Feinstaubmessung mit dem Raspberry Pi

  • Ich hab mir die Links mal angesehen. Die Idee das Ding im Rohr zu verstecken ist gut - werd ich adaptieren.

    Jetzt bin ich nur am hadern ob ich den gezeigten Code verwenden soll oder wie immer sowas anhand der Datenblätter selber zu konstruieren und schreiben.

    Ich wohn hier in nem Hinterhof ohne Blick auf eine nicht ganz so stark befahrene Strasse - also ich schätz mal das ich hier keine so hohen Ausschläge auf dem Balkon haben werde. Andere Überlegung wär das ganze Mobil mit Display zu gestalten.

  • Wie macht ihr eigentlich die Kalibrierung? Vertraut ihr dem vom Hersteller hinterlegten Werten, oder gleicht ihr den Sensor mit einer "offiziellen" Messstelle ab?

  • Die gleichen Gedanken wie @K_! hab ich auch:

    Den Sensor hab ich eben bestellt, schätze ich habe jetzt 4 Wochen Zeit, das rundum zu klären..

    Mir gefällt es wenig, ein fertiges Binary auf den ESP zu brennen, ich würde lieber die SW sehen. Habs sie inzwischen auch gefunden, ist in LUA geschrieben.

    Nun bin ich mit LUA nicht vertraut, ich würde mich jetzt hinsetzen und das Ganze in C++ mit der Arduino-GUI zusammenklöppeln...

    Dadurch kann ich (auch) meine eigene Sensor-Infrastruktur mit einweben.

    Mobil wäre gut, die Frage ist, wie die Energieversorgung sicherstellen: Wenn ich das richtig gelesen habe, benötigt das Teil (alleine) so um die 100-250mA (je nach Quelle, in die man schaut) während der Messung. Eine mobile Dauermessung ohne KFZ-Akku ist da nicht drin... :)

    Mal die Feinstaub-Profis gefragt: Würde eine Messung alle 5-10min Sinn machen? Wie schnell ändern sich die Werte?

  • Wie macht ihr eigentlich die Kalibrierung? Vertraut ihr dem vom Hersteller hinterlegten Werten, oder gleicht ihr den Sensor mit einer "offiziellen" Messstelle ab?

    ...hierin liegt aus meiner Sicht der Vorteil bei dem auch von mir verwendeten Code von "Luftdaten-Info". Dort wird ständig an der Kalibrierung und Verbesserung der Messgenauigkeit des SDS011-Sensors geschraubt und die Firmware updatet sich automatisch: https://luftdaten.info/evaluation/

    Man darf aber auch nicht unerwähnt lassen, dass trotz allem die Werte keinen Anspruch auf exakte Genauigkeit erheben. Der eingesetzte Sensor misst PM2,5. Der PM10-Wert wird abgeschätzt und kann daher ungenauer sein. Einzelne Stationen können unplausible Werte liefern. Bei hoher Luftfeuchte, insbesondere Nebel, können die Werte deutlich höher sein, da die offiziellen Stationen den getrockneten Feinstaub messen. Durch Feuchte kondensierte Feinstaubpartikel können jedoch vor allem bei Smoglagen die negative Gesundheitswirkung von Feinstaub verstärken.

    Gruß

    Mark

  • Möööp! Das ist nicht Feinstaub. Das ist NOx, Stickoxide.

    Evtl. war der Feinstaub im Büro aus Laserdruckern gemeint gewesen?

    Wie hoch der ist weiß ich allerdings nicht.

  • Wie wärs - wir einigen uns auf ne API .. jeder macht was er kann und zum Schluss frickeln wir das beste von jedem zusammen?

    Zusatz: Ich persönlich würd was in Python schreiben das auf nem Zero läuft und die Daten in irgend ner Datenbank speichert. Mit den Werten könnte man dann mit CV2 ne schöne Kurve zeichnen lassen. Ne Anbindung an diese Karte könnte man ja auch noch schreiben...

    Einmal editiert, zuletzt von RedSun54519 (2. Januar 2019 um 17:47) aus folgendem Grund: joa

  • Evtl. war der Feinstaub im Büro aus Laserdruckern gemeint gewesen?

    Der immer wieder zitierte 950µg Grenzwert für Arbeitsstätten ist NOx.

    Durch Feuchte kondensierte Feinstaubpartikel können jedoch vor allem bei Smoglagen die negative Gesundheitswirkung von Feinstaub verstärken.

    Ich hätte ja im Gegenteil gedacht, dass die durch die Anlagerung von Wasser vergrößerten Partikel weniger lungengängig sind.

  • Der immer wieder zitierte 950µg Grenzwert für Arbeitsstätten ist NOx.

    Ich hätte ja im Gegenteil gedacht, dass die durch die Anlagerung von Wasser vergrößerten Partikel weniger lungengängig sind.

