního přepočtu i dalším v řadách PM1.0 a PM4.0. Celkově tak senzory HPM dokáže detekovat částice o velikosti od 0,3 μm do 10 μm. Ve výrobě jsou pak kalibrovány na cigaretový kouř, který nejblíže koreluje s částicemi vznikající při pálení fosilních paliv nebo smogem. Senzor lze na požádání kalibrovat na jiné distribuce částic.

Z pohledu principu funkce jsou HPM laserové snímače, které detekují a počítají částice pomocí rozptylu paprsku laseru. Zdroj laserového světla osvětluje částice při jejich průchodu detekční komorou, kam jsou zde přiváděny prostřednictvím aktivního stabilního proudu vzduchu vytvářeného větrákem. Na rozdíl od pasivního přívodu vzduchu, tento aktivní systém umožňuje realizovat velmi rychlou odezvu měření (na změnu koncentrace částic ve vzduchu), zde konkrétně do 6 sekund. Jak částice procházejí laserovým paprskem, světlo se nich odráží a právě tento odraz je zaznamenáván detektorem světla (fotodiodou). Pulsy a intenzita zaznamenaného světlo je poté analyzováno a převedeno na elektrický signál pro výpočet koncentrace částic. Ten je následně digitalizován a zpracován softwarově právě na číselný signál hodnot koncentrace v čase, který je následně zde vysílán ze senzoru prostřednictvím klasické sériové UART komunikace.

Řada HPM je navržena pro schopnost detekovat hustoty částic s přesností ± 15% pro základní rozsah PM2.5 (částice o průměru do 2,5 μm). V případě částic velikosti PM10 (tedy o průměru do 10 μm) je pak uváděná nepřesnost měření ± 25%. Z pohledu životnosti a vytrvalosti měření Honeywell uvádí 10 let i při nepřetržitém provozu po dobu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Tyto parametry jsou specifikovány na základě na průmyslové normy IEC61000 a tak senzor je možné použít i do průmyslových aplikací.