DE112019000725T5 - Teilchennachweisvorrichtung - Google Patents

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Keiichi Kanno
Hidemasa Okumura
Kazuyuki Mizuno
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Abstract

Eine Teilchennachweisvorrichtung 10 umfasst ein Keramikgehäuse 22, einen Ladungsgenerator 30, der eine elektrische Ladung 28, die in Übereinstimmung mit einer elektrischen Entladung erzeugt wird, zu Teilchen 26 in einem Gas hinzufügt, das in einen Gaskanal 24 eingeführt wird, um die Teilchen 26 in geladene Teilchen P zu verwandeln, einen Kollektor 50, der die geladenen Teilchen sammelt, und eine Zahlenmessvorrichtung 64, die die Anzahl der Teilchen auf der Grundlage eines elektrischen Stroms erfasst, der sich in Übereinstimmung mit den durch den Kollektor 50 gesammelten geladenen Teilchen P ändert. Der Kollektor 50 weist eine Sammelelektrode 54 auf, die im Gaskanal 24 freiliegt, und eine Gegenelektrode 52, die der Sammelelektrode 54 zugewandt ist, wobei der Gaskanal 24 dazwischen liegt, und sammelt die geladenen Teilchen P auf der Sammelelektrode 54, indem er ein elektrisches Feld nutzt, das zwischen der Sammelelektrode 54 und der Gegenelektrode 52 entsprechend einer zwischen der Sammelelektrode 54 und der Gegenelektrode 52 angelegten Spannung erzeugt wird. Das Gehäuse 22 hat eine Schutzelektrode, die einen Leckstrom absorbiert, der von der Gegenelektrode 52 über das Gehäuse 22 zur Sammelelektrode 54 fließt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Teilchennachweisvorrichtungen.
  • Technischer Hintergrund
  • Eine bekannte Teilchennachweisvorrichtung beinhaltet ein Keramikgehäuse mit einem Gaskanal, einen Ladungsgenerator, der gemäß der elektrischen Entladung erzeugte elektrische Ladung zu Teilchen in Gas hinzufügt, die in den Gaskanal eingeführt werden, um die Teilchen in geladene Teilchen umzuwandeln, einen Kollektor, der stromabwärts des elektrischen Feld-Generators innerhalb des Gaskanals vorgesehen ist und der die geladenen Teilchen sammelt, und eine Zahlenmesseinheit, die die Anzahl der Teilchen basierend auf der Menge der elektrischen Ladung in den gesammelten geladenen Teilchen misst (zum Beispiel siehe Patentliteratur 1). Der Kollektor hat eine im Gaskanal freiliegende Sammelelektrode und eine der Sammelelektrode zugewandte Gegenelektrode mit dem dazwischen liegenden Gaskanal. Die Sammelelektrode sammelt die geladenen Teilchen unter Ausnutzung eines elektrischen Feldes, das im Gaskanal zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode durch Anlegen einer Spannung zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode erzeugt wird. Die Menge der elektrischen Ladung in den gesammelten geladenen Teilchen wird als ein winziger elektrischer Strom (zum Beispiel mehrere pA) erfasst.
  • Zitatenliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2015/146456 Druckexemplar
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wenn jedoch eine Spannung zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, fließt eine geringe Menge Leckstrom von einer der beiden der Sammelelektrode und der Gegenelektrode über das Keramikgehäuse zur anderen und der Leckstrom kann sich auf einen sehr kleinen Nachweisstrom auswirken, der der Menge der von der Sammelelektrode gesammelten geladenen Teilchen entspricht. Daher ist es schwierig, die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenmenge zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte, um das vorstehend genannte Problem zu lösen und eine Hauptaufgabe besteht darin, die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenmenge zu verbessern.
  • Lösung des Problems
  • Um die vorstehend erwähnte Hauptaufgabe zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen.
  • Eine Teilchennachweisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dient zum Nachweis von Teilchen in Gas und enthält: ein Gehäuse mit einem Gaskanal, durch den das Gas gelangt; einen Ladungsgenerator, der gemäß einer elektrischen Entladung erzeugte elektrische Ladung zu den Teilchen in dem in den Gaskanal eingeführten Gas hinzufügt, um die Teilchen in geladene Teilchen umzuwandeln; einen Kollektor, der stromabwärts, in einem Gasstrom, des elektrischen Feld-Generators innerhalb des Gaskanals vorgesehen ist und der ein Sammelziel sammelt, wobei das Sammelziel eine der elektrischen Ladungen der geladenen Teilchen ist, die die Teilchen nicht geladen hat; und einen Detektor, der eine Menge der Teilchen auf der Grundlage einer physikalischen Menge nachweist, die sich gemäß dem durch den Kollektor gesammelten Sammelziel ändert. Der Kollektor hat eine Sammelelektrode, die im Gaskanal freiliegt, und eine Gegenelektrode, die der Sammelelektrode zugewandt ist, wobei der Gaskanal dazwischen angeordnet ist, und sammelt das Sammelziel auf der Sammelelektrode unter Ausnutzung eines elektrischen Feldes, das zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode im Gaskanal erzeugt wird, indem eine Spannung zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode angelegt wird. Das Gehäuse hat eine leckstromabsorbierende Elektrode, die einen Leckstrom absorbiert, der von einer der Sammelelektrode und der Gegenelektrode über das Gehäuse zur anderen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode fließt.
  • Bei dieser Teilchennachweisvorrichtung erzeugt der Ladungsgenerator elektrische Ladung, um die Teilchen in dem in den Gaskanal eingeleiteten Gas in geladene Teilchen umzuwandeln und der Kollektor sammelt das Sammelziel, das entweder aus den geladenen Teilchen oder der überschüssigen elektrischen Ladung besteht. Der Detektor weist die Teilchenmenge auf der Grundlage der physikalischen Menge nach, die sich gemäß dem vom Kollektor gesammelten Sammelziel ändert. Die leckstromabsorbierende Elektrode absorbiert den Leckstrom, der von der Sammelelektrode oder der Gegenelektrode über das Gehäuse zu der anderen fließt. Ein solcher Leckstrom wirkt sich auf die physikalische Größe aus, die sich entsprechend dem vom Kollektor gesammelten Sammelziel ändert, aber von der leckstromabsorbierenden Elektrode absorbiert wird. Daher kann die physikalische Größe, die sich gemäß dem vom Kollektor gesammelten Sammelziel ändert, genau bestimmt werden, wodurch die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenmenge erhöht werden kann.
  • In dieser Beschreibung beinhaltet „elektrische Ladung“ neben der positiven elektrischen Ladung und der negativen elektrischen Ladung auch Ionen. Eine „physikalische Größe“ kann ein Parameter sein, der sich gemäß dem Sammelziel ändert, und kann zum Beispiel ein elektrischer Strom sein. Eine „Teilchenmenge“ ist zum Beispiel die Anzahl, Masse oder Oberfläche von Teilchen.
  • In der erfindungsgemäßen Teilchennachweisvorrichtung kann die leckstromabsorbierende Elektrode mit Masse verbunden sein. Dadurch kann der Leckstrom zuverlässig nach außen abgeleitet werden. Die Masse kann eine Rahmenmasse, wie zum Beispiel ein Metallgehäuse oder ein Chassis, oder die Erdungsmasse sein.
  • In der erfindungsgemäßen Teilchennachweisvorrichtung kann die leckstromabsorbierende Elektrode so vorgesehen sein, dass sie einen elektrischen Strompfad zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode innerhalb des Gehäuses blockiert. Entsprechend kann der Leckstrom zuverlässig absorbiert werden. In diesem Fall kann zumindest ein Teil des elektrischen Strompfades aus einem keramischen Material bestehen, und die leckstromabsorbierende Elektrode kann an dem aus dem keramischen Material bestehenden Teil vorgesehen sein. Obwohl der Teil, der aus dem keramischen Material besteht, einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand aufweist, kann möglicherweise eine kleine Menge elektrischer Strom durch diesen Teil fließen. Daher ist es wichtig, dieses Teil mit der leckstromabsorbierenden Elektrode zu versehen. Außerdem kann die leckstromabsorbierende Elektrode von dem aus dem keramischen Material bestehenden Teil zu einer inneren Oberfläche des Gehäuses oder von dem aus dem keramischen Material bestehenden Teil zu der inneren Oberfläche des Gehäuses und zu einer äußeren Oberfläche des Gehäuses geführt werden. Dementsprechend kann die leckstromabsorbierende Elektrode einen Leckstrom, der durch das Innere des Gehäuses fließt, und einen Leckstrom, der entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses (d.h. der im Gaskanal freiliegenden Oberfläche) fließt, absorbieren, und sie kann weiter einen Leckstrom absorbieren, der entlang der äußeren Oberfläche des Gehäuses fließt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Teilchennachweisvorrichtung kann die leckstromabsorbierende Elektrode an einer inneren Oberfläche des Gehäuses vorgesehen sein. Dementsprechend kann ein entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses fließender Leckstrom absorbiert werden. In diesem Fall kann die leckstromabsorbierende Elektrode an der gleichen Oberfläche wie die Sammelelektrode vorgesehen sein, so dass die leckstromabsorbierende Elektrode die Sammelelektrode umgibt. Somit kann zuverlässig verhindert werden, dass ein entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses fließender Leckstrom zur Sammelelektrode fließt.
  • Wenn bei der erfindungsgemäßen Teilchennachweisvorrichtung die leckstromabsorbierende Elektrode an der inneren Oberfläche des Gehäuses vorgesehen ist, kann die leckstromabsorbierende Elektrode an einer anderen Oberfläche (zum Beispiel einer abgestuften Oberfläche) vorgesehen sein als an einer Oberfläche, an der die Sammelelektrode vorgesehen ist. Dementsprechend ist es selbst dann, wenn elektrisch leitende Teilchen an einem Umgebungsbereich der Sammelelektrode anhaften, weniger wahrscheinlich, dass die Teilchen einen Kurzschluss zwischen der Sammelelektrode und der leckstromabsorbierenden Elektrode verursachen.
  • In der erfindungsgemäßen Teilchennachweisvorrichtung kann die leckstromabsorbierende Elektrode an Positionen oberhalb und unterhalb der Sammelelektrode vorgesehen sein und sich von einem Gaseinlass bis zu einem Gasauslass des Gaskanals erstrecken. Dementsprechend kann die leckstromabsorbierende Elektrode einen zur Sammelelektrode fließenden. Leckstrom zuverlässig absorbieren. Da die leckstromabsorbierende Elektrode nicht vor und hinter der Sammelelektrode vorgesehen sein muss, kann die Sammelelektrode grösser bemessen werden und eine größere Anzahl geladener Teilchen sammeln, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die leckstromabsorbierende Elektrode so vorgesehen ist, dass sie den gesamten Umfang der Sammelelektrode umgibt. Dadurch wird die Messempfindlichkeit erhöht.
