DE112018004042T5 - Teilchenerfassungselement und teilchendetektor - Google Patents

Teilchenerfassungselement und teilchendetektor Download PDF

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Keiichi Kanno
Hidemasa Okumura
Kazuyuki Mizuno
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Abstract

Ein Teilchenerfassungselement umfasst: Ein Gehäuse mit einem Gasströmungsdurchgang, durch den ein Gas hindurchtritt; eine Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung, die Ladungen, die durch eine Entladung erzeugt werden, den Teilchen in dem Gas zuführt, das in das Gehäuse eingeführt worden ist, wodurch geladene Teilchen gebildet werden; eine Sammeleinheit, die mindestens eine Sammelelektrode umfasst, die derart innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass sie zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und ein Sammelziel sammelt, bei dem es sich um die geladenen Teilchen oder die Ladungen handelt, die den Teilchen nicht zugeführt worden sind; und eine Erwärmungseinheit, welche die Sammelelektrode erwärmt. Das Gehäuse umfasst mindestens eine Wand mit angeordneter Sammelelektrode, auf der mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode angeordnet ist. Mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode weist eine dünne zentrale Wandform auf, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu einer Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs in einem zentralen Abschnitt kleiner ist als in anderen Abschnitten.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenerfassungselement und einen Teilchendetektor.
  • Stand der Technik
  • In einem bekannten herkömmlichen Teilchendetektor werden elektrische Ladungen Teilchen in einem Messgas zugeführt, das in ein Gehäuse eingeführt worden ist, um die geladenen Teilchen durch eine Messelektrode zu sammeln, und die Anzahl von Teilchen wird auf der Basis der Menge von Ladungen auf den gesammelten Teilchen gemessen (z.B. PTL 1). Der Teilchendetektor in PTL 1 umfasst eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Messelektrode. Durch Erwärmen der Messelektrode unter Verwendung der Heizeinrichtung werden die Teilchen, die an der Messelektrode haften, entfernt und die Messelektrode wird aufgefrischt.
  • Dokumentenliste
  • Patentdokument
  • PTL 1: Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2015/146456
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Es gab einen Bedarf zum schnellen Entfernen der Teilchen, die an der Elektrode eines solchen Teilchendetektors haften.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des vorstehenden Problems gemacht und eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Entfernung von Teilchen, die an einer Sammelelektrode haften, in einer kürzeren Zeit.
  • Lösung des Problems
  • Zum Lösen der vorstehend genannten Hauptaufgabe stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Maßnahmen bereit.
  • Ein Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung wird zum Erfassen von Teilchen in einem Gas verwendet, wobei das Teilchenerfassungselement umfasst:
    • ein Gehäuse mit einem Gasströmungsdurchgang, durch den das Gas hindurchtritt;
    • eine Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung, die Ladungen, die durch eine Entladung erzeugt werden, den Teilchen in dem Gas zuführt, das in das Gehäuse eingeführt worden ist, wodurch geladene Teilchen gebildet werden;
    • eine Sammeleinheit, die mindestens eine Sammelelektrode umfasst, die derart innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass sie zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und ein Sammelziel sammelt, bei dem es sich um die geladenen Teilchen oder die Ladungen handelt, die den Teilchen nicht zugeführt worden sind; und
    • eine Erwärmungseinheit, welche die Sammelelektrode erwärmt,
    • wobei das Gehäuse mindestens eine Wand mit angeordneter Sammelelektrode umfasst, auf der mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode angeordnet ist, und
    • wobei mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode eine dünne zentrale Wandform aufweist, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu einer Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs in einem zentralen Abschnitt kleiner ist als in anderen Abschnitten.
  • In diesem Teilchenerfassungselement erzeugt die Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung elektrische Ladungen, wodurch Teilchen in dem Gas in geladene Teilchen umgewandelt werden, und die Sammelelektrode sammelt das Sammelziel (die geladenen Teilchen oder die Ladungen, die den Teilchen nicht zugeführt worden sind). Da eine physikalische Größe gemäß dem Sammelziel variiert, das durch die Sammelelektrode gesammelt wird, ermöglicht die Verwendung des Teilchenerfassungselements das Erfassen der Teilchen in dem Gas. In diesem Fall haften während der Verwendung des Teilchenerfassungselements Teilchen nach und nach an der Sammelelektrode. Die Konzentration der Teilchen in dem Gas neigt dazu, in einem Bereich nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs in dem Gehäuse höher zu sein. Daher ist es wahrscheinlicher, dass die Teilchen an einem Abschnitt der Sammelelektrode haften, der nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs vorliegt. In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung weist mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode des Gehäuses, auf der die Sammelelektrode angeordnet ist, die dünne zentrale Wandform auf, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs in einem zentralen Abschnitt kleiner ist als in anderen Abschnitten. Daher weist in der Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform der zentrale Abschnitt eine geringere Wärmekapazität auf als die anderen Abschnitte und es ist wahrscheinlicher, dass die Temperatur dieses Abschnitts zunimmt. In diesem Fall ist es wahrscheinlicher, dass dann, wenn die Heizeinrichtungseinheit die Teilchen erwärmt, die an der Sammelelektrode haften, die auf der Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform angeordnet ist, die Temperatur eines Abschnitts der Sammelelektrode, an dem die Teilchen mit einer größeren Wahrscheinlichkeit haften (der vorstehend beschriebene Abschnitt nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs), zunimmt. Daher kann in der Sammelelektrode, die auf der Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform angeordnet ist, die Temperatur des Abschnitts der Sammelelektrode, an dem eine große Anzahl von Teilchen haften kann, schnell erhöht werden, um die Teilchen zu verbrennen, und die Teilchen, die an der Sammelelektrode haften, können in einer kürzeren Zeit entfernt werden. In diesem Fall kann das Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung zum Erfassen der Menge der Teilchen in dem Gas verwendet werden. Die „Menge der Teilchen“ kann z.B. mindestens eines von der Anzahl, der Masse und der Oberfläche der Teilchen sein.
  • In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung muss ein Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs, der senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs ist, mindestens in einem Abschnitt, in dem die Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform vorliegt, nicht kreisförmig (perfekt kreisförmig) sein. Beispielsweise kann der Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs elliptisch oder polygonal sein.
  • In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse eine Trenneinrichtung umfassen, die den Gasströmungsdurchgang trennt, und mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform kann als die Trenneinrichtung dienen. In diesem Fall kann das Gehäuse eine Mehrzahl der Wände mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform umfassen und mindestens eine der Wände mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform kann als Außenwand des Gehäuses dienen. Insbesondere dient mindestens eine der Wände mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform als die Außenwand des Gehäuses und mindestens eine der Wände mit angeordneter Sammelelektrode dient als die Trenneinrichtung.
  • In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform eine Form aufweisen, deren Dicke in dem Querschnitt in der Richtung des zentralen Abschnitts allmählich abnimmt. In diesem Fall neigt die Festigkeit der Wand mit angeordneter Sammelelektrode dazu, höher zu sein als beispielsweise einer Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform mit einem Stufenabschnitt, an dem sich die Dicke abrupt ändert.
  • In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode die dünne zentrale Wandform aufweisen. In diesem Fall ist die Wärmekapazität der Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform in einem Abschnitt, der sich in der Mitte des Gasströmungsdurchgangs befindet, gering, und die Temperatur des Abschnitts der Sammelelektrode, an dem Teilchen mit einer größeren Wahrscheinlichkeit haften, nimmt mit einer größeren Wahrscheinlichkeit zu. Daher können die Teilchen, die an der Sammelelektrode haften, in einer kürzeren Zeit entfernt werden. In diesem Fall kann mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform eine Form aufweisen, deren Dicke in dem Querschnitt in der Richtung des zentralen Abschnitts allmählich abnimmt.
  • In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung kann die Sammeleinheit mindestens eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds umfassen, die zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und ein elektrisches Feld erzeugt, das bewirkt, dass sich das Sammelziel in der Richtung von mindestens einer der mindestens einen Sammelelektrode bewegt und das Gehäuse kann mindestens eine Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds umfassen, auf der mindestens eine der mindestens einen Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds angeordnet ist. Darüber hinaus kann mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds die dünne zentrale Wandform aufweisen. In diesem Fall kann in der Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, die auf der Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds mit der dünnen zentralen Wandform angeordnet ist, wie in der Sammelelektrode, die auf der Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform angeordnet ist, die Temperatur des Abschnitts, an dem eine große Anzahl von Teilchen haftet, schnell erhöht werden, so dass die Teilchen verbrannt werden.
  • In diesem Fall kann jede der mindestens einen Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds so angeordnet sein, dass sie auf mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode gerichtet ist, oder sie kann so angeordnet sein, dass sie auf eine entsprechende Sammelelektrode der mindestens einen Sammelelektrode gerichtet ist. Mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds mit der dünnen zentralen Wandform kann als die Trenneinrichtung dienen oder kann als die Außenwand des Gehäuses dienen. Mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds mit der dünnen zentralen Wandform kann eine Form aufweisen, deren Dicke in dem Querschnitt in der Richtung des zentralen Abschnitts allmählich abnimmt.
  • In dem Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung kann ein Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs, der senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs ist, eine rechteckige Form aufweisen. Die „rechteckige Form“ soll eine im Wesentlichen rechteckige Form umfassen und der Gasströmungsdurchgang kann eine Form aufweisen, die nicht streng rechteckig ist, da die Wand mit angeordneter Sammelelektrode die dünne zentrale Wandform aufweist.
  • Das Teilchenerfassungselement der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl der freiliegenden Elektroden umfassen, welche die mindestens eine Sammelelektrode umfassen und zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegen. Das Gehäuse kann einen Verbindungswandabschnitt mit der dünnen zentralen Wandform und mit einer Verbindungsoberfläche aufweisen, die Teil einer Innenumfangsoberfläche ist, die zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und mindestens zwei der Mehrzahl von freiliegenden Elektroden miteinander verbindet. Die Erwärmungseinheit kann den Verbindungswandabschnitt erwärmen. Während der Verwendung des Teilchenerfassungselements haftet ein Teil der Teilchen nach und nach an der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses und die anhaftenden Teilchen können einen Kurzschlusspfad zwischen den freiliegenden Elektroden bilden. Wenn jedoch die Erwärmungseinheit den Verbindungswandabschnitt erwärmt, können die Teilchen, die an der Verbindungsoberfläche zwischen den freiliegenden Elektroden haften, entfernt werden. Darüber hinaus ist in dem Verbindungswandabschnitt mit der dünnen zentralen Wandform die Wärmekapazität eines Abschnitts, der sich in der Mitte des Gasströmungsdurchgangs befindet, gering. Daher kann, obwohl die Verbindungsoberfläche des Verbindungswandabschnitts einen Abschnitt aufweist, an dem Teilchen mit einer größeren Wahrscheinlichkeit haften, die Temperatur dieses Abschnitts leicht erhöht werden. In diesem Fall kann die Erwärmungseinheit die Teilchen, die an der Verbindungsoberfläche haften, in einer kürzeren Zeit entfernen. Daher kann in diesem Teilchenerfassungselement beispielsweise die Bildung eines Kurzschlusspfads verhindert werden. Darüber hinaus kann sich selbst dann, wenn ein Kurzschlusspfad gebildet wird, das Teilchenerfassungselement schnell von dem Kurzschlusszustand erholen. In diesem Fall können die freiliegenden Elektroden mindestens zwei von mindestens einer der mindestens einen Sammelelektrode, mindestens eine der mindestens einen Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds und eine Mehrzahl der Elektroden sein, die in die Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung einbezogen sind.
