CN111065910A - 微粒检测元件及微粒检测器 - Google Patents

Abstract

微粒检测元件具备：壳体，该壳体具有供气体通过的气体流路；电荷产生部，该电荷产生部对导入至上述壳体内的气体中的微粒附加通过放电而产生的电荷，由此使该微粒形成为带电微粒；捕集电极，该捕集电极在上述壳体内设置为比电荷产生部靠气体的气流的下游侧，对带电微粒进行捕集。气体流路是从矩形的气体导入口连通至形状与气体导入口的形状相同的气体排出口的长方体形状的空间，当将微粒检测元件配置于气体的气流中并使得气体从气体流路通过时，在比气体排出口靠下游的区域产生低流速部，该低流速部使得气体的流速低于从气体流路的内部通过的气体的流速。

Description

微粒检测元件及微粒检测器

技术领域

本发明涉及微粒检测元件及微粒检测器。

背景技术

作为微粒检测器而已知如下微粒检测器，即，利用电荷产生元件通过电晕放电而产生离子，利用该离子使被测定气体中的微粒带电而形成为带电微粒，利用捕集电极对该带电微粒进行捕集，并基于捕集到的带电微粒的电荷量对微粒的个数进行测定(例如参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/146456号小册子

发明内容

然而，根据专利文献1，无法利用捕集电极对所有带电微粒进行捕集，一部分带电微粒会向微粒检测器的外部逃逸。因此，期望提高捕集电极对带电微粒的捕集率。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其主要目的在于，提高捕集电极对带电微粒的捕集率。

本发明为了达成上述主要目的而采用了以下手段。

本发明的微粒检测元件用于对气体中的微粒进行检测，其具备：

壳体，该壳体具有供所述气体通过的气体流路；

电荷产生部，该电荷产生部对导入至所述壳体内的所述气体中的微粒附加通过放电而产生的电荷，由此使该微粒形成为带电微粒；

捕集电极，该捕集电极在所述壳体内设置为比所述电荷产生部靠所述气体的气流的下游侧，对所述带电微粒进行捕集，

所述气体流路是从矩形的气体导入口连通至形状与所述气体导入口的形状相同的气体排出口的长方体形状的空间，当将所述微粒检测元件配置于所述气体的气流中并使得所述气体从所述气体流路通过时，在比所述气体排出口靠下游的区域产生低流速部，该低流速部使得所述气体的流速低于从所述气体流路的内部通过的所述气体的流速。

对于该微粒检测元件而言，电荷产生部产生电荷而使得气体中的微粒形成为带电微粒，捕集电极对该带电微粒进行捕集。由于物理量根据捕集电极捕集到的带电微粒的数量而变化，因此，能够利用该微粒检测元件对气体中的微粒的数量进行检测。此处，气体流路是从矩形的气体导入口连通至形状与该气体导入口的形状相同的气体排出口的长方体形状的空间。如果将微粒检测元件配置于气体的气流中并使得气体从气体流路通过，则在比气体排出口靠下游的区域产生低流速部，该低流速部使得气体的流速低于从气体流路的内部通过的气体的流速。未由捕集电极捕集到的带电微粒在从气体排出口排出之后到达低流速部。到达低流速部的带电微粒发挥作用而利用电斥力将未被捕集电极捕集到而是从气体排出口排出的带电微粒推回气体流路。其结果，捕集电极对带电微粒的捕集率得以提高。

应予说明，本说明书中，“微粒检测元件”是指：对微粒的量(例如微粒的数量、质量、表面积等)进行检测的元件。

对于本发明的微粒检测元件而言，可以设为满足(低流速部的气体的流速)/(从气体流路的内部通过的气体的最大流速)≤0.57。据此，能够显著地获得本发明的效果。

对于本发明的微粒检测元件而言，优选地，所述低流速部形成为将所述气体排出口覆盖。据此，能够显著地获得本发明的效果。

本发明的微粒检测元件可以形成为，所述壳体具备构成所述气体流路的一对流路壁，当将所述一对流路壁的间隔设为所述气体流路的流路宽度时，满足(流路壁的壁厚)/(流路宽度)≤0.65。据此，低流速部形成为可靠地将气体排出口覆盖，并且，满足(低流速部的气体的流速)/(从气体流路的内部通过的气体的最大流速)≤0.31，因此，能够显著地获得本发明的效果。

