JP2010014614A - Granular substance detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive granular substance detector of high measuring precision capable of simply detecting a granular substance. <P>SOLUTION: The granular substance detector 100 is equipped with a first plate-shaped electrode 1 of which one side is covered with an inter-electrode dielectric 4, the second electrode 2 arranged on one side of the first electrode through a space through which an exhaust gas containing a granular substance 11 flows and performing either or both of the formation of an electric field and discharge by the voltage applied across both electrodes 1 and 2, a voltage applying power supply 9, the measuring counter electrode 5 arranged on the surface of the inter-electrode dielectric 4, a characteristics measuring means 3 for measuring the electrical characteristics between the measuring counter electrode 5 and the first electrode 1, and a granular substance amount calculating means 13 for calculating the amount of the granular substance 11 collected on the surface of the inter-electrode dielectric 4 on the basis of the change quantity of the electrical characteristics measured by the characteristics measuring means 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting particulate matter contained in exhaust gas or the like of a diesel engine.

ディーゼルエンジンの排気ガス等には、粒子状物質(Particulate Matter(PM)、有機溶媒可溶成分とスートとサルフェートの3成分として検出されるもの)が含まれており、これが大気汚染の原因になっている。特に、ディーゼルエンジン等の粒子状物質発生源に不具合が生じれば、大気へ放出される排気ガス中の粒子状物質が増加し、環境に大きな悪影響を与えることになる。これを防ぐためには、排気ガス中の粒子状物質を検出し、ディーゼルエンジン等の不具合を認識することが肝要である。   Diesel engine exhaust gas, etc. contains particulate matter (Particulate Matter (PM), organic solvent soluble components, and soot and sulfate detected as three components), which causes air pollution. ing. In particular, if a problem occurs in a particulate matter generation source such as a diesel engine, the particulate matter in the exhaust gas released to the atmosphere increases, which has a great adverse effect on the environment. In order to prevent this, it is important to detect particulate matter in the exhaust gas and recognize problems such as diesel engines.

又、近時、公害を防止し環境の改善を図るために、排気ガスの処理に、ディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter(DPF))が排気系等に組み込まれて使用されるようになってきている。このDPFは、一般にセラミック製であり、高い信頼性で長期間の使用が可能なものである。但し、熱劣化等によりクラック等の欠陥が発生する可能性は皆無とはいえず、仮にそうなれば微量ではあるが粒子状物質が漏れてしまう。これを防止するためには、DPFで処理された排気ガス中の粒子状物質を検出し、欠陥の発生を即座に検知することが重要である。   Recently, in order to prevent pollution and improve the environment, a diesel particulate filter (DPF) has been incorporated into an exhaust system or the like for exhaust gas treatment. ing. This DPF is generally made of ceramic and can be used for a long period of time with high reliability. However, it cannot be said that there is no possibility that defects such as cracks are generated due to thermal degradation, and if so, particulate matter will leak even though the amount is small. In order to prevent this, it is important to detect particulate matter in the exhaust gas treated with DPF and immediately detect the occurrence of defects.

尚、先行文献として、例えば、特許文献1を挙げることが出来る。特許文献1では、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定する粒子状物質検出装置が開示されている。
特開昭60−123761号公報
As a prior document, for example, Patent Document 1 can be cited. Patent Document 1 discloses a particulate matter detection device that measures the amount of particulate matter by charging the particulate matter by corona discharge and measuring its ionic current.
JP 60-123761 A

しかしながら、特許文献1に記載された方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であることから、その微弱なイオン電流を検出するための大掛かりな検出回路が必要となり、装置が高価になってしまう。加えて、排気ガスの流量が多い場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることが出来ず、測定値は、実際に排気ガスに含有されている粒子状物質の量より小さくなり、精度の点で改善すべき余地がある。   However, in the method described in Patent Document 1, since the ion current charged in the particulate matter is weak, a large-scale detection circuit for detecting the weak ion current is necessary, and the apparatus becomes expensive. End up. In addition, if the exhaust gas flow rate is high, the particulate matter cannot be effectively charged, and the measured value will be smaller than the amount of particulate matter actually contained in the exhaust gas. There is room for improvement.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出を簡易に行え、低廉であり、測定精度が高い粒子状物質検出装置を提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下の手段によって、この課題を解決出来ることが見出された。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a particulate matter detection device that can easily detect particulate matter, is inexpensive, and has high measurement accuracy. As a result of repeated research, it was found that this problem can be solved by the following means.

即ち、本発明によれば、一の面が誘電体(電極間誘電体)で被覆をされた板状を呈する一の電極、その一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び前記電圧の印加をする電源、並びに、誘電体(電極間誘電体)の表面に配設をされる測定対向電極、その測定対向電極と一の電極との間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされる電気的特性の変化量に基づいて誘電体(電極間誘電体)の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、を備える粒子状物質検出装置が提供される。   That is, according to the present invention, one electrode having a plate-like shape in which one surface is coated with a dielectric (interelectrode dielectric), and a gas containing particulate matter on one surface side of the one electrode Two electrodes that perform either or both of forming an electric field and / or discharging according to a voltage applied between the electrode and a voltage applied through one space, and a power source that applies the voltage, and Measurement counter electrode disposed on the surface of the dielectric (dielectric between electrodes), characteristic measurement means for measuring electrical characteristics between the measurement counter electrode and one electrode, and measurement by the characteristic measurement means A particulate matter detection device comprising particulate matter amount calculation means for obtaining the amount of particulate matter collected on the surface of the dielectric (interelectrode dielectric) based on the amount of change in electrical characteristics Provided.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされる気体の流量と粒子状物質の量とに基づいて、空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備えることが好ましい。   The particulate matter detection device according to the present invention includes a flow meter for measuring or estimating the flow rate of the gas flowing through the space, and the gas flow rate and the amount of the particulate matter that are measured or estimated by the flow meter. Based on this, it is preferable to include a particulate matter concentration calculating means for calculating the concentration of the particulate matter in the gas flowing through the space.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性であることが好ましい。   In the particulate matter detection device according to the present invention, the electrical characteristics are preferably one or more electrical characteristics selected from an electrical characteristics group consisting of resistance, inductance, capacitance, and impedance.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、測定対向電極が、複数の線状部分を有し、その複数の線状部分は、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行して、誘電体(電極間誘電体)の表面に配設をされることが好ましい。この場合において、複数の線状部分を有する測定対向電極が、格子状を呈することが好ましい。即ち、複数の線状部分が、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行するのに加えて、粒子状物質を含む気体が流れる方向と同一方向に長く平行する部分があれば、格子状になる。又、これらの場合において、複数の線状部分を有する測定対向電極が、誘電体(電極間誘電体)の表面の全面にわたって配設をされることが好ましい。   In the particulate matter detection device according to the present invention, the measurement counter electrode has a plurality of linear portions, and the plurality of linear portions are long and parallel to the direction perpendicular to the direction in which the gas containing the particulate matter flows. Thus, it is preferable to dispose on the surface of the dielectric (dielectric between electrodes). In this case, it is preferable that the measurement counter electrode having a plurality of linear portions has a lattice shape. In other words, in addition to the plurality of linear portions being long and parallel in the direction perpendicular to the direction in which the gas containing particulate matter flows, there may be portions that are long and parallel in the same direction as the direction in which the gas containing particulate matter flows. For example, it becomes a lattice. In these cases, it is preferable that the measuring counter electrode having a plurality of linear portions is disposed over the entire surface of the dielectric (interelectrode dielectric).

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、二の電極が板状を呈することが好ましい。この場合において、二の電極が、管壁面で構成されることが好ましい。即ち、板状体を丸めて曲面で構成し管状としたものであり、具体的には、排気管の全面又は一面が該当する。   In the particulate matter detection device according to the present invention, it is preferable that the two electrodes have a plate shape. In this case, it is preferable that the second electrode is constituted by a tube wall surface. That is, the plate-shaped body is rounded to form a tubular shape, and specifically, the entire surface or one surface of the exhaust pipe corresponds.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、二の電極が針状又は棒状を呈することが好ましい。   In the particulate matter detection device according to the present invention, it is preferable that the two electrodes have a needle shape or a rod shape.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体(電極外誘電体)と、その誘電体(電極外誘電体)の表面に配設されたヒータと、を備えることが好ましい。   In the particulate matter detection device according to the present invention, a dielectric (external electrode dielectric) covering the other surface of one electrode having a plate shape and a surface of the dielectric (external electrode dielectric) are disposed. It is preferable to provide a heater.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、一の電極と測定対向電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された誘電体(電極間誘電体)の表面に沿面放電をさせることが好ましい。   In the particulate matter detection device according to the present invention, a voltage is applied between one electrode and a measurement counter electrode, and a power supply for removal is provided for oxidizing and removing particulate matter by creeping discharge. It is preferable to cause creeping discharge on the surface of the dielectric (interelectrode dielectric) coated on one surface of one electrode by application.

本発明に係る粒子状物質検出装置においては、測定対向電極が、膜状の誘電体で被覆されていることが好ましい。   In the particulate matter detection device according to the present invention, the measurement counter electrode is preferably covered with a film-like dielectric.