  • Der Teilchendetektor der vorliegenden Erfindung umfasst: Das Teilchenerfassungselement nach einem der vorstehenden Modi; und eine Erfassungseinheit, welche die Teilchen auf der Basis einer physikalischen Größe erfasst, die gemäß dem Sammelziel variiert, das durch die Sammelelektrode gesammelt wird. Daher weist dieser Teilchendetektor dieselben Effekte wie diejenigen des vorstehend beschriebenen Teilchenerfassungselements der vorliegenden Erfindung auf. Beispielsweise ist einer der Effekte, dass die Teilchen, die an der Sammelelektrode haften, in einer kürzeren Zeit entfernt werden können. In diesem Fall kann die Erfassungseinheit die Menge der Teilchen auf der Basis der physikalischen Größe erfassen. Die „Menge der Teilchen“ kann z.B. mindestens eines von der Anzahl, der Masse und der Oberfläche der Teilchen sein. In diesem Teilchendetektor kann, wenn es sich bei dem Sammelziel um Ladungen handelt, die nicht den Teilchen zugeführt werden, die Erfassungseinheit die Teilchen auf der Basis der physikalischen Größe und der Ladungen (z.B. der Anzahl von Ladungen oder der Menge von Ladungen), die durch die Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung erzeugt werden, erfassen.
  • In der vorliegenden Beschreibung sollen die „Ladungen“ positive Ladungen, negative Ladungen und Ionen umfassen. Der Ausdruck „Erfassen der Menge von Teilchen“ soll den Fall, bei dem die Menge von Teilchen gemessen wird, und den Fall umfassen, bei dem beurteilt wird, ob die Menge von Teilchen in einen vorgegebenen Zahlenbereich fällt oder nicht (es wird beurteilt, ob die Menge von Teilchen einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt oder nicht). Die „physikalische Größe“ kann jedweder Parameter sein, der gemäß der Anzahl von Sammelzielgegenständen (der Menge von Ladungen) variiert, und ist z.B. ein elektrischer Strom.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur eines Teilchendetektors 10 zeigt.
      • 2 ist eine A-A-Querschnittsansicht von 1.
      • 3 ist eine Teilquerschnittsansicht eines B-B-Querschnitts von 1.
      • 4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Teilchenerfassungselements 11.
      • 5 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Außenwand 115b in einer Modifizierung.
      • 6 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Gehäuses 112 in einer Modifizierung.
      • 7 ist eine Querschnittsansicht eines Teilchendetektors 710 in einer Modifizierung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Als nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur eines Teilchendetektors 10 zeigt, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Die 2 ist eine A-A-Querschnittsansicht von 1 und die 3 ist eine Teilquerschnittsansicht eines B-B-Querschnitts von 1. Die 4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Teilchenerfassungselements 11. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Oben-unten-Richtung, die Links-rechts-Richtung und die Vorne-hinten-Richtung derart, wie es in den 1 bis 3 gezeigt ist.
  • Der Teilchendetektor 10 zählt die Anzahl von Teilchen 17, die in einem Gas (z.B. einem Abgas von einem Kraftfahrzeug) enthalten sind. Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Teilchendetektor 10 das Teilchenerfassungselement 11. Wie es in der 2 gezeigt ist, umfasst der Teilchendetektor 10 eine Entladungsstromquelle 29, eine Entfernungsstromquelle 39, eine Sammelstromquelle 49, einen Detektor 50 und eine Heizeinrichtungsstromquelle 69. Wie es in der 2 gezeigt ist, umfasst das Teilchenerfassungselement 11 ein Gehäuse 12, einen elektrische Ladung-Erzeuger 20, eine Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30, eine Sammeleinrichtung 40 und eine Heizeinrichtung 60.
  • Das Gehäuse 12 weist darin einen Gasströmungsdurchgang 13 auf, durch den ein Gas hindurchtritt. Wie es in der 2 gezeigt ist, umfasst der Gasströmungsdurchgang 13: Einen Gaseinlass 13a zum Einführen des Gases in das Gehäuse 12; und eine Mehrzahl von (drei in diesem Fall) verzweigten Strömungsdurchgängen 13b bis 13d, die sich stromabwärts von der Gaseinführungsöffnung 13a befinden und durch die abgezweigte Gasströme hindurchtreten. Das Gas, das in das Gehäuse 12 von dem Gaseinlass 13a eingeführt wird, wird aus dem Gehäuse 12 durch die verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d abgegeben. Ein Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs 13, der senkrecht zur Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 (einem Querschnitt in der vertikalen Richtung und der Links-rechts-Richtung) ist, weist eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Querschnitte des Gaseinlasses 13a und der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d, die senkrecht zur Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 sind, weisen eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Wie es in den 1 und 4 gezeigt ist, weist das Gehäuse 12 eine längliche, im Wesentlichen quaderförmige Form auf. Wie es in den 2 bis 4 gezeigt ist, ist das Gehäuse 12 als Schichtkörper ausgebildet, in dem eine Mehrzahl von Schichten (erste bis elfte Schicht 14a bis 14k in diesem Fall) in einer vorgegebenen Stapelrichtung gestapelt ist (in der vertikalen Richtung in diesem Fall). Das Gehäuse 12 ist ein Isolator und ist aus einer Keramik, wie z.B. Aluminiumoxid, hergestellt. Durchgangslöcher oder Kerben sind in der vierten bis achten Schicht 14d bis 14h so bereitgestellt, dass sie durch diese in deren Dickenrichtung verlaufen (in der vertikalen Richtung in diesem Fall) und die Durchgangslöcher oder die Kerben dienen als Gasströmungsdurchgang 13. Wie es in der 3 gezeigt ist, bilden die vierte, die sechste und die achte Schicht 14d, 14f und 14h die Seitenwände (in diesem Fall die linken und rechten Wände) der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b, 13c bzw. 13d. In der vorliegenden Ausführungsform sind die vierte, die sechste und die achte Schicht 14d, 14f und 14h dicker als andere Schichten. Die vierte, die sechste und die achte Schicht 14d, 14f und 14h können jeweils ein Schichtkörper sein, der eine Mehrzahl von Schichten umfasst.
  • Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, weist das Gehäuse 12 eine erste bis vierte Wand 15a bis 15d auf, die auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet sind und auf denen mindestens eine von einer Sammelelektrode 42 und einer Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 angeordnet ist. Die erste Wand 15a umfasst Abschnitte der ersten bis dritten Schicht 14a bis 14c, die sich direkt oberhalb des Gasströmungsdurchgangs 13 befinden. Die untere Oberfläche der ersten Wand 15a bildet eine obere Oberfläche des Gasströmungsdurchgangs 13. Die erste Wand 15a ist ein Teil der oberen äußeren Wand des Gehäuses 12. Eine Entladungselektrode 21a, eine Anlegeelektrode 32 und eine erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a sind auf der unteren Oberfläche der ersten Wand 15a angeordnet. Die zweite Wand 15b umfasst einen Abschnitt der fünften Schicht 14e, der auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet ist (einen Abschnitt, der sich direkt unterhalb des verzweigten Strömungsdurchgangs 13b und direkt oberhalb des verzweigten Strömungsdurchgangs 13c befindet). Die zweite Wand 15b ist als Trenneinrichtung ausgebildet, die den verzweigten Strömungsdurchgang 13b und den verzweigten Strömungsdurchgang 13c vertikal voneinander trennt. Eine erste Sammelelektrode 42a ist auf der oberen Oberfläche der zweiten Wand 15b angeordnet und eine zweite Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44b ist auf der unteren Oberfläche angeordnet. Die dritte Wand 15c umfasst einen Abschnitt der siebten Schicht 14g, der auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet ist (einen Abschnitt, der sich direkt unterhalb des verzweigten Strömungsdurchgangs 13c und direkt oberhalb des verzweigten Strömungsdurchgang 13d befindet). Die dritte Wand 15c ist als Trenneinrichtung ausgebildet, die den verzweigten Strömungsdurchgang 13c und den verzweigten Strömungsdurchgang 13d vertikal voneinander trennt. Eine zweite Sammelelektrode 42b ist auf der oberen Oberfläche der dritten Wand 15c angeordnet und eine dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44c ist auf der unteren Oberfläche angeordnet. Die vierte Wand 15d umfasst Abschnitte der neunten bis elften Schicht 14i bis 14k, die sich direkt unterhalb des Gasströmungsdurchgangs 13 befinden. Die obere Oberfläche der vierten Wand 15d bildet die untere Oberfläche des Gasströmungsdurchgangs 13. Die vierte Wand 15d ist ein Teil der unteren äußeren Wand des Gehäuses 12. Eine Entladungselektrode 21b, eine Entfernungselektrode 34 und eine dritte Sammelelektrode 42c sind auf der oberen Oberfläche der vierten Wand 15d angeordnet.
  • Wie es in der 3 gezeigt ist, weisen in der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d deren Querschnitte senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 eine Form mit einem zentralen Abschnitt (einem zentralen Abschnitt in der Links-rechts-Richtung in diesem Fall) auf, der dünner ist als andere Abschnitte. In der folgenden Beschreibung wird eine solche Form als eine dünne zentrale Wandform bezeichnet. Die erste bis vierte Wand 15a bis 15d weisen jeweils eine Form auf, deren Dicke in der Richtung des Zentrums der Links-rechts-Richtung allmählich abnimmt. In jeder der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d sind Abschnitte der oberen und unteren Oberflächen, die auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet sind, gekrümmte Oberflächen und dadurch wird die dünne zentrale Wandform gebildet. Die dünne zentrale Wandform kann eine Form sein, deren minimale Dicke weniger als 96 % der maximalen Dicke beträgt. Die dünne zentrale Wandform kann eine Form sein, deren minimale Dicke 50 µm oder mehr beträgt.
  • In jeder der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d ist die Dicke des zentralen Abschnitts in jedwedem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 geringer als die Dicke anderer Abschnitte. Daher sind Verbindungswandabschnitte 70a und 70b, die in der 2 gezeigt sind und Abschnitte der ersten Wand 15a sind, und Verbindungswandabschnitte 70c und 70d, die in der 2 gezeigt sind und Abschnitte der vierten Wand 15d sind, jeweils so ausgebildet, dass sie die dünne zentrale Wandform aufweisen, in der ein Abschnitt, der auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet ist, gekrümmt ist, wie dies bei der Form der Fall ist, die in der 3 gezeigt ist. Der Verbindungswandabschnitt 70a weist eine Verbindungsoberfläche 72a auf, die ein Teil der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 ist, die zu dem Strömungsdurchgang 13 freiliegt und die Entladungselektrode 21a mit der Anlegeelektrode 32 in der Vorne-hinten-Richtung verbindet. Entsprechend weist der Verbindungswandabschnitt 70b eine Verbindungsoberfläche 72b auf, die ein Teil der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 ist und die Anlegeelektrode 32 mit der ersten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a in der Vorne-hinten-Richtung verbindet. Der Verbindungswandabschnitt 70c weist eine Verbindungsoberfläche 72c auf, die ein Teil der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 ist und die Entladungselektrode 21b mit der Entfernungselektrode 34 in der Vorne-hinten-Richtung verbindet. Der Verbindungswandabschnitt 70d weist eine Verbindungsoberfläche 72d auf, die ein Teil der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 ist und die Entfernungselektrode 34 mit der dritten Sammelelektrode 42c in der Vorne-hinten-Richtung verbindet. Die Verbindungsoberflächen 72a und 72b sind die unteren Oberflächen der Verbindungswandabschnitte 70a bzw. 70b, und die Verbindungsoberflächen 72c und 72d sind die oberen Oberflächen der Verbindungswandabschnitte 70c bzw. 70d. Die Verbindungsoberflächen 72a bis 72d sind Oberflächen, die als Kurzschlusspfad zwischen Elektroden wirken können, wenn leitende Teilchen 17 an den Oberflächen haften. Beispielsweise kann die Verbindungsoberfläche 72a als Kurzschlusspfad zwischen der Entladungselektrode 21 a und der Anlegeelektrode 32 wirken.