本发明的微粒检测元件可以形成为，所述壳体中的包含位于所述气体导入口周围的边的角部的曲率半径为1.0mm以下(特别是0.3mm以下)。据此，未从气体导入口进入气体流路的气体在与该角部接触之后，以从壳体的外表面向斜后方延伸的剥离面为边界而在比该剥离面靠壳体侧的区域低速前进、且在比该剥离面靠壳体的相反侧的区域高速前进。已知：通常低速的气体和固体之间的热交换与高速的气体和固体之间的热交换相比，热交换效率更低。因此，壳体与气体之间的热交换得到抑制，壳体的温度变化减弱。特别地，上述结构在满足(流路壁的壁厚)/(流路宽度)≤0.65的情况下应用的意义重大。这是因为：在这种情况下，流路壁的热容量较小，因此，流路壁容易受到与气体之间的热交换的影响。

本发明的微粒检测元件可以形成为，所述壳体是在与所述气体流路的轴向交叉的方向上较长的长条体，所述长条体的长度方向上的一端具有所述气体流路、且配置于供所述气体流通的管的内部，所述长条体的长度方向上的另一端至少具有所述电荷产生部的端子以及所述捕集电极的端子、且配置于所述管的外部。据此，电荷产生部的端子、捕集电极的端子难以受到管中流通的高温气体的影响，因此，能够利用焊料等耐热性较低的接合材料使之与配线连接。

本发明的微粒检测器具备：上述任一方案的微粒检测元件；以及检测部，该检测部基于与所述捕集电极捕集到的所述带电微粒相应地变化的物理量而对所述微粒进行检测。因此，该微粒检测器能够实现与上述的本发明的微粒检测元件相同的效果，例如，能够提高捕集电极对带电微粒的捕集率。

应予说明，本说明书中，除了正电荷、负电荷以外，“电荷”还包括离子。除了对微粒的量(例如微粒的数量、质量、表面积等)进行测定的情况以外，“对微粒进行检测”还包括判定微粒的量是否落入规定的数值范围(例如是否超过规定的阈值)的情况。“物理量”只要是基于带电微粒的数量(电荷量)而变化的参数即可，例如可以举出电流等。

附图说明

图1是微粒检测器10的说明图。

图2是微粒检测元件20的立体图。

图3是图2的局部放大图。

图4是图2的A－A截面图。

图5是图2的B－B截面图。

图6是微粒检测元件20的分解立体图。

图7是表示相对于微粒检测元件20的内外侧而通过的气体的流速分布的说明图。

图8是表示相对于微粒检测元件20的内外侧而通过的气体的流速分布的说明图。

具体实施方式

接下来，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是作为本发明的一个实施方式的微粒检测器10的说明图，图2是微粒检测元件20的立体图，图3是图2的局部放大图，图4是图2的A－A截面图，图5是图2的B－B截面图，图6是微粒检测元件20的分解立体图。应予说明，本实施方式中，上下方向、左右方向及前后方向如图1～图2所示。

如图1所示，微粒检测器10对在发动机的排气管12流通的废气中含有的微粒26(参照图5)的数量进行检测。该微粒检测器10具备：微粒检测元件20；以及附属单元80，该附属单元80包括各种电源36、46、56、个数检测部60。

如图1所示，微粒检测元件20以插入于圆柱状的支撑体14的状态安装于在排气管12固定的环状的基座16。微粒检测元件20由保护罩18保护。在保护罩18设置有未图示的孔，经由该孔而在排气管12流通的废气从在微粒检测元件20的下端设置的气体流路24通过。如图5所示，微粒检测元件20在壳体22具备电荷产生部30、剩余电荷除去部40、捕集部50以及加热器电极72。

如图1所示，壳体22是在与排气管12的轴向交叉的方向(此处为大致正交的方向)上较长的长条的长方体。壳体22为绝缘体，例如由氧化铝等陶瓷制成。壳体22的下端22a配置于排气管12的内部，上端22b配置于排气管12的外部。在壳体22的下端22a设置有气体流路24。在壳体22的上端22b设置有各种端子。

