JP2019163975A - 微粒子検出器 - Google Patents

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Abstract

【課題】微粒子の検出精度を高める。【解決手段】微粒子検出器10は、ガス中の微粒子26を検出するために用いられる。この微粒子検出器10は、筐体22と、電荷発生部30と、捕集部50と、ノイズキャンセル部90と、個数検出部60とを備える。筐体22は、ガスが通過するガス流路24を有している。電荷発生部30は、ガス流路24内に導入されたガス中の微粒子26に放電によって発生させた電荷28を付加して帯電微粒子Pにする。捕集部50は、ガス流路24内で電界発生部30よりもガスの流れの下流側に設けられ、帯電微粒子Pを捕集する。ノイズキャンセル部90は、電荷発生部30の放電に起因して発生するノイズをキャンセルする。個数検出部60は、捕集部50に捕集された帯電微粒子Pに応じて変化する物理量に基づいて微粒子の数を検出する。【選択図】図4

Description

本発明は、微粒子検出器に関する。
微粒子検出器としては、電荷発生素子でコロナ放電によりイオンを発生させ、そのイオンにより被測定ガス中の微粒子を帯電させて帯電微粒子とし、その帯電微粒子を捕集電極で捕集し、捕集された帯電微粒子の電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定するものが知られている(例えば特許文献1参照)。
国際公開第2015/146456号パンフレット
しかしながら、捕集電極において捕集された帯電微粒子の電荷の量は、極微小なためノイズの影響を受けやすく、精度よく検出するのが難しかった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、微粒子の量の検出精度を高めることを主目的とする。
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の微粒子検出器は、
ガス中の微粒子を検出するために用いられる微粒子検出器であって、
前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、
前記ガス流路内に導入された前記ガス中の微粒子に放電によって発生させた電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、
前記ガス流路内で前記電界発生部よりも前記ガスの流れの下流側に設けられ、前記帯電微粒子と前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集部と、
前記電荷発生部の放電に起因して発生するノイズをキャンセルするノイズキャンセル部と、
前記捕集部に捕集された前記捕集対象に応じて変化する物理量に基づいて前記微粒子の量を検出する検出部と、
を備えたものである。
この微粒子検出器では、電荷発生部が電荷を発生させることでガス中の微粒子を帯電微粒子にし、捕集部がその帯電微粒子と余剰電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する。検出部は、捕集部に捕集された捕集対象に応じて変化する物理量に基づいて微粒子の量を検出する。ノイズキャンセル部は電荷発生部の放電に起因して発生するノイズをキャンセルする。こうしたノイズは、捕集部に捕集された捕集対象に応じて変化する物理量に影響を与えるが、ここではノイズキャンセル部によってキャンセルされる。そのため、捕集部に捕集された捕集対象に応じて変化する物理量を精度よく捉えることができ、ひいては微粒子の量の検出精度を高めることができる。
なお、本明細書において、「電荷」とは、正電荷や負電荷のほかイオンを含むものとする。「物理量」とは、捕集対象に応じて変化するパラメータであればよく、例えば電流などが挙げられる。「微粒子の量」とは、例えば微粒子の数、質量、表面積などが挙げられる。
本発明の微粒子検出器において、前記電荷発生部には、前記放電を起こすための正弦波電圧又はパルス電圧が印加され、前記ノイズキャンセル部には、前記正弦波電圧又は前記パルス電圧とは逆極性の正弦波電圧又はパルス電圧が印加されてもよい。こうすれば、電荷発生部の放電に起因して発生するノイズを効果的にキャンセルすることができる。ここで、ノイズキャンセル部に印加される逆極性の正弦波電圧又はパルス電圧は、電荷発生部に印加される正弦波電圧又はパルス電圧と同位相であることが好ましい。