  • In der Teilchennachweisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Sammelziel die geladenen Teilchen sein. Sollen die geladenen Teilchen von der Sammelelektrode gesammelt werden, muss die zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode anzulegende Spannung hoch sein, im Vergleich zu einem Fall, in dem überschüssige elektrische Ladung von der Sammelelektrode gesammelt werden soll. So fließt ein Leckstrom leicht von der einen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode über das Gehäuse zur anderen. Daher kommt der Bereitstellung der leckstromabsorbierenden Elektrode große Bedeutung zu.
  • Die erfindungsgemäße Teilchennachweisvorrichtung, bei der das Sammelziel die geladenen Teilchen sind, kann weiter eine Entfernungselektrode beinhalten, die zwischen dem elektrischen Feld-Generator und dem Kollektor innerhalb des Gaskanals vorgesehen ist und die die überschüssige elektrische Ladung, die die Teilchen nicht auf Masse geladen hat, entfernt, und die leckstromabsorbierende Elektrode kann mit der Entfernungselektrode integriert sein. Dementsprechend kann die Konfiguration der Elektroden vereinfacht werden. Darüber hinaus kann die Entfernungselektrode, ohne über eine dedizierte Stromquelle zu verfügen, die ein elektrisches Feld auf der Entfernungselektrode erzeugt, die überschüssige elektrische Ladung zur Masse entfernen, indem sie ein elektrisches Feld nutzt, das zwischen der Entfernungselektrode und einer in einem Umgebungsbereich der Entfernungselektrode angeordneten Spannungsanlegeelektrode erzeugt wird. Dementsprechend kann die Konfiguration der Teilchennachweisvorrichtung vereinfacht werden, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Entfernungselektrode über eine dedizierte Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes verfügt. Darüber hinaus kann die Spannungsanlegeelektrode eine Entladungselektrode sein, die eine von einer Entladungsstromquelle im Ladungsgenerator angelegte Spannung erhält, oder die Gegenelektrode, die eine von einer Sammelstromquelle im Kollektor angelegte Spannung erhält. Dementsprechend kann eine Entladungsstromquelle oder eine Sammelstromquelle anstelle einer dedizierten Stromquelle für die Entladungselektrode verwendet werden.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht eine Teilchennachweisvorrichtung 10.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teilchennachweiselements 20.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A in 2 aufgenommen wurde.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B in 2 aufgenommen wurde.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 2.
    • 6 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Teilchennachweiselements 20.
    • 7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teilchennachweiselements 120.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht eines Teilchennachweiselements 220.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht des Teilchennachweiselements 220.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht des Teilchennachweiselements 220.
    • 11 ist eine Querschnittsansicht eines Teilchennachweiselements 320.
    • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Teilchennachweiselements 420.
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie D-D in 12 aufgenommen wurde.
    • 14 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie E-E in 12 aufgenommen wurde.
    • 15 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie F-F in 12 aufgenommen wurde.
    • 16 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Teilchennachweiselements 420.
    • 17 ist eine Querschnittsansicht (entsprechend dem Querschnitt, der entlang der Linie E-E in 12 aufgenommen wurde) eines weiteren Beispiels des Teilchennachweiselements 420.
    • 18 enthält Querschnittsansichten des Teilchennachweiselements 20, das mit den Schutzelektroden 290 und 292 ausgestattet ist.
    • 19 enthält Querschnittsansichten des Teilchennachweiselements 20, das mit den Schutzelektroden 390 und 392 ausgestattet ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • [Erste Ausführungsform]
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Teilchennachweisvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teilchennachweiselements 20, 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A in 2 aufgenommen wurde, 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B in 2 aufgenommen wurde, 5 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie C-C in 2 aufgenommen wurde, und 6 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Teilchennachweiselements 20. In dieser Ausführungsform sind die Aufwärts-Abwärts-Richtung, die Links-Rechts-Richtung und die Vorwärts-Rückwärts-Richtung wie in 1 und 2 dargestellt.
  • Wie in 1 dargestellt, erfasst die Teilchennachweisvorrichtung 10 die Anzahl der Teilchen 26 (siehe 5), die im Abgas enthalten sind, das durch ein Auspuffrohr 12 eines Motors strömt. Die Teilchennachweisvorrichtung 10 ist mit dem Teilchennachweiselement 20 und einer Zusatzeinheit 80 ausgestattet, die verschiedene Arten von Stromquellen 36, 46 und 56 sowie einen Zahlendetektor 60 enthält.
  • Wie in 1 dargestellt, ist in einem Zustand, in dem das Teilchennachweiselement 20 in einen zylindrischen Träger 14 eingesetzt ist, das Teilchennachweiselement 20 an einer ringförmigen Basis 16 befestigt, die am Auspuffrohr 12 befestigt ist. Das Teilchennachweiselement 20 wird durch eine Schutzabdeckung 18 geschützt. Die Schutzabdeckung 18 ist mit einem Loch (nicht abgebildet) versehen, und das durch das Auspuffrohr 12 strömende Abgas gelangt durch dieses Loch durch einen Gaskanal 24, der an einem unteren Ende 22a des Teilchennachweiselements 20 vorgesehen ist. Wie in 5 dargestellt, enthält das Teilchennachweiselement 20 in einem Gehäuse 22 einen Ladungsgenerator 30, einen Überladungsabscheider 40, einen Kollektor 50, Schutzelektroden 90 und 92 (siehe 3 und 4) und eine Heizelektrode 72.
  • Wie in 1 dargestellt, hat das Gehäuse 22 einen langen rechteckig-quaderförmigen Körper, der in einer Richtung lang ist, die die axiale Richtung des Auspuffrohrs 12 schneidet (d.h. im Wesentlichen orthogonal dazu). Das Gehäuse 22 besteht zum Beispiel aus einem keramischen Material, wie Aluminiumoxid. Das untere Ende 22a des Gehäuses 22 ist innerhalb des Auspuffrohrs 12 angeordnet und ein oberes Ende 22b ist außerhalb des Auspuffrohrs 12 angeordnet. Das untere Ende 22a des Gehäuses 22 ist mit dem Gaskanal 24 versehen. Das obere Ende 22b des Gehäuses 22 ist mit verschiedenen Arten von Anschlüssen versehen.
  • Die axiale Richtung des Gaskanals 24 ist mit der axialen Richtung des Auspuffrohrs 12 ausgerichtet. Wie in 2 dargestellt, ist der Gaskanal 24 ein rechteckig-quaderförmiger Raum, der sich kontinuierlich von einem rechteckigen Gaseinlass 24a, der an der Vorderseite des Gehäuses 22 vorgesehen ist, zu einem rechteckigen Gasauslass 24b, der an der Rückseite des Gehäuses 22 vorgesehen ist, erstreckt. Das Gehäuse 22 hat ein Paar von linken und rechten Kanalwänden 22c und 22d, die den Gaskanal 24 bilden.
  • Wie in 3 und 5 dargestellt, ist der Ladungsgenerator 30 an der Kanalwand 22c so vorgesehen, dass elektrische Ladung in der Nähe des Gaseinlasses 24a im Gaskanal 24 erzeugt wird. Der Ladungsgenerator 30 hat eine Entladungselektrode 32 und zwei Induktionselektroden 34, 34. Die Entladungselektrode 32 ist entlang der inneren Oberfläche der Kanalwand 22c vorgesehen und hat eine Vielzahl von feinen Vorsprüngen in einem rechteckigen Umgebungsbereich, wie in 3 dargestellt. Die zwei Induktionselektroden 34, 34 sind rechteckige Elektroden, die getrennt voneinander in der Kanalwand 22c eingebettet sind und parallel zur Entladungselektrode 32 liegen. Wie in 5 dargestellt, wird im Ladungsgenerator 30 zwischen der Entladungselektrode 32 und den zwei Induktionselektroden 34, 34 eine Impulsspannung von mehreren kV von der Entladungsstromquelle 36 (die eine der Komponenten der Zusatzeinheit 80 ist) angelegt, so dass eine durch eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden hervorgerufene Luftentladung erzeugt wird. In diesem Fall wirkt ein Teil des Gehäuses 22 zwischen der Entladungselektrode 32 und den Induktionselektroden 34, 34 als dielektrische Schicht. Diese Luftentladung bewirkt, dass das Gas, das die Entladungselektrode 32 umgibt, ionisiert wird, so dass die positive elektrische Ladung 28 erzeugt wird. Die Entladungselektrode 32 ist mit einem Anschluss 33 am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 verbunden und wird über diesen Anschluss 33 an die Entladungsstromquelle 36 angeschlossen. Weiterhin sind die zwei Induktionselektroden 34, 34 mit einem Anschluss 35 am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 verbunden und werden über diesen Anschluss 35 an die Entladungsstromquelle 36 angeschlossen.
  • Wie in 5 dargestellt, treten die im Gas enthaltenen Teilchen 26 vom Gaseinlass 24a in den Gaskanal 24 ein, verwandeln sich in geladene Teilchen P, indem sie die elektrische Ladung 28 erhalten, die in Übereinstimmung mit der Luftentladung im Ladungsgenerator 30 erzeugt wird, wenn die Teilchen 26 den Ladungsgenerator 30 durchlaufen und bewegen sich dann nach hinten. Ein Teil der erzeugten elektrischen Ladung 28, der nicht zu den Teilchen 26 hinzugefügt wird, bewegt sich nach hinten, während er als elektrische Ladung 28 verbleibt.
  • Wie in 5 dargestellt, ist der Überladungsabscheider 40 stromabwärts des Ladungsgenerators 30 und stromaufwärts des Kollektors 50 vorgesehen. Der Überladungsabscheider 40 hat eine Applikationselektrode 42 und eine Entfernungselektrode 44. Die Applikationselektrode 42 ist entlang der Innenfläche der rechten Kanalwand 22d vorgesehen und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei. Die Entfernungselektrode 44 befindet sich entlang der Innenfläche der linken Kanalwand 22c und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei. Die Applikationselektrode 42 und die Entfernungselektrode 44 sind an einander gegenüberliegenden Positionen angeordnet. Die Applikationselektrode 42 erhält eine Spannung V2 (positives Potential), die um etwa eine Stelle niedriger als die später zu beschreibende Spannung V1 ist, von der Entfernungsstromquelle 46 (die eine der Komponenten der Zusatzeinheit 80 ist). Die Entfernungselektrode 44 ist mit Masse verbunden. Die Masse kann eine Rahmenmasse sein, wie zum Beispiel die Schutzabdeckung 18 oder das Auspuffrohr 12, oder sie kann die Erdungsmasse sein (dasselbe gilt im Folgenden). Dementsprechend wird zwischen der Applikationselektrode 42 und der Entfernungselektrode 44 des Überladungsabscheiders 40 ein schwaches elektrisches Feld erzeugt. Daher wird von der elektrischen Ladung 28, die vom Ladungsgenerator 30 erzeugt wird, überschüssige elektrische Ladung 28, die den Teilchen 26 nicht hinzugefügt wird, durch dieses schwache elektrische Feld an die Entfernungselektrode 44 gesammelt und zur Masse abgeleitet. Folglich unterdrückt der Überladungsabscheider 40 eine Situation, in der die überschüssige elektrische Ladung 28 von einer Sammelelektrode 54 des Kollektors 50 gesammelt und der Anzahl der Teilchen 26 hinzugefügt wird. Die Applikationselektrode 42 ist mit einem Anschluss 43 am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 verbunden und wird über diesen Anschluss 43 an die Entfernungsstromquelle 46 angeschlossen. Die Entfernungselektrode 44 ist mit einem Anschluss 45 am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 verbunden und wird über diesen Anschluss 45 mit Masse verbunden.