气体流路24的轴向与排气管12的轴向一致。如图2所示，气体流路24是从在壳体22的前方的面设置的矩形的气体导入口24a连通至在壳体22的后方的面设置的矩形的气体排出口24b的长方体形状的空间。壳体22具备构成气体流路24的左右一对流路壁22c、22d(参照图2及图3)。本实施方式中，如图3所示，将左右一对流路壁22c、22d的间隔称为气体流路24的流路宽度W。流路壁22c、22d的壁厚t可以大于流路宽度W，也可以小于流路宽度W，不过，优选小于流路宽度W，更优选满足t/W≤0.65。另外，优选满足0.17≤t/W。例如，优选将流路宽度W设定为1mm～5mm的范围内的规定值，并将壁厚t设定为满足上述不等式。作为一例，在流路宽度W设为3mm的情况下，壁厚t优选设定为0.5mm～1.95mm。包含壳体22的边中的位于气体导入口24a周围的边(图2及图3中的、分别与气体导入口24a的左边、右边及下边对置的边22e、22f、22g)的角部的曲率半径优选为1.0mm以下，更优选为0.1mm以下。

电荷产生部30分别设置于左右一对流路壁22c、22d，以便在气体流路24内的气体导入口24a附近产生电荷。以下，为了方便说明，对设置于流路壁22c的电荷产生部30进行说明，不过，设置于流路壁22d的电荷产生部30也与设置于流路壁22c的电荷产生部30一样。电荷产生部30具有放电电极32和2个感应电极34、34。放电电极32沿着流路壁22c的内表面设置，如图4所示，在矩形周围具有多个微细突起。2个感应电极34、34为矩形电极，以隔开间隔且与放电电极32平行的方式埋设于流路壁22c。对于电荷产生部30而言，向放电电极32与2个感应电极34、34之间施加放电用电源36(附属单元80之一)的高频高电压(例如脉冲电压等)，由此因两电极间的电位差而产生气体放电。此时，壳体22中的放电电极32与感应电极34、34之间的部分发挥出电介质层的作用。通过该气体放电而使得放电电极32周围存在的气体实现离子化，由此产生正的电荷28。此处，感应电极34、34与地线连接。

气体中含有的微粒26从气体导入口24a进入气体流路24内，当从电荷产生部30通过时，被附加通过电荷产生部30的气体放电而产生的电荷28，从而形成为带电微粒P，然后向后方移动。另外，产生的电荷28中的未附加于微粒26的电荷28保持电荷28的状态而向后方移动。

剩余电荷除去部40设置于电荷产生部30的下游、且设置于捕集部50的上游。剩余电荷除去部40具有施加电极42和除去电极44。施加电极42沿着右侧的流路壁22d的内表面而设置、且在气体流路24内露出。除去电极44沿着左侧的流路壁22c的内表面而设置、且在气体流路24内露出。施加电极42和除去电极44配设于彼此对置的位置。施加电极42是由除去用电源46(附属单元80之一)施加了相对于后述的电压V1而降低1个数量级左右的电压V2(正电位)的电极。除去电极44是与地线连接的电极。由此，在剩余电荷除去部40的施加电极42与除去电极44之间产生弱电场。因此，在电荷产生部30产生的电荷28中的、未附加于微粒26的剩余的电荷28因该弱电场的作用而被吸引至除去电极44并被捕获，进而向地线丢弃。由此，剩余电荷除去部40抑制剩余的电荷28被捕集部50的捕集电极54捕集并作为微粒26的数量而计数。

捕集部50在气体流路24中设置为比电荷产生部30及剩余电荷除去部40靠下游。捕集部50对带电微粒P进行捕集，并具有电场产生电极52和捕集电极54。电场产生电极52沿着右侧的流路壁22d的内表面而设置、且在气体流路24内露出。捕集电极54沿着左侧的流路壁22c的内表面而设置、且在气体流路24内露出。电场产生电极52和捕集电极54配设于彼此对置的位置。电场产生电极52是由捕集用电源56(附属单元80之一)施加比施加于施加电极42的电压V2大的电压V1(正电位)的电极。捕集电极54是经由电流表62而与地线连接的电极。由此，在捕集部50的电场产生电极52与捕集电极54之间产生较强的电场。因此，在气体流路24流通的带电微粒P由捕集电极54利用该较强的电场而吸引、捕集。