本発明の微粒子検出器において、前記ノイズキャンセル部は、前記電荷発生部と前記捕集部との間に配置されていてもよい。こうすれば、ノイズキャンセル部を捕集部の近くに配置することができるため、比較的小さな絶対値の電圧でノイズをキャンセルすることができる。また、ノイズキャンセル部では、放電により電荷発生部で発生する電荷とは逆極性の電荷が発生することがあるが、ノイズキャンセル部に印加される電圧の絶対値を小さくすることができるため、その分、逆極性の電荷の発生量は小さくなる。そのため、帯電微粒子の電荷が捕集部に捕集される前にノイズキャンセル部で発生した逆極性の電荷によって打ち消されるのを抑制することもできる。
本発明の微粒子検出器において、前記ノイズキャンセル部は、前記電荷発生部と対向する位置に配置されていてもよい。こうすれば、ノイズキャンセル部を電荷発生部と同じ面に配置する場合に比べて、ガス流路の長さを短くすることができる。
本発明の微粒子検出器において、前記ノイズキャンセル部は、前記捕集部よりも前記ガスの流れの下流側に配置されていてもよい。こうすれば、帯電微粒子の電荷が捕集部に捕集される前にノイズキャンセル部で発生した逆極性の電荷によって打ち消されることはほとんどない。
本発明の微粒子検出器において、前記捕集部は、前記捕集対象として前記帯電微粒子を捕集するものであり、前記電荷発生部と前記捕集部との間に、前記余剰電荷を除去する余剰電荷除去部を備えていてもよい。こうすれば、捕集部が余剰電荷を捕集するのを抑制することができるため、微粒子の量の検出精度が高まる。
微粒子検出器10の説明図。 微粒子検出素子20の斜視図。 図2のA−A断面図。 図2のB−B断面図。 電極32,92,54の電気信号の時間変化を示すグラフ。 電極32,92,54の電気信号の時間変化を示すグラフ。 微粒子検出器110の断面図。 微粒子検出器210の断面図。 パルス電圧及び正弦波電圧の形状の代表例を示す説明図。
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施形態である微粒子検出器10の説明図、図2は微粒子検出素子20の斜視図、図3は図2のA−A断面図、図4は図2のB−B断面図である。なお、本実施形態において、上下方向,左右方向及び前後方向は、図1〜図2に示した通りとする。
微粒子検出器10は、図1に示すように、エンジンの排気管12を流れる排ガスに含まれる微粒子26(図4参照)の数を検出するものである。この微粒子検出器10は、微粒子検出素子20と、各種電源36,46,56,96や個数検出部60を含む付属ユニット80とを備えている。
微粒子検出素子20は、図1に示すように、円柱状の支持体14に差し込まれた状態で、排気管12に固定されたリング状の台座16に取り付けられている。微粒子検出素子20は、保護カバー18によって保護されている。保護カバー18には図示しない穴が設けられており、この穴を介して排気管12を流通する排ガスが微粒子検出素子20の下端に設けられたガス流路24を通過する。微粒子検出素子20は、図4に示すように、筐体22に、電荷発生部30と、ノイズキャンセル部90と、余剰電荷除去部40と、捕集部50と、ヒータ電極72とを備えたものである。
筐体22は、図1に示すように、排気管12の軸方向と交差する方向(ここでは略直交する方向)に長い長尺の直方体である。筐体22は絶縁体であり、例えばアルミナなどのセラミックス製である。筐体22の下端22aは排気管12の内部に配置され、上端22bは排気管12の外部に配置される。筐体22の下端22aには、ガス流路24が設けられている。筐体22の上端22bには、各種端子が設けられている。
ガス流路24の軸方向は、排気管12の軸方向と一致している。ガス流路24は、図2に示すように、筐体22の前方の面に設けられた矩形のガス導入口24aから、筐体22の後方の面に設けられた矩形のガス排出口24bまで連なる直方体形状の空間である。筐体22は、ガス流路24を構成する左右一対の流路壁22c,22dを備えている。
