JP5327152B2 - 粒子状物質検出センサ素子及び粒子状物質検出センサ - Google Patents
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該絶縁基板の表面に形成された複数の検出部とを備え、
個々の上記検出部は、所定の間隔をおいて相対向する一対の電極からなり、被測定ガスに含まれる導電性微粒子を上記一対の電極の間に捕集すると共に、該一対の電極間の電気抵抗を測定することにより、上記一対の電極間に捕集した上記導電性微粒子の量を検出できるよう構成されており、
上記複数の検出部は、捕集する上記導電性微粒子の最大粒径が、個々の上記検出部ごとに異なるよう構成されており、
ヒータが上記絶縁基板に設けられており、上記検出部の中心から上記ヒータの中心までの距離は上記検出部ごとに異なり、上記導電性微粒子を捕集する際に上記ヒータを出力することにより、上記複数個の検出部を、上記検出部ごとに異なる温度に加熱するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ素子にある(請求項1)。
また、第1の発明の別の態様は、絶縁基板と、
該絶縁基板の表面に形成された複数の検出部とを備え、
個々の上記検出部は、所定の間隔をおいて相対向する一対の電極からなり、被測定ガスに含まれる導電性微粒子を上記一対の電極の間に捕集すると共に、該一対の電極間の電気抵抗を測定することにより、上記一対の電極間に捕集した上記導電性微粒子の量を検出できるよう構成されており、
上記複数の検出部は、捕集する上記導電性微粒子の最大粒径が、個々の上記検出部ごとに異なるよう構成されており、
それぞれ発熱量が異なる複数のヒータが上記絶縁基板に設けられており、上記導電性微粒子を捕集する際に上記ヒータを出力することにより、上記複数個の検出部を、該検出部ごとに異なる温度に加熱するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ素子にある(請求項2)。
このようにすると、検出部ごとに、粒径の範囲が異なる導電性微粒子を捕集し、その範囲ごとに質量を検出することができる。これにより、導電性微粒子の粒度分布を求めることが可能になる。
本発明において、上記一対の電極間に印加する電圧は上記検出部ごとに異なることが好ましい(請求項3)。
このようにすると、検出部ごとに、捕集する導電性微粒子の最大粒径を簡単に変えることができる。すなわち、導電性微粒子は帯電しているため、電極間に電圧を印加すると、導電性微粒子は静電気力によって検出部に引き寄せられる。粒径の大きな導電性微粒子は質量が大きいため、電界強度が大きくないと引き寄せられない。それに対し、粒径の小さな導電性粒子は質量が小さいため、電界強度が小さくても引き寄せられる。そのため、電極間に印加する電圧を検出部ごとに変えることにより、それぞれの検出部で捕集できる導電性微粒子の最大粒径を変えることができる。
このようにすると、全ての検出部において、電極間に印加する電圧を一定にした場合でも、各々の検出部の電極間に生じる電界強度を変えることができる。電極間に印加する電圧を検出部ごとに変える場合は、電気回路が比較的複雑になりやすいが、全ての検出部において電圧が一定であれば、電気回路を簡単な構成にすることができる。そのため、上記構成にすることにより、検出部に接続する電気回路を簡単な構成にしつつ、各検出部で捕集する導電性微粒子の最大粒径を変えることができる。
そのため、ヒータを使って、検出部ごとに温度を変えることができる。加熱した検出部の周囲では、空気の対流が生じる。温度が高い検出部では対流は大きく、温度が低い検出部では対流は小さい。粒径が大きな導電性微粒子は質量が大きいため、大きな対流が生じている検出部でも捕集される。これに対し、粒径が小さな導電性微粒子は質量が小さいため、対流が小さい検出部でないと捕集されない。
このように、検出部ごとに温度を変えることにより、捕集される導電性微粒子の最大粒径を変えることが可能になる。
したがって、発熱量が異なる複数のヒータを用いるため、それぞれの検出部の温度を確実に変えることができる。
本発明の参考例にかかる粒子状物質検出センサ素子につき、図1〜図9を用いて説明する。