  • Wie es in der 2 gezeigt ist, umfasst der elektrische Ladung-Erzeuger 20 einen ersten und einen zweiten elektrische Ladung-Erzeuger 20a und 20b, die in dem Gehäuse 12 auf der Seite nahe an dem Gaseinlass 13a angeordnet sind. Der erste elektrische Ladung-Erzeuger 20a umfasst die Entladungselektrode 21a, die auf der ersten Wand 15a angeordnet ist, und Induktionselektroden 24a, die in der ersten Wand 15a angeordnet sind. Die Entladungselektrode 21a und die Induktionselektroden 24a sind auf der Vorder- bzw. Rückseite der dritten Schicht 14c angeordnet, die als Dielektrikumschicht dient. Die Entladungselektrode 21a ist auf der unteren Oberfläche der ersten Wand 15a angeordnet und liegt zu dem Gasströmungsdurchgang 13 frei. Der zweite elektrische Ladung-Erzeuger 20b umfasst die Entladungselektrode 21 b, die auf der vierten Wand 15d angeordnet ist, und Induktionselektroden 24b, die in der vierten Wand 15d angeordnet sind. Die Entladungselektrode 21b und die Induktionselektroden 24b sind auf der Vorder- bzw. Rückseite der neunten Schicht 14i angeordnet, die als Dielektrikumschicht dient. Die Entladungselektrode 21b ist auf der oberen Oberfläche der vierten Wand 15a angeordnet und liegt zu dem Gasströmungsdurchgang 13 frei. Jede der Entladungselektroden 21a und 21b ist aus einem rechteckigen dünnen Metallblech mit einer Mehrzahl von feinen dreieckigen Vorwölbungen 22 auf deren gegenüberliegenden langen Seiten ausgebildet (vgl. die 1). Jede der Induktionselektroden 24a und 24b ist eine rechteckige Elektrode und zwei Induktionselektroden 24a und zwei Induktionselektroden 24b sind parallel zur Längsrichtung der Entladungselektroden 21a und 21b angeordnet. Die Entladungselektroden 21a und 21b und die Induktionselektroden 24a und 24b sind mit der Entladungsstromquelle 29 verbunden. Die Induktionselektroden 24a und 24b können mit der Erdung verbunden sein.
  • In dem ersten elektrische Ladung-Erzeuger 20a findet dann, wenn eine hohe Hochfrequenzspannung (z.B. eine Pulsspannung, usw.) zwischen der Entladungselektrode 21 a und den Induktionselektroden 24a von der Entladungsstromquelle 29 angelegt wird, eine Luftentladung (dielektrische Barriereentladung in diesem Fall) in der Nähe der Entladungselektrode 21a aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden statt. Entsprechend findet in dem zweiten elektrische Ladung-Erzeuger 20b eine Luftentladung in der Nähe der Entladungselektrode 21b aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen der Entladungselektrode 21b und den Induktionselektroden 24b statt, die durch eine Hochspannung von der Entladungsstromquelle 29 verursacht wird. Ein Gas, das um die Entladungselektroden 21a und 21b vorliegt, wird durch diese Entladungen ionisiert und Ladungen 18 (positive Ladungen in diesem Fall) werden erzeugt. Die Ladungen 18 werden den Teilchen 17 in dem Gas zugeführt, das durch den elektrische Ladung-Erzeuger 20 hindurchtritt, und geladene Teilchen P werden dadurch gebildet (vgl. die 2).
  • Die Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 umfasst die Anlegeelektrode 32 und die Entfernungselektrode 34. Die Anlegeelektrode 32 und die Entfernungselektrode 34 befinden sich stromabwärts von dem elektrische Ladung-Erzeuger 20, jedoch stromaufwärts von der Sammeleinrichtung 40. Die Anlegeelektrode 32 ist auf der unteren Oberfläche der ersten Wand 15a angeordnet und liegt zu dem Gasströmungsdurchgang 13 frei. Die Entfernungselektrode 34 ist auf der oberen Oberfläche der vierten Wand 15d angeordnet und liegt zu dem Gasströmungsdurchgang 13 frei. Die Anlegeelektrode 32 und die Entfernungselektrode 34 sind in Positionen angeordnet, die aufeinander zu gerichtet sind. Die Anlegeelektrode 32 ist eine Elektrode, an die von der Entfernungsstromquelle 39 ein kleines positives Potenzial V2 angelegt wird. Die Entfernungselektrode 34 ist eine Elektrode, die mit der Erdung verbunden ist. In diesem Fall wird ein schwaches elektrisches Feld zwischen der Anlegeelektrode 32 und der Entfernungselektrode 34 der Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 erzeugt. Daher werden von den Ladungen 18, die durch den elektrische Ladung-Erzeuger 20 erzeugt werden, überschüssige Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt werden, durch dieses schwache elektrische Feld an die Entfernungselektrode 34 angezogen, durch die Entfernungselektrode 34 eingefangen und zur Erdung abgeführt. Auf diese Weise verhindert die Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30, dass die überschüssigen Ladungen 18 durch die Sammelelektroden 42 der Sammeleinrichtung 40 gesammelt werden und als Teilchen 17 gezählt werden.
  • Die Sammeleinrichtung 40 ist eine Vorrichtung zum Sammeln eines Sammelziels (der geladenen Teilchen P in diesem Fall) und ist in den verzweigten Strömungsdurchgängen 13b bis 13d angeordnet, die sich stromabwärts von dem elektrische Ladung-Erzeuger 20 und der Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 befinden. Die Sammeleinrichtung 40 umfasst eine oder mehrere Sammelelektrode(n) 42 zum Sammeln der geladenen Teilchen P und eine oder mehrere Elektrode(n) zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 zum Bewirken, dass sich die geladenen Teilchen P zu den Sammelelektroden 42 bewegen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Sammeleinrichtung 40 eine erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c als Sammelelektroden 42 und eine erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c als Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44. Die erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a ist auf der unteren Oberfläche der ersten Wand 15a angeordnet und die erste Sammelelektrode 42a ist auf der oberen Oberfläche der zweiten Wand 15b angeordnet. Die erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a und die erste Sammelelektrode 42a sind an Positionen angeordnet, die einander vertikal gegenüberliegen und sind jeweils dem Strömungsdurchgang 13b ausgesetzt. Die zweite Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44b ist auf der unteren Oberfläche der zweiten Wand 15b angeordnet und die zweite Sammelelektrode 42b ist auf der oberen Oberfläche der dritten Wand 15c angeordnet. Die zweite Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44b und die zweite Sammelelektrode 42b sind an Positionen angeordnet, die einander vertikal gegenüberliegen und liegen jeweils zu dem verzweigten Strömungsdurchgang 13c frei. Die dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44c ist auf der unteren Oberfläche der dritten Wand 15c angeordnet und die dritte Sammelelektrode 42c ist auf der oberen Oberfläche der vierten Wand 15d angeordnet. Die dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44c und die dritte Sammelelektrode 42c sind an Positionen angeordnet, die einander vertikal gegenüberliegen, und liegen jeweils zu dem verzweigten Strömungsdurchgang 13d frei. Eine Spannung V1 wird von der Sammelstromquelle 49 an die erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c angelegt. Die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c sind jeweils durch ein Amperemeter 52 mit der Erdung verbunden. In diesem Fall wird ein elektrisches Feld, das von der ersten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a zu der ersten Sammelelektrode 42a gerichtet ist, in dem verzweigten Strömungsdurchgang 13b erzeugt, und ein elektrisches Feld, das von der zweiten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44b zu der zweiten Sammelelektrode 42b gerichtet ist, wird in dem Strömungsdurchgang 13c erzeugt. Darüber hinaus wird ein elektrisches Feld, das von der dritten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44c zu der dritten Sammelelektrode 42c gerichtet ist, in dem verzweigten Strömungsdurchgang 13d erzeugt. Daher treten die geladenen Teilchen P, die durch den Gasströmungsdurchgang 13 strömen, in jedweden der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d ein, werden durch das darin erzeugte elektrische Feld abwärts bewegt, an jede der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c angezogen und dadurch gesammelt. Die Spannung V1 ist ein positives Potenzial und das Niveau der Spannung V1 liegt in der Größenordnung von z.B. 100 V bis mehreren kV. Die Größen der Elektroden 34 und 42 und die Stärken der elektrischen Felder (d.h., die Größen der Spannungen V1 und V2) an den Elektroden 34 und 42 werden so eingestellt, dass die geladenen Teilchen P durch die Sammelelektroden 42 gesammelt werden, ohne durch die Entfernungselektrode 34 gesammelt zu werden, und dass die Ladungen 17, die nicht an den Teilchen 18 haften, durch die Entfernungselektrode 34 gesammelt werden.
  • Die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c und die erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c weisen jeweils die dünne zentrale Wandform auf, wie dies bei der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d der Fall ist. Insbesondere weisen, wie es in der 3 gezeigt ist, die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 jeweils eine Form auf, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 geringer ist als in einem zentralen Abschnitt (einem Abschnitt, der sich in der Mitte, bezogen auf die Links-rechts-Richtung, von einem der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d befindet) als in anderen Abschnitten. Die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 weisen jeweils eine Form auf, deren Dicke in der Richtung des zentralen Abschnitts allmählich abnimmt. In jeder der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d sind Abschnitte der oberen und unteren Oberflächen, die auf den Gasströmungsdurchgang 13 (die verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d in diesem Fall) gerichtet sind, gekrümmte Oberflächen und die dünne zentrale Wandform wird dadurch gebildet.
  • Der Detektor 50 umfasst das Amperemeter 52 und eine Recheneinheit 54. Ein Anschluss des Amperemeters 52 ist mit den Sammelelektroden 42 verbunden und der andere Anschluss ist mit der Erdung verbunden. Das Amperemeter 52 misst einen Strom auf der Basis der Ladungen 18 auf den geladenen Teilchen P, die durch die Sammelelektroden 42 gesammelt worden sind. Die Recheneinheit 54 berechnet die Anzahl von Teilchen 17 auf der Basis des Stroms, der durch das Amperemeter 52 gemessen wird. Die Recheneinheit 54 kann als Steuereinheit wirken, welche die Einheiten 20, 30, 40 und 60 durch Ein/Aus-Steuern von jeder der Stromquellen 29, 39, 49 und 69 und deren Spannungen steuert.
  • Die Heizeinrichtung 60 umfasst eine Heizeinrichtungselektrode 62, die zwischen der zehnten Schicht 14i und der elften Schicht 14k angeordnet ist und in der vierten Wand 15d eingebettet ist. Die Heizeinrichtungselektrode 62 ist z.B. ein bandförmiges Heizelement, das in einer Zick-Zack-Struktur geführt ist. Die Heizeinrichtungselektrode 62 ist so angeordnet, dass sie mindestens direkt unterhalb der dritten Sammelelektrode 42c vorliegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Heizeinrichtungselektrode 62 nahezu über dem gesamten Bereich direkt unterhalb des Gasströmungsdurchgangs 13 geführt und liegt auch unterhalb der Entladungselektrode 21b und der Entfernungselektrode 34 vor. Die Heizeinrichtungselektrode 62 ist mit der Heizeinrichtungsstromquelle 69 verbunden und erzeugt Wärme, wenn sie durch die Heizeinrichtungsstromquelle 69 mit Strom versorgt wird. Die durch die Heizeinrichtungselektrode 62 erzeugte Wärme wird auf die Elektroden, wie z.B. die Sammelelektroden 42, und das Gehäuse 12 durch eine Wärmeleitung durch das Gehäuse 12, eine Strahlung durch den Gasströmungsdurchgang 13, usw., übertragen, wodurch diese Elektroden und die Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 erwärmt werden.