電荷発生部30は、図3及び図4に示すように、ガス流路24内のガス導入口24aの近傍に電荷が発生するように、流路壁22cに設けられている。電荷発生部30は、放電電極32と2つの誘導電極34,34とを有している。放電電極32は、流路壁22cの内面に沿って設けられ、図3に示すように、矩形の周囲に複数の微細突起を有している。2つの誘導電極34,34は、矩形電極であり、流路壁22cに間隔をあけて放電電極32と平行となるように埋設されている。電荷発生部30では、図4に示すように、放電電極32と2つの誘導電極34,34との間に放電用電源36(付属ユニット80の1つ)の数kVのパルス電圧が印加されることで、両電極間の電位差による気中放電が発生する。このとき、筐体22のうち放電電極32と誘導電極34,34との間の部分が誘電体層の役割を果たす。この気中放電によって、放電電極32の周囲に存在するガスがイオン化されて正の電荷28が発生する。放電電極32は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子33(図2参照)に接続され、この端子33を介して放電用電源36に接続されている。また、2つの誘導電極34,34は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子35(図2参照)に接続され、この端子35を介して放電用電源36に接続されている。
ガスに含まれる微粒子26は、図4に示すように、ガス導入口24aからガス流路24内に入り、電荷発生部30を通過する際に電荷発生部30の気中放電によって発生した電荷28が付加されて帯電微粒子Pとなったあと後方に移動する。また、発生した電荷28のうち微粒子26に付加されなかったものは、電荷28のまま後方に移動する。
ノイズキャンセル部90は、図3及び図4に示すように、流路壁22cのうち電荷発生部30の下流側(具体的には電荷発生部30と捕集電極54との間、より具体的には電荷発生部30と除去電極44との間)に設けられている。ノイズキャンセル部90は、ノイズキャンセル電極92と2つの誘導電極94,94とを有している。ノイズキャンセル電極92は、流路壁22cの内面に沿って設けられ、図3に示すように、矩形の周囲に複数の微細突起を有している。2つの誘導電極94,94は、矩形電極であり、流路壁22cに間隔をあけてノイズキャンセル電極92と平行となるように埋設されている。2つの誘導電極94,94のうち電荷発生部30に近い側の誘導電極94は、電荷発生部30の誘導電極34も兼ねている。ノイズキャンセル部90では、ノイズキャンセル電極92と2つの誘導電極94,94との間にノイズキャンセル用電源96(付属ユニット80の1つ)のパルス電圧が印加されることで、電荷発生部30の放電に起因して発生するノイズをキャンセルする。具体的には、電荷発生部30に印加されるパルス電圧とは逆極性で同位相又はほぼ同位相のパルス電圧が印加される。ノイズキャンセル電極92は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子93(図2参照)に接続され、この端子93を介してノイズキャンセル用電源96に接続されている。また、2つの誘導電極94,94は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子95(図2参照)に接続され、この端子95を介してノイズキャンセル用電源96に接続されている。
余剰電荷除去部40は、図4に示すように、電荷発生部30の下流で且つ捕集部50の上流に設けられている。余剰電荷除去部40は、印加電極42と除去電極44とを有している。印加電極42は、右側の流路壁22dの内面に沿って設けられ、ガス流路24内に露出している。除去電極44は、左側の流路壁22cの内面に沿って設けられ、ガス流路24内に露出している。印加電極42と除去電極44とは互いに向かい合う位置に配設されている。印加電極42は、除去用電源46(付属ユニット80の1つ)によって後述する電圧V1よりも1桁程度低い電圧V2(正電位)が印加される電極である。除去電極44は、グランドに接続された電極である。これにより、余剰電荷除去部40の印加電極42と除去電極44との間には弱い電界が発生する。