Edullisten sensorien käyttö hiukkamittauksissa

Transkriptio

1 Edullisten sensorien käyttö hiukkamittauksissa Hilkka Timonen, Joel Kuula, Matthew Bloss, Kimmo Teinilä, Sanna Saarikoski, Minna Aurela, Risto Hillamo et al. Ilmatieteen laitos, Pienhiukkastutkimus INKA-ILMA/EAKR -projektin loppuseminaari

2 Uudet mittausmenetelmät mahdollistaneet tarkemmat hiukkasmittaukset Perinteinen menetelmä Reaaliaikaiset mittalaitteet Sensorit + Edullinen, + Helppo - Virhelähteet - Hitaus + Aikaresoluutio + Tiedon määrä huikea - Koko - Vaatii paljon käyttäjältä - Kallis + Edullinen (10 ->) + Aikaresoluutio + Sensoriverkko - Epätarkka - Mittaa vain yhtä suuretta esim massaa - Ei tutkimustietoa 2

3 Miksi käyttää sensoreita? Super site 1-2 / alue Kattavat tieteelliset mittaukset perusmittausten lisäksi Normaali ilmanlaatuasema 2-10kpl Perus ilmanlaatumittaukset Edulliset sensorit Iso lukumäärä -> tarkempi aika-ja paikka resoluutio - > apua mallinnukseen

4 Edulliset sensorit 4

5 Laboratoriotesteissä testattiin sensorien kykyä mitata pienhiukkasia Sensoreita testattiin laboratoriossa ja tulosta verrattiin mittalaitteisiin. Testien perusteella valittiin kaksi sopivinta sensoria (Shinyei PPD42NS ja PPD60PV) jatkotesteihin Kuva: Laboratoriolaitteisto sensoritesteille Kuva : Tutkitun SHARP GP2Y1010AU0F sensorin vasteen lämpötilan riippuvuus (vasen) sekä AES-1 (450 ) ja PPD60PV sensorien (150 ) välinen korrelaatio 5 (oikea).

6 FMI-sensori Ulkoilmatestejä varten sensoreiden ympärille täytyi rakentaa mm. Näytteen siirto (inlet+ linjat + pumppu) Datan keräys (Arduino-mikro-ohjaimella) Kotelointi + kotelon sisälämpötilan anturi, näytevirran lämpötila- ja kosteusanturi sekä differentiaalipaineanturi. 6

7 Alustavien ulkoilmatestien tulokset lupaavia: PM2.5/10 SMEARIII PAS vs GRIMM R 2 = R 2 = Hillamo & Kuula 3/8

8 Ulkoilmatestit -kestävyys HSY supersite, Helsinki Kesto 3 kk Vertailu TEOM massamonitoriin 8

9 Ulkoilmatestit: haastavat olosuhteet FMI-sensoria testattiin pienhiukkaspitoisuuksien mittaamiseen kaivoksessa osana akatemian rahoittamaa PARMAT hanketta Tulokset rohkaisevia: Edut: pieni koko, virrankulutus ja helppokäyttöisyys auttoivat haastavissa olosuhteissa Haasteet: korkeat pitoisuudet aiheuttivat sensorien likaantumista. Kaikki käytetyt jouduttiin avaamaan ja puhdistamaan 3 viikon kampanjan jälkeen 9

10 Haasteet edullisien sensorien käytössä Ongelma toimenpiteet Huomiot Kestävyys Kalibrointi Mittauskokoalue Likaantuminen Aikaresoluutio Ledejä vaihdettu, muutama hajonnut Kalibroitava labrassa ennen käyttöä + jokaiselle kohteelle erikseen Optisille sensoreille noin nm ->ylöspäin Erityisesti korkeilla PM pitoisuuksilla haaste Jopa 1 s mahdollinen, mutta kohina valtava Mittauksia tehty HSY supersitella jo 6kk Kalibrointikertoimet erilaisille (koko, koostumus) pienhiukkasille erilaisia Korreloi hyvin massan kanssa Tarvittaessa avattava ja puhdistettava. Ensiapuna käännettiin sensorit toisinpäin jolloin linssit jäi takaviistoon suojaan s optimaalinen 10

11 Edut Edullisuus, mahdollistaa sensoriverkostot Pieni virrankulutus, mahdollista pyörittää aurinkokennon voimalla Pienentää kynnystä ilmanlaadun monitorointiin kun aloituskustannukset pienet Mahdollistaa paremman aika-ja paikkaresoluution mittauksiin Helpottaa ilmanlaadun mallinnusta ja ennustamista tulevaisuudessa 11

12 Sensori-mittausten hyödyntämisnäkymät jatkossa Tutkitaan voisiko sensoreita käyttää täydentämään ilmanlaatuverkostoa, sensoriverkosto Pollution hot-spottien karakterisointi Ilmanlaatumallinnuksen ja ennustuksen tukena Hyödynnetään osana tulevia projekteja joissa tarpeen tehdä PM mittauksia paikoilla joihin ei ole mahdollista asentaa mittausasemaa Aurinkokennon hyödyntämistä testataan jatkossa Liikkuviin mittauksiin, busseissa, junissa etc. 12

13 Kiitos! Lisätietoja 13