应予说明，剩余电荷除去部40的各电极42、44的尺寸、两个电极42、44之间产生的电场的强度、捕集部50的各电极52、54的尺寸、两个电极52、54之间产生的电场的强度设定成：使得带电微粒P被捕集电极54捕集而不会被除去电极44捕集，另外，使得未附着于微粒26的电荷28被除去电极44除去。通常，电荷28的电迁移率为带电微粒P的电迁移率的10倍以上，进行捕集所需的电场减小1个数量级以上即可，因此，能够容易地实现上述设定。应予说明，电场产生电极52和捕集电极54可以设置为多组。

个数检测部60为附属单元80之一，其具备电流表62和个数测定装置64。电流表62的一个端子与捕集电极54连接，另一个端子与地线连接。该电流表62对基于捕集电极54捕集到的带电微粒P的电荷28的电流进行测定。个数测定装置64基于电流表62的电流而对微粒26的个数进行运算。

加热器电极72埋设于壳体22。加热器电极72例如是布设为锯齿状的带状的发热体(参照图6)。加热器电极72与未图示的供电装置连接，若借助该供电装置被通电则发热。加热器电极72对壳体22、除去电极44、捕集电极54等各电极进行加热。

此处，利用图6的分解立体图进一步对微粒检测元件20的结构进行说明。微粒检测元件20构成为包括7个片材S1～S7。各片材S1～S7由与壳体22相同的材料形成。为了方便说明，从左向右称为第一片材S1、第二片材S2、…，将各片材S1～S7的右侧的面称为表面、且将左侧的面称为背面。各片材S1～S7的厚度只要适当地设定即可，例如可以全部都相同，也可以各不相同。

在第一片材S1的表面设置有加热器电极72。加热器电极72的一端及另一端配置于第一片材S1的表面的上方，经由第一片材S1的通孔而与在第一片材S1的背面的上方设置的加热器电极端子75、75分别连接。

在第二片材S2的表面设置有感应电极34、34。感应电极34、34汇集成1条配线。该配线的端部配置于第二片材S2的表面的上方，并经由第二片材S2及第一片材S1的通孔而与在第一片材S1的背面的上方设置的感应电极端子35连接。除去电极44的配线44a和捕集电极54的配线54a分别沿着上下方向而设置于第二片材S2的表面。各配线44a、54a的上端经由第二片材S2及第一片材S1的通孔而与在第一片材S1的背面的上方设置的除去电极端子45及捕集电极端子55分别连接。

在第三片材S3的表面设置有放电电极32、除去电极44及捕集电极54。除去电极44经由第三片材S3的通孔而与第二片材S2的配线44a连接，进而借助该配线44a而与除去电极端子45连接。捕集电极54经由第三片材S3的通孔而与第二片材S2的配线54a连接，进而借助该配线54a而与捕集电极端子55连接。

在第四片材S4的下端侧设置有气体流路24即长方体形状的空间。

在第五片材S5的背面设置有放电电极32、施加电极42及电场产生电极52。

在第六片材S6的背面设置有感应电极34、34。感应电极34、34汇集成1条配线。该配线的端部配置于第六片材S6的背面的上方，并经由第三片材～第六片材S3～S6的通孔而与第二片材S2的感应电极34的配线连接。因此，设置于第六片材S6的感应电极34、34也与在第一片材S1的背面的上方设置的感应电极端子35连接。

放电电极32的配线32a、施加电极42的配线42a以及电场产生电极52的配线52a分别沿着上下方向而设置于第七片材S7的背面。配线32a的下端经由第四片材～第六片材S4～S6的通孔而与分别设置于第三片材及第五片材S3、S5的放电电极32连接。配线42a的下端经由第五片材及第六片材S5、S6的通孔而与在第五片材S5的背面设置的施加电极42连接。配线52a的下端经由第五片材及第六片材S5、S6的通孔而与在第五片材S5的背面设置的电场产生电极52连接。各配线32a、42a、52a的上端经由第七片材S7的通孔而与在第七片材S7的表面的上方设置的放电电极端子33、施加电极端子43及电场产生电极端子53分别连接。

