(57)【要約】【課題】測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる排ガス測定装置を提供する。【解決手段】電圧印加部１７が、複数の分級電極１２に含まれる第１分級電極１２１及び第２分級電極１２２のうち、第１分級電極１２１に対しては一定電圧を印加し、流路１１３内における試料ガスの流通方向Ｄにおいて第１分級電極１２１よりも上流側に位置する第２分級電極１２２に対しては、一定電圧を印加した状態（図１に実線で示す状態）、又は、接地電位を接続した状態（図１に破線で示す状態）のいずれかに切り替える。第２分級電極１２２に対して一定電圧を印加した状態と、接地電位を接続した状態とで、測定電極１３に到達する粒子の粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが流れる流路を内部に有し、当該流路に対する入口及び出口が形成されたハウジングと、
前記入口から前記出口へと前記流路内に試料ガスを流通させる送風機構と、
前記流路の内面に設けられた測定電極と、
前記流路の内面における前記測定電極に対して前記流路を挟んで反対側に設けられ、前記流路内に電界を発生させることにより、前記流路内を流れる試料ガス中の帯電粒子を前記測定電極に引き付ける複数の分級電極と、
前記測定電極が試料ガス中の帯電粒子から受け取る電荷を検出する検出部と、
前記複数の分級電極に含まれる第１分級電極及び第２分級電極のうち、前記第１分級電極に対しては一定電圧を印加し、前記流路内における試料ガスの流通方向において前記第１分級電極よりも上流側に位置する前記第２分級電極に対しては、前記一定電圧を印加した状態又は接地電位を接続した状態のいずれかに切り替える電圧印加部とを備えることを特徴とする排ガス測定装置。
【請求項２】
前記第１分級電極は、前記測定電極に対向する位置に設けられ、
前記第２分級電極は、前記測定電極に対向しない位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス測定装置。
【請求項３】
前記流路の内面における前記流路に対して前記測定電極側に設けられ、前記流通方向において前記測定電極よりも上流側に位置し、接地電位に接続されたトラップ電極をさらに備え、
前記第２分級電極は、前記トラップ電極に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の排ガス測定装置。
【請求項４】
前記測定電極は、前記流路の内面に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス測定装置。
【請求項５】
前記複数の測定電極に含まれる１対の測定電極における前記検出部からの検出信号に基づいて、試料ガス中の粒子数を演算する演算部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の排ガス測定装置。
【請求項６】
試料ガスが流れる流路を内部に有し、当該流路に対する入口及び出口が形成されたハウジングと、
前記入口から前記出口へと前記流路内に試料ガスを流通させる送風機構と、
前記流路の内面に設けられた複数の測定電極と、
前記流路の内面における前記複数の測定電極に対して前記流路を挟んで反対側に設けられ、前記流路内に電界を発生させることにより、前記流路内を流れる試料ガス中の帯電粒子を前記複数の測定電極のいずれかに引き付ける分級電極と、
前記複数の測定電極が試料ガス中の帯電粒子から受け取る電荷を検出する検出部と、
前記複数の測定電極に含まれる第１測定電極を接地電位に接続した状態、又は、前記流路内における試料ガスの流通方向において前記第１測定電極の下流側に隣接する第２測定電極に接続した状態のいずれかに切り替える接続切替部とを備えることを特徴とする排ガス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車からの排ガスなどのように粒子を含む試料ガスを測定するための排ガス測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などから排出されるガス（排ガス）には、ナノメートルオーダーの微小な粒子が含まれており、このような排ガスを試料ガスとして、排ガス測定装置により試料ガス中の粒子を測定する場合がある。この種の排ガス測定装置の一例として、下記特許文献１及び２には、試料ガス中の粒子を帯電させて電界内に導入することにより、粒子径が異なる粒子を電界から受ける力によって分級することができるような構成が開示されている。
【０００３】
具体的には、排ガス測定装置は、試料ガスが流れる流路が内部に形成されたハウジングを備えており、このハウジング内に設けられた分級電極に電圧が印加されることにより流路内に電界が発生する。ハウジング内には、分級電極に対して流路を挟んで反対側に複数の測定電極が設けられている。これらの測定電極は、流路内における試料ガスの流通方向に対して平行に並べて配置されており、各測定電極同士は絶縁されている。