したがって、電荷発生部30で発生した電荷28のうち、微粒子26に付加されなかった余剰の電荷28は、この弱い電界によって除去電極44に引き寄せられて捕獲され、グランドに捨てられる。これにより、余剰電荷除去部40は、余剰の電荷28が捕集部50の捕集電極54に捕集されて微粒子26の数にカウントされてしまうことを抑制している。印加電極42は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子43(図2参照)に接続され、この端子43を介して除去用電源46に接続されている。また、除去電極44は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子45(図2参照)に接続され、この端子45を介してグランドに接続されている。
捕集部50は、図4に示すように、ガス流路24のうち電荷発生部30及び余剰電荷除去部40よりも下流に設けられている。捕集部50は、帯電微粒子Pを捕集するものであり、電界発生電極52と捕集電極54とを有している。電界発生電極52は、右側の流路壁22dの内面に沿って設けられ、ガス流路24内に露出している。捕集電極54は、左側の流路壁22cの内面に沿って設けられ、ガス流路24内に露出している。電界発生電極52と捕集電極54とは互いに向かい合う位置に配設されている。電界発生電極52は、印加電極42に印加される電圧V2よりも大きな電圧V1(正電位)が捕集用電源56(付属ユニット80の1つ)によって印加される電極である。捕集電極54は、電流計62を介してグランドに接続された電極である。これにより、捕集部50の電界発生電極52と捕集電極54との間には比較的強い電界が発生する。したがって、ガス流路24を流れる帯電微粒子Pは、この比較的強い電界によって捕集電極54に引き寄せられて捕集される。電界発生電極52は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子53(図2参照)に接続され、この端子53を介して捕集用電源56に接続されている。また、捕集電極54は、筐体22の内部に設けられた図示しない配線を介して筐体22の上端22bの端子55(図2参照)に接続され、この端子55を介して電流計62に接続されている。
なお、余剰電荷除去部40の各電極42,44のサイズ、両電極42,44の間に発生させる電界の強さ、捕集部50の各電極52,54のサイズ、両電極52,54の間に発生させる電界の強さは、帯電微粒子Pが除去電極44に捕集されることなく捕集電極54に捕集されるように、また、微粒子26に付加しなかった電荷28が除去電極44によって除去されるように、設定されている。一般に、電荷28の電気移動度は、帯電微粒子Pの電気移動度の10倍以上であり、捕集するのに必要な電界は1桁以上小さくて済むので、このような設定が容易に可能となる。なお、電界発生電極52と捕集電極54とは、複数組設けられていてもよい。
個数検出部60は、付属ユニット80の1つであり、図4に示すように、電流計62と個数測定装置64とを備えている。電流計62は、一方の端子が捕集電極54に接続され、もう一方の端子がグランドに接続されている。この電流計62は、捕集電極54に捕集された帯電微粒子Pの電荷28に基づく電流を測定する。個数測定装置64は、電流計62の電流に基づいて微粒子26の個数を演算する。
ヒータ電極72は、筐体22に埋設された帯状の発熱体である。具体的には、ヒータ電極72は、筐体22の上端22bの一方の端子75(図2参照)から、筐体22の流路壁22cをジグザグに引き回されたあと、筐体22の上端22bの他方の端子75(図2参照)に戻るように配線されている。ヒータ電極72は、一対の端子75,75を介して図示しない給電装置に接続され、その給電装置によって通電されると発熱する。ヒータ電極72は、筐体22や除去電極44,捕集電極54などの各電極を加熱する。
次に、微粒子検出器10の使用例について説明する。自動車の排ガスに含まれる微粒子26を計測する場合、上述したようにエンジンの排気管12に微粒子検出素子20を取り付ける(図1参照)。
