Sen o čistém vzduchu? Základem jsou čidla SEN62

Na pořadu dne už dávno není, zda kvalitu vzduchu vůbec sledovat, ale spíše jak navrhnout a provozovat co nejefektivnější systém. V praxi to znamená kompaktní moduly, které již do vínku dostaly vše potřebné, a to včetně algoritmů nebo továrně kalibrovaného výstupu. Firma Sensirion pro zmíněné účely nachystala různé prvky řady SEN6x. Výchozí model má číslo šedesát dva.

Rozumí velikostem

Jedna věc je modulární produkt sám o sobě představit a další pak spustit sériovou výrobu a dostat jej k vývojářům po celém světě. To se také nedávno podařilo v případě základního čidla SEN62 pro měření klíčových parametrů, definujících kvalitu vzduchu [1], které na úvod, hned vedle relativní vlhkosti či teploty (RH/T), slibuje zejména dohled nad (prachovými) částicemi ve smyslu „Particulate Matter“, zkráceně PM. Jednoduše použitelný systém o rozměrech 55,2 × 25,6 × 21,3 mm zde přitom počítá jak s PM1.0, tak též PM2.5, PM4 či PM10 a prozřetelně tak odlišuje od velmi jemných částic až po ty hrubé. Číslo vždy udává nejvyšší proporce v mikrometrech, přičemž na opačném konci rozsahu pokaždé startujeme s úrovní 0,3 μm. Na stránkách DPS Elektronika od A do Z jste mohli o aktualizované nabídce rovněž číst v [2].

Díky hodnověrnému číslicovému výstupu, kalibrovanému již ve výrobě, tj. včetně vlastních algoritmů pro kompenzaci, společně se zpracováním dat, nemusíme zase tolik řešit samotnou činnost miniaturizovaného systému MEMS, ale ani jeho další optimalizace. Integrované snímače SEN62 osadíme v čističkách vzduchu, systémech topení a vzduchotechniky HVAC, u klimatizací, ve vybavení chytré domácnosti, jako součást měřičů kvality vzduchu apod. Zvláště pak při uvážení standardů, jakými jsou RESET^® nebo WELL Building Standard™, pokud jde o aplikace uvnitř budov s požadavky na certifikované sledování kvality prostředí. To vše na základě dat, připravených k okamžitému využití.

Měří a odolává zároveň

A jak to celé funguje? Senzory polétavého prachu, vzorkující každou jednu vteřinu (±0,03 s), staví dle přiložené grafiky na optickém principu měření založeném na rozptylu laserového světla – nebo spíše záření, protože se již pohybujeme v pásmu 850 nm [3]. Když tedy částice ve vzduchu procházejí paprskem integrovaného laseru, dochází k jeho rozptylu, který bude následně zachycen fotodetektory. Nedílné algoritmy vzniklou situaci analyzují a určují distribuci velikosti a také hmotnostní koncentraci částic – zde konkrétně v rozsahu od nuly až do jednoho tisíce mikrogramů na metr krychlový a s přesností ±10 % z měřené hodnoty (platí pro rozmezí 100 až 1000 μg/m³ a oblast zájmu v pásmu PM1 či PM2.5). Díky specifickému obvodu ASIC není vyžadováno žádné dodatečné zpracování dat.

Jenže prach neškodí pouze a jen lidem, ale ovlivňuje i samotnou techniku. A tady znovu vstupuje do hry více než 25 let zkušeností s vývojem průtokových senzorů pro řadu složitých situací. Inženýři ve společnosti Sensirion vyvinuli chráněnou technologii, sloužící k usměrňování toku vzduchu, takže lze s její pomocí rovnou předcházet usazování prachu nebo nečistot na optických součástech a dosahovat přitom dlouhodobé stability. Vystačíte si při nepřetržité celodenní činnosti přinejmenším s deseti lety? Výrobce je může v interiéru skutečně slíbit a na šest roků klesá jen v případě formaldehydu. Ale to se již pohybujeme v rámci širší řady SEN6x. Proprietární algoritmy společnosti Sensirion kromě toho využijí nového konceptu, který zde umožňuje stanovit velikostní třídy bez ohledu na typ částice, což výrazně zpřesňuje měření hmotnostní koncentrace. Týká se to např. aerosolů a potažmo i samotného vlivu okolního prostředí.

S teplotou je za „hvězdu“

Pro zkrácení doby odezvy u senzorů rodiny SEN6x, nyní již ve třetí generaci, výrobce dále vyvinul algoritmus „Sensirion Temperature Acceleration Routine“, zkráceně STAR. Teplotu zde proto systém odhaduje dynamicky a ještě předtím, než koncový produkt dosáhne stabilního stavu. V praxi to pak znamená 2–3krát rychlejší, ale i spolehlivější, údaje o této klíčové veličině. Kompletní senzor o hmotnosti zhruba dvacet gramů potřebuje ke svému provozu každopádně ventilátor, jehož hlučnost na vzdálenost 0,2 m nepřekračuje 24 dB(A). A po spuštění celého systému je zapotřebí dále vyčkat asi třicet vteřin [4].

Kombinované snímače SEN62 máme dovoleno provozovat v teplotním rozsahu od +10 °C do +40 °C, přičemž krátkodobě výrobce schvaluje rozmezí již od -10 °C až po + 60 °C. V žádném případě ale nesmí docházet ke kondenzaci. Napájíme typicky ze zdroje 3,3 V – s nějakým větším rozsahem pro napětí však nepočítejte. Na konektoru vidíme celkem šest vývodů, přičemž napájení V_DD + GND zůstává zdvojené. Zbývá už jen tedy prostor pro sběrnici I²C s jejími daty SDA či hodinami SCL (kompatibilní s 5V logikou TTL, vstupy a výstupy jsou s otevřeným kolektorem). Řada SEN6x využívá rozhraní, které původně sloužilo k propojení dvou čipů na desce plošných spojů na relativně krátkou vzdálenost. Pokud tedy senzor připojíte k základně pomocí kabelu, dobře si pohlídejte elektromagnetické rušení i přeslechy a použijte co nejkratší, nejlépe stíněné vodiče. Ideálně do 10 cm.

Pro úplnost ještě upřesníme celkový počet senzorů dané řady, která hned vedle výchozích SEN62 dále počítá s variantami SEN63C, SEN65, SEN66, SEN68 a konečně také SEN69C. Pomyslný vrchol celé šestice máme, alespoň ve zkratce, vyhrazený pro PM, RH&T, VOC, NOx, HCHO a CO₂.

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://sensirion.com/company/news/press-releases-and-news/article/sensirion-announces-global-availability-of-the-environmental-sensing-platform-sen62

[2] SEN62 je tady. Posvítí si na polétavý prach, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:105081/sen62-je-tady-posviti-si-na-poletavy-prach

[3] Particulate matter sensors, https://sensirion.com/media/documents/CA1FDE3B/69E22684/SE_Bro_Particulate_Matter-SEN-web_250923.pdf

[4] Senzory SEN62, https://sensirion.com/products/catalog/SEN62

robenek@dps-az.cz