פיתוח פתרונות זולים עבור פרויקטים בקנה מידה קטן

תרכובות אורגניות וולטיל (VOCs) הן כימיקלים המכילים פחמן כי לעתים קרובות מתאדה בטמפרטורת החדר, לתרום לזיהום אוויר מקורה וחיצוני.חשיפה לרמות VOC גבוהות קשורה לגירוי נשימתי, כאבי ראש, סיכונים בריאותיים ארוכי טווח כגון סרטן. ניטור VOCs הוא קריטי עבור בריאות הציבור, תאימות סביבתית, מחקר.

הבנת דרישות המעקב של VOC

לפני בחירת חומרה או תוכנה, הגדרה ברורה של מטרות הפרויקט היא חיונית.דרישות ניטור להשתנות במידה רבה בהתאם לסביבה ולמטרות.

זיהוי מטרות

VOCs כוללת אלפי כימיקלים, אך מטרות נפוצות כוללות benzene, toluene, פורמלידה, xylene, ו-tetrachloroethylene.עבור איכות אוויר מקורה, פורמלידהיד ו- VOCs הכולל (TVOCs) הם לעתים קרובות לפני כן. עבור ניטור גדר תעשייתי, benzene עשוי להיות מפתח אנאליט.

קביעת גבולות וכלכלה

תקני רגולציה (למשל, מערכת המידע המשולבת של EPA, WHO) קבעה מגבלות חשיפה משתנות על ידי תרכובת ומשך.לדוגמה, מערכת המידע של EPA (IRIS) מספקת ריכוזי התייחסות. פרויקט עשוי להיות צורך למדוד ריכוזים בטווח של כמה מיליארדי (p) עבור כמה תרכובות, בעוד שאחרים דורשים רק חלקים-per Millions (m) בדרך כלל, זיהוי סביר יותר, ציוד מסחר רגיל הוא אמצעי זיהוי נמוך יותר.

מעקב אחר משך ותדירות

מדידות ספוט (דגימות גרביט) זולות יותר ומתאים לסקרים ראשוניים או זיהוי קוד. ניטור רציף מספק מגמות זמניות אבל מגביר את כוח ועלויות כניסה נתונים. מדגם Passive (למשל, צינורות דיפרנציטיביים) יכול לשלב חשיפה במשך ימים או שבועות בעלות נמוכה מאוד, מה שהופך אותם אידיאליים עבור הערכות ריכוז לטווח ארוך טווח.

תקציב ומקורות משאבים

קרנות Allocate על פני חומרה, conumables, גז קליברציה, אחסון נתונים וזמן כוח אדם. תקציב כולל תחת $1,000 יכול לתמוך כמה חודשים של ניטור באמצעות DIY או נמוך עלות חיישנים מסחריים. גרנטים מקרנות סביבתיות או קהילה עשויים להשלים כספים מוגבלים.תמיד לשקול עלויות חוזרות, כגון חיישן (כל 6-12 חודשים עבור כמה חיישנים כימיים) ו caliation גזינדרים.

טכנולוגיות זמינות לגילוי VOC

מגוון של טכנולוגיות בעלות נמוכה עד בינונית קיים.הבחירה תלויה במידת דיוק, זמן תגובה ותרכובות יעד.

צינורות Colorimetric tubes

צינורות זכוכית אלה מכילים טינה שמשנה צבע בנוכחות של VOC מסוים באמצעות משאבת יד, נפח ידוע של אוויר נמשך דרך הצינור.אורך הכתמים מציין ריכוזים עלות $ 5-20 $ כל אחד והם אידיאליים עבור בדיקות נקודה. הם דורשים לא כוח, אין סחף, והם קלים לשימוש.

צילום: Detectors (PIDs)

PIDs להשתמש מנורה UV כדי ionize מולקולות גז, ייצור פרופורציה נוכחית לריכוז VOC הכולל. Handמוחזקים או קומפקטי PID צגים (למשל, מ RAE Systems, Ion Science, או pID-Tech) זמינים עבור מתחת $1,500, לעתים קרובות להשכרה עבור פרויקטים קצרים יותר. הם מספקים נתונים בזמן אמת, תגובה בתוך שניות, וגילוי רבים cus ב pbm כדי למדוד את הגדלה, כולל יחידות תשלום ראשוניות עבור תכונות קטנות).