図4に示すように、ガス導入口24aからガス流路24内に導入された排ガスに含まれる微粒子26は、電荷発生部30の放電によって発生した電荷28(ここでは正電荷)を帯びて帯電微粒子Pになる。帯電微粒子Pは、電界が弱く除去電極44の長さが捕集電極54よりも短い余剰電荷除去部40をそのまま通過して、捕集部50に至る。一方、微粒子26に付加されなかった電荷28は、電界が弱くても余剰電荷除去部40の除去電極44に引き寄せられ、除去電極44を介してGNDに捨てられる。これにより、微粒子26に付加されなかった不要な電荷28は捕集部50にほとんど到達することがない。
捕集部50に到達した帯電微粒子Pは、電界発生電極52によって発生した捕集用電界によって捕集電極54に捕集される。そして、捕集電極54に捕集された帯電微粒子Pの電荷28に基づく電流が電流計62で測定され、その電流に基づいて個数測定装置64が微粒子26の個数を演算する。電流Iと電荷量qの関係は、I=dq/(dt)、q=∫Idtである。個数測定装置64は、所定期間にわたって電流値を積分(累算)してその積分値(蓄積電荷量)を求め、蓄積電荷量を素電荷で除算して電荷の総数(捕集電荷数)を求め、その捕集電荷数を1つの微粒子26に付加する電荷の数の平均値(平均帯電数)で除算することで、捕集電極54に捕集された微粒子26の個数Ntを求める(下記式(1)参照)。個数測定装置64は、この個数Ntを排ガス中の微粒子26の数として検出する。
Nt=(蓄積電荷量)/{(素電荷)×(平均帯電数)} …(1)
微粒子検出素子20の使用に伴い、微粒子26等が捕集電極54に数多く堆積すると、新たに帯電微粒子Pが捕集電極54に捕集されないことがある。そのため、定期的にあるいは堆積量が所定量に達したタイミングで、捕集電極54をヒータ電極72によって加熱することにより、捕集電極54上の堆積物を加熱して焼却し捕集電極54の電極面をリフレッシュする。また、ヒータ電極72により、筐体22の内周面に付着した微粒子26を焼却することもできる。
次に、捕集電極54に現れるノイズ信号について説明する。本発明者らは、微粒子検出器10を排気管12に取り付ける前に、電荷発生部30の放電電極32と2つの誘導電極34,34との間に数kVのパルス電圧を印加して気中放電を発生させたときに捕集電極54に現れるノイズ信号を調べた。図5は、ノイズキャンセル部90にパルス電圧を印加していない状態で、電荷発生部30に気中放電を発生させるためのパルス電圧を印加したときの、放電電極32、ノイズキャンセル電極92及び捕集電極54の電気信号の時間変化を示すグラフである。図6は、電荷発生部30に気中放電を発生させるためのパルス電圧を印加すると同時に、ノイズキャンセル部90にそれとは逆極性で同位相又はほぼ同位相のパルス電圧を印加したときの、放電電極32、ノイズキャンセル電極92及び捕集電極54の電気信号の時間変化を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は電圧である。
ノイズキャンセル部90に電圧を印加しなかった場合には、図5から明らかなのように、電荷発生部30の放電電極32にパルス電圧が印加されるのに起因して捕集電極54に比較的大きなノイズ信号が現れた。これに対して、電荷発生部30に気中放電を発生させるためのパルス電圧を印加すると同時に、ノイズキャンセル部90にそれとは逆極性で同位相又はほぼ同位相のパルス電圧を印加した場合には、図6から明らかなように、電荷発生部30の放電電極32にパルス電圧が印加されても捕集電極54にはほとんどノイズ信号は現れなかった。また、ノイズキャンセル部90に印加するパルス電圧の絶対値の大きさを検討したところ、電荷発生部30に印加するパルス電圧の絶対値よりも小さい値でノイズ信号をほぼキャンセルすることができた。ちなみに、ノイズキャンセル部90に印加するパルス電圧の絶対値を電荷発生部30に印加するパルス電圧の絶対値と同等にしたときには、捕集電極54には逆極性の比較的小さいノイズ信号が発生した。
以上説明した微粒子検出器10では、ノイズキャンセル部90は電荷発生部30の放電に起因して発生するノイズをキャンセルする。こうしたノイズは、捕集電極54に捕集された帯電微粒子Pに応じて変化する物理量(本実施形態では検出電流)に影響を与えるが、ここではノイズキャンセル部90によってキャンセルされる。そのため、捕集電極54の検出電流を精度よく捉えることができ、ひいては微粒子の数の検出精度を高めることができる。