本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質を含む気体(排気ガス)が通過する流路に設置して、気体に含まれる粒子状物質を検出する装置である。本発明に係る粒子状物質検出装置では、電源によって電圧の印加をして二の電極に放電をさせ、一の電極の電極間誘電体の側と二の電極との間の空間を流れる気体に含まれる粒子状物質を荷電させるか、予め荷電された粒子状物質を一の電極を被覆する電極間誘電体の表面に集塵させる。そうすると、電極間誘電体の上には粒子状物質が堆積され、その粒子状物質が堆積された電極間誘電体を挟んで設けられている一の電極と測定対向電極との間における電気的特性が、堆積した粒子状物質の量との間に一定の関係を持ちつつ、変化する。そこで、本発明に係る粒子状物質検出装置では、この電気的特性の変化量を知って、電極間誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求めている。定量化することが出来るのであるから、当然に、空間を流れる気体における粒子状物質の有無(量が0(零)か否か)を判断することは可能である。そのため、本発明に係る粒子状物質検出装置は、検出装置と称している。本発明に係る粒子状物質検出装置では、粒子状物質の量を基に補正して空間を流れる気体に含まれる粒子状物質の量を求め、空間を流れる気体の流量との関係から、その気体における粒子状物質の濃度を算出することが可能である。   The particulate matter detection device according to the present invention is a device that is installed in a flow path through which gas (exhaust gas) containing particulate matter passes and detects particulate matter contained in the gas. In the particulate matter detection device according to the present invention, a voltage is applied by a power source to cause the two electrodes to discharge, and the gas flowing in the space between the interelectrode dielectric side of the one electrode and the two electrodes The contained particulate matter is charged, or the precharged particulate matter is collected on the surface of the interelectrode dielectric covering one electrode. Then, the particulate matter is deposited on the interelectrode dielectric, and the electrical characteristics between the one electrode provided across the interelectrode dielectric on which the particulate matter is deposited and the measurement counter electrode Changes with a certain relationship to the amount of particulate matter deposited. Therefore, the particulate matter detection device according to the present invention obtains the amount of particulate matter collected on the surface of the interelectrode dielectric by knowing the amount of change in the electrical characteristics. Since it can be quantified, it is naturally possible to determine the presence or absence of particulate matter in the gas flowing through the space (whether the amount is 0 (zero)). Therefore, the particulate matter detection device according to the present invention is referred to as a detection device. In the particulate matter detection device according to the present invention, the amount of particulate matter contained in the gas flowing through the space is determined based on the amount of the particulate matter, and the gas is determined from the relationship with the flow rate of the gas flowing through the space. It is possible to calculate the concentration of particulate matter in

電気的特性として、例えばインピーダンスの変化量の検出をするためには、測定周波数や測定電圧の大きさによって異なるが、10nA(ナノアンペア)レベルの電流の変化の測定を行えればよい。従って、本発明に係る粒子状物質検出装置は、高価にはならず、粒子状物質の検出、あるいは量の測定、更には濃度の測定を、簡易に行うことが出来、且つ、測定誤差は小さい。加えて、粒子状物質の検出、量の測定、濃度の測定によって、ディーゼルエンジン等の不具合や、DPFの欠陥の発生を即座に検知することが可能になるので、これらを通じて、本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質の排出量低減に寄与し、大気汚染の防止に貢献する。   As an electrical characteristic, for example, in order to detect an amount of change in impedance, it is only necessary to measure a change in current of 10 nA (nanoampere) level, although it varies depending on the measurement frequency and the magnitude of the measurement voltage. Therefore, the particulate matter detection device according to the present invention is not expensive, can easily detect particulate matter, measure the amount, and measure the concentration, and has a small measurement error. . In addition, detection of particulate matter, measurement of amount, measurement of concentration makes it possible to immediately detect the malfunction of diesel engines and the like, and the occurrence of DPF defects. Through these, the particles according to the present invention can be detected. The particulate matter detection device contributes to the reduction of particulate matter emission and contributes to the prevention of air pollution.

本発明に係る粒子状物質検出装置では、測定対向電極の表面に堆積した粒子状物質の面積によって電気的特性が変化するのであり、粒子状物質の物性が変化しても、その影響を受け難い。   In the particulate matter detection device according to the present invention, the electrical characteristics change depending on the area of the particulate matter deposited on the surface of the measurement counter electrode, and even if the physical properties of the particulate matter change, they are hardly affected. .

本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、測定対向電極が、複数の線状部分を有し、その複数の線状部分は、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行して、誘電体の表面に配設をされ、更には、複数の線状部分を有する測定対向電極が、格子状を呈し、加えて、複数の線状部分を有する測定対向電極が、誘電体の表面の全面にわたって配設をされる。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、電気的特性の測定感度を向上させることが出来るとともに、電極間誘電体の上に堆積した粒子状物質を逃さず検出することが可能であり、粒子状物質の量及び濃度の測定精度に優れる。   In a preferred embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, the measurement counter electrode has a plurality of linear portions, and the plurality of linear portions are perpendicular to the direction in which the gas containing the particulate matter flows. The measurement counter electrode which is arranged on the surface of the dielectric body in parallel with the direction and has a plurality of linear portions, has a lattice shape, and additionally has a plurality of linear portions. Is disposed over the entire surface of the dielectric. According to the particulate matter detection device of the present invention having such an aspect, it is possible to improve the measurement sensitivity of the electrical characteristics and to detect the particulate matter deposited on the interelectrode dielectric without missing it. The measurement accuracy of the amount and concentration of the particulate matter is excellent.

本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様として、二の電極が板状を呈する場合に、特に、二の電極が管壁面で構成される態様を採ることが出来るので、ディーゼルエンジン等の排気管の中へ、コンパクトに収容することが出来る。   In the particulate matter detection device according to the present invention, as a preferred embodiment, when the two electrodes have a plate shape, in particular, it is possible to adopt an embodiment in which the two electrodes are constituted by a tube wall surface. Can be accommodated in a compact exhaust pipe.

本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、電極外誘電体の表面に配設されたヒータを備えるので、一の電極と測定対向電極とによって測定される電気的特性が安定する。加えて、粒子状物質をヒータの熱で酸化除去することが可能となり、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。   In a preferred embodiment, the particulate matter detection device according to the present invention includes a heater disposed on the surface of the dielectric outside the electrode, so that the electrical characteristics measured by one electrode and the measurement counter electrode are stabilized. . In addition, the particulate matter can be oxidized and removed by the heat of the heater, and the particulate matter can be repeatedly and accurately detected.

本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一の電極と測定対向電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された電極間誘電体の表面に沿面放電をさせることが出来るので、この沿面放電によって、集塵された粒子状物質を酸化除去することが可能である。この酸化除去によって、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。   In a preferred embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, the particulate matter detection device includes a power supply for removal for oxidizing and removing particulate matter by creeping discharge by applying a voltage between one electrode and the measurement counter electrode. By applying the voltage, it is possible to cause creeping discharge on the surface of the interelectrode dielectric coated on one surface of one electrode, so that the collected particulate matter is oxidized and removed by this creeping discharge. Is possible. By this oxidation removal, the particulate matter can be detected repeatedly with high accuracy.

本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、測定対向電極が、膜状の誘電体で被覆されているので、放電や排ガスによる劣化が起こり難い。   In the preferred embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, since the measurement counter electrode is covered with a film-like dielectric, deterioration due to discharge or exhaust gas hardly occurs.

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate, but the present invention should not be construed as being limited thereto. Various changes, modifications, improvements, and substitutions can be added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the drawings show preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited by the modes shown in the drawings or the information shown in the drawings. In practicing or verifying the present invention, the same means as described in this specification or equivalent means can be applied, but preferred means are those described below.

[粒子状物質検出装置]先ず、本発明に係る粒子状物質検出装置について、構成、機能、作用等を中心に説明する。   [Particulate matter detection device] First, the particulate matter detection device according to the present invention will be described focusing on the configuration, function, action and the like.

図1及び図7は、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図である。図1はセンサ部を示す断面図であり、図7は電気制御系統を示す構成図である。図1及び図7に示される粒子状物質検出装置100は、板状を呈する一の電極1、板状を呈する二の電極2、一の電極1の(図1における)上面(一の面)を被覆する電極間誘電体4、一の電極1と二の電極2の間に電圧の印加をする電源9、電極間誘電体4の表面に配設をされた複数の線状部分を有する測定対向電極5、一の電極1の(図1における)下面(他の面)を被覆する電極外誘電体6、電極外誘電体6の表面(図1における下面)に配設されたヒータ7、そのヒータ7に電気を供給するヒータ用電源10、ヒータ7を覆って保護し周りと隔離して保温するシート状の断熱材8、一の電極1と測定対向電極5との間の電気的特性(の変化)を測定する特性測定装置(手段)3、粒子状物質11の量を算出する粒子状物質量算出装置(手段)13、粒子状物質11の濃度を算出する粒子状物質濃度算出装置(手段)16、流量計14、及び制御装置12で構成される。尚、図1に示される一の電極1、二の電極2、電極間誘電体4、測定対向電極5、電極外誘電体6、ヒータ7、及び断熱材8で構成される部分が、粒子状物質11を含む排気ガスが通過する流路に設置される。これらをセンサ部ということがある。   1 and 7 are diagrams schematically showing an embodiment of a particulate matter detection device according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sensor unit, and FIG. 7 is a configuration diagram showing an electric control system. The particulate matter detection device 100 shown in FIGS. 1 and 7 includes an electrode 1 having a plate shape, two electrodes 2 having a plate shape, and an upper surface (one surface) of the one electrode 1 (in FIG. 1). Interelectrode dielectric 4 covering the electrode, a power source 9 for applying a voltage between one electrode 1 and the second electrode 2, and a plurality of linear portions disposed on the surface of the interelectrode dielectric 4 A counter electrode 5, an outer electrode dielectric 6 covering the lower surface (other surface) of one electrode 1 (in FIG. 1), a heater 7 disposed on the surface of the outer electrode dielectric 6 (lower surface in FIG. 1), A heater power supply 10 for supplying electricity to the heater 7, a sheet-like heat insulating material 8 that covers and protects the heater 7, keeps it insulated from the surroundings, and electrical characteristics between the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 Characteristic measuring device (means) 3 for measuring (change), and particulate matter amount calculating device for calculating the amount of particulate matter 11 It means) 13, and a particulate matter concentration calculation unit (means) 16, a flow meter 14 and the control unit 12, which calculates the concentration of particulate matter 11. In addition, the part comprised by one electrode 1, two electrodes 2, the interelectrode dielectric 4, the measurement counter electrode 5, the outer electrode dielectric 6, the heater 7, and the heat insulating material 8 shown in FIG. It is installed in the flow path through which the exhaust gas containing the substance 11 passes. These are sometimes referred to as sensor units.