  • Wie es in den 1 und 4 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Anschlüssen 19 auf den oberen und unteren Oberflächen des linken Endes des Gehäuses 12 angeordnet. Die vorstehend beschriebenen Elektroden 21a, 21b, 24a, 24b, 32, 34, 42 und 44 sind durch Verdrahtungsleitungen, die in dem Gehäuse 12 angeordnet sind, elektrisch mit ihren jeweiligen Anschlüssen 19 verbunden. Entsprechend ist die Heizeinrichtungselektrode 62 durch Verdrahtungsleitungen elektrisch mit zwei Anschlüssen 19 verbunden. Beispielsweise sind die Verdrahtungsleitungen auf den oberen und unteren Oberflächen der ersten bis elften Schicht 14a bis 14k angeordnet oder in Durchgangslöchern angeordnet, die in der ersten bis elften Schicht 14a bis 14k bereitgestellt sind. Obwohl dies nicht in der 2 gezeigt ist, sind die Stromquellen 29, 39, 49 und 69 und das Amperemeter 52 mit den jeweiligen Elektroden in dem Teilchenerfassungselement 11 durch die Anschlüsse 19 elektrisch verbunden.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des so ausgebildeten Teilchenerfassungselements 11 beschrieben. Zuerst wird eine Mehrzahl von ungebrannten Keramikgrünlagen, die ein Keramikausgangsmaterialpulver enthalten und der ersten bis elften Schicht 14a bis 14k entsprechen, hergestellt. Durchgangslöcher und ein Raum, der als der Gasströmungsdurchgang 13 dient, werden beispielsweise durch Stanzen in jeder der Grünlagen, die der vierten bis achten Schicht 14d bis 14h entsprechen, im Vorhinein ausgebildet. Als nächstes werden eine Strukturdruckverarbeitung zur Bildung von verschiedenen Strukturen auf den Keramikgrünlagen, die der ersten bis elften Schicht 14a bis 14k entsprechen, und eine Trocknungsverarbeitung durchgeführt. Insbesondere sind die zu bildenden Strukturen beispielsweise Strukturen für die Elektroden, die Verdrahtungsleitungen, die mit den Elektroden verbunden sind, die Anschlüsse 19, usw. Die Strukturen werden durch Aufbringen einer Strukturbildungspaste auf die Grünlagen mittels einer bekannten Siebdrucktechnik gedruckt. Während, vor und nach der Strukturdruckverarbeitung werden die Durchgangslöcher mit einer leitenden Paste gefüllt, die später zu Verdrahtungsleitungen wird. Anschließend werden eine Druckverarbeitung zum Drucken einer Verbindungspaste zum Laminieren und Verbinden der Grünlagen und eine Trocknungsverarbeitung durchgeführt. Die Grünlagen mit der darauf ausgebildeten Verbindungspaste werden in einer vorgegebenen Reihenfolge gestapelt und eine Druckverbindungsverarbeitung zur Bildung eines Schichtkörpers wird durchgeführt. Insbesondere werden vorgegebene Temperatur-Druck-Bedingungen auf das Druckverbinden der Grünlagen angewandt. Wenn die Druckverbindungsverarbeitung durchgeführt wird, wird ein verschwindendes Material (z.B. Theobromin), das während des Brennens verschwindet, im Vorhinein in den Raum gefüllt, der später der Gasströmungsdurchgang 13 wird. Dann wird der Schichtkörper geschnitten, so dass ein Schichtkörper mit der Größe des Gehäuses 12 erhalten wird. Dann wird der geschnittene Schichtkörper bei einer vorgegebenen Brenntemperatur gebrannt. Da das verschwindende Material während des Brennens verschwindet, bildet der Abschnitt, der mit dem verschwindenden Material gefüllt ist, den Gasströmungsdurchgang 13. Dadurch wird das Teilchenerfassungselement 11 erhalten.
  • In dem Verfahren zur Herstellung des Teilchenerfassungselements 11 können die erste bis vierte Wand 15a bis 15d mit der dünnen zentralen Wandform, die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 wie folgt ausgebildet werden. Beispielsweise wird die Dicke des verschwindenden Materials, das während der vorstehend beschriebenen Pressverbindungsverarbeitung eingefüllt wird, so eingestellt, dass die Dicke des verschwindenden Materials in zentralen Abschnitten in Bezug auf die Links-rechts-Richtung in dem Raum, der später der Gasströmungsdurchgang 13 wird, erhöht wird. In diesem Fall werden, wenn auf die Mehrzahl von gestapelten Grünlagen ein Druck ausgeübt wird, die zentralen Abschnitte, in Bezug auf die Links-rechts-Richtung, von Abschnitten, die später die erste bis vierte Wand 15a bis 15d, die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 werden, stärker gepresst als andere Abschnitte und zu der dünnen zentralen Wandform ausgespart und ausgebildet. Alternativ können die Grünlagen unter Verwendung von Formwerkzeugen derart gebildet werden, dass die erste bis vierte Wand 15a bis 15d die dünne zentrale Wandform aufweisen. Alternativ kann, wenn die Strukturen für die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 gebildet werden, die Anzahl der Druckvorgänge, die mit Abschnitten durchgeführt werden, die von den zentralen Abschnitten verschieden sind, erhöht werden, so dass die Dicken der Strukturen derart eingestellt werden, dass die Elektroden zu der dünnen zentralen Wandform ausgebildet werden.
  • Das Gehäuse 12, das aus dem vorstehend beschriebenen Keramikmaterial ausgebildet ist, ist bevorzugt, da die folgenden Effekte erhalten werden. Im Allgemeinen weist das Keramikmaterial eine hohe Wärmebeständigkeit auf und kann leicht der Temperatur widerstehen, bei der die Teilchen 17 mittels der Heizeinrichtungselektrode 62 entfernt werden, wie es später beschrieben ist, z.B. einer hohen Temperatur von 600 °C bis 800 °C, bei der Kohlenstoff, der die Hauptkomponente der Teilchen 17 ist, verbrennt. Da das Keramikmaterial im Allgemeinen einen hohen Young'schen Modul aufweist, kann darüber hinaus die Steifigkeit des Gehäuses 12 einfach aufrechterhalten werden, selbst wenn die Wände und die Trenneinrichtungen des Gehäuses 12 dünn sind, und daher kann die Verformung des Gehäuses 12, die durch einen Wärmeschock oder eine äußere Kraft verursacht wird, verhindert werden. Da die Verformung des Gehäuses 12 verhindert wird, kann eine Verminderung der Genauigkeit der Erfassung der Anzahl von Teilchen aufgrund von beispielsweise einer Änderung der Verteilung des elektrischen Felds in dem Gasströmungsdurchgang 13 während der Entladung des elektrische Ladung-Erzeugers 20 oder einer Änderung der Dicke (vertikale Höhen) der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d verhindert werden. Daher können durch Bilden des Gehäuses 12 unter Verwendung des Keramikmaterials die Dicken der Wände und der Trenneinrichtungen des Gehäuses 12 vermindert werden, so dass das Gehäuse 12 kompakter wird, während die Verformung des Gehäuses 12 verhindert wird. Bezüglich des Keramikmaterials besteht keine spezielle Beschränkung. Beispiele für das Keramikmaterial umfassen Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Mullit, Kordierit, Magnesiumoxid und Zirkoniumoxid.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für die Verwendung des Teilchendetektors 10 beschrieben. Wenn Teilchen gemessen werden, die im Abgas von einem Kraftfahrzeug enthalten sind, wird das Teilchenerfassungselement 11 innerhalb der Abgasleitung des Motors eingebaut. In diesem Fall wird das Teilchenerfassungselement 11 so eingebaut, dass das Abgas von dem Gaseinlass 13a in das Gehäuse 12 eingeführt wird, durch die verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d hindurchtritt und dann abgegeben wird. Die Stromquellen 29, 39, 49 und 69 und der Detektor 50 sind mit dem Teilchenerfassungselement 11 verbunden.
  • Die Teilchen 17, die in dem Abgas enthalten sind, das von dem Gaseinlass 13a in das Gehäuse 12 eingeführt wird, werden durch die Ladungen 18 (positive Ladungen in diesem Fall) aufgeladen, die durch die Entladung in dem elektrische Ladung-Erzeuger 20 erzeugt werden, und bilden geladene Teilchen P. In der Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 ist das elektrische Feld schwach und die Länge der Entfernungselektrode 34 ist geringer als die Länge der Sammelelektroden 42. Daher treten die geladenen Teilchen P durch die Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 ohne irgendeine Änderung hindurch, strömen in jedweden der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d und erreichen die Sammeleinrichtung 40. Die Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, werden an die Entfernungselektrode 34 der Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 angezogen, obwohl das elektrische Feld schwach ist, und werden durch die Entfernungselektrode 58 zu GND abgegeben. Daher erreichen nahezu keine unnötigen Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, die Sammeleinrichtung 40.
  • Die geladenen Teilchen P, welche die Sammeleinrichtung 40 erreicht haben, werden durch jedwede der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c durch das elektrische Feld gesammelt, das durch die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 erzeugt wird. Ein Strom, der den Ladungen 18 auf den geladenen Teilchen P, die an den Sammelelektroden 42 haften, entspricht, wird durch das Amperemeter 52 gemessen, und die Recheneinheit 54 berechnet die Anzahl der Teilchen 17 auf der Basis des Stroms. In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c mit einem Amperemeter 52 verbunden, und der Strom, welcher der Gesamtzahl von Ladungen 18 an den geladenen Teilchen P entspricht, die an der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c haften, wird durch das Amperemeter 52 gemessen. Die Beziehung zwischen dem Strom I und der Menge von Ladungen q ist I = dq/(dt), q = Jldt. Die Recheneinheit 54 integriert (akkumuliert) den Stromwert während eines vorgegebenen Zeitraums zum Erhalten des integrierten Werts (akkumulierte Ladungsmenge), dividiert die akkumulierte Ladungsmenge durch die Elementarladung, um die Gesamtzahl von Ladungen (die Anzahl von gesammelten Ladungen) zu bestimmen, und dividiert die Anzahl von gesammelten Ladungen durch die durchschnittliche Anzahl von Ladungen (durchschnittliche Ladungsanzahl), die einem Teilchen 17 zugeführt worden ist, um die Anzahl Nt von Teilchen 17 zu bestimmen, die an den Sammelelektroden 42 haften. Die Recheneinheit 54 erfasst die Anzahl Nt als die Anzahl von Teilchen 17 in dem Abgas. Ein Teil der Teilchen 17 kann jedoch hindurchtreten, ohne durch die Sammelelektroden 42 gesammelt zu werden, oder kann an der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 haften, bevor sie durch die Sammelelektroden 42 gesammelt werden. Daher kann das Sammelverhältnis von Teilchen 17 im Vorhinein unter Berücksichtigung des Verhältnisses von Teilchen 17 bestimmt werden, die nicht durch die Sammelelektroden 42 gesammelt worden sind, und die Recheneinheit 54 kann die Gesamtzahl Na, die der Wert ist, der durch Dividieren der Anzahl Nt durch das Sammelverhältnis erhalten wird, als die Anzahl von Teilchen 17 in dem Abgas erfassen.
  • Wenn sich eine große Anzahl von Teilchen 17, usw., auf den Sammelelektroden 42 akkumuliert, können keine zusätzlichen geladenen Teilchen P mehr durch die Sammelelektroden 42 gesammelt werden. Daher werden durch periodisches Erwärmen der Sammelelektroden 42 durch die Heizeinrichtungselektrode 62 oder wenn die Akkumulationsmenge eine vorgegebene Menge erreicht, die akkumulierten Materialien auf den Sammelelektroden 42 durch die Heizeinrichtungselektrode 62 erwärmt, so dass die akkumulierten Materialien verbrannt werden, wodurch die Elektrodenoberflächen der Sammelelektroden 42 aufgefrischt werden.
