Légszennyezettség mérésére szolgáló eszközök

1.2.1.1 UniTec AIRGENIUS (ETL2000)

Az ETL 2000 (lásd: 6. ábra) újszerű, alacsony költségű több komponenst mérő levegő monitor 5 különböző levegőszennyező anyag valósidejű mérését teszi lehetővé ppb tartományban. Az új fűthető vastagfilm-réteg technológia nagyobb érzékenységet és pontosságot nyújt a környezet légszennyezőinek mérésénél az elektrokémiai rendszerekhez viszonyítva.

6. ábra: UniTec AIRGENIUS (ETL2000) – A készülék képe Forrás: www.air-quality.net

A vastagfilm szenzor technológia az elektromos vezetés jelenségét használja ki, ami a nanostrukturált félvezető fémoxid felszíne felett történik 200 és 400°C hőmérséklet között (5.

táblázat: A készülék érzékelőinek fő jellemzői). A félvezetőtől kapott elektromos válasz megfelel a részecskék atmoszférikus gázkoncentrációjának, így a válaszjel gáz koncentrációként jelenik meg a megfelelő kalibrációs görbe használata segítségével. Ilyen feltételek mellett a félvezető felszínén atmoszférikus oxidációs adszorpció folyik. Az érzékelő egy alumínium szubsztrátból (2,5 x 2,5 mm), egy fűthető rétegből és a félvezető fémoxidból

(érzékeny réteg) áll, melynek jeleit egy elektróda gyűjti össze [138]. Az érzékelő működési hőmérséklete ± 1°C-ig kontrollált a környezeti hőmérséklet 55°C-kal való változásáig. Ez garantálja, hogy az érzékelő minden atmoszférikus feltétel mellett ugyanazon a hőmérsékleten dolgozik.

A szenzor működésének alapelvét, a három szemcsés modellt (vastagfilm réteg vezetési modell) mutatja be a 7. ábra.

7. ábra: Vastagfilm szenzor működése Forrás: http://www.unitec-srl.com

A vezetés a megadott hőmérsékleten a következő képpen alakul, ahol qVs az energiagát a részecske és a szenzor között.

kT / qV 0

e

G G 

A megadott hőmérsékleten az oxigén beborítja a felületet, az elektronok befogása által ion-szegény helyek (deflációs réteg) és ion-dús régiók keletkeznek. A potenciális különbség a felület és az ion-dús helyek közt relációval kifejezhető, amely az oxigén ion sűrűségégét mutatja a félvezető felületén. Redukált gázok jelenlétében, a felszínen a negatív töltésű oxigéneknek a sűrűsége csökken (7. ábra), ebben az esetben a szemcsék közti gát magassága alacsonyabb lesz. A redukált gát a szenzor ellenállását csökkenti, amely speciális áramköri elemekkel mikroszkopikus szinten detektálható és mérhető. Másrészről oxidált gázok jelenlétében a reakció elektronok számának a csökkenéséhez és a potenciális gátak növekedéséhez vezet, és ez által az érzékelő ellenállásához.

Az alapjelenség tehát az oxigén ionok felületén történő adszorpció, amikor is az oxigén ionok a légkörben jelenlévő gázokkal reagálnak. A 8. ábra a vastagfilm szenzor felületén történő reakciót mutatja a redukált gáz és az oxigén ionok között.

8. ábra: Vastagfilm szenzor felülete Forrás: http://www.unitec-srl.com

Ha a félvezető n típusú fémoxidon alapszik, amely egy bizonyos hőmérsékleten ég, akkor a légkörben az oxigén jelenléte ionizált formában adszorbeált a felületen. A p típusú félvezető esetében a viselkedés hasonlóan írható le, számításba véve, hogy azok a hézagokban több töltéssel rendelkeznek [86][138].

Az érzékelt jelekről a megfelelő félvezetők gondoskodnak. Mindegyik félvezetőnek megvan a saját jellemzője és a saját reakciója. Ha egy speciális gázt akarunk mérni, akkor az 5.

táblázatban található gázok közül választhatunk. Az adalékanyagok a fő reakciót erősítik a megcélzott gázra.

Komponens Félvezetők Reakciók Típus Adalék Hőmérséklet

CO SnO2 Red. N Pd 330°C

NOx LaFeO3 Red. P - 250°C

NO2 LaFeO3 Ox. P - 350°C

O₃ In₂O₃ Ox. N - 350°C

C6H6 SnO2 Red. N Au 350°C

5. táblázat: A készülék érzékelőinek fő jellemzői Forrás: http://www.unitec-srl.com

Az egységnek beépített adatrögzítő és adattovábbító GSM kommunikációs része van, ami lehetővé teszi az adatok kézbesítését és azonnali továbbítását. A rendszer GPS-t is tartalmaz.

ETL2000 minőségi adatokat biztosít elérhető áron. Kevés karbantartást igényel, alacsony önköltség mellett. Speciálisan a szabadtéri mérésekre tervezték, így akár az út menti levegőminőség monitorozás is egyszerűen elvégezhető. Az egység kompakt mérete és könnyű

összeszerelése hordozhatóvá teszi. Rövid, vagy akár hosszú idejű folyamatos mérésre egyaránt alkalmas [77].

Az ETL2000 az @COM3000 szoftver segítségével teszi lehetővé a minőségi adatfelhasználást. Képes kábeles modem kapcsolat illetve GSM kapcsolat segítségével adatokat szolgáltatni, akár egy darab ETL-ről van szó, akár több, hálózatba kötött egységről.

A helyi közvetlen kapcsolat létesítése szintén megoldott az ETL2000-ben, RS232-es kábelen keresztül akár laptop is csatlakoztatható hozzá. Legnagyobb előnye azonban az, hogy egyedülálló, kompakt levegőminőség és meteorológia monitoring eszköz, amely nagymennyiségű levegőminőségi tájékoztató adathoz juthatunk megfizethető áron.