図1に示すごとく、本例の粒子状物質検出センサ素子1は、絶縁基板2と、該絶縁基板2の表面に形成された複数の検出部3とを備える。
個々の検出部3は、所定の間隔をおいて相対向する一対の電極4,5からなり、被測定ガスに含まれる導電性微粒子6を一対の電極4,5の間に捕集する。検出部3は、一対の電極4,5間の電気抵抗を測定することにより、一対の電極4,5間に捕集した導電性微粒子6の量を検出できるよう構成されている。
複数の検出部3は、捕集する導電性微粒子6の最大粒径が、個々の検出部3ごとに異なるよう構成されている。
以下、詳説する。
本例では、絶縁基板2の表面に電極4a〜4e,5a〜5eを形成した。これらの電極4a〜4e,5a〜5eによって、5個の検出部3a〜3eを形成した。そして、電極5の電圧を0Vにし、電極4a,4b,4c,4d,4eをそれぞれ50V,40V,30V,20V,10Vに印加した。
図7の(1)に示すごとく、検出部3が捕集した導電性微粒子6の量が少ない場合は、Vsは低い。そのため、導電性微粒子6の量を検出できない。
図7の(2)〜(3)に示すごとく、捕集された導電性微粒子6の量が増えると、Vsが上昇する。この区間は、捕集した導電性微粒子6の量を検出できる範囲である。
捕集した導電性微粒子6の量が増えすぎると、Vsが飽和してくる。そのため、ヒータ7を加熱して導電性微粒子6を燃焼させる。これにより、図7の(4)に示すごとく、Vsが初期状態に戻る。
同様に、第3検出部3cが捕集した導電性微粒子6(粒径φ0〜0.3μm)の質量から、粒径φが0〜0.2μmの範囲内の導電性微粒子6の質量を減算することにより、粒径φが0.2〜0.3μmの範囲内の導電性微粒子6の質量を求めることができる。
同様の計算を行って、粒径φが0.3〜0.4μmの範囲内の導電性微粒子6の質量と、粒径φが0.4〜0.5μmの範囲内の導電性微粒子6の質量を求める。これにより、図8に示すごとく、導電性微粒子6の粒度分布を算出することができる。
信号線83,84は、ハウジング81の基端側に設けられている。信号線83,84は、接続金具86を介して粒子状物質センサ素子1の端子部87に接続されている。信号線83,84は外部機器に接続されている。この信号線83,84を介して、検出部3の電気抵抗を検出するようになっている。
また、ケーシング85は略筒状に構成されており、ハウジング81に嵌合している。ケーシング85は、封止部材88を介して信号線83,84を固定している。
このようにすると、検出部3ごとに、粒径の範囲が異なる導電性微粒子6を捕集し、その範囲ごとに質量を検出することができる。これにより、図8に示すごとく、導電性微粒子6の粒度分布を求めることが可能になる。
この計算を、粒径φが0.1〜0.2μm、0.2〜0.3μm、0.3〜0.4μm、0.4〜0.5μmの範囲についても行い、足すことにより、粒径φが0〜0.5μmに含まれる導電性微粒子6の個数を求めることが可能になる。
このようにすると、検出部3ごとに、捕集する導電性微粒子6の最大粒径を簡単に変えることができる。すなわち、導電性微粒子6は帯電しているため、電極4,5間に電圧を印加すると、導電性微粒子6は静電気力によって検出部3に引き寄せられる。粒径の大きな導電性微粒子6は質量が大きいため、電界強度が大きくないと引き寄せられない。それに対し、粒径の小さな導電性粒子は質量が小さいため、電界強度が小さくても引き寄せられる。そのため、電極4,5間に印加する電圧を検出部3ごとに変えることにより、それぞれの検出部3で捕集できる導電性微粒子6の最大粒径を変えることができる。
本例は、図11に示すごとく、一対の電極4,5の間隔dを検出部3ごとに変えた例である。同図に示すごとく、本例の粒子状物質検出センサ素子1は3個の検出部3a〜3cを備える。第1検出部3aは電極4a,5aからなる。また、第2検出部3bは電極4b,5bからなる。第3検出部3cは電極4c,5cからなる。第1検出部3aにおける、電極4a,5aの間隔はd1であり、第2検出部3bにおける、電極4b,5bの間隔はd2である。そして、第3検出部3cにおける、電極4c,5cの間隔はd3である。本例では、d1<d2<d3となっている。
その他、参考例1と同様の構成を備える。
その他、参考例1と同様の作用効果を備える。