  • Die Konzentration der Teilchen 17 in dem Abgas neigt dazu, in einem Bereich nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 in dem Gehäuse 12 höher zu sein. Daher ist es wahrscheinlicher, dass die Teilchen 17 an Abschnitten der Sammelelektroden 42 haften, die nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 liegen. Beispielsweise neigt in dem verzweigten Strömungsdurchgang 13b die Konzentration der Teilchen 17 dazu, in einem Bereich nahe an der Mittelachse des verzweigten Strömungsdurchgangs 13b in dem in der 3 gezeigten Querschnitt, d.h., einem Bereich nahe an der Mitte in Bezug auf die vertikale und horizontale Richtung, höher zu sein. Es ist daher wahrscheinlicher, dass die Teilchen 17 an einem Abschnitt der ersten Sammelelektrode 42a haften, der nahe an der Mittelachse des verzweigten Strömungsdurchgangs 13b vorliegt, d.h., an einem Abschnitt der ersten Sammelelektrode 42a, der sich am horizontalen Zentrum des verzweigten Strömungsdurchgangs 13b befindet, als an anderen Abschnitten. Entsprechend ist es bei der zweiten Sammelelektrode 42b und der dritten Sammelelektrode 42c wahrscheinlicher, dass die Teilchen 17 an Abschnitten haften, die sich an den horizontalen Zentren der verzweigten Strömungsdurchgänge 13c und 13d befinden. In dem Teilchenerfassungselement 11 in der vorliegenden Ausführungsform weisen die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d, die Wände mit angeordneter Sammelelektrode des Gehäuses 12 sind, auf denen die jeweiligen Sammelelektroden 42 angeordnet sind, die dünne zentrale Wandform auf, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 in dem zentralen Abschnitt kleiner ist als in anderen Abschnitten. Daher weisen in der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d mit der dünnen zentralen Wandform die zentralen Abschnitte eine geringere Wärmekapazität auf als die anderen Abschnitte und die Temperatur der zentralen Abschnitte steigt mit einer größeren Wahrscheinlichkeit an. In diesem Fall ist es, wenn die Heizeinrichtung 60 die Teilchen 17 erwärmt, die an der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c haften, wahrscheinlicher, dass die Temperatur von Abschnitten der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c, an denen die Teilchen 17 mit einer größeren Wahrscheinlichkeit haften (die Temperatur der Abschnitte nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13), zunimmt. Daher können in der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c die Teilchen 17 durch Erhöhen der Temperatur der Abschnitte, an denen eine große Anzahl von Teilchen 17 haftet, schnell verbrannt werden. Die Teilchen 17, die an den Sammelelektroden 42 haften, können in einer kürzeren Zeit entfernt werden. Während eines Zeitraums, in dem die Teilchen 17 durch die Heizeinrichtung 60 verbrannt werden, kann die Recheneinheit 54 die Anzahl von Teilchen 17 nicht erfassen (dieser Zeitraum wird als Totzeit bezeichnet). In dem Teilchenerfassungselement 11 in der vorliegenden Ausführungsform kann die Totzeit jedoch verkürzt werden.
  • Die Teilchen 17 haften an den Sammelelektroden 42 und sammeln sich auf dieser an. Darüber hinaus können die Teilchen 17 auch an Elektroden, die dem Gasströmungsdurchgang 13 ausgesetzt sind, haften und sich auf diesen akkumulieren (die Entladungselektroden 21a und 21b, die Anlegeelektrode 32, die Entfernungselektrode 34 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 in diesem Fall). Wenn die Elektrodenoberflächen der Sammelelektroden 42 durch die Heizeinrichtung 60 aufgefrischt werden, können Teilchen 17, die an mindestens einer der vorstehend genannten Elektroden haften, verbrannt werden, so dass die Elektrodenoberfläche aufgefrischt wird. In diesem Fall ist in jeder der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d der zentrale Abschnitt dünner als andere Abschnitte in jedwedem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13. Daher kann, wenn die Teilchen 17, die an Elektroden haften, die von den Sammelelektroden 42 verschieden sind, entfernt werden, wie dies der Fall ist, wenn die Teilchen 17, die an den Sammelelektroden 42 haften, entfernt werden, die Temperatur von Abschnitten dieser Elektroden, an denen eine große Anzahl von Teilchen 17 haftet, schnell erhöht werden, so dass die Teilchen 17 verbrannt werden.
  • Die Entsprechung zwischen den Komponenten in der vorliegenden Ausführungsform und den Komponenten in der vorliegenden Erfindung wird erläutert. Das Gehäuse 12 in der vorliegenden Ausführungsform entspricht dem Gehäuse in der vorliegenden Erfindung, und der elektrische Ladung-Erzeuger 20 entspricht der Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung. Die Sammeleinrichtung 40 entspricht der Sammeleinheit und die Heizeinrichtung 60 entspricht der Erwärmungseinheit. Die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d entsprechen den Wänden mit angeordneten Sammelelektroden und die erste bis dritte Wand 15a bis 15c entsprechen den Wänden mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds. Die Entladungselektroden 21a und 21b, die Anlegeelektrode 32, die Entfernungselektrode 34, die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 entsprechen den freiliegenden Elektroden und der Detektor 50 entspricht der Anzahlerfassungseinheit.
  • In dem Teilchenerfassungselement 11 in der vorstehend detailliert beschriebenen vorliegenden Ausführungsform weist jede der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d des Gehäuses 12, wobei es sich um die Wände mit angeordneter Sammelelektrode handelt, auf denen die jeweiligen Sammelelektroden 42 angeordnet sind, die dünne zentrale Wandform auf. Daher weist in jeder der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d der zentrale Abschnitt in Bezug auf die Links-rechts-Richtung eine geringere Wärmekapazität auf als andere Abschnitte, und die Temperatur des zentralen Abschnitts nimmt mit einer größeren Wahrscheinlichkeit zu. In diesem Fall kann in dem Teilchenerfassungselement 11 die Temperatur der Abschnitte der Sammelelektroden 42, an denen eine große Anzahl von Teilchen 17 haftet, d.h., die Temperatur der Abschnitte der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c, die nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 vorliegen, durch die Heizeinrichtung 60 schnell erhöht werden, so dass die Teilchen 17 verbrannt werden. Dies ermöglicht, dass die Teilchen 17, die an der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c haften, in einer kürzeren Zeit entfernt werden. Die Gesamtheit der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d kann dünner gemacht werden, so dass deren Wärmekapazitäten vermindert werden. In diesem Fall neigt jedoch die Festigkeit des Gehäuses 12 zu einer Abnahme. Wenn die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d die dünne zentrale Wandform aufweisen, können die Teilchen 17, die an den Sammelelektroden 42 haften, in einer kurzen Zeit entfernt werden, während eine Verminderung der Festigkeit des Gehäuses 12 verhindert wird. Wenn die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d die dünne zentrale Wandform aufweisen, können die zentralen Abschnitte intensiver erwärmt werden als dann, wenn die Gesamtheit der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d dünner gemacht wird.
  • Das Gehäuse 12 weist die zweite und die dritte Wand 15b und 15c auf, die als Trenneinrichtungen dienen, die den Gasströmungsdurchgang 13 trennen. Die Struktur, in der die bereitgestellten Trenneinrichtungen zum Trennen des Gasströmungsdurchgangs 13 verwendet werden, hat die nachstehend beschriebenen Effekte. Es soll eine Struktur, bei der die zweite und die dritte Wand 15b und 15c in der 2 entfernt sind, als Vergleichsbeispiel betrachtet werden. In dieser Struktur erhalten die geladenen Teilchen P eine abstoßende oder anziehende Kraft nur durch das elektrische Feld, das zwischen der ersten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a und der dritten Sammelelektrode 42c erzeugt wird. In diesem Fall muss zum Sammeln von etwa der gleichen Anzahl von Teilchen wie derjenigen in der vorstehenden Ausführungsform die Spannung, die an die erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a angelegt wird, etwa das Dreifache der Spannung V1 in der vorstehenden Ausführungsform (3V1) betragen (es wird angenommen, dass die Dicken der zweiten Wand 15b und der dritten Wand 15c ausreichend kleiner sind als die Dicke des Gasströmungsdurchgangs 13). Insbesondere kann durch Bereitstellen der Trenneinrichtungen die angelegte Spannung vermindert werden. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Sammelstromquelle 49 und ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 19, die in dem Teilchenerfassungselement 11 zum Anlegen der Spannung V1 angeordnet sind, kann verhindert werden.
  • Die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d, wobei es sich um die Wände mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform handelt, weisen jeweils eine Form auf, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 in der Richtung des zentralen Abschnitts des Gasströmungsdurchgangs 13 allmählich abnimmt. Daher besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Festigkeit der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d höher ist als beispielsweise dann, wenn die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d eine dünne zentrale Wandform mit einem Stufenabschnitt aufweisen, bei dem sich die Dicke abrupt ändert.
  • Darüber hinaus wird, da die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c jeweils die dünne zentrale Wandform aufweisen, die Wärmekapazität eines Abschnitts jeder Elektrode, der sich an dem zentralen Abschnitt in Bezug auf die Links-rechts-Richtung des Gasströmungsdurchgangs 13 befindet, vermindert. Daher ist es wahrscheinlicher, dass die Temperatur der Abschnitte der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c, an denen die Teilchen 17 mit einer größeren Wahrscheinlichkeit haften, zunimmt, und die Teilchen 17, die an der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c haften, können in einer kürzeren Zeit entfernt werden. Da die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c die dünne zentrale Wandform aufweist, ist die Fläche der oberen Oberfläche jeder Elektrode größer als dann, wenn die Elektrode eine Form mit konstanter Dicke aufweist. Daher nimmt für jede der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c die zulässige Ansammlungsmenge der Teilchen 17 zu. Dies kann einen Zustand verhindern, bei dem zusätzliche geladene Teilchen P nicht länger durch die Sammelelektroden 42 gesammelt werden, und kann das Zeitintervall erhöhen, während dem die Heizeinrichtung 60 zum Auffrischen der Elektrodenoberflächen der Sammelelektroden 42 nicht verwendet wird.
  • Darüber hinaus weist das Gehäuse 12 die erste bis dritte Wand 15a bis 15c auf, welche die Wände mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds sind, auf denen die jeweiligen Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 angeordnet sind, und die erste bis dritte Wand 15a bis 15c weisen jeweils die dünne zentrale Wandform auf. Daher kann in der ersten bis dritten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c, die auf der ersten bis dritten Wand 15a bis 15c angeordnet sind, wie in der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c, die auf der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d mit der dünnen zentralen Wandform angeordnet sind, die Temperatur der Abschnitte, an denen eine große Anzahl von Teilchen 17 haftet, schnell erhöht werden, so dass die Teilchen 17 verbrannt werden. Darüber hinaus sind, da die erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c jeweils die dünne zentrale Wandform aufweisen, die Wärmekapazitäten der Abschnitte dieser Elektroden, die sich in der Mitte befinden, bezogen auf die Links-rechts-Richtung des Gasströmungsdurchgangs 13 ebenfalls gering, und die Teilchen 17, die an diesen Elektroden haften, können in einer kürzeren Zeit entfernt werden.
  • Darüber hinaus umfasst das Teilchenerfassungselement 11 eine Mehrzahl der freiliegenden Elektroden, die dem Gasströmungsdurchgang 13 ausgesetzt sind (die Entladungselektroden 21a und 21b, die Anlegeelektrode 32, die Entfernungselektrode 34, die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 in diesem Fall). Das Gehäuse 12 weist den Verbindungswandabschnitt 70a mit der dünnen zentralen Wandform und mit der Verbindungsoberfläche 72 auf, die ein Teil der Innenumfangsoberfläche ist, die zu dem Gasströmungsdurchgang 13 freiliegt, und der ein Abschnitt ist, der mindestens zwei der Mehrzahl von freiliegenden Elektroden miteinander verbindet. Entsprechend weist das Gehäuse 12 die Verbindungswandabschnitte 70b bis 70d mit der dünnen zentralen Wandform und den jeweiligen Verbindungsoberflächen 72b bis 72d auf. Die Heizeinrichtung 60 erwärmt die Verbindungswandabschnitte 70a bis 70d. Während der Verwendung des Teilchenerfassungselements 11 kann ein Teil der Teilchen 17 nach und nach an der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 haften. Im Allgemeinen sind die Teilchen 17 häufig aus leitenden Materialien, wie z.B. Kohlenstoff, ausgebildet. Daher können, wenn eine große Anzahl von Teilchen 17 an der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 haften, die Teilchen 17 einen Kurzschlusspfad entlang der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 bilden, und die Elektroden, die an der Innenumfangsoberfläche freiliegen, können kurzgeschlossen werden. Die Heizeinrichtung 60 kann jedoch Teilchen, die an den Verbindungsoberflächen 72a bis 72d zwischen den freiliegenden Elektroden haften, durch Erwärmen der Verbindungswandabschnitte 70a bis 70d entfernen. Darüber hinaus weisen in den Verbindungswandabschnitten 70a bis 70d mit der dünnen zentralen Wandform Abschnitte, die sich in der Mitte des Gasströmungsdurchgangs 13 befinden, eine geringe Wärmekapazität auf. Daher ist es auf den Verbindungsoberflächen 72a bis 72d der Verbindungswandabschnitte 70a bis 70d wahrscheinlicher, dass die Temperatur der Abschnitte, an denen dieTeilchen 17 mit einer größeren Wahrscheinlichkeit haften, zunimmt. Da die Verbindungswandabschnitte 70a bis 70d die dünne zentrale Wandform aufweisen, können die Teilchen 17, die an den Verbindungsoberflächen 72a bis 72d haften, durch die Heizeinrichtung 60 in einer kürzeren Zeit entfernt werden. Daher kann das Teilchenerfassungselement 11 beispielsweise die Bildung eines Kurzschlusspfads verhindern. Selbst wenn ein Kurzschlusspfad gebildet wird, kann sich das Teilchenerfassungselement 11 schnell von dem Kurzschlusszustand erholen. Da sich das Teilchenerfassungselement 11 schnell von dem Kurzschlusszustand erholen kann, kann die Ansprechversagenszeit des Teilchenerfassungselements 11 (der Zeitraum, während dem die Anzahl von Teilchen 17 nicht erfasst werden kann) verkürzt werden.