    Der allgemeine Grenzwert für Lungengängige Partikel liegt bei 1,25mg/m³ - das is noch höher... letzteres hätte ich auch gedacht - wenns sichs mit Wasser bindet wirds doch größer?!?

  • @K_!:

    Ich habe meinen Sensor in ca. 2m Höhe auf meinem Grundstück an der Außenwand der Garage montiert. Das Grundstück befindet sich nicht in unmittelbarer Nähe zu vielbefahrenen Straßen. Über ein 1,5m langes Kabel ist der Feinstaubsensor an die serielle Schnittstelle eines PiZeroW im Inneren der Garage angeschlossen. Auf diesem Raspberry Pi läuft neben der Feinstaubmessung noch weitere Software für andere Zwecke.

    Zentris:

    Ich verwende bei meinem Messungen mit dem Plantower-Feinstaubsensor eine Messrate von 5min. Bei kürzeren Messintervalen verkürzt sich die Lebensdauer des Sensors entsprechend.

    Der Messvorgang selbst dauert auch ca. 30 Sekunden, da erst eine gewisses Volumen an Luft durch die Sensorkammer strömen muss bevor plausible Werte ermittelt werden können.

    Einmal editiert, zuletzt von TGD (2. Januar 2019 um 22:27)

  • Der allgemeine Grenzwert für Lungengängige Partikel liegt bei 1,25mg/m³ - das is noch höher...

    Naja, Du kannst jetzt nicht wirklich Partikel mit Gasen vergleichen.

    Wenn Deine Partikel Asbeststaub sind, dann ist der Grenzwert plötzlich ganz niedrig. Auch Buchenholzstäube sind stark kanzerogen, und entstehen an schnelllaufenden Maschinen. Das war Jahrhunderte lang kein Problem, weil man einfach keine schnelllaufenden Maschinen für die Holzbearbeitung hatte.

    Dagegen wird Feinstaub am Meer als gesundheitsfördernd angepriesen: Die Meersalz-Partikel sind wasserlöslich und in der Lunge unschädlich. (Disclaimer: Nach bisheriger Erkenntnis.)

  • @Scharlih 

    Du hast natürlich recht; die Partikelgröße steigt mit der Luftfeuchtigkeit. Genau hier liegt dann auch das (Mess)Problem:

    Leider verfälschen diese größeren Partikel jedoch die Messergebnisse. Die Tatsache, dass Feinstaub-Partikel oft hygroskopische Substanzen enthalten ist der Grund, dass sie bereits ab einer relativen Luftfeuchte von etwa 70% gasförmiges Wasser binden und damit in ihrer Größe deutlich anwachsen. Da vor allem bei feinstaubträchtigen Wetterlagen in den kalten Monaten des Jahres gleichzeitig auch hohe Luftfeuchten zu erwarten sind, ergeben Messverfahren, bei denen die Messluft nicht speziell getrocknet wird, oft deutlich höhere Messwerte als die amtlichen gravimetrischen Messverfahren. Dies gilt insbesondere für Low-Cost Feinstaub-Sensoren (Interessante Details dazu hier)


    Ein hiervon unabhängiger weiterer interessanter (und riskanter) Aspekt liegt darin, dass bei hoher Luftfeuchte proteinhaltige Partikel von einer glasartigen in eine gelartige Konsistenz wechseln und daher chemisch rasch verändert werden. Die chemischen Veränderungen fördern das Potential der Teilchen, Allergien auszulösen. Darüber hinaus fördern gelartige Aerosole die Bildung flüssiger Wolkentröpfchen. Dadurch ändert sich nicht nur die molekular Struktur, sondern auch die biologische Funktion (Nachzulesen bei der Max-Planck-Gesellschaft)

    Gruß

    Mark

  • hier ein paar Infos zur Lage der Messstationen, die zu beachten wären.

    Anmerkung als Messtechniker: Solange Du Deine Sensoren nicht kalibrieren kannst, kannst Du die Werte eh in die Tonne drücken. Damit kannst Du für Dich Tendenzen verfolgen, aber einer Behörde brauchst Du sowas nicht vorzulegen.

    Ich hab meine Diplomarbeit in Streulichtmessung gemacht: Diese Methode ist extrem von den Partikeleigenschaften abhängig, sprich Größe, Form, Absorption. Vor allem in dem Bereich um 0.1-1µm rum, also Übergang von Rayleigh-Streuung zu Mie-Streuung ist das sehr schwer erfassbar.

    Zum Beispiel geht in den wirksamen Streuquerschnitt bei Rayleight-Streuung der Durchmesser mit d hoch 6 ein. Das Volumen also immer noch mit V hoch 3. Sprich das doppelte Partikelvolumen = doppelte Masse hat den achtfachen Streuquerschnitt, erzeugt also ein 8mal höheres Signal.