  • Wie in 5 dargestellt, ist der Kollektor 50 stromabwärts des Ladungsgenerators 30 und des Überladungsabscheiders 40 im Gaskanal 24 vorgesehen. Der Kollektor 50 sammelt die geladenen Teilchen P und weist eine Gegenelektrode (Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes) 52 und die Sammelelektrode 54 auf. Die Gegenelektrode 52 ist entlang der Innenfläche der rechten Kanalwand 22d vorgesehen und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei. Die Sammelelektrode 54 befindet sich entlang der Innenfläche der linken Kanalwand 22c und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei. Die Gegenelektrode 52 und die Sammelelektrode 54 sind an einander gegenüberliegenden Positionen angeordnet. Die Gegenelektrode 52 erhält von der Sammelstromquelle 56 (die eine der Komponenten der Zusatzeinheit 80 ist) die Spannung V1 (positives Potential), die grösser als die an die Applikationselektrode 42 angelegte Spannung V2 ist. Die Sammelelektrode 54 ist über ein Amperemeter 62 mit Masse verbunden. Entsprechend wird zwischen der Gegenelektrode 52 und der Sammelelektrode 54 des Kollektors 50 ein relativ starkes elektrisches Feld erzeugt. Daher werden die durch den Gaskanal 24 strömenden geladenen Teilchen P gesammelt, indem sie durch dieses relativ starke elektrische Feld zur Sammelelektrode 54 gezogen werden. Die Gegenelektrode 52 ist mit einem Anschluss 53 am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 verbunden und wird über diesen Anschluss 53 an die Sammelstromquelle 56 angeschlossen. Die Sammelelektrode 54 ist mit einem Anschluss 55 am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 verbunden und wird über diesen Anschluss 55 an das Amperemeter 62 angeschlossen.
  • Die Größen der Elektroden 42 und 44 des Überladungsabscheiders 40, die Intensität des elektrischen Feldes, das zwischen den Elektroden 42 und 44 erzeugt wird, die Größen der Elektroden 52 und 54 des Kollektors 50 und die Intensität des elektrischen Feldes, das zwischen den Elektroden 52 und 54 erzeugt wird, werden so eingestellt, dass die geladenen Teilchen P von der Sammelelektrode 54 gesammelt werden, ohne von der Entfernungselektrode 44 gesammelt zu werden, und dass die elektrische Ladung 28, die den Teilchen 26 nicht hinzugefügt wird, von der Entfernungselektrode 44 entfernt wird. Normalerweise sind diese Einstellungen leicht möglich, da der Grad der elektrischen Migration der elektrischen Ladung 28 das Zehnfache oder mehr des Grades der elektrischen Migration der geladenen Teilchen P beträgt und das für die Sammlung erforderliche elektrische Feld um eine oder mehrere Stellen kleiner sein kann. In Bezug auf die Gegenelektrode 52 und die Sammelelektrode 54 können mehrere Sätze davon vorgesehen sein.
  • Die Schutzelektroden 90 und 92 sind rechteckige Flachelektroden und dienen jeweils als leckstromabsorbierende Elektrode, die einen von der Gegenelektrode 52 über das Gehäuse 22 zur Sammelelektrode 54 fließenden Leckstrom absorbiert. Im Einzelnen sind die Schutzelektroden 90 und 92 jeweils oberhalb und unterhalb der Sammelelektrode 54 vorgesehen, um einen elektrischen Strompfad 96 (siehe eine Zwei-Punkt-Kettenlinie in 4) zu blockieren, der die Sammelelektrode 54 und die Gegenelektrode 52 innerhalb des Gehäuses 22 verbindet. Da das Gehäuse 22 aus einem keramischen Material besteht, besteht ein Teil des elektrischen Strompfades 96 aus dem keramischen Material. Die Schutzelektroden 90 und 92 sind an dem aus dem keramischen Material bestehenden Teil vorgesehen. Die Schutzelektroden 90 und 92 sind mit Masse verbunden. Die Schutzelektroden 90 und 92 sind mit einem Anschluss 95 am oberen Ende 22b des Gehäuses verbunden und werden über diesen Anschluss 95 mit Masse verbunden.
  • Der Zahlendetektor 60 ist eine der Komponenten der Zusatzeinheit 80 und beinhaltet das Amperemeter 62 und eine Zahlenmessvorrichtung 64, wie in 5 dargestellt. Das Amperemeter 62 ist mit einem Ende an die Sammelelektrode 54 und mit einem anderen Ende an Masse angeschlossen. Dieses Amperemeter 62 misst den elektrischen Strom der geladenen Teilchen P, die von der Sammelelektrode 54 gesammelt werden, basierend auf der elektrischen Ladung 28. Die Zahlenmessvorrichtung 64 berechnet die Anzahl der Teilchen 26 auf der Grundlage des vom Amperemeter 62 gemessenen elektrischen Stroms.
  • Die Heizelektrode 72 ist ein bandförmiges Heizelement, das in das Gehäuse 22 eingebettet ist. Im Einzelnen ist die Heizelektrode 72 so verdrahtet, dass die Heizelektrode 72 in einem Zickzackmuster an der Kanalwand 22c des Gehäuses 22 von einem der Anschlüsse 75 (siehe 2) am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 geführt wird und anschließend zu einem anderen Anschluss 75 (siehe 2) am oberen Ende 22b des Gehäuses 22 zurückkehrt. Eine spezielle Form der Heizelektrode 72 ist in 6 dargestellt. Die Heizelektrode 72 ist über das Anschlusspaar 75, 75 mit einer Stromzuführung (nicht dargestellt) verbunden und erzeugt Wärme, indem sie mit Strom aus der Stromzuführung versorgt wird. Die Heizelektrode 72 beheizt sowohl das Gehäuse 22 als auch Elektroden, wie zum Beispiel die Entfernungselektrode 44 und die Sammelelektrode 54.
  • Die Konfiguration des Teilchennachweiselements 20 wird anhand der perspektivischen Explosionszeichnung in 6 näher beschrieben. Das Teilchennachweiselement 20 besteht aus sechs Platten S1 bis S6. Die Platten S1 bis S6 bestehen aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 22. Der Einfachheit halber werden die Platten als eine erste Platte S1, eine zweite Platte S2 usw. von links nach rechts bezeichnet, und die rechte Seite und die linke Seite jeder der Platten S1 bis S6 werden jeweils als Vorderseite bzw. Rückseite bezeichnet. Die Platten S1 bis S6 können jeweils eine entsprechend eingestellte Dicke haben. Beispielsweise kann die Dicke zwischen den Platten gleich sein oder zwischen den Platten variieren.
  • Die Vorderseite der ersten Platte S1 ist mit der Heizelektrode 72 versehen. Ein Ende und das andere Ende der Heizelektrode 72 sind an der Oberseite der Vorderseite der ersten Platte S1 angeordnet und jeweils über Durchgangslöcher in der ersten Platte S1 mit den Heizelektrodenanschlüssen 75, 75 verbunden, die an der Oberseite der Rückseite der ersten Platte S1 vorgesehen sind.
  • Die Vorderseite der zweiten Platte S2 ist mit den Induktionselektroden 34, 34 versehen. Die Induktionselektroden 34, 34 sind zu einem einzigen Draht 34a gebündelt. Ein Ende des Drahtes 34a ist an der Oberseite der Vorderseite der zweiten Platte S2 angeordnet und über Durchgangslöcher in der zweiten Platte S2 und in der ersten Platte S1 mit dem Induktionselektrodenanschluss 35 verbunden, der an der Oberseite der Rückseite der ersten Platte S1 vorgesehen ist. Die Vorderseite der zweiten Platte S2 ist mit einem Draht 44a der Entfernungselektrode 44, einem Draht 54a der Sammelelektrode 54 und einem Draht 94a der Schutzelektroden 90 und 92 in Aufwärts-Abwärts-Richtung versehen. Die oberen Enden des Drahtes 44a, des Drahtes 54a und des Drahtes 94a sind jeweils über Durchgangslöcher in der zweiten Platte S2 und in der ersten Platte S1 mit dem Entfernungselektrodenanschluss 45, dem Sammelelektrodenanschluss 55 und dem Schutzelektrodenanschluss 95 verbunden, die an der Oberseite der Rückseite der ersten Platte S1 vorgesehen sind.
  • Die Vorderseite der dritten Platte S3 ist mit der Entladungselektrode 32, der Entfernungselektrode 44, der Sammelelektrode 54 und den Schutzelektroden 90 und 92 versehen. Die Entfernungselektrode 44 ist über ein Durchgangsloch in der dritten Platte S3 mit dem Draht 44a in der zweiten Platte S2 und über diesen Draht 44a weiter mit dem Entfernungselektrodenanschluss 45 verbunden. Die Sammelelektrode 54 ist über ein Durchgangsloch in der dritten Platte S3 mit dem Draht 54a in der zweiten Platte S2 und über diesen Draht 54a weiter mit dem Sammelelektrodenanschluss 55 verbunden. Die Schutzelektroden 90 und 92 sind über Durchgangslöcher in der dritten Platte S3 mit dem Draht 94a in der zweiten Platte S2 und über diesen Draht 94a weiter mit dem Schutzelektrodenanschluss 95 verbunden.
  • Das untere Ende der vierten Platte S4 ist mit dem Gaskanal 24 versehen, d.h. einem rechteckig-quaderförmigen Raum.
  • Die Rückseite der fünften Platte S5 ist mit der Applikationselektrode 42 und der Gegenelektrode 52 versehen.
