Kako funkcioniraju senzori za mjerenje kvalitete zraka? Tehnologija iza brojeva

Kada posjetite portal kvalitetazraka.hr, vidite niz brojeva koji vam govore je li zrak koji udišete siguran ili ne. No, jeste li se ikada zapitali kako jedna mala kutijica na zidu zgrade ili uređaj na vašem noćnom ormariću "zna" koliko ima čestica čađi ili molekula dušikovog dioksida u nevidljivom zraku oko nas?

Tehnologija mjerenja kvalitete zraka prošla je nevjerojatan put od glomaznih laboratorijskih postrojenja do minijaturnih senzora koje danas možemo nositi u džepu. Razumijevanje načina na koji ovi uređaji rade pomoći će vam da bolje tumačite podatke, ali i da znate što zapravo kupujete kada birate pametni uređaj za svoj dom.

1. Mjerenje čestica (PM2.5 i PM10): Metoda laserskog raspršenja

Najčešći senzori koje susrećemo u pročišćivačima zraka i kućnim mjernim stanicama su optički senzori čestica. Njihov rad temelji se na fizikalnom principu poznatom kao Mie raspršenje.

Kako proces izgleda iznutra?

Unutar senzora nalazi se mala komora kroz koju ventilator ili toplinska struja zraka neprestano uvlači zrak iz okoline.

1. Laserska zraka: Senzor ispaljuje lasersku zraku kroz komoru.

2. Interakcija s česticama: Kada čestica (poput prašine ili čađi) prođe kroz tu zraku, ona raspršuje svjetlost u svim smjerovima.

3. Foto-detektor: Osjetljivi fotodetektor mjeri intenzitet i kut raspršene svjetlosti.

4. Algoritam: Na temelju toga koliko je svjetlosti raspršeno i koliko je puta laser "prekinut", ugrađeni mikroprocesor izračunava broj čestica i njihovu veličinu, pretvarajući to u dobro poznatu jedinicu $\mu g/m^3$.

Razlika između jeftinih i skupih senzora

Jeftiniji senzori često koriste običnu LED diodu umjesto lasera. Oni su manje precizni i često "miješaju" vlagu (kapljice magle) s opasnim PM2.5 česticama. Zato se zimi, u uvjetima visoke vlage, može činiti da je zrak gori nego što jest ako koristite niskobudžetni senzor.

2. Detekcija plinova (NO2, CO, VOC): Elektrokemijski i metal-oksidni senzori

Mjerenje plinova zahtijeva potpuno drugačiji pristup. Ovdje se ne oslanjamo na svjetlost, već na kemijske reakcije.

Elektrokemijski senzori (Za NO2, CO, SO2)

Ovi senzori rade slično kao male baterije. Sastoje se od elektroda uronjenih u elektrolit. Kada specifični plin (npr. ugljični monoksid) dođe u dodir s elektrodom, dolazi do kemijske reakcije koja stvara malu električnu struju. Što je više plina u zraku, to je struja jača. Ovi senzori su iznimno precizni i koriste se na profesionalnim postajama koje vidite u gradovima.

Metal-oksidni senzori (MOS) – Najčešći za kućne VOC senzore

Ako vaš pročišćivač zraka pokazuje "razinu plinova" ili "mirisa", on vjerojatno koristi MOS senzor.

• Princip rada: Senzor grije mali čip od metalnog oksida (obično kositrov dioksid). Na visokoj temperaturi, električna vodljivost tog čipa mijenja se čim se u zraku pojave hlapljivi organski spojevi (VOC).

• Mana: Ovi senzori su "nespecifični". Oni će vam reći da je u zraku prisutan neki plin, ali ne mogu razlikovati fini parfem od opasnog formaldehida ili plina iz kuhanja.

3. Mjerenje CO2: NDIR tehnologija (Zlatni standard)

Ugljični dioksid (CO2) je postao ključan parametar za mjerenje kvalitete zraka u uredima i školama (kao pokazatelj ustajalog zraka i rizika od virusa).

Najpouzdanija metoda za mjerenje CO2 je NDIR (Non-Dispersive Infrared) ili nedisperzivna infracrvena tehnologija.

• Fizika u pozadini: Molekule CO2 specifično apsorbiraju infracrvenu svjetlost na točno određenoj valnoj duljini ($4,26 \mu m$).

• Senzor: S jedne strane komore je IC izvor svjetlosti, s druge detektor. Senzor mjeri koliko je svjetlosti "nestalo" na putu od izvora do detektora. Što je više CO2 u komori, to manje IC svjetlosti stiže do cilja.

Ovi senzori su dugovječni i vrlo precizni, te su jedini koje bismo preporučili ako želite mjeriti potrebu za provjetravanjem prostorije.

4. Profesionalne mjerne stanice vs. Kućni senzori

Na portalu kvalitetazraka.hr koristimo podatke s državnih postaja, a ne privatnih senzora (poput kućnih stanica) kako bismo osigurali što preciznije podatke. U nastavku je moguće vidjeti razliku:

Iako kućni senzori nisu laboratorijski precizni, mogu biti korisni za praćenje trendova. Oni će vam nepogrešivo reći kada je razina zagađenja skočila zbog kuhanja ili dolaska smoga, čak i ako stvarna brojka odstupa za 10-15%.

5. Što utječe na točnost vašeg senzora?

Ako imate mjerni uređaj kod kuće, pripazite na ove faktore koji mogu "prevariti" senzore:

1. Vlaga: Visoka vlažnost zraka (>80%) uzrokuje da se čestice vode lijepe za prašinu, čineći ih "većima" za laserski senzor. Rezultat: lažno visoko zagađenje.

2. Položaj: Senzor postavljen u kutu sobe bez protoka zraka dat će krive podatke. Idealno je da bude na visini disanja, dalje od izravnih izvora zračenja topline.

3. Zasićenje: Tijekom vremena, prašina se može nakupiti na leći lasera. Kvalitetniji senzori imaju ugrađene algoritme za kompenzaciju ili mogućnost čišćenja.

Zaključak: Trebate li imati svoj senzor?

Poznavanje tehnologije koja stoji iza senzora pomaže nam da prestanemo gledati na te uređaje kao na nepogrešiva proročišta, a počnemo ih gledati kao na korisne alate. Za većinu korisnika, kombinacija službenih podataka s portala kvalitetazraka.hr i jednog solidnog kućnog senzora je najbolja strategija. Službene postaje daju širu sliku grada, a vaš kućni senzor vam kaže kada je vrijeme da upalite pročišćivač ili zatvorite prozor.

U svijetu gdje je zagađenje često nevidljivo, ovi senzori su naša "dodatna čula" koja nam omogućuju da vidimo opasnost prije nego što je udahnemo.