  • Darüber hinaus ist das Gehäuse 12 ein Isolator (Dielektrikum) und der elektrische Ladung-Erzeuger 20 umfasst die Entladungselektroden 21 a und 21b, die zu dem Gasströmungsdurchgang 13 freiliegen, und die Induktionselektroden 24a und 24b, die in dem Gehäuse 12 eingebettet sind. Daher dienen Abschnitte des Gehäuses 12, die zwischen den Entladungselektroden 21a und 21b und den Induktionselektroden 24a und 24b sandwichartig angeordnet sind, als Dielektrikumschichten. Der elektrische Ladung-Erzeuger 20 kann Ladungen 18 durch eine dielektrische Barriereentladung erzeugen, die in der Umgebung der Entladungselektroden 21a und 21b stattfindet, und die Teilchen 17 können dadurch in geladene Teilchen P umgewandelt werden. Daher kann die Menge von Ladungen 18, die zu der Menge von Ladungen 18 äquivalent ist, die durch eine Koronaentladung unter Verwendung beispielsweise von nadelförmigen Entladungselektroden erzeugt werden, bei einer niedrigeren Spannung und einem niedrigeren Stromverbrauch erhalten werden. Da die Induktionselektroden 24a und 24b in dem Gehäuse 12 eingebettet sind, kann ein Kurzschluss der Induktionselektroden 24a und 24b mit anderen Elektroden verhindert werden. Darüber hinaus können, da die Entladungselektroden 21a und 21b jeweils die Mehrzahl von Vorwölbungen 22 aufweisen, die Ladungen 18 bei einer höheren Konzentration erzeugt werden. Die Entladungselektroden 21a und 21b sind entlang der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 12 angeordnet, die zu dem Gasströmungsdurchgang 13 freiliegt. Daher können die Entladungselektroden 21a und 21b einfacher integriert mit dem Gehäuse 12 ausgebildet werden, wie wenn beispielsweise nadelförmige Entladungselektroden so angeordnet sind, dass sie zu dem Gasströmungsdurchgang 13 freiliegen. Darüber hinaus ist es weniger wahrscheinlich, dass die Entladungselektroden 21a und 21b den Strom des Gases blockieren und es ist weniger wahrscheinlich, dass Teilchen an den Entladungselektroden 21a und 21b haften.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Modi ausgeführt werden kann, solange diese zu dem technischen Umfang der Erfindung gehören.
  • Beispielsweise weist in der vorstehenden Ausführungsform jede der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c die dünne zentrale Wandform auf, jedoch ist dies keine Beschränkung. Mindestens eine der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c kann die dünne zentrale Wandform aufweisen und es müssen nicht alle davon die dünne zentrale Wandform aufweisen. Dies gilt auch für die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44. Jede der Elektroden, die dem Gasströmungsdurchgang 13 ausgesetzt ist (in der vorstehenden Ausführungsform die Entladungselektroden 21a und 21b, die Anlegeelektrode 32, die Entfernungselektrode 34, die Sammelelektroden 42 und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44), kann die dünne zentrale Wandform aufweisen.
  • In der vorstehenden Ausführungsform weisen die Wände und Elektroden mit der dünnen zentralen Wandform jeweils die Form auf, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 in der Richtung eines zentralen Abschnitts (eines Abschnitts nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13) allmählich abnimmt, jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise kann eine Form mit Stufen, wie z.B. die Form einer zweiten Außenwand 115b in einer in der 5 gezeigten Modifizierung, als die dünne zentrale Wandform verwendet werden. In diesem Fall kann der zentrale Abschnitt intensiver erwärmt werden, da der dünnwandige Abschnitt nur in dem zentralen Abschnitt angeordnet werden kann. Die zweite Außenwand 115b in der 5 weist die Stufen auf der oberen Oberfläche auf. Es ist jedoch lediglich erforderlich, dass die Stufen auf mindestens einer der oberen und unteren Oberflächen bereitgestellt werden. Eine erste Sammelelektrode 142a in der 5 weist Stufen auf, die den Stufen der zweiten Außenwand 115b entsprechen, jedoch ist die Dicke der ersten Sammelelektrode 142a konstant. Die Höhe der Stufen der ersten Sammelelektrode 142a kann jedoch vergrößert werden, so dass eine dünne zentrale Wandform gebildet wird, deren Dicke in dem zentralen Abschnitt geringer ist. Entsprechend kann, obwohl eine zweite Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 144b in der 5 eine konstante Dicke aufweist, die zweite Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 144b eine dünne zentrale Wandform mit Stufen aufweisen.
  • In der vorstehenden Ausführungsform weisen die erste bis dritte Wand 15a bis 15c, bei denen es sich um die Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds handelt, jeweils die dünne zentrale Wandform auf, jedoch ist dies keine Beschränkung. Mindestens eine der ersten bis dritten Wand 15a bis 15c kann die dünne zentrale Wandform aufweisen oder es müssen nicht alle davon die dünne zentrale Wandform aufweisen.
  • In der vorstehenden Ausführungsform weisen die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d, bei denen es sich um die Wand mit angeordneten Sammelelektroden handelt, jeweils die dünne zentrale Wandform auf, jedoch ist dies keine Beschränkung. Mindestens eine davon kann die dünne zentrale Wandform aufweisen. Beispielsweise ist die dritte Sammelelektrode 42c von der Mehrzahl von Sammelelektroden 42, die am nächsten an der Heizeinrichtungselektrode 62 vorliegt, auf der vierten Wand 15d von der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d angeordnet, und die vierte Wand 15d muss die dünne zentrale Wandform nicht aufweisen. Alternativ ist die erste Sammelelektrode 42a von der Mehrzahl von Sammelelektroden 42, die am weitesten von der Heizeinrichtungselektrode 62 entfernt ist, auf der zweiten Wand 15b von der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d angeordnet, und mindestens die zweite Wand 15b kann die dünne zentrale Wandform aufweisen.
  • In der vorstehenden Ausführungsform ist in jeder der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d die Dicke des zentralen Abschnitts geringer als diejenige anderer Abschnitte in jedwedem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13, jedoch ist dies keine Beschränkung. Wenn die Wände mit angeordneten Sammelelektroden (beispielsweise die zweite bis vierte Wand 15b bis 15d) die dünne zentrale Wandform aufweisen, kann jede davon die dünne zentrale Wandform in einem Querschnitt aufweisen, der mindestens durch die darauf angeordnete entsprechende Sammelelektrode 42 und senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 verläuft. Wenn jedoch die Wände mit angeordneter Sammelelektrode die dünne zentrale Wandform aufweisen, ist es bevorzugt, dass die Dicke des zentralen Abschnitts von jeder davon geringer ist als die Dicke anderer Abschnitte in jedwedem Querschnitt, der durch die darauf angeordnete entsprechende Sammelelektrode 42 und senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 verläuft. Dies gilt auch für die Wände mit angeordneten Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds (beispielsweise die erste bis dritte Wand 15a bis 15c).
  • In der vorstehenden Ausführungsform sind die Verbindungswandabschnitte 70a bis 70d so ausgebildet, dass sie die dünne zentrale Wandform aufweisen, jedoch ist dies keine Beschränkung. Wenn ein Verbindungswandabschnitt mit einer Verbindungsoberfläche, die mindestens zwei der Mehrzahl von freiliegenden Elektroden, die in das Teilchenerfassungselement 11 einbezogen sind, verbindet, die dünne zentrale Wandform aufweist, können Effekte wie z.B. das Verhindern der Bildung eines Kurzschlusspfads zwischen den zwei Elektroden und die schnelle Erholung von einem Kurzschlusszustand erhalten werden. Beispielsweise ist ein Abschnitt der vierten Schicht 14d, der sich auf der rechten Seite des verzweigten Strömungsdurchgangs 13b in der 3 befindet, eine rechte Seitenwand, welche die rechte Seitenoberfläche des verzweigten Strömungsdurchgangs 13b aufweist. Wenn die rechte Seitenoberfläche eine dünne zentrale Wandform aufweist (eine Form, deren Dicke in dem zentralen Abschnitt in Bezug auf die vertikale Richtung geringer ist als in anderen Abschnitten), können die vorstehend genannten Effekte in einem Abschnitt zwischen der ersten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a und der ersten Sammelelektrode 42a erhalten werden.
  • In der vorstehenden Ausführungsform sind in jeder der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d Abschnitte der oberen und unteren Oberflächen, die auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet sind, gekrümmte Oberflächen, jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise kann in jeder der ersten und der zweiten Wand 15a und 15d, die als Außenwände dienen, mindestens einer eines Abschnitts, der auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet ist, und der Außenoberfläche gekrümmt sein. Die 6 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Gehäuses 112 in einer Modifizierung in dem vorstehenden Fall. In der ersten und der zweiten Wand 115a und 115b in der 6 sind sowohl ein Abschnitt, der auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet ist, als auch die Außenoberfläche gekrümmt. Jede der zweiten und der dritten Wand 15b und 15c, die als Trenneinrichtungen dienen, weist zwei Abschnitte auf, die auf den Gasströmungsdurchgang 13 gerichtet sind, und einer davon muss nicht gekrümmt sein.
  • In der vorstehenden Ausführungsform liegen die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 zu dem Gasströmungsdurchgang 13 frei, jedoch ist dies keine Beschränkung. Die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 können in dem Gehäuse 12 eingebettet sein. In diesem Fall müssen die Wände mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds und die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 nicht die dünne zentrale Wandform aufweisen. Anstelle der ersten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a kann ein Paar von Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds so in dem Gehäuse 12 angeordnet sein, dass es die Sammelelektrode 42a vertikal sandwichartig umgibt, und die geladenen Teilchen P können durch ein elektrisches Feld, das durch eine Spannung erzeugt wird, die zwischen dem Paar von Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds angelegt wird, in die Richtung der ersten Sammelelektrode 42a bewegt werden. Dies gilt auch für die zweite bis vierte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44b bis 44d.
  • In der vorstehenden Ausführungsform ist eine Sammelelektrode 42 auf jeder der zweiten bis vierten Wand 15b bis 15d angeordnet, jedoch ist dies keine Beschränkung. Es ist lediglich erforderlich, dass mindestens eine Sammelelektrode 42 auf jeder der Wände mit angeordneter Sammelelektrode angeordnet ist.
  • In der vorstehenden Ausführungsform weist ein Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs 13, der senkrecht zu der Mittelachse ist, im Wesentlichen eine rechteckige Form auf, jedoch ist dies keine Beschränkung. Es ist lediglich erforderlich, dass der Gasströmungsdurchgang 13 eine Form aufweist, bei der die Konzentration der Teilchen 17 in dem Gas in einem Bereich nahe an der Mittelachse höher ist. Mit anderen Worten, es ist lediglich erforderlich, dass der Gasströmungsdurchgang 13 eine Form aufweist, bei der die Teilchen 17 leichter an Abschnitten der Sammelelektroden 42 haften, die nahe an der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 vorliegen, als an anderen Abschnitten. Beispielsweise kann ein Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs 13, der senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs 13 ist, eine elliptische Form oder eine polygonale Form aufweisen, die von der rechteckigen Form verschieden ist.