【０００４】
ハウジングに対して試料ガスの流通方向の下流側には、送風機構としてのポンプが設けられている。このポンプの駆動により、流路内に試料ガスを流通させることができる。流路内を流れる試料ガス中の粒子は、帯電器により帯電された後、流路内に形成された電界から受ける力によって、複数の測定電極のいずれかに引き付けられる。このとき、粒子径が小さい粒子ほど上流側の測定電極に引き付けられ、粒子径が大きい粒子ほど下流側の測定電極に引き付けられることとなる。
【０００５】
各測定電極は、引き付けられた帯電粒子から電荷を受け取る。各測定電極には検流回路が接続されており、各測定電極が帯電粒子から受け取る電荷が検流回路により検出される。したがって、各測定電極に接続された検流回路における検出信号に基づいて、試料ガス中の各粒子径の粒子数を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１８３６５２号
【特許文献２】特開２０１５−１０８５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような従来の構成では、最も上流側の測定電極に引き付けられる帯電粒子の粒子径に下限値が存在する。すなわち、粒子径が一定値以上の粒子でなければ、最も上流側の測定電極にすら到達せず、検流回路により検出することができない。そのため、上記一定値以上の粒子径の粒子しか測定できず、より小さい粒子径の粒子を測定することができないという問題がある。
【０００８】
そこで、既存の位置よりも上流側にまで測定電極を設けることにより、その測定電極に微細な粒子を引き付けることが考えられる。この場合、測定可能な粒子の粒子径の下限値を小さくすることは可能であるが、そのような微細な粒子の測定を所望しない場合には、不必要な検出信号が検流回路から出力されることとなり、測定結果にノイズが生じる原因ともなり得る。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる排ガス測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る排ガス測定装置は、ハウジングと、送風機構と、測定電極と、複数の分級電極と、検出部と、電圧印加部とを備える。前記ハウジングは、試料ガスが流れる流路を内部に有し、当該流路に対する入口及び出口が形成されている。前記送風機構は、前記入口から前記出口へと前記流路内に試料ガスを流通させる。前記測定電極は、前記流路の内面に設けられている。前記複数の分級電極は、前記流路の内面における前記測定電極に対して前記流路を挟んで反対側に設けられ、前記流路内に電界を発生させることにより、前記流路内を流れる試料ガス中の帯電粒子を前記測定電極のいずれかに引き付ける。前記検出部は、前記測定電極が試料ガス中の帯電粒子から受け取る電荷を検出する。前記電圧印加部は、前記複数の分級電極に含まれる第１分級電極及び第２分級電極のうち、前記第１分級電極に対しては一定電圧を印加し、前記流路内における試料ガスの流通方向において前記第１分級電極よりも上流側に位置する前記第２分級電極に対しては、前記一定電圧を印加した状態又は接地電位を接続した状態のいずれかに切り替える。
【００１１】
このような構成によれば、第２分級電極に対して一定電圧を印加した状態又は接地電位を接続した状態のいずれかに切り替えることにより、測定電極に到達する粒子の粒子径の下限値を変更することができる。
【００１２】
すなわち、第２分級電極に対して一定電圧を印加した状態では、第１分級電極よりも上流側の第２分級電極に対向する位置から、帯電粒子が測定電極側に引き付けられる。一方、第２分級電極に対して接地電位を接続した状態では、第２分級電極よりも下流側の第１分級電極に対向する位置から、帯電粒子が測定電極側に引き付けられる。これにより、第２分級電極に対して一定電圧を印加した状態と、接地電位を接続した状態とで、測定電極に到達する粒子の粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる。
【００１３】
（２）前記第１分級電極は、前記測定電極に対向する位置に設けられていてもよい。この場合、前記第２分級電極は、前記測定電極に対向しない位置に設けられていてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、第２分級電極に対して一定電圧を印加した状態では、測定電極よりも上流側に設けられた第２分級電極に対向する位置から、帯電粒子が測定電極側に引き付けられる。これにより、所望しない微細な粒子が測定電極に到達するのを効果的に防止することができる。
【００１５】