また、ノイズキャンセル部90には、電荷発生部30に印加されるパルス電圧とは逆極性のパルス電圧が印加されるため、電荷発生部30の放電に起因して発生するノイズを効果的にキャンセルすることができる。ここで、ノイズキャンセル部90に印加される逆極性のパルス電圧は、電荷発生部30に印加されるパルス電圧と同位相であることが好ましい。
更に、ノイズキャンセル部90は電荷発生部30と捕集部50との間に配置されているため、ノイズキャンセル電極92を捕集電極54の近くに配置することができ、比較的絶対値の小さな逆極性のパルス電圧でノイズをキャンセルすることができる。また、ノイズキャンセル部90では、放電により負電荷(電荷発生部30で発生する電荷とは逆極性の電荷)が発生することがあるが、逆極性のパルス電圧の絶対値が小さい分、その発生量は小さい。そのため、帯電微粒子Pの正電荷が捕集電極54に捕集される前にノイズキャンセル部90で発生した負電荷によって打ち消されるのを抑制することもできる。
ここで、ノイズキャンセル電極92について、更に説明する。ノイズキャンセル電極92の位置や印加電圧は、(1)放電電極32とノイズキャンセル電極92との間における絶縁破壊の発生の防止、(2)ノイズキャンセル効果の低減防止、(3)ノイズキャンセル電極92の放電による逆極性の電荷の発生の防止、などを考慮して決定することが好ましい。通常、放電電極32は印加電圧2kV以上で放電し、2.5kV以上で安定して放電する。そこで、例えば放電電極32に印加する電圧を3kVに設定する場合を考える。その場合、放電電極32とノイズキャンセル電極92との間における絶縁破壊の発生を防止するには、放電電極32とノイズキャンセル電極92との距離を1mm以上離す(つまり電界強度を3kV/mm以下にする)ことが好ましい。一方、放電電極32とノイズキャンセル電極92との距離が離れすぎると、放電電極32で発生した電界(電気力線)がノイズキャンセル電極92でキャンセルされずに回り込んで捕集電極54に到達してノイズキャンセル効果を低減させることがわかっている。そのため、ノイズキャンセル効果の低減を防止するためには、放電電極32とノイズキャンセル電極92との距離は、上記(1)、(2)が両立するように設定するのが好ましい。また、上記(3)すなわちノイズキャンセル電極92で逆極性の電荷の発生を防止するには、ノイズキャンセル電極92の印加電圧を2kV未満に設定するのが好ましい。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、電荷発生部30の一方の誘導電極34をノイズキャンセル部90の一方の誘導電極94と兼用したが、兼用せずに別々に設けてもよい。但し、兼用した方が、電極数が少なくなるため部品コストや製造コストが低くなる。
上述した実施形態では、ノイズキャンセル部90を電荷発生部30と捕集部50との間(より詳しくは電荷発生部30と余剰電荷除去部40との間)に配置したが、ノイズキャンセル部90の配置位置は特にこれに限られるものではない。例えば、図7の微粒子検出器110のように、電荷発生部30と対向する位置にノイズキャンセル部190を配置してもよい。ノズルキャンセル部190は、流路壁22cの壁面に設けられたノズルキャンセル電極192と流路壁22cに埋設された2つの誘導電極194,194とで構成されている。なお、図7中、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。ノイズキャンセル電極92を捕集電極54の近くに配置し、放電電極32を捕集電極54の遠くに配置した方が、ノイズキャンセル電極92のパルス電圧の絶対値を小さくすることができ、ノイズキャンセル電極92から発生する逆極性の電荷を抑えることができる。そのため、図7では、ノイズキャンセル部90は捕集電極54と同じ左側の流路壁22c)に設けられ、電荷発生部30は右側の流路壁22dに設けられている。また、放電電極32とノイズキャンセル電極192は互いに対向している。そのため、上述した実施形態のようにノイズキャンセル部90を電荷発生部30と同じ面に配置する場合に比べて、ガス流路24の長さを短くすることができる。