    Nun ist der Übergang von Rayleigh- zu Mie-Streuung aber nicht gleichmäßig, sondern hat mehrere Maxima und Minima, die auch noch extrem winkelabhängig sind. Kleinere Partikelgrößen erzeugen mitunter mehr Streulicht in eine Beobachtungsrichtung als größere Partikel. In diesem Bereich kann nicht aus der Streulichtintensität auf die Partikelgröße rückgeschlossen werden. Mathematisch ausgedrückt: Die Funktion ist nicht umkehrbar.

    Aus dem Streulich auf wirkliche Feinstaubkonzentration zu schließen ist wahrlich Spökenkiekerei. Du kannst da locker 200, 300% danebenliegen und würdest es nicht merken.

    Die einzig zuverlässige Art der Feinstaubbestimmung ist: Wägen. Sprich ein definiertes, getrocknetes Luftvolumen durch einen Filter ziehen und dessen Massezunahme ermitteln. So wie es den Messstationen gemacht wird.

  • Hier meine Messung. Ist nicht so hoch: Achtung: man muss eine Stunde addieren. Die 0 ist also in Wahrheit schon 1:00 Uhr. Interessant ist, dass der Sylvesterraketenfeinstaub eher sehr kleine Partikel hat, während der normale Feinstaub den Tag über gröber ist.

    Der Grenzwert wurde zumindest hier im Norden D für ca. 2 Stunden überschritten.

    Aufbau siehe Bild.

  • Anmerkung als Messtechniker: Solange Du Deine Sensoren nicht kalibrieren kannst, kannst Du die Werte eh in die Tonne drücken (...)

    Aus dem Streulich auf wirkliche Feinstaubkonzentration zu schließen ist wahrlich Spökenkiekerei. Du kannst da locker 200, 300% danebenliegen und würdest es nicht merken. (...)

    ...ganz so wild ist es nicht .:denker:

    Ich habe nicht weit von meinem Messfühler eine amtliche Messtation stehen (EU-Kennung DENW211; Kürzel VKCL). Die Werte liegen so weit nicht auseinander und sind durchaus vergleichbar.

    Dies wird durch eine Kombination des Lowcost-Feinstaubsensors mit einen Feuchtigkeitssensor erreicht. Hierdurch entsteht es eine kostengünstige Kompensationsmöglichkeit für das Feuchte-bedingte Partikelwachstum bei einem Laser-Streulichtsensor, wie dem von uns verwendeten SDS011,

    um so nach der Messdatenerfassung von Feinstaubkonzentration und Feuchte an den gemessenen Feinstaubwerten eine Feuchtekorrektur vornehmen zu können, die den Einfluss des Partikelwachstums bei zunehmender Feuchte rechnerisch kompensiert.

    In etlichen Fachpublikationen wurde bereits das Größenwachstum von Partikeln umfassend untersucht und Algorithmen zur Korrektur vorgeschlagen und erprobt. Diese Forschung wurde vorwiegend mit professionellem Equipment betrieben. Es besteht aber kein Grund warum diese Erkenntnisse nicht auch bei low-cost Sensoren obiger Bauart einsetzbar sind (vgl. u.a. Schwarmbasierte Auswertung der OK Lab Feinstaubsensoren im Stuttgarter Stadtgebiet hinsichtlich eines Feinstaub-Luftgütefaktors Bernd Laquai, 11.3.2017)

    Natürlich können die korrigierten Werte eines SDS011 nur als Orientierung dienen und sind keinesfalls gerichtsverwertbar (...ist so ähnlich, wie bei der Atemalkoholkontrolle durch die Polizei; amtlich wird es hier erst durch die Bestimmung des Blutalkoholwertes:)) Eine 30€-Eigenbaustation kann selbstredend nicht eine amtlich eignungsgeprüfte kontinuierlich arbeitende Emissionsmesseinrichtung für etliche tausend € ersetzen. Die von uns erhobenen Werte dienen nur zur Ergänzung des bestehenden Datenbestandes.

    Abschließend noch ein ganz aktueller Link zum Thema "Feinstaubbelastung an Silvester":

    http://spon.de/afolp

    Grüße

    Mark

    2 Mal editiert, zuletzt von mark-aus-51 (3. Januar 2019 um 04:22)

  • Im Rhein-Neckar Kreis war der Silvester-Peak bei knapp 400µg/m³ auf einem nicht zur Straße zeigenden Balkon.

    Zum Feinstaubmessen nutze ich ebenfalls die openData-Implementierung mit dem ESP, die Daten schicke ich über die "an eigene API senden" an mein PI und verarbeite sie da entsprechend. Der macht alle fünf Minuten eine Messung und sendet sie übers WLan an den Pi.

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