  • In der vorstehenden Ausführungsform sind die Stapelrichtung der ersten bis elften Schicht 14a bis 14k und die Dickenrichtung der ersten bis vierten Wand 15a bis 15d und der Sammelelektroden 42 beide die vertikale Richtung, jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise können die Stapelrichtung und die Dickenrichtung senkrecht zueinander sein. Das Gehäuse 12 muss kein Schichtkörper sein.
  • In der vorstehenden Ausführungsform umfasst die Heizeinrichtung 60 die Heizeinrichtungselektrode 62, die in der vierten Wand 15d eingebettet ist, jedoch ist dies keine Beschränkung. Die Heizeinrichtung 60 kann zu dem Gasströmungsdurchgang 13 freiliegen. Die Heizeinrichtung 60 kann ferner eine Heizeinrichtungselektrode umfassen, die in der ersten Wand 15a eingebettet ist, d.h., sie kann eine Mehrzahl der Heizeinrichtungselektroden umfassen.
  • In der vorstehenden Ausführungsform umfasst die Sammeleinrichtung 40 die Mehrzahl von Sammelelektroden 42 und die Mehrzahl von Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44, jedoch ist dies keine Beschränkung. Es ist lediglich erforderlich, dass die Sammeleinrichtung 40 mindestens eine Sammelelektrode 42 und mindestens eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 umfasst. Die verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d können so bereitgestellt sein, dass sie der Anzahl der Sammelelektroden 42 entsprechen. Beispielsweise muss in den 2 und 3 das Gehäuse 12 nicht die zweite Wand 15b und die dritte Wand 15c aufweisen, die als Trenneinrichtungen dienen, und die Sammeleinrichtung 40 kann nur eine Sammelelektrode 42 (die dritte Sammelelektrode 42c in diesem Fall) und eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 (die erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a in diesem Fall) aufweisen. Jede der Sammelelektroden 42 ist auf eine entsprechende Elektrode der Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 gerichtet, jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise kann die Anzahl von Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 kleiner sein als die Anzahl von Sammelelektroden 42. Beispielsweise können in der 2 die zweite und die dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44b und 44c weggelassen werden und die geladenen Teilchen P können durch das elektrische Feld, das durch die erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a erzeugt wird, in der Richtung der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c bewegt werden. Jede der ersten bis dritten Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c bewirkt, dass sich die Teilchen P abwärts bewegen, jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise können die erste Sammelelektrode 42a und die erste Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a in der 2 umgekehrt angeordnet sein.
  • In der vorstehenden Ausführungsform sind die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c mit einem Amperemeter 52 verbunden, jedoch ist dies keine Beschränkung. Die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c können mit jeweiligen Amperemetern 52 verbunden sein. Auf diese Weise kann die Recheneinheit 54 die Anzahl von Teilchen 17, die an der ersten bis dritten Sammelelektrode 42a bis 42c haften, getrennt berechnen. In diesem Fall können beispielsweise durch Anlegen von verschiedenen Spannungen an die erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c oder unter Verwendung von verzweigten Strömungsdurchgängen 13b bis 13d mit verschiedenen Durchgangsdicken (die vertikalen Höhen in den 2 und 3) die erste bis dritte Sammelelektrode 42a bis 42c Teilchen 17 mit jeweils verschiedenen Teilchendurchmessern sammeln.
  • In der vorstehenden Ausführungsform wird die Spannung V1 an die erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44a bis 44c angelegt, jedoch muss keine Spannung daran angelegt werden. Selbst wenn die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 kein elektrisches Feld erzeugen, kann dann, wenn die Durchgangsdicke der verzweigten Strömungsdurchgänge 13b bis 13d auf einen sehr kleinen Wert eingestellt ist (z.B. 0,01 mm oder mehr und weniger als 0,2 mm), bewirkt werden, dass geladene Teilchen P mit einem relativ kleinen Durchmesser bei einer starken Brown'schen Bewegung mit den Sammelelektroden 42 zusammenstoßen. Die Sammelelektroden 42 können dadurch die geladenen Teilchen P sammeln. In diesem Fall muss das Teilchenerfassungselement 11 die Elektroden zum Erzeugen eines elektrischen Felds 44 nicht umfassen.
  • In der vorstehenden Ausführungsform kann einer des ersten und des zweiten elektrische Ladung-Erzeugers 20a und 20b weggelassen werden. Die Induktionselektroden 24a und 24b sind in dem Gehäuse 12 eingebettet. Wenn jedoch eine Dielektrikumschicht zwischen einer Entladungselektrode und einer Induktionselektrode vorliegt, kann die Induktionselektrode dem Gasströmungsdurchgang 13 ausgesetzt sein. In der vorstehenden Ausführungsform umfasst der verwendete elektrische Ladung-Erzeuger 20 die Entladungselektroden 21a und 21b und die Induktionselektroden 24a und 24b, jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise kann ein elektrische Ladung-Erzeuger, der eine nadelförmige Elektrode und eine Gegenelektrode umfasst, die so angeordnet ist, dass sie auf die nadelförmige Elektrode gerichtet ist, wobei der Gasströmungsdurchgang 13 dazwischen angeordnet ist, eingesetzt werden. In diesem Fall tritt, wenn eine Hochspannung (z.B. eine Gleichspannung oder eine Hochfrequenz-Pulsspannung) zwischen der nadelförmigen Elektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, eine Luftentladung (Koronaentladung in diesem Fall) aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen den zwei Elektroden auf. Wenn das Gas durch die Luftentladung hindurchtritt, werden den Teilchen 17 in dem Gas Ladungen 18 zugeführt, so dass geladene Teilchen P gebildet werden, wie dies in der vorstehenden Ausführungsform der Fall ist. Beispielsweise kann die nadelförmige Elektrode auf einer der ersten und vierten Wand 15a und 15d angeordnet werden und die Gegenelektrode kann auf der anderen angeordnet werden.
  • In der vorstehenden Ausführungsform sind die Sammelelektroden 42 auf der stromabwärtigen Seite des elektrische Ladung-Erzeugers 20 in Bezug auf die Gasströmung innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet, und das Gas, das die Teilchen 17 enthält, wird von der stromaufwärtigen Seite des ladungserzeugenden Elements 20 in das Gehäuse 12 eingeführt. Diese Struktur ist jedoch keine Beschränkung. In der vorstehenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Sammelziel der Sammelelektroden 42 um die geladenen Teilchen P, jedoch kann es sich bei dem Sammelziel um Ladungen 18 handeln, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind. Beispielsweise können ein Teilchenerfassungselement 711 in einer Modifizierung, die in der 10 gezeigt ist, und eine Struktur eines Teilchendetektors 710, der das Teilchenerfassungselement 711 umfasst, verwendet werden. Das Teilchenerfassungselement 711 umfasst nicht die Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung 30 und umfasst einen elektrische Ladung-Erzeuger 720, eine Sammeleinrichtung 740 und einen Gasströmungsdurchgang 713 anstelle des elektrische Ladung-Erzeugers 20, der Sammeleinrichtung 40 und des Gasströmungsdurchgangs 13. Das Gehäuse 12 des Teilchenerfassungselements 711 umfasst die Trenneinrichtungen nicht. Der elektrische Ladung-Erzeuger 720 umfasst eine Entladungselektrode 721 und eine Gegenelektrode 722, die so angeordnet ist, dass sie auf die Entladungselektrode 721 gerichtet ist. Eine Hochspannung wird von der Entladungsstromquelle 29 zwischen der Entladungselektrode 721 und der Gegenelektrode 722 angelegt. Der Teilchendetektor 710 umfasst ein Amperemeter 28, das einen Strom misst, wenn die Entladungsstromquelle 29 die Spannung anlegt. Die Sammeleinrichtung 740 umfasst: Eine Sammelelektrode 742, die auf der Innenumfangsoberfläche des Gasströmungsdurchgangs 713 des Gehäuses 12 auf der gleichen Seite angeordnet ist wie die Seite, auf der die Gegenelektrode 722 angeordnet ist (die Oberseite in diesem Fall); und eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 744, die in dem Gehäuse 12 eingebettet ist und die unterhalb der Sammelelektrode 742 angeordnet ist. Die Sammelelektrode 742 ist mit dem Detektor 50 verbunden und die Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 744 ist mit der Sammelstromquelle 49 verbunden. Das Potenzial der Gegenelektrode 722 kann mit dem Potenzial der Sammelelektrode 742 identisch sein. Der Gasströmungsdurchgang 713 umfasst einen Lufteinlass 713e, einen Gaseinlass 713a, einen Mischbereich 713f und einen Gasauslass 713g. Der Lufteinlass 713e führt ein Gas (Luft in diesem Fall), das keine Teilchen 17 enthält, derart in das Gehäuse 12 ein, dass das Gas durch den elektrische Ladung-Erzeuger 20 hindurchtritt. Der Gaseinlass 713a führt ein Gas, das die Teilchen 17 enthält, derart in das Gehäuse 12 ein, dass das Gas nicht durch den elektrische Ladung-Erzeuger 20 hindurchtritt. Der Mischbereich 713f ist stromabwärts von dem elektrische Ladung-Erzeuger 720, jedoch stromaufwärts von der Sammeleinrichtung 740 angeordnet, und die Luft von dem Lufteinlass 713e und das Gas von dem Gaseinlass 713a werden in dem Mischbereich 713f gemischt. Der Gasauslass 713g gibt das Gas, das durch den Mischbereich 713f und die Sammeleinrichtung 740 hindurchtritt, zu der Außenseite des Gehäuses 12 ab. In diesem Teilchendetektor 710 sind die Größe der Sammelelektrode 742 und die Intensität des elektrischen Felds auf der Sammelelektrode 742 (d.h., die Größe der Spannung V1) so eingestellt, dass die geladenen Teilchen P von dem Gasauslass 713g abgegeben werden, ohne durch die Sammelelektrode 742 gesammelt zu werden, und dass Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, durch die Sammelelektrode 742 gesammelt werden.
  • In dem so ausgebildeten Teilchendetektor 710 in der 7 findet dann, wenn die Entladungsstromquelle 29 eine Spannung derart zwischen der Entladungselektrode 721 und der Gegenelektrode 722 anlegt, dass die Seite der Entladungselektrode 721 ein höheres Potenzial aufweist, eine Luftentladung in der Nähe der Entladungselektrode 721 statt. In diesem Fall werden Ladungen 18 in der Luft zwischen der Entladungselektrode 721 und der Gegenelektrode 722 erzeugt und den Teilchen 17 in dem Gas innerhalb des Mischbereichs 713f zugeführt. Daher kann der elektrische Ladung-Erzeuger 720 die Teilchen 17 in die geladenen Teilchen P umwandeln, wie dies bei dem elektrische Ladung-Erzeuger 20 der Fall ist, obwohl das Gas, das die Teilchen 17 enthält, nicht durch den elektrische Ladung-Erzeuger 720 hindurchtritt.
  • In dem Teilchendetektor 710 in der 7 verursacht die Spannung V1, die durch die Sammelstromquelle 49 angelegt wird, die Erzeugung eines elektrischen Felds, das von der Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds 744 zu der Sammelelektrode 742 gerichtet ist, und die Sammelelektrode 742 sammelt dadurch das Sammelziel (die Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, in diesem Fall). Die geladenen Teilchen P werden nicht durch die Sammelelektrode 742 gesammelt und von dem Gasauslass 713g abgegeben. Die Recheneinheit 54 erhält als Eingabe den Stromwert auf der Basis der Ladungen 18, die durch die Sammelelektrode 742 gesammelt worden sind, von dem Amperemeter 52 und erfasst die Anzahl von Teilchen 17 in dem Gas auf der Basis des eingegebenen Stromwerts. Beispielsweise bestimmt die Recheneinheit 54 die Anzahl von Ladungen 18 (die Anzahl von übertragenen Ladungen), die durch den Gasströmungsdurchgang 13 übertragen werden, ohne durch die Sammelelektrode 742 gesammelt zu werden, und zwar durch Ableiten der Stromdifferenz zwischen einem Stromwert, der durch das Amperemeter 28 gemessen wird, und einem Stromwert, der durch das Amperemeter 52 gemessen wird, und Dividieren des abgeleiteten Stromdifferenzwerts durch die Elementarladung. Dann berechnet die Recheneinheit 54 die Anzahl Nt von Teilchen 17 in dem Gas durch Dividieren der Anzahl von übertragenen Ladungen durch die durchschnittliche Anzahl von Ladungen 18 (die durchschnittliche Ladungsanzahl), die einem Teilchen 17 zugeführt worden sind. Selbst wenn es sich bei dem Sammelziel der Sammelelektrode 742 nicht um die geladenen Teilchen P, sondern um die Ladungen 18 handelt, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, wie es vorstehend beschrieben ist, kann die Anzahl von Teilchen 17 in dem Gas unter Verwendung des Teilchenerfassungselements 711 erfasst werden, da es eine Korrelation zwischen der Anzahl von Sammelzielgegenständen, die durch die Sammelelektrode 742 gesammelt werden, und der Anzahl von Teilchen 17 in dem Gas gibt.