あるいは、図8の微粒子検出器210のように、捕集部50よりもガスの流れの下流側にノイズキャンセル部290を配置してもよい。ノズルキャンセル部290は、流路壁22cの壁面に設けられたノズルキャンセル電極292と流路壁22cに埋設された2つの誘導電極294,294とで構成されている。なお、図8中、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。微粒子検出器210では、帯電微粒子Pの正電荷が捕集部50に捕集される前にノイズキャンセル部290で発生した負電荷によって打ち消されることはほとんどなくなる。
上述した実施形態では、ノイズキャンセル部90として、ガス流路24の流路壁22cの内面に沿って設けられたノイズキャンセル電極92と流路壁22cに埋設された2つの誘導電極94,94とにより構成したが、電荷発生部30の放電に起因するノイズをキャンセル可能なものであれば特にどのような構成でも構わない。例えば、誘導電極94,94を流路壁22cに埋設する代わりに、流路壁22cの内面に沿って設けてもよい。
上述した実施形態では、電荷発生部30として、ガス流路24の流路壁22cの内面に沿って設けられた放電電極32と流路壁22cに埋設された2つの誘導電極34,34とにより構成したが、気中放電により電荷を発生するものであれば特にどのような構成でも構わない。例えば、誘導電極34,34を流路壁22cに埋設する代わりに、流路壁22cの内面に沿って設けてもよい。あるいは、特許文献1に記載されているように、電荷発生部を針状電極と対向電極とで構成してもよい。
上述した実施形態では、電界発生電極52はガス流路24に露出していたが、これに限らず筐体22に埋設されていてもよい。また、電界発生電極52に代えて、捕集電極54を上下から挟むように配設された一対の電界発生電極を筐体22に設け、この一対の電界発生電極間に印加した電圧により生じる電界で、帯電微粒子Pを捕集電極54に向けて移動させてもよい。この点は、印加電極42も同様である。
上述した実施形態において、電界発生電極52には電圧V1を印加したが、電圧を印加せず電界発生電極52による電界を発生させない場合でも、ガス流路24の左右方向の幅を微小な値(例えば0.01mm以上0.2mm未満)としておくことで、ブラウン運動の激しい粒径の比較的小さな帯電微粒子Pを捕集電極54に衝突させることができる。これにより、捕集電極54が帯電微粒子Pを捕集できる。この場合、微粒子検出素子20は電界発生電極52を備えなくてもよい。
上述した実施形態では、微粒子検出器10をエンジンの排気管12に取り付ける場合を例示したが、特にエンジンの排気管12に限定されるものではなく、微粒子を含むガスが流通する管であればどのような管であってもよい。
上述した実施形態では、微粒子検出素子20は微粒子の数を検出するものとしたが、微粒子の質量や表面積などを検出するものとしてもよい。微粒子の質量は、例えば、微粒子の数に微粒子の平均質量を乗じることにより求めることができるし、予め蓄積電荷量と捕集された微粒子の質量との関係をマップとして記憶装置に記憶しておき、このマップを用いて蓄積電荷量から微粒子の質量を求めることもできる。微粒子の表面積についても、微粒子の質量と同様の方法で求めることができる。
上述した実施形態では、余剰電荷除去部40を設けたが、余剰電荷除去部40を省略してもよい。
上述した実施形態では、捕集電極54に流れる電流に基づいて帯電微粒子Pの数を求めたが、除去電極44に流れる電流に基づいて余剰電荷の数を求め、電荷発生部30で発生した電荷の総数からその余剰電荷の数を差し引いて帯電微粒子Pの数を求めてもよい。この場合、余剰電荷除去部40が本発明の微粒子検出器の捕集部に相当し、余剰電荷が捕集対象に相当することになる。また、捕集部50を省略してもよい。
上述した実施形態では、パルス電圧として矩形波を採用したが、パルス電圧の形状は特に矩形に限定されるものではなく、台形、三角形、のこぎり歯などの各種形状を採用することができる。また、パルス電圧の代わりに正弦波電圧を採用することもできる。パルス電圧の形状の代表例を図9(a)〜(f)に、正弦波電圧の形状の代表例を図9(g)に例示する。
