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Possibilities and limitations of low cost PM sensors

C. ASBACH, M. NOTHHELFER, T. JAKUBCZYK, O. SPERBER, A. M. TODEA, H. KAMINSKI

Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), Duisburg, Allemagne

[2021]

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Résumé

Depuis quelques années, des micro-capteurs d’aérosols dits « à bas coût » ont fait leur apparition sur le marché. Ceux-ci sont devenus très populaires dans la communauté scientifique des aérosols mais aussi auprès des citoyens. Leurs prix varient d’environ 20 à 500 €. Leurs prix offrent évidemment de nouvelles possibilités, comme par exemple la mise en place de réseaux intégrant de nombreux capteurs permettant de surveiller la qualité de l’air, en atmosphère générale ou à l’intérieur de locaux de travail. Toutefois, il existe plusieurs limites à leurs utilisations, notamment lorsque les taux d’humidité dans l’air sont élevés. Dans ce contexte, un sécheur de faible coût a été mis au point permettant de pallier l’effet de l’humidité. Ce dispositif a été testé durant plusieurs semaines avec le micro-capteur NovaFitness SDS011 dans le cadre d’une campagne de mesure des concentrations PM10 en extérieur. Les résultats obtenus montrent une très bonne concordance avec la méthode de référence gravimétrique. En outre, les concentrations PM2.5 sont également très bien corrélée (R2 > 0.96) à celles obtenues à l’aide d’un dispositif de prélèvement à point fixe MPGII (fraction alvéolaire). Cette corrélation est quasiment identique pour six aérosols d’essais de nature, forme et distribution granulométrique différentes. Un facteur de correction unique a donc été déterminé pour l’ensemble des micro-capteurs et aérosol d’essais faisant concorder à ±30% près les concentrations PM2.5 aux données de référence.


Abstract

Low-cost PM sensors have entered the market a few years ago and have become very popular among aerosol as well as citizen scientists. Their prices range from approximately 20 € to 500 €. Due to the low costs, they offer new possibilites, like setting up dense networks to monitor air quality, e.g. in the atmosphere or in workplaces. However, several limitations apply, particularly, when measuring at high humidity levels. A low-cost aerosol dryer has been developed that overcomes this shortcoming. It has been used in an atmospheric field measurement over several weeks and the resulting daily mean PM10 concentrations measured with a NovaFitness SDS011 sensor were shown to agree well with those of a gravimetric reference method. The PM2.5 concentrations of the same sensor type further showed a very high correlation (R² >0.96) with gravimetric reference data for the respirable dust concentrations, collected with an MPG II sampler. The correlation was nearly identical for six test aerosols with very different particle size distributions, materials and shapes. By using a single correction factor for all sensors and test aerosols, the PM2.5 data agreed mostly within ±30% with the reference data.


DOI

10.25576/ASFERA-CFA2021-24854

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