  • In dem Teilchendetektor 710 in der 7 handelt es sich bei dem Sammelziel der Sammelelektrode 742 nicht um die geladenen Teilchen P, sondern um die Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt werden. Selbst in diesem Fall können die Teilchen 17 während der Verwendung des Teilchenerfassungselements 711 nach und nach an der Sammelelektrode 742 haften. In dem Teilchendetektor 710 weist wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die erste Wand 15a des Gehäuses 12, die eine Wand mit angeordneter Sammelelektrode ist, auf der die Sammelelektrode 742 angeordnet ist, die dünne zentrale Wandform auf. Daher können in dem Teilchenerfassungselement 711 wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Teilchen 17, die an der Sammelelektrode 742 haften, in einer kürzeren Zeit entfernt werden. Wenn es sich bei dem Sammelziel der Sammelelektrode 742 um die Ladungen 18 handelt, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, kann die Recheneinheit 54 die Anzahl der Teilchen 17 in dem Gas selbst während des Verbrennens der Teilchen 17 durch die Heizeinrichtung 60 erfassen. Wenn jedoch eine große Anzahl von Teilchen 17 an der Sammelelektrode 742 haftet, kann sich die Genauigkeit der Erfassung der Anzahl von Teilchen 17 aufgrund des Einflusses der Teilchen 17 auf den Strom des Gases in dem Gasströmungsdurchgang 13 verschlechtern. Die Erfassungsgenauigkeit kann sich aufgrund einer Zunahme der Temperatur in dem Gehäuse 12 verschlechtern, die durch die Heizeinrichtung 60 verursacht wird. Daher ist es auch bei dem Teilchenerfassungselement 711 bevorzugt, die Teilchen 17, die an der Sammelelektrode 742 haften, in einer kürzeren Zeit zu entfernen.
  • In dem Teilchenerfassungselement 711 in der 7 kann das Sammelverhältnis von Ladungen 18 im Vorhinein unter Berücksichtigung des Anteils der Ladungen 18, die nicht durch die Sammelelektrode 742 gesammelt worden sind, an den Ladungen 18, die nicht den Teilchen 17 zugeführt worden sind, bestimmt werden. In diesem Fall kann die Recheneinheit 54 die Stromdifferenz durch Subtrahieren eines Werts, der durch Dividieren des Stromwerts, der durch das Amperemeter 52 gemessen worden ist, durch das Sammelverhältnis erhalten wird, von dem Stromwert, der durch das Amperemeter 28 gemessen worden ist, ableiten. Der Teilchendetektor 710 muss das Amperemeter 28 nicht umfassen. In diesem Fall stellt beispielsweise die Recheneinheit 54 die Spannung, die von der Entladungsstromquelle 29 angelegt wird, so ein, dass eine vorgegebene Anzahl von Ladungen 18 pro Zeiteinheit erzeugt wird. Die Recheneinheit 54 leitet die Stromdifferenz zwischen einem vorgegebenen Stromwert (dem Stromwert, welcher der vorgegebenen Anzahl von Ladungen 18 entspricht, die durch den elektrische Ladung-Erzeuger 720 erzeugt werden) und dem Stromwert, der durch das Amperemeter 52 gemessen wird, ab.
  • In der vorstehenden Ausführungsform erfasst der Detektor 50 die Anzahl von Teilchen 17 in dem Gas, jedoch ist dies keine Beschränkung. Der Detektor 50 kann die Teilchen 17 in dem Gas erfassen. Beispielsweise muss der Detektor 50 nicht die Anzahl der Teilchen 17 in dem Gas erfassen, sondern kann die Menge der Teilchen 17 in dem Gas erfassen. Beispiele für die Menge der Teilchen 17 umfassen zusätzlich zu der Anzahl der Teilchen 17 die Masse der Teilchen 17 und die Oberfläche der Teilchen 17. Wenn der Detektor 50 die Masse der Teilchen 17 in dem Gas erfasst, kann die Recheneinheit 54 die Masse der Teilchen 17 in dem Gas beispielsweise durch Multiplizieren der Anzahl Nt von Teilchen 17 mit der Masse (z.B. der durchschnittlichen Masse) eines Teilchens 17 bestimmen. Alternativ kann das Verhältnis zwischen der Menge von akkumulierten Ladungen und der Gesamtmasse von gesammelten geladenen Teilchen P im Vorhinein als Kennfeld in der Recheneinheit 54 gespeichert werden und die Recheneinheit 54 kann die Masse der Teilchen 17 in dem Gas direkt von der Menge von akkumulierten Ladungen unter Verwendung des Kennfelds ableiten. Wenn die Recheneinheit 54 die Oberfläche der Teilchen 17 in dem Gas bestimmt, kann ein Verfahren verwendet werden, das dem Verfahren zum Bestimmen der Masse der Teilchen 17 in dem Gas ähnlich ist. Wenn es sich bei dem Sammelziel der Sammelelektroden 42 um Ladungen 18 handelt, die nicht den Teilchen 17 zugeführt werden, kann der Detektor 50 die Masse oder die Oberfläche der Teilchen 17 unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens erfassen.
  • In der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform wird die Anzahl der positiv geladenen Teilchen P gemessen. Die Anzahl der Teilchen 17 kann jedoch in einer entsprechenden Weise gemessen werden, wenn die geladenen Teilchen P negativ geladen sind.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-171120 , die am 6. September 2017 eingereicht worden ist und deren gesamter Inhalt unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist für einen Teilchendetektor verwendbar, der Teilchen erfasst, die in einem Gas (beispielsweise einem Abgas von einem Kraftfahrzeug) enthalten sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 10 Teilchendetektor, 11 Teilchenerfassungselement, 12 Gehäuse, 13 Gasströmungsdurchgang, 13a Gaseinlass, 13b bis 13d Verzweigter Strömungsdurchgang, 14a bis 14k Erste bis elfte Schicht, 15a bis 15d Erste bis vierte Wand, 17 Teilchen, 18 Ladung, 19 Anschluss, 20 Elektrische Ladung-Erzeuger, 20a, 20b Erster und zweiter elektrische Ladung-Erzeuger, 21a, 21b Entladungselektrode, 22 Vorwölbung, 24a, 24b Induktionselektrode, 29 Entladungsstromquelle, 30 Einheit zur Entfernung überschüssiger elektrischer Ladung, 32 Anlegeelektrode, 34 Entfernungselektrode, 39 Entfernungsstromquelle, 40 Sammeleinrichtung, 42 Sammelelektrode, 42a bis 42c Erste bis dritte Sammelelektrode, 44 Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, 44a bis 44c Erste bis dritte Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, 49 Sammelstromquelle, 50 Detektor, 52 Amperemeter, 54 Recheneinheit, 60 Heizeinrichtung, 62 Heizeinrichtungselektrode, 69 Heizeinrichtungsstromquelle, 70a bis 70d Verbindungswandabschnitt, 72a bis 72d Verbindungsoberfläche, 112 Gehäuse, 115a, 115b, 115d Erste, zweite und vierte Wand, 142a Erste Sammelelektrode, 144b Zweite Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, 710 Teilchendetektor, 711 Teilchenerfassungselement, 713 Gasströmungsdurchgang, 713a Gaseinlass, 713e Lufteinlass, 713f Mischbereich, 713g Gasauslass, 720 Elektrische Ladung-Erzeuger, 721 Entladungselektrode, 722 Gegenelektrode, 740 Sammeleinrichtung, 742 Sammelelektrode, 744 Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, P Geladenes Teilchen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/146456 [0003]
    • JP 2017171120 [0074]

Claims (9)

  1. Teilchenerfassungselement, das zum Erfassen von Teilchen in einem Gas verwendet wird, wobei das Teilchenerfassungselement umfasst: ein Gehäuse mit einem Gasströmungsdurchgang, durch den das Gas hindurchtritt; eine Einheit zum Erzeugen von elektrischer Ladung, die Ladungen, die durch eine Entladung erzeugt werden, den Teilchen in dem Gas zuführt, das in das Gehäuse eingeführt worden ist, wodurch geladene Teilchen gebildet werden; eine Sammeleinheit, die mindestens eine Sammelelektrode umfasst, die derart innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass sie zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und ein Sammelziel sammelt, bei dem es sich um die geladenen Teilchen oder die Ladungen handelt, die den Teilchen nicht zugeführt worden sind; und eine Erwärmungseinheit, welche die Sammelelektrode erwärmt, wobei das Gehäuse mindestens eine Wand mit angeordneter Sammelelektrode umfasst, auf der mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode angeordnet ist, und wobei mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode eine dünne zentrale Wandform aufweist, deren Dicke in einem Querschnitt senkrecht zu einer Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs in einem zentralen Abschnitt kleiner ist als in anderen Abschnitten.
  2. Teilchenerfassungselement nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse eine Trenneinrichtung umfasst, die den Gasströmungsdurchgang trennt, und wobei mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform als Trenneinrichtung dient.
  3. Teilchenerfassungselement nach Anspruch 2, bei dem das Gehäuse eine Mehrzahl der Wände mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform umfasst, und bei dem mindestens eine der Wände mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform als Außenwand des Gehäuses dient.
  4. Teilchenerfassungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Sammelelektrode mit der dünnen zentralen Wandform eine Form aufweist, deren Dicke in dem Querschnitt in der Richtung des zentralen Abschnitts allmählich abnimmt.
  5. Teilchenerfassungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens eine der mindestens einen Sammelelektrode die dünne zentrale Wandform aufweist.
  6. Teilchenerfassungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Sammeleinheit mindestens eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds umfasst, die zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und ein elektrisches Feld erzeugt, das bewirkt, dass sich das Sammelziel in die Richtung von mindestens einer der mindestens einen Sammelelektrode bewegt, das Gehäuse mindestens eine Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds umfasst, auf der mindestens eine der mindestens einen Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds angeordnet ist, und mindestens eine der mindestens einen Wand mit angeordneter Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds die dünne zentrale Wandform aufweist.
  7. Teilchenerfassungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Querschnitt des Gasströmungsdurchgangs, der senkrecht zu der Mittelachse des Gasströmungsdurchgangs ist, eine rechteckige Form aufweist.
  8. Teilchenerfassungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Teilchenerfassungselement eine Mehrzahl von freiliegenden Elektroden umfasst, die zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegen und die mindestens eine Sammelelektrode umfassen, das Gehäuse einen Verbindungswandabschnitt mit der dünnen zentralen Wandform aufweist und eine Verbindungsoberfläche aufweist, die ein Teil einer Innenumfangsoberfläche ist, die zu dem Gasströmungsdurchgang freiliegt und mindestens zwei der Mehrzahl von freiliegenden Elektroden miteinander verbindet, und bei dem die Erwärmungseinheit den Verbindungswandabschnitt erwärmt.
  9. Teilchendetektor, umfassend: das Teilchenerfassungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und eine Erfassungseinheit, welche die Teilchen auf der Basis einer physikalischen Größe erfasst, die gemäß dem Sammelziel, das durch die Sammelelektrode gesammelt wird, variiert.
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