10 微粒子検出器、12 排気管、14 支持体、16 台座、18 保護カバー、20 微粒子検出素子、22 筐体、22a 下端、22b 上端、22c 流路壁、22d 流路壁、24 ガス流路、24a ガス導入口、24b ガス排出口、26 微粒子、28 電荷、30 電荷発生部、32 放電電極、34 誘導電極、36 放電用電源、40 余剰電荷除去部、42 印加電極、44 除去電極、46 除去用電源、50 捕集部、52 電界発生電極、54 捕集電極、56 捕集用電源、60 個数検出部、62 電流計、64 個数測定装置、72 ヒータ電極、80 付属ユニット、90 ノイズキャンセル部、92 ノイズキャンセル電極、94 誘導電極、96 ノイズキャンセル用電源、110 微粒子検出器、190 ノイズキャンセル部、192 ノイズキャンセル電極、194 誘導電極、210 微粒子検出器、290 ノイズキャンセル部、292 ノイズキャンセル電極、294 誘導電極。

Claims (6)

  1. ガス中の微粒子を検出するために用いられる微粒子検出器であって、
    前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、
    前記ガス流路内に導入された前記ガス中の微粒子に放電によって発生させた電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、
    前記ガス流路内で前記電界発生部よりも前記ガスの流れの下流側に設けられ、前記帯電微粒子と前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集部と、
    前記電荷発生部の放電に起因して発生するノイズをキャンセルするノイズキャンセル部と、
    前記捕集部に捕集された前記捕集対象に応じて変化する物理量に基づいて前記微粒子の量を検出する検出部と、
    を備えた微粒子検出器。
  2. 前記電荷発生部には、前記放電を起こすための正弦波電圧又はパルス電圧が印加され、
    前記ノイズキャンセル部には、前記正弦波電圧又は前記パルス電圧とは逆極性の正弦波電圧又はパルス電圧が印加される、
    請求項1に記載の微粒子検出器。
  3. 前記ノイズキャンセル部は、前記電荷発生部と前記捕集部との間に配置されている、
    請求項1又は2に記載の微粒子検出器。
  4. 前記ノイズキャンセル部は、前記電荷発生部と対向する位置に配置されている、
    請求項1又は2に記載の微粒子検出器。
  5. 前記ノイズキャンセル部は、前記捕集部よりも前記ガスの流れの下流側に配置されている、
    請求項1又は2に記載の微粒子検出器。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の微粒子検出器であって、
    前記捕集部は、前記捕集対象として前記帯電微粒子を捕集するものであり、
    前記電荷発生部と前記捕集部との間に、前記余剰電荷を除去する余剰電荷除去部
    を備えた微粒子検出器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019164093A (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 日本碍子株式会社 電荷発生装置とそれを有する微粒子検出器
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4766312A (en) * 1987-05-15 1988-08-23 Vestec Corporation Methods and apparatus for detecting negative ions from a mass spectrometer
EP3124951A4 (en) * 2014-03-26 2017-11-22 NGK Insulators, Ltd. Fine-particle number measurement device and fine-particle number measurement method
US9875873B2 (en) * 2014-08-08 2018-01-23 Shimadzu Corporation Particle charger
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