（３）前記排ガス測定装置は、トラップ電極をさらに備えていてもよい。前記トラップ電極は、前記流路の内面における前記流路に対して前記測定電極側に設けられ、前記流通方向において前記測定電極よりも上流側に位置し、接地電位に接続されている。この場合、前記第２分級電極は、前記トラップ電極に対向する位置に設けられていてもよい。
【００１６】
このような構成によれば、第２分級電極に対して一定電圧を印加した状態では、測定電極に到達しない微細な粒子からトラップ電極が電荷を受け取ることになる。そのため、測定電極に到達しない帯電粒子によって、ハウジング内の所望しない部分が帯電するのを防止することができる。
【００１７】
（４）前記測定電極は、前記流路の内面に複数設けられていてもよい。
【００１８】
（５）排ガス測定装置は、演算部をさらに備えていてもよい。前記演算部は、前記複数の測定電極に含まれる１対の測定電極における前記検出部からの検出信号に基づいて、試料ガス中の粒子数を演算する。
【００１９】
このような構成によれば、１対の測定電極が試料ガス中の帯電粒子から受け取る電荷を検出部により検出し、それらの検出信号に基づいて演算部が演算を行うことにより、ノイズ成分が除去された試料ガス中の粒子数の測定結果を得ることができる。
【００２０】
（６）本発明に係る別の排ガス測定装置は、ハウジングと、送風機構と、複数の測定電極と、分級電極と、検出部と、接続切替部とを備える。前記ハウジングは、試料ガスが流れる流路を内部に有し、当該流路に対する入口及び出口が形成されている。前記送風機構は、前記入口から前記出口へと前記流路内に試料ガスを流通させる。前記複数の測定電極は、前記流路の内面に設けられている。前記分級電極は、前記流路の内面における前記複数の測定電極に対して前記流路を挟んで反対側に設けられ、前記流路内に電界を発生させることにより、前記流路内を流れる試料ガス中の帯電粒子を前記複数の測定電極のいずれかに引き付ける。前記検出部は、前記複数の測定電極が試料ガス中の帯電粒子から受け取る電荷を検出する。前記接続切替部は、前記複数の測定電極に含まれる第１測定電極を接地電位に接続した状態、又は、前記流路内における試料ガスの流通方向において前記第１測定電極の下流側に隣接する第２測定電極に接続した状態のいずれかに切り替える。
【００２１】
このような構成によれば、第１測定電極に対して接地電位を接続した状態又は第２測定電極を接続した状態のいずれかに切り替えることにより、測定電極に到達する粒子の粒子径の下限値を変更することができる。
【００２２】
すなわち、第１測定電極に対して接地電位を接続した状態では、第１測定電極が帯電粒子から受け取る電荷は検出部で検出されず、第１測定電極よりも下流側の測定電極が帯電粒子から受け取る電荷のみが検出部で検出される。一方、第１測定電極に対して第２測定電極を接続した状態では、第１測定電極が帯電粒子から受け取る電荷が検出部で検出される。これにより、第１測定電極に対して接地電位を接続した状態と、第２測定電極を接続した状態とで、検出部で検出される粒子の粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第２分級電極に対して一定電圧を印加した状態と、接地電位を接続した状態とで、測定電極に到達する粒子の粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる。また、本発明によれば、第１測定電極に対して接地電位を接続した状態と、第２測定電極を接続した状態とで、検出部で検出される粒子の粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子の粒子径の下限値を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス測定装置の構成例を示した概略断面図である。
【図２】分級部の一部を拡大して示した拡大断面図である。
【図３】試料ガス中の粒子が分級される際の態様について説明するための概略断面図である。
【図４Ａ】電圧印加部における切替部の動作について説明するための概略断面図である。
【図４Ｂ】電圧印加部における切替部の動作について説明するための概略断面図である。
【図５Ａ】本発明の別実施形態に係る排ガス測定装置の接続切替部の動作について説明するための概略断面図である。
【図５Ｂ】本発明の別実施形態に係る排ガス測定装置の接続切替部の動作について説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
１．排ガス測定装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る排ガス測定装置の構成例を示した概略断面図である。排ガス測定装置には、分級部１、検出部２及び演算部３などが備えられている。この排ガス測定装置は、例えば自動車に装着され、試料ガスとしての排ガスに含まれる粒子を測定するためのものである。排ガスに含まれる粒子は、例えばナノメートルオーダーの微小な粒子からなる。