  • Die Rückseite der sechsten Platte S6 ist mit einem Draht 32a der Entladungselektrode 32, einem Draht 42a der Applikationselektrode 42 und einem Draht 52a der Gegenelektrode 52 in Aufwärts-Abwärts-Richtung versehen. Das untere Ende des Drahtes 32a ist mit der Entladungselektrode 32, die in der dritten Platte S3 vorgesehen ist, über Durchgangslöcher in der vierten und fünften Platte S4 und S5 verbunden. Das untere Ende des Drahtes 42a ist über ein Durchgangsloch in der fünften Platte S5 mit der Applikationselektrode 42 verbunden, die an der Rückseite der fünften Platte S5 vorgesehen ist. Das untere Ende des Drahtes 52a ist über ein Durchgangsloch in der fünften Platte S5 mit der Gegenelektrode 52 an der Rückseite der fünften Platte S5 verbunden. Die oberen Enden der Drähte 32a, 42a und 52a sind jeweils über Durchgangslöcher in der sechsten Platte S6 mit dem Entladungselektrodenanschluss 33, dem Applikatioriselektrodenanschluss 43 und dem Gegenelektrodenanschluss 53 verbunden, die an der Oberseite der Vorderseite der sechsten Platte S6 vorgesehen sind.
  • Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben, wie die Teilchennachweisvorrichtung 10 hergestellt wird. Das Teilchennachweiselement 20 kann unter Verwendung einer Vielzahl von ungebrannten Keramikplatten hergestellt werden. Im Einzelnen werden die ungebrannten Keramikplatten nach der Herstellung von Ausschnitten, Durchgangslöchern und Rillen in der Vielzahl der ungebrannten Keramikplatten und gegebenenfalls Siebdruckelektroden und Verdrahtungsmuster darauf gestapelt und gebrannt. Die Ausschnitte, die Durchgangslöcher und die Rillen können durch Einfüllen eines Materials (zum Beispiel eines organischen Materials) gebildet werden, das während des Brennverfahrens ausbrennt. Auf diese Weise erhält man das Teilchennachweiselement 20. Anschließend werden der Entladungselektrodenanschluss 33, der Applikationselektrodenanschluss 43 und der Gegenelektrodenanschluss 53 des Teilchennachweiselements 20 jeweils mit der Entladungsstromquelle 36, der Entfernungsstromquelle 46 und der Sammelstromquelle 56 der Zusatzeinheit 80 verbunden. Der Induktionselektrodenanschluss 35, der Entfernungselektrodenanschluss 45 und der Schutzelektrodenanschluss 95 des Teilchennachweiselements 20 sind mit Masse verbunden und der Sammelelektrodenanschluss 55 ist über das Amperemeter 62 mit der Zahlenmessvorrichtung 64 verbunden. Weiterhin sind die Heizelektrodenanschlüsse 75, 75 mit der Stromzuführung (nicht abgebildet) verbunden. Die Teilchennachweisvorrichtung 10 kann auf diese Weise hergestellt werden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für die Verwendung der Teilchennachweisvorrichtung 10 beschrieben. In einem Fall, in dem im Abgas eines Automobils enthaltene Teilchen 26 gemessen werden sollen, wird das Teilchennachweiselement 20 wie vorstehend beschrieben am Auspuffrohr 12 des Motors angebracht (siehe 1).
  • Wie in 5 dargestellt, werden die im Abgas enthaltenen Teilchen 26, die vom Gaseinlass 24a in den Gaskanal 24 eingeführt werden, durch die elektrische Ladung 28 (d.h. positive elektrische Ladung), die entsprechend der elektrischen Entladung durch den Ladungsgenerator 30 erzeugt wird, zu geladenen Teilchen P aufgeladen. Die geladenen Teilchen P haben ein schwaches elektrisches Feld und passieren den Überladungsabscheider 40, bei dem die Entfernungselektrode 44 kürzer als die Sammelelektrode 54 ist, um den Kollektor 50 zu erreichen. Andererseits hat die elektrische Ladung 28, die nicht zu den Teilchen 26 hinzugefügt wird, ein schwaches elektrisches Feld, wird aber immer noch in Richtung der Entfernungselektrode 44 des Überladungsabscheiders 40 gezogen, um über die Entfernungselektrode 44 mit Masse verbunden zu werden. Folglich erreicht der größte Teil der unerwünschten elektrischen Ladung 28, die den Teilchen 26 nicht hinzugefügt wurde, nicht den Kollektor 50.
  • Die geladenen Teilchen P, die den Kollektor 50 erreichen, werden von der Sammelelektrode 54 gemäß einem elektrischen Sammelfeld, das von der Gegenelektrode 52 erzeugt wird, gesammelt. Dann misst das Amperemeter 62 den elektrischen Strom der von der Sammelelektrode 54 gesammelten geladenen Teilchen P auf der Grundlage der elektrischen Ladung 28 und die Zahlenmessvorrichtung 64 berechnet die Anzahl der Teilchen 26 auf der Grundlage des elektrischen Stroms. Die Beziehung zwischen einem elektrischen Strom I und einer Ladungsmenge q wird ausgedrückt als I = dq/(dt), q = Jldt. Die Zahlenmessvorrichtung 64 integriert (akkumuliert) elektrische Stromwerte über einen vorbestimmten Zeitraum, um einen Integralwert davon (d.h. akkumulierte Ladungsmenge) zu bestimmen, dividiert die akkumutierte Ladungsmenge durch elementare elektrische Ladung, um die Gesamtzahl der elektrischen Ladungsteilchen zu bestimmen (d.h. die Anzahl der gesammelten elektrischen Ladungsteilchen) und dividiert die Anzahl der gesammelten elektrischen Ladungsteilchen durch einen Durchschnittswert der Anzahl der elektrischen Ladungsteilchen, die einem einzelnen Teilchen 26 hinzugefügt wurden (d.h. die durchschnittliche Anzahl der geladenen Teilchen), wodurch die Anzahl Nt der Teilchen 26, die von der Sammelelektrode 54 gesammelt wurden, bestimmt wird (siehe unten angegebener Ausdruck (1)). Die Zahlenmessvorrichtung 64 erfasst diese Zahl Nt als die Anzahl der Teilchen 26 im Abgas. Nt = ( akkumulierte Ladungsmenge ) / { ( elektrische Elementaria- dun g ) ( durchschnittiiche Anzahl geladener Teliche n ) }
    Figure DE112019000725T5_0001
  • Wenn sich zum Beispiel viele Teilchen 26 auf der Sammelelektrode 54 ablagern, während das Teilchennachweiselement 20 verwendet wird, kann es vorkommen, dass ein neues geladenes Teilchen oder Teilchen P nicht von der Sammelelektrode 54 gesammelt wird. Daher wird die Sammelelektrode 54 von der Heizelektrode 72 regelmäßig oder wenn die Abscheidungsmenge eine vorbestimmte Menge erreicht, erhitzt, so dass die Abscheidung auf der Sammelelektrode 54 erhitzt und verbrannt wird, wodurch die Elektrodenbberfläche der Sammelelektrode 54 aufgefrischt wird. Darüber hinaus können auch die an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 22 anhaftenden Teilchen 26 durch die Heizelektrode 72 verbrannt werden.
  • Als nächstes wird die Funktion der Schutzelektroden 90 und 92 beschrieben. Wenn in der Teilchennachweisvorrichtung 10 die Zahl Nt nachgewiesen werden soll, wird zwischen der Gegenelektrode 52 und der Sammelelektrode 54 des Kollektors 50 eine Spannung V1 angelegt. Da die Spannung V1 mehrere kV beträgt, fließt zwischen der Gegenelektrode 52 und der Sammelelektrode 54 ein Leckstrom von einigen zehn bis mehreren hundert pA durch den elektrischen Strompfad 96 (siehe 4) im Gehäuse 22, auch wenn das Gehäuse 22 aus einem keramischen Material wie Aluminiumoxid besteht, das normalerweise als elektrischer Isolator gilt. Wenn indes die Zahl Nt nachgewiesen werden soll, beträgt ein vom Amperemeter 62 gemessener Nachweisstrom mehrere pA. Daher hat der Leckstrom einen Einfluss auf den Nachweisstrom. In dieser Ausführungsform sind die Schutzelektroden 90 und 92 oberhalb und unterhalb der Sammelelektrode 54 vorgesehen, um den elektrischen Strompfad 96 zu blockieren, der die Gegenelektrode 52 und die Sammelelektrode 54 innerhalb des Gehäuses 22 verbindet. Diese Schutzelektroden 90 und 92 sind mit Masse verbunden. Daher absorbieren die Schutzelektroden 90 und 92 den Leckstrom, der von der Gegenelektrode 52 über das Gehäuse 22 zur Sammelelektrode 54 fließt, und leiten den Leckstrom zur Masse ab. Folglich kann der Nachweisstrom, der sich in Abhängigkeit von den von der Sammelelektrode 54 gesammelten geladenen Teilchen P ändert, genau bestimmt werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Teilchennachweisvorrichtung 10 hat der Leckstrom, der von der Gegenelektrode 52 über das Gehäuse 22 zur Sammelelektrode 54 fließt, einen Einfluss auf den Nachweisstrom, der sich entsprechend den von der Sammelelektrode 54 gesammelten geladenen Teilchen P ändert, aber von den Schutzelektroden 90 und 92 absorbiert wird. Daher kann der Nachweisstrom genau bestimmt werden, wodurch die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenanzahl erhöht werden kann.
  • Da die Schutzelektroden 90 und 92 mit der Masse verbunden sind, kann der Leckstrom zudem zuverlässig nach außen abgeleitet werden.
  • Da die Schutzelektroden 90 und 92 so bereitgestellt werden, dass sie den Strompfad 96, der die Gegenelektrode 52 und die Sammelelektrode 54 innerhalb des Gehäuses 22 verbindet, blockieren, kann der Leckstrom zuverlässig absorbiert werden. Diese Schutzelektroden 90 und 92 sind in das Gehäuse 22 eingebettet, das aus einem keramischen Material mit hohem spezifischem Durchgangswiderstand, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, besteht. Obwohl das Gehäuse 22 einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand aufweist, kann möglicherweise eine geringe Menge Leckstrom hindurch fließen, da die zwischen der Gegenelektrode 52 und der Sammelelektrode 54 angelegte Spannung V1 mit mehreren kV hoch ist. Der vom Amperemeter 62 detektierte elektrische Strom ist ein geringer Wert und wird daher von dieser geringen Leckstrommenge beeinflusst. Daher ist es von Bedeutung, die Schutzelektroden 90 und 92 im Gehäuse 22 vorzusehen.
  • Da das zu sammelnde Sammelziel die geladenen Teilchen P sind, muss die zwischen der Gegenelektrode 52 und der Sammelelektrode 54 anzulegende Spannung V1 hoch sein, im Vergleich zu einem Fall, in dem das Sammelziel eine überschüssige elektrische Ladung ist. Daher fließt der Leckstrom leicht von der Gegenelektrode 52 über das Gehäuse 22 zur Sammelelektrode 54 und es ist von großer Bedeutung, den Leckstrom durch Anwendung der Schutzelektroden 90 und 92 zu absorbieren.
  • Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die erste vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und innerhalb des technischen Anwendungsbereichs der Erfindung in verschiedenen Modi umgesetzt werden kann.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann beispielsweise zwischen dem Draht 52a der Gegenelektrode 52 und dem Draht 54a der Sammelelektrode 54 möglicherweise ein Leckstrom fließen. Daher kann eine Subschutzelektrode 91, die sich vom Draht 52a zum Draht 54a über das Gehäuse 22 erstreckt, innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein, wie bei einem Teilchennachweiselement 120, das in 7 dargestellt ist. In 7 werden Komponenten, die mit denen der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Subschutzelektrode 91 ist in der dritten Platte S3 in Aufwärts-Abwärts-Richtung zwischen den Drähten 52a und 54a angeordnet und mit der Schutzelektrode 90 verbunden. Da der zwischen den Drähten 52a und 54a innerhalb des Gehäuses fließende Leckstrom von der Subschutzelektrode 91 absorbiert und zur Masse abgeleitet wird, kann die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenanzahl weiter erhöht werden. Eine solche Subschutzelektrode 91 kann auch in einer zweiten, später zu beschreibenden Ausführungsform eingesetzt werden.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Anzahl der geladenen Teilchen P auf der Grundlage des zur Sammelelektrode 54 fließenden elektrischen Stroms bestimmt. Alternativ kann, wie bei einem Teilchennachweiselement 220 in den 8 bis 10 gezeigt, der Kollektor 50 und die Schutzelektroden 90 und 92 weggelassen werden, die Anzahl der überschüssigen elektrischen Ladungsteilchen auf der Grundlage eines elektrischen Stroms bestimmt werden, der zur Entfernungselektrode 44 fließt (d.h. der elektrische Strom, der von einem Amperemeter 162 erfasst wird), und eine Zahlenmessvorrichtung 164 kann die Anzahl der geladenen Teilchen P bestimmen, indem die Anzahl der überschüssigen elektrischen Ladungsteilchen von der Gesamtzahl der vom Ladungsgenerator 30 erzeugten elektrischen Ladungsteilchen subtrahiert wird. Mit anderen Worten, das Sammelziel kann die überschüssige elektrische Ladung sein. Die 8 bis 10 sind Querschnittsansichten des Teilchennachweiselements 220. 8 ist eine Querschnittsansicht, die 3 entspricht, 9 ist eine Querschnittsansicht, die 4 entspricht, und 10 ist eine Querschnittsansicht, die 5 entspricht. In den 8 bis 10 sind Komponenten, die mit denen der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Fall werden die geladenen Teilchen P aus dem Gasauslass 24b abgeführt. Wie in 9 dargestellt, sind Schutzelektroden 190 und 192 vorgesehen, um einen von der Applikationselektrode 42 über das Gehäuse 22 zur Entfernungselektrode 44 fließenden Leckstrom zu absorbieren. Konkret sind die Schutzelektroden 190 und 192 oberhalb und unterhalb der Entfernungselektrode 44 vorgesehen, um einen elektrischen Strompfad 196 zu blockieren, der die Applikationselektrode 42 und die Entfernungselektrode 44 innerhalb des Gehäuses 22 verbindet. Dementsprechend kann der zur Entfernungselektrode 44 fließende elektrische Strom genau bestimmt werden, wodurch die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenanzahl erhöht werden kann.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform hat der Gaskanal 24 einen einzigen Gaseinlass 24a. Alternativ kann der Gaskanal 24, wie bei dem in 11 gezeigten Teilchennachweiselement 320, zusätzlich zum Gaseinlass 24a einen Gaseinlass 24aa aufweisen, der Gas zwischen dem Ladungsgenerator 30 und dem Überladungsabscheider 40 aus einer Richtung senkrecht zum Gaskanal 24 einleitet. In 11 werden Komponenten, die mit denen der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Fall wird Luft über den Gaseinlass 24a und Abgas über den Gaseinlass 24aa eingeleitet. Die elektrische Ladung 28 wird in der Luft entsprechend der elektrischen Entladung durch den Ladungsgenerator 30 erzeugt. Die elektrische Ladung 28 wird mit den Teilchen 26 im Abgas, das vom Gaseinlass 24aa eingeführt wird, gemischt, so dass sie sich an die Teilchen 26 anlagern, wodurch die Teilchen 26 zu geladenen Teilchen P werden. Dementsprechend kann die Anzahl der Teilchen nach dem gleichen Prinzip wie bei der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform ermittelt werden. Das in den 8 bis 10 dargestellte Teilchennachweiselement 220 kann auch mit zwei Gaseinlässen im Gaskanal 24, wie in 11, versehen werden. Darüber hinaus kann der Gaseinlass 24aa in ähnlicher Weise auch in der zweiten, später beschriebenen Ausführungsform verwendet werden.
  • Als Alternative zur ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der der Ladungsgenerator 30 aus der Entladungselektrode 32, die entlang der Innenfläche des Gaskanals 24 vorgesehen ist, und den beiden in das Gehäuse 22 eingebetteten Induktionselektroden 34, 34 besteht, kann der Ladungsgenerator 30 jede beliebige Konfiguration aufweisen, solange der Ladungsgenerator 30 elektrische Ladung durch Luftentladung erzeugt. Anstatt zum Beispiel in die Wand des Gaskanals 24 eingebettet zu sein, können die Induktionselektroden 34, 34 entlang der Innenfläche des Gaskanals 24 vorgesehen sein. Alternativ kann der Ladungsgenerator aus einer Nadelelektrode und einer Gegenelektrode bestehen, wie in Patentliteratur 1 beschrieben. Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich zu dem Ladungsgenerator 30, der in der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform an der Kanalwand 22c vorgesehen ist, der Ladungsgenerator 30 an der Kanalwand 22d vorgesehen sein. Solche Modifizierungen des Ladungsgenerators 30 können in ähnlicher Weise in der zweiten, später beschriebenen Ausführungsform verwendet werden.
  • Als Alternative zu der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der die Gegenelektrode 52 im Gaskanal 24 freiliegt, kann die Gegenelektrode 52 in das Gehäuse 22 eingebettet werden. Dasselbe gilt für die Applikationselektrode 42.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Teilchennachweisvorrichtung 10 als am Auspuffrohr 12 des Motors angebracht beschrieben, ist aber nicht besonders darauf beschränkt, am Auspuffrohr 12 des Motors angebracht zu sein. Das Rohr kann von jeder Art sein, solange teilchenhaltiges Gas durch das Rohr strömt. Dasselbe gilt für die zweite Ausführungsform, die später beschrieben wird.
  • Als Alternative zur ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der das Teilchennachweiselement 20 die Anzahl der Teilchen detektiert, kann das Teilchennachweiselement 20 beispielsweise die Masse oder die Oberfläche der Teilchen ermitteln. Die Masse der Teilchen kann bestimmt werden, indem die Anzahl der Teilchen mit einer durchschnittlichen Masse der Teilchen multipliziert wird, oder sie kann bestimmt werden, indem das Verhältnis zwischen der akkumulierten Ladungsmenge und der Masse der gesammelten Teilchen als Karte in einer Speichervorrichtung vorläufig gespeichert wird und die Masse der Teilchen aus der akkumulierten Ladungsmenge unter Verwendung dieser Karte bestimmt wird. Die Oberfläche der Teilchen kann auch bestimmt werden, indem man ein ähnliches Verfahren wie bei der Masse der Teilchen anwendet. Dasselbe gilt für die zweite Ausführungsform, die später beschrieben wird.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die Schutzelektroden 90 und 92 und die Entfernungselektrode 44 elektrisch miteinander verbunden sein und über einen gemeinsamen Anschluss mit der Masse verbunden werden.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die Applikationselektrode 42 und die Entfernungsstromquelle 46 weggelassen werden. Dementsprechend nutzt die Entfernungselektrode 44, ohne über eine dedizierte Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes an der Entfernungselektrode 44 zu verfügen, ein elektrisches Feld, das zwischen der Entfernungselektrode 44 und in ihrem Umgebungsbereich angeordneten Spannungsanlegeelektroden (wie der Entladungselektrode 32 und der Gegenelektrode 52) erzeugt wird, um überschüssige elektrische Ladung 28 zur Masse abzuleiten. Daher kann die Konfiguration der Teilchennachweisvorrichtung 10 vereinfacht werden, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Entfernungselektrode 44 über eine dedizierte Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes verfügt.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die Schutzelektroden 90 und 92 teilweise oder ganz an der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 freiliegen. Dementsprechend können die Schutzelektroden 90 und 92 einen Leckstrom absorbieren, der von einer der Gegenelektrode 52 und der Sammelelektrode 54 über die innere Oberfläche des Gehäuses 22 zur anderen fließt.
  • 18 enthält zum Beispiel Querschnittsansichten des Teilchennachweiselements 20, das mit den Schutzelektroden 290 und 292 ausgestattet ist. 18(A) ist eine Querschnittsansicht, die der Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2 entspricht, und 18(B) ist eine Querschnittsansicht, die der Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 2 entspricht. In 18 werden Komponenten, die mit denen der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Schutzelektroden 290 und 292 befinden sich in derselben Ebene wie die Sammelelektrode 54 und erstrecken sich vom Inneren des Gehäuses 22 (d.h. dem aus dem keramischen Material bestehenden Teil) bis zur inneren Oberfläche des Gehäuses 22 (d.h. der im Gaskanal 24 freiliegenden Oberfläche). Im Einzelnen beinhalten die Schutzelektroden 290 bzw. 292 eingebettete Abschnitte 290a und 292a, die in das Gehäuse 22 eingebettet sind, und freiliegende Abschnitte 290b und 292b, die an der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 angeordnet sind. Die Schutzelektroden 290 und 292 können sowohl einen Leckstrom, der durch das Innere des Gehäuses 22 fließt, als auch einen Leckstrom, der entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 fließt, absorbieren. Die Schutzelektrode 290 und die Schutzelektrode 292 sind an einer Position oberhalb der Sammelelektrode 54 bzw. einer Position unterhalb der Sammelelektrode vorgesehen und erstrecken sich vom Gaseinlass 24a des Gaskanals 24 bis zum Gasauslass 24b. Da die Schutzelektroden 290 und 292 nicht vor oder hinter der Sammelelektrode 54 angeordnet sind, kann die Sammelelektrode 54 größer bemessen werden und eine größere Anzahl geladener Teilchen P sammeln, als wenn die Schutzelektroden so angeordnet sind, dass sie den gesamten Umfang der Sammelelektrode 54 umgeben. Dadurch wird die Messempfindlichkeit erhöht.