חיישנים ומיקרו-בקר

קהילת היוצרים פיתחה חיישנים רבים של VOC התואמת עם Arduino ו- Raspberry Pi Boards. Commonחיישנים כוללים:

• (FLT:0)Metal Oxide (MOX) חיישנים של ®MOLT:1 , כמו MiCS-6814 או SGP30 - עלות נמוכה (10–$30), רגישה ל-VOCs רבים, אך מושפעת לחות וסחף מתאים למעקב טרנדי איכותי.
• (FLT:0) חיישנים חשמליים (FLT:1) (למשל, Alphasense, SPEC חיישן) - יותר סלקטיבית ומדויק עבור תרכובות ספציפיות כגון פורמלידה או חנקן דו-חמצני, אבל דורש עיצוב מעגל זהיר ו calibration מודולים עולים 20–100 דולר חיישן.
• (FLT:0 חיישנים אופטיים (NDIR)FIR)FIRLT:1 , עבור תרכובות ספציפיות כמו CO2, אבל זמין גם עבור כמה פחמימנים.

בשילוב עם Arduino Uno או ESP32 (5 $15), מודול כרטיס SD (5), וסוללה או פאנל סולארי, צג VOC מלא יכול להיות בנוי עבור מתחת 100. קוד פתוח ו שגרות קלודה זמינים על פלטפורמות כמו GitHub. עם זאת, חיישנים DIY דורשים כיבוד קפדני ואימות נגד שיטת ההתייחסות, כמו גם דיוק לעתים קרובות מוגבל.

דוגמאות פאסיביות

מדגם Diffusive (למשל, Radiello, SKC, או צינורות פחם תוצרת בית) לאסוף VOCs לאורך זמן על ידי דיפוזיה מולקולרית.לאחר החשיפה, הם נשלחים למעבדה לניתוח (Gas Chromatography - Mass Spectrometry, GC-MS) מדגם עצמו עולה $ 5-30 $, אבל ניתוח מעבדה מוסיף 50- 150 $ לדגימה קטנה (למשל, 5Greit) הוא נמוך, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 עבור ביצועים, 000 עבור ביצועים גבוהים יותר, 000, 000, 000, 000 עבור ביצועים גבוהים יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 עבור ביצועים גבוהים יותר, 000 עבור ביצועים גבוהים יותר, 000 $ עבור ביצועים גבוהים, 000 $ עבור ביצועים גבוהים יותר, 000 $ עבור ביצועים גבוהים יותר, 000 $ עבור ניתוח עבור ניתוח עבור ניתוח עבור ניתוח עבור ניתוח עבור ביצועים גבוהים, 000 עבור ביצועים גבוהים יותר, 000 $ עבור ניתוח עבור ניתוח עבור ביצועים גבוהים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

VOC Monitor מסחרי בלתי צפוי

צגים באיכות האוויר של צרכנים (למשל, מ Airthings, IQ Air, או Temtop) כוללים לעתים קרובות חיישן TVOC מבוסס על טכנולוגיית MOX. המחירים בטווח של 100 $ עד 500 $. יחידות אלה מספקות קריאה רציפה ועשויות להתחבר אפליקציית סמארטפונים. בעוד לא ברמת מעבדה, הם יכולים להצביע על מגמות ולעורר חקירה נוספת.

מערכת פיקוח על עלויות VOC

ללא קשר לבחירת טכנולוגיה, גישת עיצוב שיטתית מפחיתה את הפסולת ומשפרת את איכות הנתונים.

בחירת ו-Celbrating Sensors

אם משתמשים בחיישנים DIY או צרכנים, שימו לב כי החרושת עשוי להיות לא מספיק.בצע אפס קלליברציה (באמצעות אוויר אפס-דרג או מקור מלוטש) ובדיקת טווח באמצעות תערובת גז מוסמך (למשל, 10 ppm Isobutylene עבור PIDs או 1 ppm רשמי שכפול גז קלמנטלטורים ורגולטורים ניתן לשאול בדיוק מ- Cligation חברות.