【００２６】
分級部１には、ハウジング１１、複数の分級電極１２、複数の測定電極１３、トラップ電極１４、風量センサ１５、ポンプ１６及び電圧印加部１７などが備えられている。ハウジング１１は、例えばアルミニウムにより形成された第１ハウジング１１１及び第２ハウジング１１２を備えており、これらが組み合わせられることにより、試料ガスが流れる流路１１３が内部に形成されている。流路１１３は、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２との間に、一直線上に延びるように形成されている。
【００２７】
ハウジング１１には、流路１１３の一端部及び他端部に対応する位置に、流路１１３に対する試料ガスの入口１１４及び出口１１５が形成されている。入口１１４から流路１１３内に流入する試料ガス中の粒子は、帯電器（図示せず）を用いて予め帯電され、帯電粒子として流路１１３内に流入する。帯電粒子は、流路１１３を通過する過程で、その粒子径に応じて分級される。
【００２８】
出口１１５には、風量センサ１５及びポンプ１６が接続されている。測定中は、ポンプ１６が駆動されることにより、流路１１３内の試料ガスが層流となって一定の流速で吸い出される。すなわち、ポンプ１６は、入口１１４から出口１１５へと流路１１３内に試料ガスを流通させる送風機構を構成している。ただし、送風機構は、ポンプ１６により構成されるものに限らず、送風機などの別の装置を用いて構成されていてもよい。風量センサ１５は、出口１１５から流出する試料ガスの流量を検出するためのものであり、この風量センサ１５からの検出信号に基づいてポンプ１６の駆動が制御される。
【００２９】
流路１１３には、複数の分級電極１２、複数の測定電極１３及びトラップ電極１４が設けられている。第１ハウジング１１１及び第２ハウジング１１２における互いに対向する面は、流路１１３の内面を構成しており、当該内面に各電極１２，１３，１４が設けられている。具体的には、第１ハウジング１１１により構成される流路１１３の内面に、複数の分級電極１２が設けられており、第２ハウジング１１２により構成される流路１１３の内面に、複数の測定電極１３及びトラップ電極１４が設けられている。これにより、複数の測定電極１３及びトラップ電極１４に対して、流路１１３を挟んで反対側に複数の分級電極１２が設けられている。
【００３０】
複数の分級電極１２は、流路１１３内における試料ガスの流通方向Ｄに沿って一直線上に並べて配置されている。本実施形態では、第１分級電極１２１及び第２分級電極１２２からなる２枚の分級電極１２が設けられている。第１分級電極１２１には、電圧印加部１７が接続されており、試料ガスの測定中は、電圧印加部１７により一定の電圧（例えば＋１８０Ｖ）が第１分級電極１２１に常に印加される。
【００３１】
第２分級電極１２２は、流通方向Ｄにおいて第１分級電極１２１よりも上流側に位置している。第２分級電極１２２は、図１の例のように第１分級電極１２１よりも流通方向Ｄに沿った長さが短くてもよいが、第１分級電極１２１よりも流通方向Ｄに沿った長さが長くてもよい。本実施形態では、第２分級電極１２２に対する通電状態を切り替えるための切替部１７１が電圧印加部１７に備えられている。この切替部１７１は、例えばスイッチからなり、第２分級電極１２２に上記一定の電圧が印加された状態（図１に実線で示す状態）、又は、第２分級電極１２２が接地電位（ＧＮＤ）に接続された状態（図１に破線で示す状態）のいずれかに切り替えることができる。
【００３２】
切替部１７１による切替は、自動で行われてもよいし、ユーザが操作部（図示せず）を操作することにより手動で行われてもよい。この場合、第２分級電極１２２に上記一定の電圧を印加するモードと、第２分級電極１２２を接地電位に接続するモードとが設けられており、それらのモードのいずれかを選択することができるような構成となっていてもよい。
【００３３】
複数の測定電極１３は、流通方向Ｄに沿って一直線上に並べて配置されている。本実施形態では、第１測定電極１３１、第２測定電極１３２、第３測定電極１３３、第４測定電極１３４、第５測定電極１３５及び第６測定電極１３６からなる６枚の測定電極１３が設けられている。トラップ電極１４は、流通方向Ｄにおいて測定電極１３（第１測定電極１３１）よりも上流側に位置し、接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。
【００３４】
検出部２は、各測定電極１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６に対応する検流回路２１，２２，２３，２４，２５，２６を備えている。各検流回路２１，２２，２３，２４，２５，２６は、各測定電極１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６に１対１に対応付けて接続されており、各測定電極１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６を流れる電流を検出する。演算部３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成であり、各検流回路２１，２２，２３，２４，２５，２６からの検出信号に基づいて、試料ガス中の粒子数を演算する。