粒子状物質検出装置100では、粒子状物質11を含む排気ガスが、図1において(矢印で示されるように)左から右へ、板状を呈する一の電極1を被覆する電極間誘電体4と、板状を呈する二の電極2との間の空間を流れる。この排気ガスの流量は、図1には示されない流量計14によって測定される。この状態で、電源9が、二の電極2に、例えば、直流高電圧の印加をすると、放電が生じ、二の電極2の周囲の排気ガス(分子)はプラスイオンとマイナスイオンに分離し、プラスの直流高電圧の印加された一の電極1に向かって、マイナスイオンが移動する。このとき、排気ガスに含まれる粒子状物質11は、このマイナスイオンと衝突してマイナスに荷電する。そして、荷電された粒子状物質11は、プラスの一の電極1を被覆する電極間誘電体4の表面に、静電気力によって集塵され堆積する。そうすると、その粒子状物質11の堆積の程度によって、一の電極1と測定対向電極5との間における電気的特性は変化するから、その電気的特性の変化量を知れば、集塵によって電極間誘電体4の表面に堆積した粒子状物質(PM)の量が求まる。そして、そのPM堆積量から排気ガスのPM濃度が求まる。   In the particulate matter detection device 100, the exhaust gas containing the particulate matter 11 from the left to the right in FIG. 1 (as indicated by arrows) covers the interelectrode dielectric 4 that covers one electrode 1 that has a plate shape. And a space between the two electrodes 2 having a plate shape. The flow rate of the exhaust gas is measured by a flow meter 14 not shown in FIG. In this state, when the power source 9 applies a DC high voltage to the second electrode 2, for example, discharge occurs, and the exhaust gas (molecules) around the second electrode 2 is separated into positive ions and negative ions, Negative ions move toward one electrode 1 to which a positive DC high voltage is applied. At this time, the particulate matter 11 contained in the exhaust gas collides with the negative ions and is negatively charged. The charged particulate matter 11 is collected and accumulated by electrostatic force on the surface of the interelectrode dielectric 4 covering the plus one electrode 1. Then, the electrical characteristics between the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 change depending on the degree of deposition of the particulate matter 11, so if the amount of change in the electrical characteristics is known, dust collection collects the distance between the electrodes. The amount of particulate matter (PM) deposited on the surface of the dielectric 4 is determined. Then, the PM concentration of the exhaust gas is obtained from the amount of accumulated PM.

図8は、粒子状物質量算出装置13のはたらきを説明するためのグラフであり、図9は、粒子状物質濃度算出装置16のはたらきを説明するためのグラフである。一の電極1と測定対向電極5との間における電気的特性の変化量E1は、PM堆積量W1と一定の関係にあり(図8を参照)、特性測定装置3によって電気的特性の変化量E1を知れば、図8に基づく算出機能を有する粒子状物質量算出装置13によって、PM堆積量W1が求まる。そして、排気ガスの流量を一定とすれば、PM堆積量W1は、PM濃度C1と一定の関係にあり(図9を参照)、PM堆積量W1がわかれば、図9に基づく算出機能を有する粒子状物質濃度算出装置16によって、PM濃度C1が求まる。排気ガスの流量が変る場合には、流量計14で求めた流量に基づいて粒子状物質濃度算出装置16が補正をして、PM堆積量W1からPM濃度C1を求める。   FIG. 8 is a graph for explaining the function of the particulate matter amount calculating device 13, and FIG. 9 is a graph for explaining the function of the particulate matter concentration calculating device 16. The change amount E1 of the electrical characteristic between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 is in a fixed relationship with the PM deposition amount W1 (see FIG. 8), and the change amount of the electrical characteristic by the characteristic measurement device 3 If E1 is known, the PM deposition amount W1 is obtained by the particulate matter amount calculation device 13 having a calculation function based on FIG. If the flow rate of the exhaust gas is constant, the PM deposition amount W1 has a constant relationship with the PM concentration C1 (see FIG. 9), and if the PM deposition amount W1 is known, it has a calculation function based on FIG. The PM concentration C1 is obtained by the particulate matter concentration calculation device 16. When the flow rate of the exhaust gas changes, the particulate matter concentration calculation device 16 corrects based on the flow rate obtained by the flow meter 14, and obtains the PM concentration C1 from the PM deposition amount W1.

粒子状物質検出装置100では、粒子状物質量算出装置13及び粒子状物質濃度算出装置16は、制御装置12に組み込まれている。その制御装置12は、主に、例えば電気信号入出力機能を備えたシーケンサ等で構成され、粒子状物質量算出装置13と粒子状物質濃度算出装置16の他に、流量計14で測定された流量の電気信号を入力する機能を備えるとともに、ヒータ用電源10や電源9の制御や、工程の切換等を含め、装置全体の制御を行う。   In the particulate matter detection device 100, the particulate matter amount calculation device 13 and the particulate matter concentration calculation device 16 are incorporated in the control device 12. The control device 12 is mainly composed of, for example, a sequencer having an electric signal input / output function, and is measured by the flow meter 14 in addition to the particulate matter amount calculating device 13 and the particulate matter concentration calculating device 16. In addition to having a function of inputting an electrical signal of the flow rate, the entire apparatus is controlled including control of the heater power supply 10 and power supply 9 and switching of processes.

一の電極1と測定対向電極5の間における電気的特性として、例えばインピーダンスを求める場合には、交流電源を用い、抵抗、静電容量、インダクタンスをそれぞれ測定することが出来る。図10は、粒子状物質11が存在する状態で、交流電源を用いて、一の電極1と測定対向電極5の間に電圧Vを印加したときの等価回路(RC回路)を表す図である。回路の全インピーダンスは、粒子状物質11が存在しない状態では、電極間誘電体4に基づく静電容量C0によってのみ構成されるが、粒子状物質11が存在する状態では、粒子状物質11の静電容量C1及び抵抗R1が加わる。そして、堆積した粒子状物質11の量との一定の関係の下、静電容量C1及び抵抗R1は変化する。従って、回路の全インピーダンの変化量を求めれば、粒子状物質11の堆積量が求められる。尚、インダクタンス成分は、殆ど無視出来るものと考えられる。   As an electrical characteristic between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5, for example, when obtaining impedance, resistance, capacitance, and inductance can be measured using an AC power source. FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit (RC circuit) when a voltage V is applied between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 using an AC power source in the state where the particulate matter 11 is present. . The total impedance of the circuit is configured only by the capacitance C0 based on the interelectrode dielectric 4 in the state where the particulate matter 11 is not present, but in the state where the particulate matter 11 is present, A capacitance C1 and a resistor R1 are added. And the electrostatic capacitance C1 and resistance R1 change under a fixed relationship with the quantity of the deposited particulate matter 11. Therefore, if the amount of change in the total impedance of the circuit is obtained, the amount of particulate matter 11 deposited can be obtained. The inductance component is considered to be almost negligible.

上記の他に、定電流源を使い、一の電極1と測定対向電極5の間の電圧の変化を測定することによって、インピーダンスの変化を測定してもよく、定電圧源を使って、一の電極1と測定対向電極5の間に流れる電流の変化や、一の電極1と測定対向電極5の間に蓄積される電荷の変化を測定することによって、一の電極1と測定対向電極5の間のインピーダンスの変化を測定してもよい。   In addition to the above, a change in impedance may be measured by using a constant current source and measuring a change in voltage between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5. By measuring the change in the current flowing between the electrode 1 and the measurement counter electrode 5 and the change in the charge accumulated between the electrode 1 and the measurement counter electrode 5, the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 are measured. The change in impedance between the two may be measured.

特性測定装置3は、上記のような電気的特性及びその変化の求め方によって、適切な構成とすることが可能である。例えば、特性測定装置3は、一の電極1と測定対向電極5に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成することが出来る。好ましい測定器としては、LCRメータを挙げることが出来る。   The characteristic measuring device 3 can have an appropriate configuration depending on the electrical characteristics as described above and how to obtain the change. For example, the characteristic measuring device 3 can be composed of an AC power source for applying a voltage to one electrode 1 and the measuring counter electrode 5 and a measuring device. A preferred measuring instrument is an LCR meter.