כוח אספקה והבטחה

עבור פריסות שדה, להבטיח את הכוח אמין.אפשרויות כוללות:

• סוללות ליתיום-יון (rechargeable) עם פאנל סולארי ובקר מטען (total - $ 40- $80 עבור התקנה בסיסית).
• בנקים של כוח USB למעקב קצר פנים.
• מתאם AC שבו כוח הראשי זמין.

יש להבטיח כי יש להיות עמידים בפני מזג אוויר (IP64 ומעלה) וחוסנים כדי לאפשר החלפת אוויר תוך מניעת גשם בתוקפנות. השתמש במעריצים קטנים (למשל, 5V מאוורר מחשב) כדי להבטיח זרימת אוויר עקבית על פני חיישנים.מנע חבילת desiccant לשלוט לחות, כמו חיישנים VOC רבים רגישים לחות.

קידוד ו Transmission

אפשרויות אחסון נתונים:

• מודול כרטיס SD מאגד נתונים ישירות על המכשיר - זול ופשוט, אבל דורש התאוששות פיזית.
• ESP32 או דומה מיקרובקר Wi-enabled יכול להעביר נתונים לשירות ענן (למשל, דבר דבר דבר, Blynk, או מותאם אישית MQTT שרת) באמצעות רשת סלולרית או אלחוטית מודולים סלולריים (למשל, SIM800L) להוסיף 10- $15 אבל דורש תוכנית נתונים.
• לורWAN מודולים (למשל, RFM95) מציעים תקשורת לטווח ארוך, כוח נמוך אם שער זמין, מתאים לרשתות ניטור מרחוק.

פלטפורמות קוד פתוח כמו Arduino IDE, פלטפורמה, או מעגליפיפון לפשט תכנות. ספריות בנויות מראש עבור חיישנים רבים זמינים על GitHub. עבור ניתוח נתונים, להשתמש R, Python (pandas, matplotlib), או אפילו Excel עבור נתונים קטנים יותר.

איכות מובטחת ואימות

באופן קבוע לבדוק ביצועי חיישן. Include תקופתי אפס בדיקות (למשל, חשיפת מערכת לאוויר נקי או באמצעות מסנן פחם מובנה) ובדיקות (חשיפה לריכוז ידוע) Duplicate או co-locate חיישן זול נפרד עם מכשיר התייחסות לפחות שבוע כדי להעריך קורלציה וטיה.

ניהול נתונים וניתוח

נתונים של Raw ממוניטורים של VOC הם לעתים קרובות רועשים ודורשים עיבוד.

ניקוי ואימון

הסר את הפילטרים ברורים (למשל, ספייק החיישן עקב התערבות אלקטרונית) החל מסנן נמוך (ממוצע מסיר) לנתוני חלק. Computeשעה, יום יום, או שבועי בהתאם למטרות.עבור מדגמי פסיבי, בצע הוראות מעבדה כדי להמיר מסה לריכוז באמצעות זמן החשיפה וקצב ההעלאה.

פתוח-Source Tools

כמה חבילות תוכנה חינם לתמוך ניתוח נתונים VOC:

• (FLT:0) פתחה: 1 (Rחבילה) לניתוח סדרות זמן, עלילות עליות רוח ומגמה.
• (ב) ויקרא י"א:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) מיפוי:0) מיפוי מרחבי של נקודות ניטור.

כלים אלה מאפשרים לכל אחד לייצר דמויות באיכות פרסום ללא רישיונות יקרים.

תוצאות Interpreting

השוואת רמות נמדדות נגד הנחיות מבוססות בריאות (למשל, WHO בתוך הנחיות איכות האוויר, ריכוזי התייחסות EPA) הערה כי חיישנים בעלות נמוכה נוטים להעריך יתר על המידה את הטלוויזיותOCs עקב רגישות בין-מחצונית לחות וגזים אחרים.הווה נתונים עם ברים שגיאה או מרווחי ביטחון. להימנע מהתערבות של שינויים קטנים שנופלים בתוך חיישן רעש.

אתגרים ושיקולים

דמוקרטיה ודפוסי

חיישנים זולים, במיוחד מבוססי MOX, סובלים מסחף בסיס במשך שבועות עד חודשים. דרושה החלמה תכופים.חיישנים אלקטרוכימיים גם מתפוגגים לאורך זמן.תוכנית להחלפת חיישן כל 6-12 חודשים, אשר מוסיפה לעלות חוזרת.לקבוע נתונים עם דגימות לתפוס תקופתיות או צגים הקשורים להחלפה.