接下来，对微粒检测器10的制造例进行说明。可以利用多个陶瓷生片而制作微粒检测元件20。具体而言，针对多个陶瓷生片，根据需要分别设置切口、贯通孔、槽并对电极、配线图案进行丝网印刷，然后，对它们进行层叠、烧成。应予说明，切口、贯通孔、槽可以预先利用在烧成时烧除的材料(例如有机材料)进行填充。由此得到微粒检测元件20。接下来，将微粒检测元件20的放电电极端子33、施加电极端子43及电场产生电极端子53分别与附属单元80的放电用电源36、除去用电源46及捕集用电源56连接。另外，将微粒检测元件20的感应电极端子35及除去电极端子45与地线连接，借助电流表62而将捕集电极端子55与个数测定装置64连接。进而，将加热器电极端子75、75与未图示的供电装置连接。由此，能够制成微粒检测器10。

接下来，对微粒检测器10的使用例进行说明。在对汽车的废气中含有的微粒26进行测量的情况下，如上所述，将微粒检测元件20安装于发动机的排气管12(参照图1)。

如图5所示，从气体导入口24a导入至壳体22内的废气中含有的微粒26携带因电荷产生部30的放电所产生的电荷28(此处为正电荷)而成为带电微粒P。带电微粒P从电场较弱且除去电极44的长度比捕集电极54的长度短的剩余电荷除去部40保持原样地通过而到达捕集部50。另一方面，即便电场较弱，未附加于微粒26的电荷28也被吸引至剩余电荷除去部40的除去电极44，并借助除去电极44而向GND丢弃。由此，未附加于微粒26的不需要的电荷28几乎不会到达捕集部50。

到达捕集部50的带电微粒P由捕集电极54利用因电场产生电极52而产生的捕集用电场进行捕集。然后，利用电流表62对基于捕集电极54捕集到的带电微粒P的电荷28的电流进行测定，个数测定装置64基于该电流而对微粒26的个数进行运算。电流I与电荷量q的关系为I＝dq/(dt)、q＝∫Idt。个数测定装置64在规定期间内对电流值进行积分(累计)而求出电流值的积分值(蓄积电荷量)，利用蓄积电荷量除以基本电荷(日语：素電荷)而求出电荷的总数(捕集电荷数)，进而利用该捕集电荷数除以附加于1个微粒26的电荷的数量的平均值(平均带电数)，由此求出捕集电极54捕集到的微粒26的个数Nt(参照下式(1))。个数测定装置64检测出该个数Nt而作为废气中的微粒26的数量。

Nt＝(蓄积电荷量)/{(基本电荷)×(平均带电数)}…(1)

随着微粒检测元件20的使用，如果微粒26等大量堆积于捕集电极54，则有时新的带电微粒P不会被捕集电极54捕集。因此，定期或者在堆积量达到规定量的定时利用加热器电极72对捕集电极54进行加热，由此将捕集电极54上的堆积物加热烧除而对捕集电极54的电极面进行更新。另外，还能够利用加热器电极72将附着于壳体22的内周面的微粒26烧除。

此处，气体流路24是从矩形的气体导入口24a连通至形状与气体导入口24a的形状相同的气体排出口24b的长方体形状的空间。如果使得废气从该气体流路24通过，则能够实现图7所示的流速分布。图7利用微粒检测元件20的截面图(相当于图2的B－B截面图)而示出了将微粒检测元件20配置于废气的气流中时的流速分布。在作为图7的原图的彩色的流速分布图中，显示为流速按照红→橙→黄→绿→青→蓝→紫的顺序而降低，不过，图7中将彩色置换为灰度而显示。如图7所示，在比气体排出口24b靠下游的区域，产生废气的流速比从气体流路24的内部通过的废气的流速低的低流速部LA。未被捕集电极54捕集到的带电微粒P在从气体排出口24b排出之后到达低流速部LA。到达低流速部LA的带电微粒P发挥作用而利用电斥力将此后未被捕集电极54捕集到而是从气体排出口24b排出的带电微粒P推回气体流路24。其结果，捕集电极54对带电微粒P的捕集率得以提高。

当将(低流速部LA中的废气的流速)/(从气体流路24的内部通过的废气的最大流速)设为流速比R时，图7的低流速部LA满足R≤0.57。利用作为图7的原图的彩色的流速分布图而能够容易地判断是否存在R≤0.57的低流速部LA。根据图7可知，低流速部LA形成为将气体排出口24b覆盖。由此，如上所述那样到达低流速部LA的带电微粒P容易发挥作用而将此后从气体排出口24b排出的带电微粒P推回气体流路24，由此使得带电微粒P的捕集率进一步提高。