  • 19 enthält Querschnittsansichten des Teilchennachweiselements 20, das mit den Schutzelektroden 390 und 392 ausgestattet ist. 19(A) ist eine Querschnittsansicht, die der Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2 entspricht, und 19 (B) ist eine Querschnittsansicht, die der Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 2 entspricht. In 19 werden Komponenten, die mit denen der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Schutzelektroden 390 und 392 sind an abgestuften Oberflächen vorgesehen, die in der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 enthalten sind und die sich von der Oberfläche unterscheiden, an der die Sammelelektrode 54 vorgesehen ist. Die Schutzelektrode 390 wird von der Innenseite des Gehäuses 22 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 bereitgestellt. Im Einzelnen beinhaltet die Schutzelektrode 390 einen eingebetteten Abschnitt 390a, der in das Gehäuse 22 eingebettet ist, und einen freiliegenden Abschnitt 390b, der an der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 angeordnet ist. Andererseits ist die Schutzelektrode 392 vom Inneren des Gehäuses 22 zur inneren Oberfläche des Gehäuses 22 und zur äußeren Oberfläche des Gehäuses 22 (d.h. zur Oberfläche an der Außenseite des Gehäuses 22) vorgesehen. Im Einzelnen beinhaltet die Schutzelektrode 392 einen eingebetteten Abschnitt 392a, der in das Gehäuse 22 eingebettet ist, einen freiliegenden Abschnitt 392b, der an der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 angeordnet ist, und einen freiliegenden Abschnitt 392c, der an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 22 angeordnet ist. Die Schutzelektroden 390 und 392 können sowohl einen Leckstrom, der durch das Innere des Gehäuses 22 fließt, als auch einen Leckstrom, der entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 fließt, absorbieren. Insbesondere weil die Schutzelektrode 392 mit dem freiliegenden Abschnitt 392c ausgestattet ist, der an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 22 angeordnet ist, kann die Schutzelektrode 392 einen Leckstrom zuverlässiger absorbieren. Die Schutzelektrode 390 und die Schutzelektrode 392 sind an einer Position oberhalb der Sammelelektrode 54 bzw. einer Position unterhalb der Sammelelektrode angebracht und erstrecken sich vom Gaseinlass 24a des Gaskanals 24 bis zum Gasauslass 24b. Da die Schutzelektroden 390 und 392 nicht vor oder hinter der Sammelelektrode 54 angeordnet sind, kann somit die Sammelelektrode 54 größer bemessen werden und eine größere Anzahl geladener Teilchen P auffangen, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Schutzelektroden so angeordnet sind, dass sie den gesamten Umfang der Sammelelektrode 54 umgeben. Dadurch wird die Messempfindlichkeit erhöht. Da die Schutzelektroden 390 und 392 an abgestuften Oberflächen angebracht sind, die sich von der Oberfläche unterscheiden, an der die Sammelelektrode 54 angebracht ist, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die Teilchen einen Kurzschluss zwischen der Sammelelektrode 54 und den Schutzelektroden 390 und 392 verursachen, selbst wenn Teilchen an einem Umgebungsbereich der Sammelelektrode 54 anhaften.
  • Ähnlich wie die Schutzelektrode 292 kann die Schutzelektrode 392 in 19 vom Inneren des Gehäuses 22 bis zur inneren Oberfläche des Gehäuses 22 vorgesehen sein (d.h. der freiliegende Abschnitt 392c kann entfallen). Darüber hinaus kann, ähnlich wie die Schutzelektrode 392, die Schutzelektrode 292 in 18 vom Inneren des Gehäuses 22 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 und an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 22 angebracht werden.
  • In der ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die rechte Kanalwand 22d des Gehäuses 22 mit der Applikationselektrode 42 des Überladungsabscheiders 40 und der Gegenelektrode 52 des Kollektors 50 und die linke Kanalwand 22c mit der Entfernungselektrode 44 des Überladungsabscheiders 40 und der Sammelelektrode 54 des Kollektors 50 versehen. Die Konfiguration ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt. So kann zum Beispiel die linke Kanalwand 22c des Gehäuses 22 mit der Applikationselektrode 42 des Überladungsabscheiders 40 und der Gegenelektrode 52 des Kollektors 50 und die rechte Kanalwand 22d mit der Entfernungselektrode 44 des Überladungsabscheiders 40 und der Sammelelektrode 54 des Kollektors 50 versehen sein. In diesem Fall kann die Applikationselektrode 42 weggelassen werden und ein elektrisches Feld, das zwischen der Entfernungselektrode 44 und in deren Umgebungsbereich angeordneten Spannungsanlegeelektroden (wie der Entladungselektrode 32 und der Gegenelektrode 52) erzeugt wird, kann dazu verwendet werden, überschüssige elektrische Ladung 28 zur Entfernungselektrode 44 zu sammeln und die überschüssige elektrische Ladung 28 zur Masse zu entfernen.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Teilchennachweisvorrichtung 410 gemäß der zweiten Ausführungsform ist identisch mit der Teilchennachweisvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, außer dass sie mit einem Teilchennachweiselement 420 anstelle des Teilchennachweiselements 20 der Teilchennachweisvorrichtung 10 ausgestattet ist und nicht mit der Entfernungsstromquelle 46, die eine der Komponenten der Zusatzeinheit 80 ist. Daher bezieht sich die folgende Beschreibung hauptsächlich auf das Teilchennachweiselement 420. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Teilchennachweiselements 420, 13 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie D-D in 12, 14 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie E-E in 12, 15 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie F-F in 12 und 16 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Teilchennachweiselements 420. In der zweiten Ausführungsform werden Komponenten, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, beschrieben, indem sie die gleichen Bezugszeichen erhalten.
  • Wie in 15 dargestellt, enthält das Teilchennachweiselement 420 im Gehäuse 22 den Ladungsgenerator 30, einen Überladungsabscheider 440, einen Kollektor 450, eine Schutzelektrode 490 und die Heizelektrode 72. Die Beschreibungen des Gehäuses 22, des Ladungsgenerators 30 und der Heizelektrode 72 werden hier weggelassen, da sie mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind. Wie in 15 dargestellt, ist der Zahlendetektor 60, der eine der Komponenten der Zusatzeinheit 80 ist, identisch mit dem Zahlendetektor 60 in der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass einer der Anschlüsse des Amperemeters 62 mit einer Sammelelektrode 454 verbunden ist. Deshalb wird hier auf die Beschreibung des Zahlendetektors 60 verzichtet.
  • Wie in 15 dargestellt, ist der Überladungsabscheider 440 stromabwärts des Ladungsgenerators 30 und stromaufwärts des Kollektors 450 vorgesehen. Der Überladungsabscheider 440 verfügt über eine Entfernungselektrode 444 (siehe 14), jedoch nicht über eine Applikationselektrode. Die Entfernungselektrode 444 ist entlang der inneren Oberfläche der rechten Kanalwand 22d vorgesehen und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei. Die Entfernungselektrode 444 ist mit Masse verbunden.
  • Wie in 15 dargestellt, ist der Kollektor 450 stromabwärts des Ladungsgenerators 30 und des Überladungsabscheiders 440 im Gaskanal 24 vorgesehen. Der Kollektor 450 sammelt die geladenen. Teilchen P und hat eine Gegenelektrode (Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes) 452 und die Sammelelektrode 454. Die Gegenelektrode 452 ist entlang der inneren Oberfläche der linken Kanalwand 22c vorgesehen und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei (siehe 13). Die Sammelelektrode 454 befindet sich entlang der inneren Oberfläche der rechten Kanalwand 22d und liegt innerhalb des Gaskanals 24 frei (siehe 14). Die Gegenelektrode 452 und die Sammelelektrode 454 sind an einander gegenüberliegenden Positionen angeordnet. Die Gegenelektrode 452 erhält von der Sammelstromquelle 56 eine Gleichspannung V1 (positives Potential von etwa 2kV). Die Sammelelektrode 454 ist über das Amperemeter 62 mit Masse verbunden. Entsprechend wird zwischen der Gegenelektrode 452 und der Sammelelektrode 454 des Kollektors 450 ein relativ starkes elektrisches Feld erzeugt. Daher werden die durch den Gaskanal 24 strömenden geladenen Teilchen P gesammelt, indem sie durch dieses relativ starke elektrische Feld zur Sammelelektrode 454 gezogen werden. Die Gegenelektrode 452 kann im Gaskanal 24 freiliegen oder in das Gehäuse 22 eingebettet sein.
  • Die Größe der Entfernungselektrode 444 des Überladungsabscheiders 440, die Intensität des elektrischen Feldes zwischen der Entladungselektrode 32 und der Entfernungselektrode 444, die Größen der Elektroden 452 und 454 des Kollektors 450, die Intensität des zwischen den Elektroden 452 und 454 erzeugten elektrischen Feldes, der Abstand zwischen der Entfernungselektrode 444 und der Entladungselektrode 32 und der Abstand zwischen der Entfernungselektrode 444 und der Gegenelektrode 452 sind so eingestellt, dass die geladenen Teilchen P von der Sammelelektrode 454 aufgefangen werden, ohne von der Entfernungselektrode 444 aufgefangen zu werden, und dass die elektrische Ladung 28, die den Teilchen 26 nicht hinzugefügt wird, von der Entfernungselektrode 444 entfernt wird. Normalerweise sind diese Einstellungen leicht möglich, da der Grad der elektrischen Migration der elektrischen Ladung 28 das 10 oder Mehrfache des Grades der elektrischen Migration der geladenen Teilchen P beträgt und das für die Sammlung erforderliche elektrische Feld um eine oder mehrere Stellen kleiner sein kann.
  • Die Schutzelektrode 490 dient als eine leckstromabsorbierende Elektrode, die einen Leckstrom absorbiert, der von der Gegenelektrode 452 über die Oberfläche des Gehäuses 22 zur Sammelelektrode 454 fließt. Wie in 14 und 15 dargestellt, ist die Schutzelektrode 490 an der Oberfläche der Kanalwand 22d so angebracht, dass sie die Sammelelektrode 454 umgibt. Ein Teil der Schutzelektrode 490 ist mit der Entfernungselektrode 444 integriert. Die Schutzelektrode 490 wird zusammen mit der Entfernungselektrode 444 über einen Entfernungselektrodenanschluss 445 mit der Masse verbunden (siehe 12 und 16). Obwohl die Sammelelektrode 454 als rechteckig angegeben ist und die Schutzelektrode 490 der Einfachheit halber in 14 eine das Rechteck umgebende Form hat, da, wie in 16 gezeigt, an einem oberen Teil der Sammelelektrode 454 tatsächlich ein Verlängerungsabschnitt für die Anschlussverbindung vorgesehen ist, weist ein oberer Teil der Schutzelektrode 490 eine Form auf, die auch diesen Verlängerungsabschnitt umgibt.