השוואת הסביבה

טמפרטורה, לחות ולחץ משפיעים על קריאת חיישן.חיישנים רבים פלטו ערכים גולמיים המשתנה עם פרמטרים אלה. השתמש אלגוריתמים פיצוי (יש חיישנים שנבנו בטמפרטורה / כובד משקל תיקון) עבור ניטור חיצוני, לשקול את ההשפעות של רוח, גשם, ואור השמש הישיר על תגובת חיישן.

רגישות לצלב

רוב VOC חיישני להגיב לתרכובות מרובות.קריאה של טלוויזיותOCs לא יכול להבחין בין בנזין מזיק לבין אלנול לא מזיק יחסית. לצרכים ספציפיים, לשקול חיישניםסלקטיביים (אלקטרוניים למטרה מסוימת) או מדגמי פסיביים ואחריו ניתוח מעבדה.תמיד לדווח על נתונים כמו "דמיון טלוויזיה" בעת שימוש בחיישנים שאינם ספציפיים.

קבלה

נתונים ממוניטורים זולים מתקבלים לעתים רחוקות בפעולות אכיפה רשמיות.עם זאת, ניתן להשתמש בהם לזיהוי נקודות חמות, ניתוח טרנד והתמיכה בקהילה.אם המטרה היא להשפיע על מדיניות, להוסיף נתונים בעלות נמוכה עם מדידות מקצועיות (למשל, באמצעות סומא מסטרים או צינורות כהים שנחתקו על ידי מעבדה מוסמכת).

יישום אמיתי בעולם: Case Studies

בית הספר Indoor Air Quality Project

מועדון מדעי תיכון רצה להעריך את רמות ה-VOC בכיתות לאחר התקנת רהיטים חדשים.הם בנו שלושה צגים מבוססי Arduino באמצעות MiCS-6814 חיישנים ו- ESP32 לוחות נתונים עבור נתונים אלחוטיים להעלות לדבר.עלות מלאה לכל צג: 45.10 דולר לחודש, הם צפו בפסגות טלוויזיה גבוהות בשעות אחר הצהריים, תואמים עם עלייה של דיקור וצמצום הערכת הנתונים של ה-HFV, למרות טרנדים, בתנאי טרנדים של ה-HFV, ה-D.

מעקב קהילתי

שכונה ליד מפעל ייצור קטן השתמש במדגם פסיבי (Radiello) עבור פריסות שבועיים בארבע בתים.המדגם נשלחו למעבדה באוניברסיטה לניתוח.העלות הכוללת לכל עגול: 200 דולר לאתר (כולל עמלות מעבדה) הראו רמות בנזאן מעל סף המדינה ליד גבול הצמח.המידע נתמך עתירה לניטור.

מחקר Prototype Assessment

(הסטארט-אפ לפיתוח חיישן פורמלי בעלות נמוכה נדרש אימות שדה.הם פרסמו חמישה יחידות DIY לצד הפניה פורמוליד מנתח (Aeroqual) למשך שבוע אחד.שימוש בתוקפנות ליניארית, הם קבעו כי חיישן DIY יש טעות ±20% בטווח 20-100pb.The Defation, שפורסם בכתב עת פתוח, סיפקו אמון עבור אימוץ מוקדם של ה-FLTs סייע במהירות: 1.comable: 1.

מסקנה

פרויקטים בקנה מידה קטן של ניטור VOC לא צריך לשבור את הבנק.על ידי הגדרת בבירור צרכי ניטור, בחירת טכנולוגיות סבירות מתאימות ( צינורות צבעי, חיישנים, מדגם פסיבי, או צגים צרכניים), ולאחר תהליך עיצוב שיטתי, אפילו תקציבים מוגבלים יכולים לייצר החלטות איכות אוויריות פעולה. אתגרים כגון דיוק, סחף, והתערבות יכול להיות מופחת באמצעות קלמנטציה זהירה, אימות, ודיווח שקוף יותר של נתונים זמינים על ידי צוות פתוח של 500 $, כמו פתרונות אבטחה.