图7所示的流路壁22c、22d的壁厚t满足(流路壁的壁厚t)/(流路宽度W)≤0.65。具体而言，图7中设为t＝1mm、W＝3mm。由此，低流速部LA形成为可靠地将气体排出口24b覆盖，并且，低流速部LA的废气的流速降低至满足流速比R≤0.31的程度。因此，如上所述那样到达低流速部LA的带电微粒P容易进一步发挥作用而将从气体排出口24b排出的带电微粒P推回气体流路24，由此使得带电微粒P的捕集率进一步提高。只要满足t/W≤0.65便能够获得上述作用效果。另一方面，即便在流路壁22c、22d的壁厚t不满足t/W≤0.65的情况下，也能够获得带电微粒P的捕集率提高的效果。例如，即便在如图8所示那样壁厚t与流路宽度W相等的情况下(图8中，t＝W＝3mm)，也在比气体排出口24b靠下游的区域产生低流速部LA，虽然不如图7那样明显，但是也形成为将气体排出口24b覆盖。因此，能够获得带电微粒P的捕集率提高的效果。不过，图8的低流速部LA虽然满足流速比R≤0.57，但是不满足流速比R≤0.31。因此，与图8相比，图7的带电微粒P的捕集率提高的效果更好。应予说明，壁厚t、流路宽度W中不包括各种电极32、42、44、52、54的厚度(通常为几10μm)。

壳体22中的包含位于气体导入口24a周围的边22e～22g的角部(参照图3)的曲率半径优选满足1.0mm以下(特别是0.3mm以下)。据此，如图7所示，未从气体导入口24a进入气体流路24的废气在与上述角部碰撞之后，以从壳体22的外表面向斜后方延伸的剥离面BF为边界而在比该剥离面BF靠壳体22侧的区域低速前进，并在比该剥离面BF靠壳体22的相反侧的区域高速前进。已知：通常低速的气体和固体之间的热交换与高速的气体和固体之间的热交换相比，热交换效率更低。因此，壳体22与废气之间的热交换得到抑制，壳体22的温度变化减弱，进而，微粒的个数Nt的测定精度得以提高。即，已知：如上所述，微粒26的个数Nt为平均带电数的函数，平均带电数为温度的函数。因此，如果抑制壳体22的温度变化而使平均带电数变得稳定，则个数Nt的测定精度得以提高。如果包含边22e～22g的角部的曲率半径超过1.0mm，则不会形成剥离面BF，高速的气体在壳体22的外表面流动，因此，壳体22的温度变化不会减弱。能够不依赖于壁厚t与流路宽度W之间的关系而实现采用包含边22e～22g的角部的曲率半径为1.0mm以下的结构的效果。例如，图8中也实现了上述效果。不过，该结构在应用于满足(流路壁的壁厚t)/(流路宽度W)≤0.65的情况下的意义重大。这是因为：在这种情况下，流路壁22c、22d的热容量较小，因此，流路壁22c、22d容易受到与废气之间的热交换的影响。应予说明，为了产生剥离面BF，该曲率半径可以为0mm。但是，如果要形成非常尖锐的角部，则角部突出而容易脱落，角部形状有可能因脱落面而变得不均匀。因这样的不均匀的角部形状而容易使得气流紊乱，因此，反倒难以产生稳定的剥离面。为了防止上述情况的发生，优选将曲率半径设为0.01mm以上。

对于以上说明的微粒检测器10而言，未被捕集电极54捕集的带电微粒P在从气体排出口24b排出之后到达低流速部LA。到达低流速部LA的带电微粒P发挥作用而利用电斥力将此后未被捕集电极54捕集而是从气体排出口24b排出的带电微粒P推回气体流路24。其结果，捕集电极54对带电微粒P的捕集率得以提高。对于微粒检测器10而言，如果为了提高捕集性能而增大电压V1，则存在发生气体流路24内的绝缘破坏、配线部的短路的风险，因此，致力于不改变电压V1地提高捕集率的精心设计极其有效。