  • Die Konfiguration des Teilchennachweiselements 420 wird anhand der perspektivischen Explosionszeichnung in 16 näher beschrieben. Das Teilchennachweiselement 420 besteht aus sechs Platten S21 bis S26. Die Platten S21 bis S26 bestehen aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 22. Der Einfachheit halber werden die Platten von links nach rechts als eine erste Platte S21, eine zweite Platte S22 usw. bezeichnet, und die rechte Seite und die linke Seite jeder der Platten S21 bis S26 werden jeweils als Vorderseite bzw. Rückseite bezeichnet. Die Platten S21 bis S26 können jeweils eine entsprechend eingestellte Dicke haben. Beispielsweise kann die Dicke zwischen den Platten gleich sein oder zwischen den Platten variieren.
  • Die Vorderseite der ersten Platte S21 ist mit der Heizelektrode 72 versehen. Ein Ende und das andere Ende der Heizelektrode 72 sind an der Oberseite der Vorderseite der ersten Platte S21 angeordnet und jeweils über Durchgangslöcher in der ersten Platte S21 mit den Heizelektrodenanschlüssen 75, 75 verbunden, die an der Oberseite der Rückseite der ersten Platte S21 vorgesehen sind.
  • Die Vorderseite der zweiten Platte S22 ist mit den Induktionselektroden 34, 34 versehen. Die Induktionselektroden 34, 34 sind zu einem einzigen Draht 34a gebündelt. Ein Ende des Drahtes 34a ist an der Oberseite der Vorderseite der zweiten Platte S22 angeordnet und über Durchgangslöcher in der zweiten Platte S22 und in der ersten Platte S21 mit dem Induktionselektrodenanschluss 35 verbunden, der an der Oberseite der Rückseite der ersten Platte S21 vorgesehen ist. Die Vorderseite der zweiten Platte S22 ist mit einem Draht 444a der Entfernungselektrode 444 und einem Draht 454a der Sammelelektrode 454 in Aufwärts-Abwärts-Richtung versehen. Die oberen Enden der Drähte 444a und 454a sind jeweils über Durchgangslöcher in der zweiten Platte S22 und in der ersten Platte S21 mit dem Entfernungselektrodenanschluss 445 und einem Sammelelektrodenanschluss 455 verbunden, die an der Oberseite der Rückseite der ersten Platte S21 vorgesehen sind.
  • Die Vorderseite der dritten Platte S23 ist mit der Entladungselektrode 32 und der Gegenelektrode 452 versehen.
  • Das untere Ende der vierten Platte S24 ist mit dem Gaskanal 24 versehen, d.h. einem rechteckig-quaderförmigen Raum.
  • Die Rückseite der fünften Platte S25 ist mit der Entfernungselektrode 444, der Sammelelektrode 454 und der Schutzelektrode 490 versehen. Die mit der Schutzelektrode 490 integrierte Entfernungselektrode 444 ist über Durchgangslöcher in der vierten Platte S24 und der dritten Platte S23 mit dem Draht 444a in der zweiten Platte S22 und über diesen Draht 444a mit dem Entfernungselektrodenanschluss 445 verbunden. Die Sammelelektrode 454 ist über Durchgangslöcher in der vierten Platte S24 und der dritten Platte S23 mit dem Draht 454a in der zweiten Platte S22 und über diesen Draht 454a mit dem Sammelelektrodenanschluss 455 verbunden.
  • Die Rückseite der sechsten Platte S26 ist mit dem Draht 32a der Entladungselektrode 32 und einem Draht 452a der Gegenelektrode 452 in Aufwärts-Abwärts-Richtung versehen. Das untere Ende des Drahtes 32a ist über Durchgangslöcher in der vierten und fünften Platte S24 und S25 mit der in der dritten Platte S23 vorgesehenen Entladungselektrode 32 verbunden. Das untere Ende des Drahtes 452a ist über Durchgangslöcher in der vierten und fünften Platte S24 und S25 mit der Gegenelektrode 452 verbunden, die sich in der dritten Platte S23 befindet. Die oberen Enden der Drähte 32a und 452a sind jeweils über Durchgangslöcher in der sechsten Platte S26 mit dem Entladungselektrodenanschluss 33 und einem Gegenelektrodenanschluss 453 verbunden, die an der Oberseite der Vorderseite der sechsten Platte S26 vorgesehen sind.
  • Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben, wie die Teilchennachweisvorrichtung 410 hergestellt wird. Das Teilchennachweiselement 420 kann aus einer Vielzahl von ungebrannten Keramikplatten hergestellt werden. Im Einzelnen werden die ungebrannten Keramikplatten nach dem Formen von Ausschnitten, Durchgangslöchern und Rillen in der Vielzahl von ungebrannten Keramikplatten und gegebenenfalls Siebdruckelektroden und Verdrahtungsmustern darauf gestapelt und gebrannt. Die Ausschnitte, die Durchgangslöcher und die Rillen können durch Einfüllen eines Materials (wie eines organischen Materials) gebildet werden, das während des Brennverfahrens ausbrennt. Auf diese Weise erhält man das Teilchennachweiselement 420. Anschließend werden der Entladungselektrodenanschluss 33 und der Gegenelektrodenanschluss 453 des Teilchennachweiselementes 420 an die Entladungsstromquelle 36 bzw. die Sammelstromquelle 56 der Zusatzeinheit angeschlossen. Der Induktionselektrodenanschluss 35 und der Entladungselektrodenanschluss 445 des Teilchennachweiselements 420 werden mit Masse verbunden und der Sammelelektrodenanschluss 455 wird über das Amperemeter 62 mit der Zahlenmessvorrichtung 64 verbunden. Weiterhin sind die Heizelektrodenanschlüsse 75, 75 mit der Stromzuführung (nicht abgebildet) verbunden. Die Teilchennachweisvorrichtung 410 kann auf diese Weise hergestellt werden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für die Verwendung der Teilchennachweisvorrichtung 410 beschrieben. In einem Fall, in dem im Abgas eines Automobils enthaltene Teilchen 26 gemessen werden sollen, wird das Teilchennachweiselement 420, das Teilchennachweiselement 20, am Auspuffrohr 12 des Motors angebracht, ähnlich wie das Teilchennachweiselement 20 gemäß der ersten in 1 gezeigten Ausführungsform. Wie in 15 dargestellt, werden die im Abgas enthaltenen Teilchen 26, die über den Gaseinlass 24a in den Gaskanal 24 eingeführt werden, durch die elektrische Ladung 28 (d.h. positive elektrische Ladung), die entsprechend der elektrischen Entladung durch den Ladungsgenerator 30 erzeugt wird, zu geladenen Teilchen P aufgeladen. Die geladenen Teilchen weisen ein schwaches elektrisches Feld auf (d.h. ein elektrisches Feld, das zwischen der Entfernungselektrode 444 und Spannungsanlegeelektroden (wie der Entladungselektrode 32 und der Gegenelektrode 452), die in deren Umgebungsbereich angeordnet sind, erzeugt wird) und passieren den Überladungsabscheider 440, bei dem die Entfernungselektrode 444 kürzer als die Sammelelektrode 454 ist, so dass sie den Kollektor 450 erreichen. Auf der anderen Seite hat die elektrische Ladung 28, die nicht den Teilchen 26 hinzugefügt wird, ein schwaches elektrisches Feld, wird aber immer noch in Richtung der Entfernungselektrode 444 des Überladungsabscheiders 440 gezogen, um über die Entfernungselektrode 444 zur Masse abgeleitet zu werden. Folglich erreicht der größte Teil der unerwünschten elektrischen Ladung 28, die den Teilchen 26 nicht hinzugefügt wurde, nicht den Kollektor 450. Die geladenen Teilchen P, die den Kollektor 450 erreichen, werden von der Sammelelektrode 454 in Übereinstimmung mit einem von der Gegenelektrode 452 erzeugten elektrischen Sammelfeld aufgefangen. Dann misst das Amperemeter 62 den elektrischen Strom der geladenen Teilchen P, die von der Sammelelektrode 454 gesammelt werden, auf der Grundlage der elektrischen Ladung 28 und die Zahlenmessvorrichtung 64 berechnet die Anzahl Nt der Teilchen 26 auf der Grundlage des elektrischen Stroms in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform frischt das Teilchennachweiselement 420 die Sammelelektrode 454 und die innere Umfangsfläche des Gehäuses 22 auf, indem es sie mit der Heizelektrode 72 zu einem geeigneten Zeitpunkt erwärmt.
  • Als nächstes wird die Funktion der Schutzelektrode 490 beschrieben. Wenn in der Teilchennachweisvorrichtung 410 die Zahl Nt nachgewiesen werden soll, wird zwischen der Gegenelektrode 452 und der Sammelelektrode 454 des Kollektors 450 eine Spannung V1 angelegt. Da die Spannung V1 mehrere kV beträgt, fließt ein Leckstrom von einigen zehn bis mehreren hundert pA von einer der Gegenelektrode 452 und der Sammelelektrode 454 über das Gehäuse 22 zur anderen, auch wenn das Gehäuse 22 aus einem keramischen Material wie Aluminiumoxid besteht, das normalerweise als elektrischer Isolator gilt. In der Zwischenzeit, wenn die Zahl Nt erfasst werden soll, beträgt ein vom Amperemeter 62 gemessener Nachweisstrom mehrere pA. Daher hat der Leckstrom einen Einfluss auf den Nachweisstrom. In dieser Ausführungsform absorbiert die Schutzelektrode 490 diesen Leckstrom und leitet den Leckstrom zur Masse ab. Folglich kann der Nachweisstrom, der sich in Abhängigkeit von den von der Sammelelektrode 454 gesammelten geladenen Teilchen P ändert, genau bestimmt werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Teilchennachweisvorrichtung 410 hat der Leckstrom, der von der Gegenelektrode 452 über die Oberfläche des Gehäuses 22 zur Sammelelektrode 454 fließt, einen Einfluss auf den Nachweisstrom, der sich entsprechend den von der Sammelelektrode 454 gesammelten geladenen Teilchen P ändert, aber von der Schutzelektrode 490 absorbiert wird. Daher kann der Nachweisstrom genau bestimmt werden, wodurch die Genauigkeit zum Nachweis der Teilchenanzahl erhöht werden kann.
  • Da die Schutzelektrode 490 mit Masse verbunden ist, kann der Leckstrom zudem zuverlässig nach außen abgeleitet werden.
  • Darüber hinaus ist die Schutzelektrode 490 auf der gleichen Oberfläche wie die Sammelelektrode 454 vorgesehen, so dass sie die Sammelelektrode 454 umgibt. Dadurch kann ein Leckstrom, der entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 fließt, zuverlässig daran gehindert werden, zur Sammelelektrode 454 zu fließen.