既述のように、本発明に係る粒子状物質検出装置では、先ず、排気ガス中から粒子状物質11を電極間誘電体4の表面に集塵し堆積させ(集塵工程)、次いで、一の電極1と測定対向電極5の間の電気的特性の変化を測定する(測定工程)、という主に2つの工程を経て、粒子状物質が検出され、あるいは、その量が求められる(他に、後述する粒子状物質11を除去する除去工程がある)。そして、一の電極1は、集塵工程では集塵用電極として機能し、測定工程では測定用電極としてはたらく。そのため、工程毎に、一の電極1の接続を切り替えられるようにしておく必要がある(図7を参照)。即ち、集塵工程では、一の電極1と特性測定装置3を切り離し、測定工程では、一の電極1と電源9を切り離す。制御装置12は、これらの工程の管理、制御を行う。   As described above, in the particulate matter detection device according to the present invention, first, particulate matter 11 is collected from the exhaust gas and deposited on the surface of the interelectrode dielectric 4 (dust collection step). The change in electrical characteristics between the electrode 1 and the measurement counter electrode 5 is measured (measurement process), mainly through two steps, the particulate matter is detected, or the amount thereof is determined (otherwise There is a removal step of removing the particulate matter 11 described later). The one electrode 1 functions as a dust collecting electrode in the dust collecting step and serves as a measuring electrode in the measuring step. For this reason, it is necessary to switch the connection of one electrode 1 for each process (see FIG. 7). That is, in the dust collection process, one electrode 1 and the characteristic measuring device 3 are separated, and in the measurement process, the one electrode 1 and the power source 9 are separated. The control device 12 performs management and control of these processes.

排気ガスが流れる空間を形成する電極間誘電体4と二の電極2との間の好ましい距離は、0.5〜50mmであり、より好ましい距離は、0.6〜40mmである。このような間隔にすることにより、より効率的に放電させ、粒子状物質を集塵することが出来る。電極間誘電体4と二の電極2との間の距離が0.5mmより短いと、集塵率が低下することにより測定精度が低下することがあり、50mmより長いと、より高い電圧が必要になり無駄なエネルギーを要することがある。   A preferable distance between the interelectrode dielectric 4 and the second electrode 2 forming a space through which exhaust gas flows is 0.5 to 50 mm, and a more preferable distance is 0.6 to 40 mm. By setting such an interval, it is possible to discharge more efficiently and collect particulate matter. If the distance between the interelectrode dielectric 4 and the second electrode 2 is shorter than 0.5 mm, the dust collection rate may decrease and the measurement accuracy may decrease. If it is longer than 50 mm, a higher voltage is required. And wasteful energy may be required.

電源9は、一の電極1と二の電極2との間に放電を発生させ得る安定した直流電圧又は交流電圧を供給するものである。電源9として、例えば、フライバック方式による電源回路等を用いた電源を採用することが出来る。これは、入力側の電源からトランスにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを出力側に放出することによって高圧の直流電圧を供給することが出来るものである。フライバック方式による電源回路においては、トランスへのエネルギーの蓄積と放出は、トランジスタ等により制御され、出力側の電流はダイオードにより整流される。   The power source 9 supplies a stable DC voltage or AC voltage that can generate a discharge between the first electrode 1 and the second electrode 2. As the power source 9, for example, a power source using a flyback power source circuit or the like can be employed. In this case, energy is stored in the transformer from the power supply on the input side, and the stored energy is discharged to the output side, whereby a high-voltage DC voltage can be supplied. In a flyback power supply circuit, the accumulation and release of energy to and from the transformer are controlled by a transistor or the like, and the current on the output side is rectified by a diode.

図5は、電極外誘電体6及び一の電極1を表した斜視図である。図5において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。一の電極1は、二の電極2の対向電極として電界の形成及び放電の何れか又は両方を行うとともに、荷電された粒子状物質11を吸引し集塵する部材としての役割を果たす。粒子状物質検出装置100における板状の一の電極1は、図5に示されるように、概ね長方形を呈しているが、他に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状等の形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、1又は複数のスリットが形成された形状等を採ることが出来る。   FIG. 5 is a perspective view showing the outer electrode dielectric 6 and one electrode 1. In FIG. 5, the arrows indicate the flow direction of the exhaust gas. One electrode 1 serves as a member that collects and collects charged particulate matter 11 while performing either or both of forming an electric field and / or discharging as a counter electrode of the second electrode 2. One plate-like electrode 1 in the particulate matter detection device 100 has a generally rectangular shape as shown in FIG. 5, but in addition, a polygon such as a pentagon, a circle, an ellipse, a track shape, etc. A shape, a shape in which irregularities are formed on the outer periphery, a shape in which one or a plurality of slits are formed, and the like can be adopted.

板状の二の電極2は、斜視図を示さないが、一の電極1と同様に、概ね長方形を呈している。一の電極1と同様に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、1又は複数のスリットが形成される形状を採ることも出来る。   Although the plate-like two electrodes 2 do not show a perspective view, like the one electrode 1, they are generally rectangular. Similarly to the one electrode 1, a polygon such as a pentagon, a circle, an ellipse, a track shape, a shape in which irregularities are formed on the outer periphery, or a shape in which one or a plurality of slits are formed may be employed.

複数の線状部分を有する測定対向電極5は、排気ガスが流れる(図1における矢印)方向に対し垂直方向に長くなるように配設をされる。線状の測定対向電極5相互の間の距離は、一の電極1が粒子状物質11を集塵することによって生じた、一の電極1と測定対向電極5の間の電気的特性の変化を、明確に測定することが出来る範囲に設定される。例えば、0.2〜10mm程度である。   The measurement counter electrode 5 having a plurality of linear portions is arranged so as to be longer in the direction perpendicular to the direction in which the exhaust gas flows (arrow in FIG. 1). The distance between the linear measurement counter electrodes 5 is the change in electrical characteristics between the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 caused by the one electrode 1 collecting the particulate matter 11. It is set within a range that can be clearly measured. For example, it is about 0.2 to 10 mm.

図6は、複数の線状部分を有する測定対向電極の他の態様を表す斜視図である。図6において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。図6に示される測定対向電極105は、格子状を呈し、2方向に対向部分が存在する。加えて、測定対向電極105は、電極間誘電体4の表面の全面にわたって配設をされている。本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性の測定感度及び測定精度を向上させる観点から、線状の測定対向電極相互の間の距離が長いことは好ましくなく、一方、測定対向電極が排気ガスが流れる空間全てに対応する位置に配設されることが好ましい。図6に示される測定対向電極105は、このような好ましい態様を具現化したものである。   FIG. 6 is a perspective view showing another aspect of the measurement counter electrode having a plurality of linear portions. In FIG. 6, the arrows indicate the flow direction of the exhaust gas. The measurement counter electrode 105 shown in FIG. 6 has a lattice shape, and there are opposing portions in two directions. In addition, the measurement counter electrode 105 is disposed over the entire surface of the interelectrode dielectric 4. In the particulate matter detection device according to the present invention, from the viewpoint of improving the measurement sensitivity and measurement accuracy of the electrical characteristics, it is not preferable that the distance between the linear measurement counter electrodes is long. It is preferable to be disposed at a position corresponding to all the spaces in which the exhaust gas flows. The measurement counter electrode 105 shown in FIG. 6 embodies such a preferred embodiment.

粒子状物質検出装置100の説明に戻る。ヒータ7の形状、大きさは、電極間誘電体4の表面に集塵された粒子状物質11の全部を燃焼することが可能なように決定すればよい。   Returning to the description of the particulate matter detection device 100. The shape and size of the heater 7 may be determined so that the entire particulate matter 11 collected on the surface of the interelectrode dielectric 4 can be combusted.

ヒータ7は、粒子状物質11を酸化して除去するときだけでなく、一の電極1と測定対向電極5の間の電気的特性の変化を測定する場合に、結露等の水分の影響を受けないようにするために使用される。例えば、インピーダンス変化の検出や放電の際に、適度に加熱することによって、一の電極1と測定対向電極5への水分の付着を防止することが出来る。このときの好ましい加熱温度は、200〜300℃である。   The heater 7 is affected not only by the oxidation and removal of the particulate matter 11 but also by the influence of moisture such as dew condensation when measuring the change in electrical characteristics between the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5. Used to not. For example, it is possible to prevent moisture from adhering to the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 by appropriately heating at the time of detecting the impedance change or discharging. The preferable heating temperature at this time is 200-300 degreeC.

好ましいヒータ用電源10として、効率的な温度制御を可能とする観点から、降圧チョッパ方式の電源を挙げることが出来る。特に好ましいものは、自己消弧型の半導体スイッチを使用した降圧チョッパ方式のスイッチング電源である。この場合、好ましいスイッチング周波数は、可聴周波数以上の20kHz以上である。燃費に直接影響するため、ヒータ用電源の電流、電力は、より小さくすることが望ましい。好ましいヒータ用電源10は、電圧と電流からヒータ7の温度を算出して温度制御機能を有するものである。   As a preferable heater power source 10, a step-down chopper type power source can be cited from the viewpoint of enabling efficient temperature control. Particularly preferred is a step-down chopper type switching power supply using a self-extinguishing type semiconductor switch. In this case, a preferable switching frequency is 20 kHz or more which is higher than the audible frequency. In order to directly affect the fuel consumption, it is desirable to make the current and power of the heater power supply smaller. A preferred heater power supply 10 has a temperature control function by calculating the temperature of the heater 7 from the voltage and current.

