Development of a Calibration Methodology for the SDS011 Low-Cost PM-Sensor with respect to Professional Reference Instrumentation

B.,Laquai, A., Saur, (2017).

Podsumowanie

Tanie czujniki PM2.5, które dostarczają również dane pomiarowe PM10, takie jak SDS011 firmy Nova Fitness Inc. mogą znacznie różnić się w wynikach pomiarów w porównaniu z urządzeniami referencyjnymi ze względu na ich prostą konstrukcję. Odchylenie to może być duże w przypadku PM10, ponieważ urządzenie nie jest w stanie prawidłowo zmierzyć PM10, ale po prostu dokonuje ekstrapolacji na podstawie pomiaru cząstek o wielkości znacznie mniejszej niż 10µm. Jednakże dla PM2.5 odchylenie to jest umiarkowane i kalibracja PM2.5 w odniesieniu do oprzyrządowania referencyjnego jest wykonalna i ma sens. Nawet jeśli wynik pomiaru PM10 często nie odzwierciedla prawidłowo wartości zmierzonej za pomocą oprzyrządowania referencyjnego, nadal dostarcza dodatkowych informacji, które mogą być wykorzystane do kalibracji wyjścia PM2.5. W tym badaniu opracowano koncepcję kalibracji, która opiera się na ustaleniu, że stosunek PM10/PM2.5 taniego czujnika daje wskazanie rozkładu masy cząstek stałych, który ma istotny wpływ na niedokładności pomiaru PM2.5. W związku z tym, stosunek wartości PM10/PM2.5 czujnika został użyty do opisu zależności dopasowania taniego czujnika wyniku pomiaru piasku do urządzenia referencyjnego. Zależność zmierzono dla różnych warunków i różnych widm cząstek podczas pomiaru kalibracyjnego. Specjalny generator cząstek został skonstruowany w celu kalibracji, aby objąć szeroki zakres rozmiarów cząstek dla różnych i uzupełniających rozkładów masy cząstek. W oparciu o zależność niedokładności pomiaru tanich czujników od ich własnego stosunku wartości PM10/PM2.5 uzyskano funkcję kompensacji, która z kolei pomaga skorygować wartości PM2.5 tanich urządzeń w taki sposób, że z większą dokładnością dopasowują się one do wyniku instrumentu odniesienia. W przypadku widm cząstek zdominowanych przez małe cząstki, takie jak dym z parafiny generowany przez generator dymu, dopasowanie taniego czujnika było już dobre bez kalibracji i można je było nieznacznie poprawić metodą kalibracji. W przypadku widm cząstek zawierających duże cząstki, takie jak pył mineralny, poprawa osiągnięta przy zastosowaniu tej metody była znacząca.

Conclusion

Low-cost PM2.5 sensors that also provide a PM10 measurement output such as the SDS011 manufactured by Nova Fitness Inc. may significantly deviate in their measurement results compared to reference equipment due to their cost-efficient construction. This deviation may be large for PM10 since the device is actually not able to measure PM10 correctly but simply does an extrapolation from a measurement of particle sizes much smaller than 10µm. However, for PM2.5 this deviation is moderate and a calibration of the PM2.5 with respect to the reference instrumentation is feasible and makes sense. Even though the PM10 measurement output often does not reflect the value measured with reference instrumentation correctly, it still provides additional information that can be used for calibration of the PM2.5 output.In this study a calibration concept was developed that is based on the finding that the PM10/PM2.5 ratio of the low-cost sensor gives an indication for the particle mass distribution that significantly influences the PM2.5 measurement inaccuracies. Therefore, the PM10/PM2.5 value ratio of the low cost sensor was used to describe the dependency of the match between the low-cost sensor result sand a reference instrument. The dependency was measured for different conditions and different particle spectra during a calibration measurement. A special particle generator was constructed for the purpose of calibration to cover a wide range of particle sizes for different and complementing particle mass distributions. Based on the dependency of the measurement inaccuracy of the low-cost sensor on its own PM10/PM2.5 value ratio a compensation function was derived that in turn helps to correct the PM2.5 values of the low-cost device such that it matches the result of the reference instrument with higher accuracy. For particle spectra dominated by small particles such as smoke from paraffin generated by a smoke generator the match of the low-cost sensor was already good without calibration and could be slightly improved by the calibration method. For particle spectra that contained large particles such as mineral dust, the improvement achieved with the present method was significant.

Close Menu