对于微粒检测器10而言，优选地，使其满足流速比R≤0.57，使得低流速部LA形成为将气体排出口24b覆盖。据此，捕集电极54对带电微粒P的捕集率进一步提高。

另外，优选满足t/W≤0.65。据此，低流速部LA形成为可靠地将气体排出口24b覆盖，并且，低流速部LA的废气的流速降低至满足流速比R≤0.31的程度。因此，捕集电极54对带电微粒P的捕集率进一步提高。应予说明，如果考虑到确保流路壁22c、22d的强度，则优选满足0.17≤t/W。

此外，优选将壳体22中的包含位于气体导入口24a周围的边22e～22g的角部的曲率半径设为1.0mm以下。据此，壳体22的外表面与废气之间的热交换得到抑制，壳体22的温度变化减弱，进而，微粒的个数Nt的测定精度得以提高。

进而，作为长条体的壳体22中的形成有气体流路24的下端配置于排气管12的内部，形成有电极端子33、35、43、45、53、55、75的上端配置于排气管12的外部。因此，电极端子33、35、43、45、53、55、75难以受到排气管12中流通的高温废气的影响，能够利用焊料等耐热性较低的接合材料使之与外部配线连接。

另外，捕集电极54利用电场对带电微粒P进行捕集，因此，捕集电极54能够高效地对带电微粒P进行捕集。

此外，壳体22内置有加热器电极72，因此，能够利用加热器电极72对壳体22的温度进行控制。另外，利用加热器电极72进行加热，由此将随着微粒检测元件20的使用而附着于捕集电极54等的微粒26烧除，从而对捕集电极54等进行更新。

进而，微粒检测元件20在壳体22内且在比捕集电极54靠气流的上游侧的位置具备除去电极44，因此，未附加于微粒26的电荷28(剩余电荷)在被捕集电极54捕集之前由除去电极44除去。因此，能够防止微粒数受到这样的剩余电荷的影响。

应予说明，本发明并未受到上述实施方式的任何限定，当然，只要属于本发明的技术范围就可以以各种方案而实施。

例如，上述实施方式中，将气体流路24的流路壁22c、22d设为壁厚t而进行了说明，不过，也可以将流路壁22c设为壁厚t1、且将流路壁22d设为壁厚t2(≠t1)。在这种情况下，优选同时满足(流路壁的壁厚t1)/(流路宽度W)≤0.65、(流路壁的壁厚t2)/(流路宽度W)≤0.65。

上述实施方式中，可以在壳体22并列地设置2条以上的气体流路24。在这种情况下，例如，如果针对各气体流路24均使得捕集电极54所产生的电场的强度发生变化，则能够使得在各气体流路24捕集到的微粒26的粒径分布不同。

上述实施方式中，微粒检测元件20可以是未产生低流速部LA的结构，壳体22中的包含位于气体导入口24a周围的边22e～22g的角部的曲率半径可以为1.0mm以下(特别是0.3mm以下)。在这种情况下，虽然无法实现由低流速部LA带来的效果，但却能够实现由角部带来的效果，即，壳体22的外表面与废气之间的热交换得到抑制，壳体22的温度变化减弱，进而，微粒的个数Nt的测定精度得以提高。

上述实施方式中，作为电荷产生部30，构成为包括沿着气体流路24的内表面而设置的放电电极32以及埋设于壳体22的2个感应电极34、34，不过，只要通过气体放电而产生电荷即可，可以为任意结构。例如，可以沿着气体流路24的内表面设置感应电极34、34而代替埋设于气体流路24的壁的方式。或者，如专利文献1记载的那样，电荷产生部可以构成为包括针状电极和对置电极。

上述实施方式中，电场产生电极52在气体流路24露出，但并不局限于此，也可以埋设于壳体22。另外，可以将配设成从上下侧对捕集电极54进行夹持的一对电场产生电极设置于壳体22而代替电场产生电极52，并利用因施加于该一对电场产生电极之间的电压所产生的电场而使得带电微粒P朝向捕集电极54移动。就这一点而言，施加电极42也一样。

上述实施方式中，向电场产生电极52施加了电压V1，不过，即便在未施加电压而未利用电场产生电极52产生电场的情况下，通过预先将流路宽度W设为微小的值(例如0.01mm以上且小于0.2mm)也能够使布朗运动激烈的粒径较小的带电微粒P与捕集电极54碰撞。由此，捕集电极54能够对带电微粒P进行捕集。在这种情况下，微粒检测元件20可以不具备电场产生电极52。