断熱材8は、ヒータ7で発生する熱の放熱を抑制して、ヒータ7の熱を粒子状物質11の燃焼に、効率的に使用することを可能とする。断熱材8の好ましい厚さは、放熱を抑制することが出来る厚さとして、例えば、100〜1000μm程度である。   The heat insulating material 8 suppresses heat radiation generated by the heater 7 and enables the heat of the heater 7 to be efficiently used for the combustion of the particulate matter 11. A preferable thickness of the heat insulating material 8 is, for example, about 100 to 1000 μm as a thickness capable of suppressing heat dissipation.

尚、粒子状物質検出装置100では、ヒータ7及びヒータ用電源10の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極1と測定対向電極5との間に電圧の印加をして、電極間誘電体4の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備える態様を採ることが出来る。この場合、除去用電源を含み沿面放電をさせるために、集塵工程及び測定工程とは異なる電気制御回路を構築可能にしておく必要がある。即ち、一の電極1と特性測定装置3、一の電極1と電源9、をそれぞれ切り離し、一の電極1と測定対向電極5とを除去用電源に接続することが出来るような切換回路を設けておく必要がある。除去用電源としては、交流電源やパルス電源を採用することが出来る。   In the particulate matter detection device 100, a voltage is applied between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 instead of or in combination with the heater 7 and the heater power source 10, and the inter-electrode A mode in which a power supply for removal for causing creeping discharge on the surface of the dielectric 4 can be employed. In this case, in order to cause creeping discharge including the power supply for removal, it is necessary to be able to construct an electric control circuit different from the dust collection process and the measurement process. That is, a switching circuit is provided so that the one electrode 1 and the characteristic measuring device 3, the one electrode 1 and the power source 9 are separated from each other, and the one electrode 1 and the measuring counter electrode 5 can be connected to the power supply for removal. It is necessary to keep. An AC power source or a pulse power source can be used as the power source for removal.

以上、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を説明したが、他の実施形態として、二の電極を管壁面で構成した態様、あるいは針状又は棒状を呈する二の電極を採用した態様を挙げることが出来る。図2は、前者に相当する粒子状物質検出装置200を表す断面図であり、図2では、管状の二の電極202が管壁面を構成している。図2において、排気ガスが流れる方向は、手前から奥側に向けた方向である。図3は、後者に相当する粒子状物質検出装置300を表す断面図であり、二の電極302は先の尖った棒状を呈している。この粒子状物質検出装置300では、放電はコロナ放電となる。粒子状物質検出装置200,300は、原理・作用、二の電極を除く装置構成は、粒子状物質検出装置100に準じたものであるので、説明は省略する。   In the above, one embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention has been described. However, as another embodiment, an embodiment in which the two electrodes are formed of a tube wall surface, or two electrodes having a needle shape or a rod shape are employed. Can be mentioned. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the particulate matter detection device 200 corresponding to the former. In FIG. 2, the tubular two electrodes 202 constitute a tube wall surface. In FIG. 2, the direction in which the exhaust gas flows is a direction from the near side to the far side. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the particulate matter detection device 300 corresponding to the latter, and the second electrode 302 has a pointed bar shape. In the particulate matter detection device 300, the discharge is a corona discharge. The particulate matter detection devices 200 and 300 are the same in principle and action as the device configuration except for the second electrode, and the description thereof is omitted.

又、本発明に係る粒子状物質検出装置の更に他に実施形態として、測定対向電極を膜状の誘電体で被覆した態様を挙げることが出来る。図4は、そのような態様の粒子状物質検出装置400を表す断面図である。図11は、図10に対応する図であり、粒子状物質検出装置400において、粒子状物質11が存在する状態で、交流電源を用いて、一の電極1と測定対向電極5の間に電圧Vを印加したときの等価回路(RC回路)を表す図である。回路の全インピーダンスは、粒子状物質11が存在しない状態では、電極間誘電体4に基づく静電容量C0及び測定対向電極を被覆した膜状誘電体24(図4を参照)に基づく静電容量C2によって構成されるが、粒子状物質11が存在する状態では、粒子状物質11の静電容量C1及び抵抗R1が加わる。そして、堆積した粒子状物質11の量との一定の関係の下、静電容量C1及び抵抗R1は変化する。従って、粒子状物質検出装置100の場合と同様に、回路の全インピーダンの変化量を求めれば、粒子状物質11の堆積量が求められる。   Further, as another embodiment of the particulate matter detection device according to the present invention, a mode in which the measurement counter electrode is covered with a film-like dielectric material can be mentioned. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the particulate matter detection device 400 having such an embodiment. FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 10, and in the particulate matter detection device 400, the voltage between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 is measured using an AC power source in the state where the particulate matter 11 is present. It is a figure showing the equivalent circuit (RC circuit) when V is applied. The total impedance of the circuit is the capacitance based on the capacitance C0 based on the interelectrode dielectric 4 and the film-shaped dielectric 24 covering the measurement counter electrode (see FIG. 4) in the absence of the particulate matter 11. Although constituted by C2, in the state where the particulate matter 11 is present, the capacitance C1 and the resistance R1 of the particulate matter 11 are added. And the electrostatic capacitance C1 and resistance R1 change under a fixed relationship with the quantity of the deposited particulate matter 11. Therefore, as in the case of the particulate matter detection device 100, if the amount of change in the total impedance of the circuit is obtained, the amount of deposition of the particulate matter 11 is obtained.

[粒子状物質検出装置の材料]次に、本発明に係る粒子状物質検出装置の各構成要素を形成する材料について、粒子状物質検出装置100の場合を例にして、説明する。   [Materials of Particulate Matter Detection Device] Next, materials forming the constituent elements of the particulate matter detection device according to the present invention will be described by taking the case of the particulate matter detection device 100 as an example.

一の電極1、二の電極2、及び測定対向電極5、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する好ましい材料として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、マンガン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含有するものが挙げられる。これらの成分の好ましい含有率は、20体積%以上、より好ましい含有率は60体積%以上である。又、一の電極1、二の電極2、及び測定対向電極5、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する材料として、ステンレススチールを採用することが出来る。   Preferred materials for forming the first electrode 1, the second electrode 2, and the measurement counter electrode 5 and the wiring used for connection thereof are gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, titanium, manganese, molybdenum, and tungsten. What contains at least 1 type selected from the group which consists of. A preferable content of these components is 20% by volume or more, and a more preferable content is 60% by volume or more. Further, stainless steel can be used as a material for forming the first electrode 1, the second electrode 2, the measurement counter electrode 5, and the wiring used for connecting them.

電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8を形成する好ましい材料として、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。このようなセラミック製の電極間誘電体4及び電極外誘電体6は、温度変動が発生しても破壊され難く、耐熱衝撃性に優れる。断熱材8の場合は、多孔質やファイバ状とすることが好ましい。これらの材料は、図4に示される粒子状物質検出装置400の膜状誘電体14の好ましい材料としても採用される。   Preferred materials for forming the interelectrode dielectric 4, the outer electrode dielectric 6, and the heat insulating material 8 are alumina, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, aluminum nitride, zirconia, cordierite, mullite, spinel, and aluminum-titanium. Examples thereof include a ceramic containing at least one selected from the group consisting of a series oxide, a magnesium-calcium-titanium series oxide, a barium-titanium-zinc series oxide, and a barium-titanium series oxide. A ceramic-glass composite material that can be fired at a low temperature in which a glass component is mixed with the ceramics can also be used. Such a ceramic interelectrode dielectric 4 and an outer electrode dielectric 6 are not easily destroyed even when a temperature change occurs, and are excellent in thermal shock resistance. In the case of the heat insulating material 8, it is preferable to use a porous or fiber shape. These materials are also adopted as preferable materials for the film-like dielectric 14 of the particulate matter detection device 400 shown in FIG.

ヒータ7を形成する好ましい材料は、白金、銅、ニッケル、チタン、マンガン、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイド等である。特に、白金は、抵抗値と温度との関係において高い精度を示すので、これをヒータ7の材料として使用することにより、精度の高い温度制御が可能となる。   Preferred materials for forming the heater 7 are platinum, copper, nickel, titanium, manganese, tungsten, molybdenum, tungsten carbide, and the like. In particular, platinum exhibits high accuracy in the relationship between the resistance value and the temperature. By using this as the material of the heater 7, temperature control with high accuracy becomes possible.

[粒子状物質検出装置の製造方法]次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を製造する方法について、粒子状物質検出装置100を作製する場合を例にして、説明する。   [Method for Producing Particulate Matter Detection Device] Next, a method for producing a particulate matter detection device according to the present invention will be described by taking as an example the case where the particulate matter detection device 100 is produced.

先ず、既述の電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8として好ましいセラミック原料に、必要に応じて、バインダ、可塑剤、分散剤、水や有機溶剤等の溶媒を混合して、スラリー状の成形用原料を調製する。混合に際しては、アルミナ製ポット及びアルミナ玉石、又は、モノボール(ボールミル)を使用することが出来る。電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8の原料は、同じ組成としてもよいし、異なる組成としてもよい。断熱材8の成形用原料には、発泡剤を入れることが好ましい。   First, a binder, a plasticizer, a dispersant, a solvent such as water or an organic solvent, etc., are mixed with the ceramic raw material preferable as the above-described interelectrode dielectric 4, outer electrode dielectric 6, and heat insulating material 8 as necessary. Then, a slurry-like raw material for molding is prepared. In mixing, an alumina pot and alumina cobblestone, or a monoball (ball mill) can be used. The raw materials for the interelectrode dielectric 4, the outer electrode dielectric 6, and the heat insulating material 8 may have the same composition or different compositions. It is preferable to add a foaming agent to the raw material for molding the heat insulating material 8.