  • Da zudem das zu sammelnde Sammelziel die geladenen Teilchen P sind, muss die zwischen der Gegenelektrode 452 und der Sammelelektrode 454 anzulegende Spannung V1 hoch sein, im Vergleich zu einem Fall, in dem das Sammelziel eine überschüssige elektrische Ladung ist. Der Leckstrom fließt also leicht von der Gegenelektrode 452 über das Gehäuse 22 zur Sammelelektrode 454 und es ist von großer Bedeutung, den Leckstrom durch die Verwendung der Schutzelektrode 490 zu absorbieren.
  • Da die Schutzelektrode 490 mit der Entfernungselektrode 444 integriert ist, kann die Konfiguration der Elektroden vereinfacht werden.
  • Ohne über eine dedizierte Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes an der Entfernungselektrode 444 zu verfügen, nutzt die Entfernungselektrode 444 außerdem ein elektrisches Feld, das zwischen der Entfernungselektrode 444 und Spannungsanlegeelektroden (wie der Entladungselektrode 32 und der Gegenelektrode 452), die in deren Umgebungsbereich angeordnet sind, erzeugt wird, um überschüssige elektrische Ladung 28 zur Masse abzuleiten. Daher kann die Konfiguration der Teilchennachweisvorrichtung 410 vereinfacht werden, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Entfernungselektrode 444 über eine dedizierte Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes verfügt.
  • Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform beschränkt ist und innerhalb des technischen Umfangs der Erfindung in verschiedenen Modi umgesetzt werden kann.
  • Als Alternative zu der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, bei der die Führungselektrode 490 und die Entfernungselektrode 444 miteinander integriert sind, können z.B. die Führungselektrode 490 und die Entfernungselektrode 444 unabhängig voneinander vorgesehen werden, wie in 17 dargestellt (entsprechend der Querschnittsansicht, genommen entlang E-E in 12). In diesem Fall können die Elektroden 490 und 444 über einen gemeinsamen Draht oder über einzelne Drähte mit der Masse verbunden werden.
  • Als Alternative zur zweiten vorstehend beschriebenen Ausführungsform, in der der Überladungsabscheider 440 so beschrieben wird, dass er keine Applikationselektrode oder eine dedizierte Entfernungsstromquelle hat, die eine Spannung an die Applikationselektrode anlegt, kann der Überladungsabscheider 440 eine Applikationselektrode aufweisen, die sich an einer der Entfernungselektrode 444 gegenüberliegenden Position befindet, sowie eine mit der Applikationselektrode verbundene Entfernungsstromquelle, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
  • In der zweiten vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die rechte Kanalwand 22d des Gehäuses 22 mit der Entfernungselektrode 444 des Überladungsabscheiders 440 und der Sammelelektrode 454 sowie der Schutzelektrode 490 des Kollektors 450 und die linke Kanalwand 22c mit der Gegenelektrode 452 des Kollektors 50 versehen. Die Konfiguration ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt. So kann zum Beispiel die linke Kanalwand 22c des Gehäuses 22 mit der Entfernungselektrode 444, der Sammelelektrode 454 und der Schutzelektrode 490 und die rechte Kanalwand 22d mit der Gegenelektrode 452 des Kollektors 50 versehen sein.
  • Als Alternative zu der zweiten vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der die rechte Kanalwand 22d des Gehäuses 22 mit der Entfernungselektrode 444 des Überladungsabscheiders 440 versehen ist, kann die linke Kanalwand 22c auch mit einer mit Masse verbundenen Entfernungselektrode versehen werden.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 8. Februar 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-21097 und der am 20. September 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-175737 , deren gesamter Inhalt hier durch Hinweis aufgenommen wurde.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine Teilchennachweisvorrichtung anwendbar, die in Gas enthaltene Teilchen detektiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 410
    Teilchennachweisvorrichtung,
    12
    Auspuffrohr,
    14
    Halter,
    16
    Sockel,
    18
    Schutzabdeckung,
    20
    Teilchennachweiselement,
    22
    Gehäuse,
    22a
    unteres Ende,
    22b
    oberes Ende,
    22c
    Kanalwand,
    22d
    Kanalwand,
    24
    Gaskanal,
    24a,
    24aa Gaseinlass,
    24b
    Gasauslass,
    26
    Teilchen,
    28
    elektrische Ladung,
    30
    Ladungsgenerator,
    32
    Entladungselektrode,
    32a
    Draht,
    33
    Entladungselektrodenanschluss,
    34
    Induktionselektrode,
    34a
    Draht,
    35
    Induktionselektrodenanschluss,
    36
    Entladungsstromquelle,
    40, 440
    Überladungsabscheider,
    42
    Applikationselektrode,
    42a
    Draht,
    43
    Applikationselektrodenanschluss,
    44, 444
    Entfernungselektrode,
    44a, 444a
    Draht,
    45, 445
    Entfernungselektrodenanschluss,
    46
    Entfernungsstromquelle,
    50, 450
    Kollektor,
    52, 452
    Gegenelektrode,
    52a, 452a
    Draht,
    53, 453
    Gegenelektrodenanschluss,
    54, 454
    Sammelelektrode,
    54a, 454a
    Draht,
    55, 455
    Sammelelektrodenanschluss,
    56
    Sammelstromquelle,
    60
    Zahlendetektor,
    62
    Amperemeter,
    64
    Zahlenmessvorrichtung,
    72
    Heizelektrode,
    75
    Heizelektrodenanschluss,
    80
    Zusatzeinheit,
    90, 92, 490
    Schutzelektrode,
    91
    Subschutzelektrode,
    94a
    Draht,
    95
    Schutzelektrodenanschluss,
    96 elektrischer
    Strompfad,
    120
    Teilchennachweiselement,
    162
    Amperemeter,
    164
    Zahlenmessvorrichtung,
    190, 192
    Schutzelektrode,
    196
    elektrischer Strompfad,
    220
    Teilchennachweiselement,
    290, 292, 390, 392
    Schutzelektrode,
    290a, 292a, 390a, 392a
    eingebetteter Abschnitt,
    290b, 292b, 390b, 392b, 392c
    freiliegender Abschnitt,
    320
    Teilchennachweiselement,
    420
    Teilchennachweiselement,
    P
    geladene 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 2018021097 [0089]
    • JP 2018175737 [0089]

Claims (13)

  1. Teilchennachweisvorrichtung, die zum Nachweis von Teilchen in Gas verwendet wird, wobei die Teilchennachweisvorrichtung umfasst: ein Gehäuse mit einem Gaskanal, durch den das Gas gelangt; einen Ladungsgenerator, der den Teilchen in dem in den Gaskanal eingeleiteten Gas elektrische Ladung hinzufügt, die gemäß der elektrischen Entladung erzeugt wird, um die Teilchen in geladene Teilchen umzuwandeln; einen Kollektor, der stromabwärts in einem Gasstrom des elektrischen Feld-Generators innerhalb des Gaskanals vorgesehen ist und der ein Sammelziel sammelt, wobei das Sammelziel entweder aus den geladenen Teilchen oder aus überschüssiger elektrischer Ladung besteht, die die Teilchen nicht geladen hat; und einen Detektor, der eine Menge der Teilchen auf der Grundlage einer physikalischen Menge detektiert, die sich gemäß dem vom Kollektor gesammelten Sammelziel ändert, wobei der Kollektor eine in dem Gaskanal freiliegende Sammelelektrode und eine der Sammelelektrode zugewandte Gegenelektrode mit dem dazwischen liegenden Gaskanal aufweist und das Sammelziel auf der Sammelelektrode unter Ausnutzung eines zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode in dem Gaskanal erzeugten elektrischen Feldes durch Anlegen einer Spannung zwischen der Sammelelektrode und der Gegenelektrode sammelt, und wobei das Gehäuse eine leckstromabsorbierende Elektrode aufweist, die einen Leckstrom absorbiert, der von einer von der Sammelelektrode und der Gegenelektrode zu der anderen von der Sammelelektrode und der Gegenelektrode über das Gehäuse fließt.
  2. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode mit Masse verbunden ist.
  3. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode so vorgesehen ist, dass sie einen elektrischen Strompfad blockiert, der die Sammelelektrode und die Gegenelektrode innerhalb des Gehäuses verbindet.
  4. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 3, wobei mindestens ein Teil des elektrischen Strompfades aus einem keramischen Material besteht, und wobei die leckstromabsorbierende Elektrode an dem aus dem keramischen Material bestehenden Teil vorgesehen ist.
  5. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode von dem Teil, der aus dem keramischen Material besteht, zu einer inneren Oberfläche des Gehäuses vorgesehen ist, oder von dem Teil, der aus dem keramischen Material besteht, der inneren Oberfläche des Gehäuses und zu einer äußeren Oberfläche des Gehäuses vorgesehen ist.
  6. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode an einer inneren Oberfläche des Gehäuses vorgesehen ist.
  7. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode an der gleichen Oberfläche wie die Sammelelektrode vorgesehen ist, so dass die leckstromabsorbierende Elektrode die Sammelelektrode umgibt.
  8. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode an einer Oberfläche vorgesehen ist, die in der inneren Oberfläche des Gehäuses enthalten ist und die sich von einer Oberfläche unterscheidet, an der die Sammelelektrode vorgesehen ist.
  9. Teilchennachweisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode an Positionen oberhalb und unterhalb der Sammelelektrode vorgesehen ist und sich von einem Gaseinlass zu einem Gasauslass des Gaskanals erstreckt.
  10. Teilchennachweisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Sammelziel die geladenen Teilchen sind.
  11. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine Entfernungselektrode, die zwischen dem elektrischen Feld-Generator und dem Kollektor innerhalb des Gaskanals vorgesehen ist und die die überschüssige elektrische Ladung entfernt, die die Teilchen nicht zur Masse geladen hat, wobei die leckstromabsorbierende Elektrode mit der Entfernungselektrode integriert ist.
  12. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Entfernungselektrode keine dedizierte Stromquelle aufweist, die ein elektrisches Feld auf der Entfernungselektrode erzeugt und die überschüssige elektrische Ladung zur Masse entfernt, indem ein elektrisches Feld genutzt wird, das zwischen der Entfernungselektrode und einer Spannungsanlegeelektrode erzeugt wird, die in einem Umgebungsbereich der Entfernungselektrode angeordnet ist.
  13. Teilchennachweisvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Spannungsanlegeelektrode eine Entladungselektrode ist, die eine von einer Entladungsstromquelle in dem Ladungsgenerator angelegte Spannung empfängt, oder die Gegenelektrode ist, die eine von einer Sammelstromquelle in dem Kollektor angelegte Spannung empfängt.
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