本例は、複数の検出部に温度勾配をつけた例である。図12、図13に示すごとく、本例では、検出部3の中心からヒータ7の中心までの距離は検出部3ごとに異なる。そして、導電性微粒子6を捕集する際にヒータ7を出力することにより、複数個の検出部3a〜3cを、検出部3a〜3cごとに異なる温度に加熱するよう構成されている。
本例では、各検出部3a,3b,3cは、印加電圧が全て一定である。また、検出部3a〜3cは、電極4,5間の間隔dが全て一定である。
その他、参考例1と同様の構成を備える。
このように、検出部3ごとに温度を変えることにより、捕集される導電性微粒子6の最大粒径を変えることが可能になる。また、本例では、各検出部3a〜3cの印加電圧を一定にできるので、検出部3a〜3cに接続する電気回路を簡単な構成にすることができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、検出部に温度勾配をつける方法を変更した例である。図14、図15に示すごとく、本例では、それぞれ発熱量が異なる複数のヒータ7a〜7cが絶縁基板2に設けられている。第1ヒータ7aは第1検出部3aの近傍に配置され、第2ヒータ7bは第2検出部3bの近傍に配置されている。また、第3ヒータ7cは第3検出部3cの近傍に配置されている。そして、導電性微粒子6を捕集する際にヒータ7a〜7cを出力することにより、複数個の検出部3a〜3cを、検出部3a〜3cごとに異なる温度に加熱するよう構成されている。
このようにすると、発熱量が異なる複数のヒータ7a〜7cを用いるため、それぞれの検出部3の温度を確実に変えることができる。
その他、参考例1と同様の構成および作用効果を備える。
10 粒子状物質検出センサ
2 絶縁基板
3 検出部
4 電極
5 電極
6 導電性微粒子
7 ヒータ
Claims (5)
- 絶縁基板と、
該絶縁基板の表面に形成された複数の検出部とを備え、
個々の上記検出部は、所定の間隔をおいて相対向する一対の電極からなり、被測定ガスに含まれる導電性微粒子を上記一対の電極の間に捕集すると共に、該一対の電極間の電気抵抗を測定することにより、上記一対の電極間に捕集した上記導電性微粒子の量を検出できるよう構成されており、
上記複数の検出部は、捕集する上記導電性微粒子の最大粒径が、個々の上記検出部ごとに異なるよう構成されており、
ヒータが上記絶縁基板に設けられており、上記検出部の中心から上記ヒータの中心までの距離は上記検出部ごとに異なり、上記導電性微粒子を捕集する際に上記ヒータを出力することにより、上記複数個の検出部を、上記検出部ごとに異なる温度に加熱するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ素子。 - 絶縁基板と、
該絶縁基板の表面に形成された複数の検出部とを備え、
個々の上記検出部は、所定の間隔をおいて相対向する一対の電極からなり、被測定ガスに含まれる導電性微粒子を上記一対の電極の間に捕集すると共に、該一対の電極間の電気抵抗を測定することにより、上記一対の電極間に捕集した上記導電性微粒子の量を検出できるよう構成されており、
上記複数の検出部は、捕集する上記導電性微粒子の最大粒径が、個々の上記検出部ごとに異なるよう構成されており、
それぞれ発熱量が異なる複数のヒータが上記絶縁基板に設けられており、上記導電性微粒子を捕集する際に上記ヒータを出力することにより、上記複数個の検出部を、該検出部ごとに異なる温度に加熱するよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ素子。 - 請求項1又は請求項2において、上記一対の電極間に印加する電圧は上記検出部ごとに異なることを特徴とする粒子状物質検出センサ素子。
- 請求項1又は請求項2において、上記一対の電極の間隔は上記検出部ごとに異なるよう構成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ素子。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の粒子状物質検出センサ素子を有する粒子状物質検出センサ。
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