バインダは、水系バインダとして、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用することが出来、非水系バインダとして、ポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することが可能である。アクリル系樹脂としては、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることが出来る。のちのグリーンシートの成形、乾燥、焼成の際に、クラックの発生を抑制するという観点から、バインダの好ましい添加量は、セラミック原料100質量部に対して、3〜20質量部であり、特に好ましい添加量は、6〜17質量部である。   As the binder, methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide or the like can be suitably used as the aqueous binder, and polyvinyl butyral, acrylic resin, polyethylene, polypropylene or the like can be suitably used as the non-aqueous binder. . Examples of acrylic resins include (meth) acrylic resins, (meth) acrylic acid ester copolymers, acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymers, and the like. From the viewpoint of suppressing the generation of cracks during the subsequent forming, drying, and firing of the green sheet, the preferred addition amount of the binder is 3 to 20 parts by mass, particularly preferably 100 parts by mass of the ceramic raw material. The addition amount is 6 to 17 parts by mass.

好ましい可塑剤は、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等である。可塑剤の好ましい添加量は、バインダ100質量部に対して、30〜70質量部であり、特に好ましい添加量は、45〜55質量部である。70質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形し易くなることがあり、30質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入る等、ハンドリング性が悪くなることがある。   Preferred plasticizers are glycerin, polyethylene glycol, dibutyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, diisononyl phthalate and the like. A preferable addition amount of the plasticizer is 30 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder, and a particularly preferable addition amount is 45 to 55 parts by mass. When the amount is more than 70 parts by mass, the green sheet becomes too soft and may be easily deformed in the process of processing the sheet. When the amount is less than 30 parts by mass, the green sheet becomes too hard and cracks are generated only by bending. , Handling may be worse.

好ましい分散剤は、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等であり、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等である。分散剤の好ましい添加量は、セラミック原料100質量部に対して、0.5〜3質量部であり、特に好ましい添加量は、1〜2質量部である。0.5質量部より少ないと、セラミック原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。3質量部より多いと、セラミック原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。   Preferred dispersing agents are anionic surfactants, wax emulsions, pyridine and the like in aqueous systems, and fatty acids, phosphate esters, synthetic surfactants and the like in non-aqueous systems. The preferable addition amount of a dispersing agent is 0.5-3 mass parts with respect to 100 mass parts of ceramic raw materials, and especially preferable addition amount is 1-2 mass parts. When the amount is less than 0.5 parts by mass, the dispersibility of the ceramic raw material may be lowered, and a crack or the like may occur in the green sheet. If the amount is more than 3 parts by mass, the dispersibility of the ceramic raw material remains unchanged, and impurities during firing increase.

好ましい有機溶剤(溶媒)は、キシレン、ブタノール等である。有機溶剤は、一種単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。好ましい溶媒の添加量は、セラミック原料100質量部に対して、50〜200質量部であり、特に好ましい添加量は、75〜150質量部である。   Preferred organic solvents (solvents) are xylene, butanol and the like. An organic solvent may be used individually by 1 type, and may mix and use multiple. A preferable amount of the solvent added is 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material, and a particularly preferable amount of addition is 75 to 150 parts by mass.

次に、スラリー状の成形用原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、更に所定の粘度となるように調製する。シート状に成形し易くなるという観点から、好ましい粘度は、B型粘度計で測定した値として、2.0〜6.0Pa・sであり、より好ましい粘度は、3.0〜5.0Pa・sであり、特に好ましい粘度は、3.5〜4.5Pa・sである。   Next, the slurry-like forming raw material is stirred under a reduced pressure to defoam, and further prepared to have a predetermined viscosity. From the viewpoint of facilitating molding into a sheet shape, the preferable viscosity is 2.0 to 6.0 Pa · s as a value measured with a B-type viscometer, and the more preferable viscosity is 3.0 to 5.0 Pa · s. The particularly preferred viscosity is 3.5 to 4.5 Pa · s.

そして、粘度が調製された成形原料を、シート状に成形して、のちに電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8となるグリーンシートを形成する。好ましい成形方法は、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等である。好ましいグリーンシートの厚さは、50〜800μmである。   Then, the forming raw material whose viscosity is adjusted is formed into a sheet shape, and a green sheet to be the interelectrode dielectric 4, the outer electrode dielectric 6, and the heat insulating material 8 is formed later. A preferable forming method is a doctor blade method, a press forming method, a rolling method, a calendar roll method, or the like. A preferable green sheet has a thickness of 50 to 800 μm.

次いで、得られたグリーンシートの表面に、のちに一の電極1、測定対向電極5、ヒータ7、及び必要な配線となる導体ペーストを配設するとともに、グリーンシートを積層してグリーン積層体を得る。導体ペーストは、既述の一の電極1、測定対向電極5、ヒータ7、及び必要な配線に好適な材料からなる粉末に、バインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することが出来る。導体ペーストの好適な配設手段は、スクリーン印刷法である。   Next, on the surface of the obtained green sheet, one electrode 1, measurement counter electrode 5, heater 7, and conductor paste that becomes necessary wiring are disposed, and the green sheet is laminated to form a green laminate. obtain. For the conductive paste, a solvent such as binder and terpineol is added to the powder made of a material suitable for the electrode 1, the measuring counter electrode 5, the heater 7, and the necessary wiring as described above. It can be prepared by kneading. A suitable arrangement means for the conductive paste is a screen printing method.

導体ペーストの配設は、具体的には、電極外誘電体6となるグリーンシートの一の面には、一の電極1及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に電極間誘電体4となるグリーンシートを積層し、その電極間誘電体4となるグリーンシートの表面に、測定対向電極5及び必要な配線を、所望のパターンで(測定対向電極は、例えば図6に示される態様を採ることが好ましい)、印刷することによって行う。他方、電極外誘電体6となるグリーンシートの他の面には、ヒータ7及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に断熱材8となるグリーンシートを積層する(図1を参照)。グリーンシートの積層は加圧しながら行うことが好ましい。   Specifically, the conductor paste is arranged by printing one electrode 1 and a conductor paste to be necessary wiring on one surface of the green sheet to be the outer electrode dielectric 6, and further interelectrode dielectric 4. And the measurement counter electrode 5 and necessary wiring are formed in a desired pattern on the surface of the green sheet to be the interelectrode dielectric 4 (the measurement counter electrode has the form shown in FIG. 6, for example). It is preferable to take it). On the other hand, on the other surface of the green sheet that will be the dielectric 6 outside the electrode, a heater 7 and a conductive paste that will be necessary wiring are printed, and a green sheet that will be the heat insulating material 8 is further laminated (see FIG. 1). The green sheets are preferably laminated while being pressurized.

次に、得られたグリーン積層体を、60〜150℃で乾燥し、有機バインダを含有する場合には400〜800℃で脱脂し、その後、1200〜1600℃で焼成する。このようにして、粒子状物質検出装置100を構成する、一の電極1、電極間誘電体4、一の電極1と測定対向電極5、電極外誘電体6、ヒータ7、及び断熱材8を含む焼成積層体が得られる。   Next, the obtained green laminated body is dried at 60 to 150 ° C., and if it contains an organic binder, it is degreased at 400 to 800 ° C., and then fired at 1200 to 1600 ° C. In this way, one electrode 1, interelectrode dielectric 4, one electrode 1 and measurement counter electrode 5, outer electrode dielectric 6, heater 7, and heat insulating material 8 constituting the particulate matter detection device 100 are provided. A fired laminate comprising is obtained.

二の電極2は、既述の好適な材料からなる市販の薄板を購入して用い上記焼成積層体に支持部材を介して一体化させる。二の電極として、セラミックスと導体ペーストを積層したものを用いてもよい。この支持部材としては、既述の電極間誘電体4、電極外誘電体6、及び断熱材8に好適な材料からなる焼結体を使用することが出来る。又、粒子状物質11を含む排気ガスが流れる空洞(空間)が形成されるように、上記焼成積層体と二の電極2の支持部材とを、一体化させた積層構造としてもよい。この場合、上記焼成積層体を得る前に、上記したグリーン積層体の電極間誘電体4(測定対向電極5)の側に、その空洞を形成するグリーンシートと、天板となるグリーンシートと、を更に積層し、その天板となるグリーンシートの内面(空洞に対向する面)に、のちに二の電極2及び必要な配線となる導体ペーストを配設し、これら全体からなるグリーン積層体を得て、乾燥、必要な脱脂、焼成を行えばよい。   For the second electrode 2, a commercially available thin plate made of the above-described suitable material is purchased and used and integrated with the fired laminate through a support member. As the second electrode, a laminate of ceramic and conductor paste may be used. As the support member, a sintered body made of a material suitable for the above-described interelectrode dielectric 4, outer electrode dielectric 6, and heat insulating material 8 can be used. Further, the fired laminate and the support member for the second electrode 2 may be integrated so as to form a cavity (space) through which exhaust gas containing the particulate matter 11 flows. In this case, before obtaining the fired laminate, a green sheet that forms the cavity on the interelectrode dielectric 4 (measurement counter electrode 5) side of the green laminate, a green sheet that serves as a top plate, Are further laminated, and on the inner surface (surface facing the cavity) of the green sheet serving as the top plate, the second electrode 2 and the conductor paste serving as necessary wiring are disposed later, Obtaining, drying, necessary degreasing, and firing may be performed.