上述实施方式中，举例示出了微粒检测器10安装于发动机的排气管12的情形，不过，并不特别限定于发动机的排气管12，只要是供含有微粒的气体流通的管即可，可以为任意管。

上述实施方式中，微粒检测元件20对微粒的数量进行检测，不过，也可以设为对微粒的质量、表面积等进行检测。例如，可以通过对微粒的数量乘以微粒的平均质量而求出微粒的质量，另外，还可以预先将蓄积电荷量与捕集到的微粒的质量之间的关系以映射的形式存储于存储装置，进而利用该映射并根据蓄积电荷量而求出微粒的质量。关于微粒的表面积，也可以利用与微粒的质量同样的方法进行求解。

产业上的可利用性

本发明能够用于对例如汽车等动力机械的废气中的微粒的数量进行检测的微粒检测器。

附图标记说明

10…微粒检测器、12…排气管、14…支撑体、16…基座、18…保护罩、20…微粒检测元件、22…壳体、22a…下端、22b…上端、22c…流路壁、22d…流路壁、22e～22g…边、24…气体流路、24a…气体导入口、24b…气体排出口、26…微粒、28…电荷、30…电荷产生部、32…放电电极、32a…配线、33…放电电极端子、34…感应电极、35…感应电极端子、36…放电用电源、40…剩余电荷除去部、42…施加电极、42a…配线、43…施加电极端子、44…除去电极、44a…配线、45…除去电极端子、46…除去用电源、50…捕集部、52…电场产生电极、52a…配线、53…电场产生电极端子、54…捕集电极、54a…配线、55…捕集电极端子、56…捕集用电源、60…个数检测部、62…电流表、64…个数测定装置、72…加热器电极、75…加热器电极端子、80…附属单元、BF…剥离面、LA…低流速部、S1～S7…第一片材～第七片材、P…带电微粒、t…流路壁的壁厚、W…流路宽度。

Claims (7)

1.一种微粒检测元件，其用于对气体中的微粒进行检测，

所述微粒检测元件的特征在于，具备：

壳体，该壳体具有供所述气体通过的气体流路；

电荷产生部，该电荷产生部对导入至所述壳体内的所述气体中的微粒附加通过放电而产生的电荷，由此使该微粒形成为带电微粒；

捕集电极，该捕集电极在所述壳体内设置为比所述电荷产生部靠所述气体的气流的下游侧，对所述带电微粒进行捕集，

所述气体流路是从矩形的气体导入口连通至形状与所述气体导入口的形状相同的气体排出口的长方体形状的空间，当将所述微粒检测元件配置于所述气体的气流中并使得所述气体从所述气体流路通过时，在比所述气体排出口靠下游的区域产生低流速部，该低流速部使得所述气体的流速低于从所述气体流路的内部通过的所述气体的流速。

2.根据权利要求1所述的微粒检测元件，其特征在于，

满足：(低流速部的气体的流速)/(从气体流路的内部通过的气体的最大流速)≤0.57。

3.根据权利要求1或2所述的微粒检测元件，其特征在于，

所述低流速部形成为将所述气体排出口覆盖。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的微粒检测元件，其特征在于，

所述壳体具备构成所述气体流路的一对流路壁，当将所述一对流路壁的间隔设为所述气体流路的流路宽度时，满足：(流路壁的壁厚)/(流路宽度)≤0.65。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的微粒检测元件，其特征在于，

所述壳体中的包含位于所述气体导入口周围的边的角部的曲率半径为1.0mm以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的微粒检测元件，其特征在于，

所述壳体是在与所述气体流路的轴向交叉的方向上较长的长条体，所述长条体的长度方向上的一端具有所述气体流路、且配置于供所述气体流通的管的内部，所述长条体的长度方向上的另一端至少具有所述电荷产生部的端子以及所述捕集电极的端子、且配置于所述管的外部。

7.一种微粒检测器，其特征在于，

所述微粒检测器具备：

权利要求1～6中任一项所述的微粒检测元件；以及

检测部，该检测部基于与所述捕集电极捕集到的所述带电微粒相应地变化的物理量而对所述微粒进行检测。

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