A készülék méréshatárait a különböző komponenseket tekintve, a 6. táblázat foglalja össze. Referenciaként a világ számos pontján működtetett készülékek tapasztalatai szolgáltak.

Komponens Méréshatár

NO₂ 0-250 ppb

NO_x 0-510 ppb

CO 0-80 ppb

O₃ 15-230 ppb

C6H6 0-15 ppb

Zaj 45-105 dB

Hőmérséklet -10-70°C

Relatív páratartalom 0-100%

6. táblázat: Az ETL2000 méréshatárai Forrás: www.air-quality.net

1.2.1.2 Aeroqual AQM60

A második költséghatékony levegőminőség monitoring rendszer az Aeroqual által gyártott AQM60 készülék. Ez a készülék az akkreditált mérőállomások és a diffúziós mintavevők közötti űrt hivatott kitölteni. Jellemző alkalmazási területe az út menti, közlekedési környezet monitoring, illetve a városi levegőminőség monitoring. Az Aeroqual az Analytic Gas Sensitive Semiconductor (GSS) Technológia szabadalmának tulajdonosa, amit egy rugalmasan változtatható moduláris felépítésű költséghatékony csomag formájában érhetünk el. A készüléket a 9. ábra mutatja be.

9. ábra: Aeroqual AQM60 Forrás: http://www.aeroqual.com

A technológia felhasználásával egy precíz mobil mérőeszközt alakítottak ki, amely lehetővé teszi a következő környezeti paraméterek egyszerű mérését: O3, NO₂, CO, SO₂, CO₂, VOC, illetve PM10 és egyéb információk, mint hőmérséklet, páratartalom, szélsebesség, szélirány, zaj és egyéb meteorológiai paraméterek. Az adatok a műszer belső memóriájában tárolhatók, de valósidőben is elérhetők GSM modemen, rádiós kapcsolaton vagy Etherneten keresztül. A készülék szenzorainak felbontása az ETL 2000-hez képest (ppb tartomány) néhány paraméter esetében gyengébb.

1.2.1.3 Geotech AQMesh

Ez az akkumulátorról működtetett vezetéknélküli egység a Cambridge Egyetem tervezésével készült öt szennyező mérésére alkalmas Alphasense szenzorokkal van felszerelve. Az AQMesh egység lámpaoszlopokra, jelzőtáblákra, kerítésekre, falakra szerelhető és hálózatba szervezve működtethető egyidőben akár többszáz készülék is. Ez a technológia is elektrokémiai gázszenzorokat alkalmaz, ezáltal alkalmas a városi és közlekedési monitoringra, ipari szennyezők környezetében pedig ellenörző mérések végrehajtására.

Az AQMesh egységeket jó eredménnyel tesztelték valós körülmények között, akkreditált légszennyezettségi mérő állomással összehasonlításban végzett méréssel 2012 novemberében.

The AQMesh system has undergone some field-testing against reference air quality monitors. The results from a comparison conducted by Geotech were reliable during November 2012 [11].

1.2.1.4 AirBase CanarIT 1.0

A CanarIT 1.0 egy több paraméter mérésére alkalmas eszköz. Az alapegység O3, NO2, VOC, szállópor, zaj, hőmérséklet és páratartalom mérésére használható. Módosításokkal az ózon szenzor helyett más összetevők mérésre is van lehetőség (ammónia, hidrogén, szénmonoxid, kéndioxid,…). A MOS gáz szenzorok és a szoftver segytségével minden 20 másodpercben lehet adatot vételezni. A szenzoronbelüli ismételt méréseknek köszönhetően a hosszútávú stabilitás és a mérések páratartalom- és hőmérsékletfüggése kiegyenlíthető. Az eszköz rendelkezik egy helyszíni mérésre alkalmas egyésggel (vezetéknélküli monitoring állomás) és egy háttér szolgáltató infrastruktúrával (felhő-alapú szerver). A szenzorok periódikusan mintavételeznek és eltárolják az adatokat a memóriakártyán, azadatok Interneten keresztül kerülnek tárolásra és további feldolgozásra. Az eszköz szükséges kalibrációja távolról, Interneten keresztül elvégezhető.

1.2.1.5 Libelium Waspmote Plug & Sense

A Waspmote Plug & Sense vezetéknélküli eszköz vízálló dobozban, amely lámpaoszlopokra és épületek falára. Különböző érzékelő csomagokkal (városi, biztonsági, környezeti, mezőgazdasági paraméterek mérésére) lehet felszerelni az eszközt, amely egyszerre hat szenzor kezelésére képes. Több mint hatvan féle érzékelő érhető el a piacon.

Kalibrált gáz szenzorok is használhatóak, beépített háromtengelyű gyorsulásmérő és hőmérsékletérzékelő áll rendelkezésre (-40 °C - 85 °C, 0.25 °C-os felbontással). Az egyes csomópontok interneten keresztül küldik adataikat. A Waspmotes eszközök több terepi mérőhálózatban is alkalmazásra kerültek 35 kalibrált eszköz Salamanca (Spanyolország) két utcáján a RESCATAME (European Union’s Pervasive Air-quality Sensors Network for an Environmental Friendly Urban Traffic Management) projekt kereteiben. A hálózat célja a közlekedési légszennyezés becslése 7 paraméter (CO, NO2, O3, zaj, szálló por, hőmérséklet és páratartalom) mérésével. Ha bármely paraméter átlépi a határértéket, a hálózat azonosítja a túllépés helyét és értesíti a központot. Két Szerb városban 65 Waspmote mér gázkoncentrációt az EkoBus projekt keretein belül.