電源9、特性測定装置3、ヒータ用電源10は、既述の好ましい仕様に合致した市販品を購入する。流量計14も市販品を採用することが出来る。電源9は、一の電極1と二の電極2に切り離し可能なように接続し、特性測定装置3は、一の電極1と測定対向電極5に切り離し可能なように接続し、ヒータ用電源10はヒータ7に接続する。粒子状物質量算出装置13及び粒子状物質濃度算出装置16は、シーケンサ等のコンピュータにおいてソフトウエアで構築することが出来る。制御装置12は、既述又は後述する粒子状物質検出装置100の動作を実現するように、シーケンサ等のコンピュータにおけるソフトウエア及び実体的な制御回路(ハードウエア)で構築することが出来る。以上によって、粒子状物質検出装置100を作製することが出来る。   As the power source 9, the characteristic measuring device 3, and the heater power source 10, commercially available products that meet the above-described preferable specifications are purchased. A commercially available product can also be used for the flow meter 14. The power source 9 is detachably connected to the first electrode 1 and the second electrode 2, and the characteristic measuring device 3 is detachably connected to the first electrode 1 and the measurement counter electrode 5. Is connected to the heater 7. The particulate matter amount calculating device 13 and the particulate matter concentration calculating device 16 can be constructed by software in a computer such as a sequencer. The control device 12 can be constructed by software in a computer such as a sequencer and a substantial control circuit (hardware) so as to realize the operation of the particulate matter detection device 100 described above or later. As described above, the particulate matter detection device 100 can be manufactured.

[粒子状物質検出装置の使用方法]次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を使用する方法について、粒子状物質検出装置100の場合を例にして、説明する。   [Method of Using Particulate Matter Detection Device] Next, a method of using the particulate matter detection device according to the present invention will be described taking the case of the particulate matter detection device 100 as an example.

先ず、粒子状物質検出装置100のセンサ部を、例えばディーゼルエンジンの排気系(排気ガス管)に設置し、電源供給、制御線接続等を行い、使用可能な状態とする。   First, the sensor part of the particulate matter detection device 100 is installed in, for example, an exhaust system (exhaust gas pipe) of a diesel engine, and power supply, control line connection, and the like are performed to make it usable.

(集塵工程)一の電極1を特性測定装置3から切り離した状態で、電源9によって二の電極2と一の電極1との間に、例えば直流の高電圧を印加して放電し、粒子状物質11を荷電させて集塵し、電極間誘電体4の表面に堆積させる。   (Dust collection step) In a state where one electrode 1 is separated from the characteristic measuring device 3, for example, a high voltage of direct current is applied between the second electrode 2 and the first electrode 1 by the power source 9 to discharge the particles. The particulate matter 11 is charged to collect dust and deposited on the surface of the interelectrode dielectric 4.

高電圧を印加する好ましい時間は、0.5〜120秒であり、より好ましくは2〜10秒である。0.5秒より短いと、粒子状物質11の堆積量(集塵量)が少なくなるため、粒子状物質量11の測定精度が低下することがあり、120秒より長いと、粒子状物質11の集塵量が多くなるため、のちのインピーダンスの変化量の検出から、粒子状物質11の量を正確に把握し難くなることがある。   A preferable time for applying the high voltage is 0.5 to 120 seconds, and more preferably 2 to 10 seconds. If the time is shorter than 0.5 seconds, the accumulation amount (dust collection amount) of the particulate matter 11 is reduced, so that the measurement accuracy of the particulate matter amount 11 may be reduced. Therefore, it may be difficult to accurately grasp the amount of the particulate matter 11 from the subsequent detection of the amount of change in impedance.

一の電極1及び二の電極2に供給するための好ましい電圧は、電極間の距離によって異なるが、印加する電圧を高くすることで電界が強まり集塵力が向上する。その一方で、絶縁及び絶縁距離等が問題となり装置が大型化するため、実際上は、上記電圧は10kV以下が望ましい。   A preferable voltage to be supplied to the first electrode 1 and the second electrode 2 varies depending on the distance between the electrodes, but by increasing the applied voltage, the electric field is strengthened and the dust collecting power is improved. On the other hand, the voltage is preferably 10 kV or less in practice because insulation, insulation distance, and the like become problems and the apparatus becomes large.

一の電極1と二の電極2との間を流れる放電による好ましい電流は、1mA以下であり、更に好ましい電流は、1〜100μAである。1μAより小さいと、集塵率が低下することがある。   A preferable current due to the discharge flowing between the first electrode 1 and the second electrode 2 is 1 mA or less, and a more preferable current is 1 to 100 μA. If it is less than 1 μA, the dust collection rate may decrease.

使用電力は、本発明に係る粒子状物質検出装置が自動車の排気系で使用される場合には、燃費に直接影響を与えるので小さい方が望ましい。又、発生する電磁ノイズの低減や、放電を発生させる回路の大きさから考えても、好ましい使用電力は10W以下であり、より好ましい使用電力は1W以下である。   When the particulate matter detection device according to the present invention is used in an exhaust system of an automobile, it is desirable that the power consumption is small because it directly affects fuel consumption. Also, considering the reduction of electromagnetic noise generated and the size of the circuit that generates discharge, the preferred power consumption is 10 W or less, and the more preferred power consumption is 1 W or less.

(測定工程)粒子状物質11の堆積を終えたら、二の電極2と一の電極1との間における高電圧の印加を停止して放電を止め、電源9を一の電極1から切り離す。そして、一の電極1を特性測定装置3に接続し、特性測定装置3を稼動させ、好ましくは1〜60秒程度の時間で、一の電極1と測定対向電極5の間のインピーダンスの変化量を測定する。このインピーダンスの変化量によって、粒子状物質11の量及び濃度が求まる。   (Measurement Step) When the deposition of the particulate matter 11 is finished, the application of a high voltage between the two electrodes 2 and the one electrode 1 is stopped to stop the discharge, and the power source 9 is disconnected from the one electrode 1. Then, the one electrode 1 is connected to the characteristic measuring device 3 and the characteristic measuring device 3 is operated, and the amount of change in impedance between the one electrode 1 and the measuring counter electrode 5 is preferably about 1 to 60 seconds. Measure. The amount and concentration of the particulate matter 11 are determined by the amount of change in impedance.

特性測定装置3を一の電極1と測定対向電極5に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成する場合に、交流電源から印加される好ましい電圧の値は、1〜60Vであり、より好ましい電圧の値は2〜30Vである。1Vより小さいと検出信号が小さくなってノイズの影響を受け易くなり、60Vより大きいと汎用ICの使用が出来なくなることがある。好ましい測定周波数は、300kHz以下である。   When the characteristic measuring device 3 is constituted by an AC power source for applying a voltage to one electrode 1 and the measuring counter electrode 5 and a measuring instrument, a preferable voltage value applied from the AC power source is 1 to 60 V, more A preferable voltage value is 2 to 30V. If the voltage is less than 1V, the detection signal is small and susceptible to noise. If the voltage is greater than 60V, the general-purpose IC may not be used. A preferable measurement frequency is 300 kHz or less.

(除去工程)一の電極1と測定対向電極5の間におけるインピーダンスの変化量の測定を終えたら、ヒータ用電源10によってヒータ7を稼動させ、電極間誘電体4の表面に堆積した粒子状物質11を酸化して除去する。   (Removal step) When the measurement of the amount of change in impedance between one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 is finished, the heater 7 is operated by the heater power supply 10 and the particulate matter deposited on the surface of the interelectrode dielectric 4 11 is oxidized and removed.

ヒータ用電源10が降圧チョッパ方式のスイッチング電源である場合に、ヒータ7に印加される好ましい電流は0.8〜4A程度であり、好ましい使用電力は、48W以下である。   When the heater power supply 10 is a step-down chopper type switching power supply, the preferred current applied to the heater 7 is about 0.8 to 4 A, and the preferred power consumption is 48 W or less.

ヒータ7によって、粒子状物質11を酸化除去するときの好ましい時間は、1〜600秒であり、特に好ましい時間は、3〜120秒である。1秒より短いと粒子状物質11の酸化除去が不十分になることがあり、600秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。   A preferable time when the particulate matter 11 is removed by oxidation by the heater 7 is 1 to 600 seconds, and a particularly preferable time is 3 to 120 seconds. When the time is shorter than 1 second, the particulate matter 11 may not be oxidized and removed. When the time is longer than 600 seconds, energy may be consumed wastefully.

ヒータ7によって、電極間誘電体4の表面に集塵された粒子状物質11を酸化除去するときの好ましい温度は、500〜900℃であり、特に好ましい温度は、550〜700℃である。500℃より低いと粒子状物質が酸化除去され難くなることがあり、900℃より高いと素子の寿命が短くなることがある。   A preferable temperature when the particulate matter 11 collected on the surface of the interelectrode dielectric 4 is oxidized and removed by the heater 7 is 500 to 900 ° C., and a particularly preferable temperature is 550 to 700 ° C. When the temperature is lower than 500 ° C., the particulate matter may be difficult to be removed by oxidation. When the temperature is higher than 900 ° C., the lifetime of the device may be shortened.

尚、既述のように、ヒータ7及びヒータ用電源10の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極1と測定対向電極5との間に電圧の印加をして、電極間誘電体4の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備え、その沿面放電によって、集塵された粒子状物質11を酸化除去することが出来る。この場合、沿面放電させるときの好ましい電圧は、電極間誘電体4の厚さによって異なるが、例えば2〜15kVである。好ましい使用電力は、10〜30Wである。沿面放電する好ましい時間は、1〜600秒であり、特に好ましい時間は、3〜120秒である。1秒より短いと粒子状物質11の酸化除去が不十分になることがあり、600秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。   As described above, a voltage is applied between the one electrode 1 and the measurement counter electrode 5 instead of or in combination with the heater 7 and the heater power source 10 to thereby provide an interelectrode dielectric. 4 is provided with a power supply for removal for causing creeping discharge, and the particulate matter 11 collected by the creeping discharge can be removed by oxidation. In this case, a preferable voltage for the creeping discharge varies depending on the thickness of the interelectrode dielectric 4, but is, for example, 2 to 15 kV. The preferred power usage is 10-30W. A preferable time for creeping discharge is 1 to 600 seconds, and a particularly preferable time is 3 to 120 seconds. When the time is shorter than 1 second, the particulate matter 11 may not be oxidized and removed. When the time is longer than 600 seconds, energy may be consumed wastefully.

以上のように、集塵工程、測定工程、除去工程を繰り返すことによって、安定して、長期にわたり、粒子状物質11の検出を続けることが可能である。尚、ディーゼルエンジンの排気ガスを粒子状物質検出対象とする場合には、ディーゼルエンジンの回転数、トルク、排気ガスの流量、温度等の条件が、特定の状態となったときに電界の形成及び放電の何れか又は両方を行うことが好ましい。これらは、ディーゼルエンジンの情報を信号として制御装置12へ入力するとともに、排気ガス管に温度計を設け、その情報を信号として制御装置12へ入力することによって、制御装置12(シーケンサ等)で判断をさせることが可能である。   As described above, by repeating the dust collection process, the measurement process, and the removal process, it is possible to stably detect the particulate matter 11 over a long period of time. In addition, when exhaust gas from a diesel engine is used as a particulate matter detection target, when the conditions such as the rotational speed, torque, exhaust gas flow rate, temperature, etc. of the diesel engine are in a specific state, It is preferable to perform either or both of discharges. These are determined by the control device 12 (sequencer or the like) by inputting the diesel engine information as a signal to the control device 12 and providing a thermometer in the exhaust gas pipe and inputting the information to the control device 12 as a signal. It is possible to

本発明に係る粒子状物質検出装置は、ディーゼルエンジンや煙道等の排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する手段として、好適に利用することが出来る。   The particulate matter detection device according to the present invention can be suitably used as a means for detecting particulate matter contained in exhaust gas or the like of a diesel engine or a flue.

本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、センサ部のみを表す断面図である。It is a figure showing typically one embodiment of the particulate matter detection device concerning the present invention, and is a sectional view showing only a sensor part. 本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す図であり、センサ部のみを表す断面図である。It is a figure which shows typically other embodiment of the particulate matter detection apparatus which concerns on this invention, and is sectional drawing showing only a sensor part. 本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す図であり、センサ部のみを表す断面図である。It is a figure which shows typically other embodiment of the particulate matter detection apparatus which concerns on this invention, and is sectional drawing showing only a sensor part. 本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す図であり、センサ部のみを表す断面図である。It is a figure which shows typically other embodiment of the particulate matter detection apparatus which concerns on this invention, and is sectional drawing showing only a sensor part. 本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、電極外誘電体及び一の電極を表した斜視図である。It is a figure showing typically one embodiment of the particulate matter detection device concerning the present invention, and is a perspective view showing dielectric outside an electrode and one electrode. 本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、測定対向電極の他の態様を表す斜視図である。It is a figure which shows typically one Embodiment of the particulate-material detection apparatus which concerns on this invention, and is a perspective view showing the other aspect of a measurement counter electrode. 本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、電気制御系統を表す構成図である。It is a figure showing typically one embodiment of the particulate matter detection device concerning the present invention, and is a lineblock diagram showing an electric control system. 本発明に係る粒子状物質検出装置における粒子状物質量算出装置のはたらきを説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the function of the particulate matter amount calculation apparatus in the particulate matter detection device according to the present invention. 本発明に係る粒子状物質検出装置における粒子状物質濃度算出装置のはたらきを説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the function of the particulate matter concentration calculation apparatus in the particulate matter detection device according to the present invention. 図1に示される粒子状物質検出装置における等価回路(RC回路)を表す図である。It is a figure showing the equivalent circuit (RC circuit) in the particulate matter detection apparatus shown by FIG. 図4に示される粒子状物質検出装置における等価回路(RC回路)を表す図である。It is a figure showing the equivalent circuit (RC circuit) in the particulate matter detection apparatus shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:一の電極、2,202,302:二の電極、3:特性測定装置、4:電極間誘電体、5,105:測定対向電極、6:電極外誘電体、7:ヒータ、8:断熱材、9:電源、10:ヒータ用電源、11:粒子状物質、12:制御装置、13:粒子状物質量算出装置、14:流量計、16:粒子状物質濃度算出装置、24:膜状誘電体、100,200,300,400:粒子状物質検出装置。 1: one electrode, 2, 202, 302: second electrode, 3: characteristic measuring device, 4: interelectrode dielectric, 5,105: measurement counter electrode, 6: outer electrode dielectric, 7: heater, 8: Heat insulating material, 9: power source, 10: power source for heater, 11: particulate matter, 12: control device, 13: particulate matter amount calculating device, 14: flow meter, 16: particulate matter concentration calculating device, 24: membrane Dielectric, 100, 200, 300, 400: particulate matter detection device.

Claims (12)

一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極、その一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び前記電圧の印加をする電源、並びに、
前記誘電体の表面に配設をされる測定対向電極、その測定対向電極と前記一の電極との間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされる電気的特性の変化量に基づいて前記誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、
を備える粒子状物質検出装置。
One electrode having a plate-like shape in which one surface is coated with a dielectric, and one electrode disposed on the one surface side of the one electrode through a space through which a gas containing particulate matter flows Two electrodes that perform either or both of forming an electric field and / or discharging according to a voltage applied between the power source, a power source that applies the voltage, and
Measuring counter electrode disposed on the surface of the dielectric, characteristic measuring means for measuring electrical characteristics between the measuring counter electrode and the one electrode, and electricity measured by the characteristic measuring means Particulate matter amount calculation means for obtaining the amount of particulate matter collected on the surface of the dielectric based on the amount of change in the mechanical characteristics;
A particulate matter detection device comprising:
前記空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされる気体の流量と前記粒子状物質の量とに基づいて、前記空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備える請求項1に記載の粒子状物質検出装置。   A flow meter for measuring or estimating a flow rate of the gas flowing in the space, and particles in the gas flowing in the space based on the flow rate of the gas measured or estimated by the flow meter and the amount of the particulate matter The particulate matter detection device according to claim 1, further comprising particulate matter concentration calculation means for calculating the concentration of the particulate matter. 前記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性である請求項1又は2に記載の粒子状物質検出装置。   3. The particulate matter detection device according to claim 1, wherein the electrical characteristic is one or more electrical characteristics selected from a group of electrical characteristics including resistance, inductance, capacitance, and impedance. 前記測定対向電極が、複数の線状部分を有し、その複数の線状部分は、前記粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く平行して、前記誘電体の表面に配設をされる請求項1〜3の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。   The measurement counter electrode has a plurality of linear portions, and the plurality of linear portions are arranged on the surface of the dielectric so as to be long in parallel to the direction in which the gas containing the particulate matter flows. The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the particulate matter detection device is provided. 前記複数の線状部分を有する測定対向電極が、格子状を呈する請求項4に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter detection device according to claim 4, wherein the measurement counter electrode having the plurality of linear portions has a lattice shape. 前記複数の線状部分を有する測定対向電極が、前記誘電体の表面の全面にわたって配設をされる請求項4又は5に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter detection device according to claim 4 or 5, wherein the measurement counter electrode having the plurality of linear portions is arranged over the entire surface of the dielectric. 前記二の電極が板状を呈する請求項1〜6の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the two electrodes have a plate shape. 前記二の電極が、管壁面で構成される請求項7に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter detection device according to claim 7, wherein the second electrode includes a tube wall surface. 前記二の電極が針状又は棒状を呈する請求項1〜6の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the two electrodes have a needle shape or a rod shape. 前記板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体と、その誘電体の表面に配設されたヒータと、を備える請求項1〜9の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter according to any one of claims 1 to 9, further comprising: a dielectric covering the other surface of the electrode having the plate shape; and a heater disposed on the surface of the dielectric. Detection device. 前記一の電極と前記測定対向電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって前記一の電極の一の面に被覆された誘電体の表面に沿面放電をさせる請求項1〜10の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。   A power supply is provided between the one electrode and the measurement counter electrode to remove oxidation of particulate matter by creeping discharge, and one surface of the one electrode is applied by applying the voltage. The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 10, wherein creeping discharge is caused on the surface of the dielectric covered with the material. 前記測定対向電極が、膜状の誘電体で被覆されている請求項1〜11の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。   The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 11, wherein the measurement counter electrode is covered with a film-like dielectric.
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