【００３５】
２．分級電極、測定電極及びトラップ電極の位置関係
図２は、分級部１の一部を拡大して示した拡大断面図である。図２に示すように、分級電極１２の流路１１３側の表面と、測定電極１３及びトラップ電極１４の流路１１３側の表面との距離Ａ１は一定であり、その距離Ａ１は例えば約４ｍｍである。なお、図２では、説明を分かりやすくするために、実際とは異なる寸法で各部材を表している。
【００３６】
トラップ電極１４は、第２分級電極１２２に対向する位置に配置されている。トラップ電極１４の流通方向Ｄに沿った長さＡ２は、例えば約１０ｍｍである。第２分級電極１２２の流通方向Ｄに沿った長さＡ５は、トラップ電極１４の長さＡ２よりも若干短い。そのため、第２分級電極１２２は、トラップ電極１４に対向する領域内に完全に収まっており、測定電極１３には対向しない位置に設けられている。
【００３７】
各測定電極１３の流通方向Ｄに沿った長さＡ３は、トラップ電極１４の長さＡ２よりも長く、例えば約３５ｍｍである。トラップ電極１４及び各測定電極１３は、流通方向Ｄに沿って互いに間隔を隔てて配置されることにより、互いに絶縁されている。流通方向Ｄに沿った各測定電極１３間の距離Ａ４は、例えば約１ｍｍである。
【００３８】
第１分級電極１２１は、複数の測定電極１３に対向する位置に設けられている。具体的には、最も上流側の測定電極１３である第１測定電極１３１が、第１分級電極１２１の上流側端部に対向する位置に配置されており、最も下流側の測定電極１３である第６測定電極１３２が、第１分級電極１２１の下流側端部に対向する位置に配置されている（図１参照）。
【００３９】
３．試料ガス中の粒子の分級
図３は、試料ガス中の粒子が分級される際の態様について説明するための概略断面図である。この図３では、分級部１が従来の構成である場合について説明する。すなわち、図３の分級部１においては、分級電極１２が第１分級電極１２１及び第２分級電極１２２に分割されておらず、１枚の電極からなる構成を用いて説明する。
【００４０】
電圧印加部１７により分級電極１２に電圧が印加されると、流路１１３には流通方向Ｄに対して垂直又はほぼ垂直に電界が生じる。流路１１３内を流通方向Ｄに沿って流れる試料ガス中の粒子Ｐは、予め帯電されることにより、帯電粒子として分級電極１２に対向する位置に到達する。本実施形態のように、分級電極１２にプラスの電圧が印加されている場合には、粒子Ｐは予めプラスに帯電される。ただし、分級電極１２にマイナスの電圧を印加することも可能であり、この場合には、粒子Ｐは予めマイナスに帯電されることとなる。
【００４１】
分級電極１２に対向する位置に到達した粒子Ｐは、分級電極１２により発生される電界から受ける力により、測定電極１３側に引き付けられる。各粒子Ｐは、徐々に測定電極１３側に引き付けられることとなるが、その引き付けられる速度は、各粒子Ｐの粒子径が小さいほど速くなる。したがって、粒子径が小さい粒子Ｐ１ほど上流側の測定電極１３に引き付けられ、粒子径が大きい粒子Ｐ２ほど下流側の測定電極１３に引き付けられることとなる。
【００４２】
図３に示す例では、粒子径が比較的小さい粒子Ｐ１が、最も上流側の測定電極１３である第１測定電極１３１に引き付けられている。一方、粒子径が比較的大きい粒子Ｐ２は、第１測定電極１３１よりも下流側の測定電極１３である第２測定電極１３２に主に引き付けられている。このように、流路１１３内を流れる試料ガス中の帯電した粒子Ｐは、その粒子径に応じた最大到達距離で測定電極１３側に引き付けられる。そして、各粒子Ｐが測定電極１３に到達したときに、測定電極１３が各粒子Ｐから電荷を受け取ることにより、測定電極１３に電流が流れることとなる。
【００４３】
図１に示すように、各測定電極１３には検出部２（検流回路２１〜２６）が接続されており、各測定電極１３を流れる電流が検出部２により検出される。すなわち、検出部２は、測定電極１３が試料ガス中の帯電した粒子Ｐから受け取る電荷を検出することができる。試料ガス中の帯電した粒子Ｐは、その粒子径に応じて異なる測定電極１３に引き付けられるため、各測定電極１３が粒子Ｐから受け取る電荷を検出部２で個別に検出することにより、それらの検出信号に基づいて試料ガス中の粒子数を粒子径ごとに測定することができる。
【００４４】
なお、最も上流側の第１測定電極１３１に到達する粒子Ｐ１よりも小径の微細な粒子Ｐは、いずれの測定電極１３にも到達せず、トラップ電極１４に接触する。このとき、接地電位に接続されたトラップ電極１４は、微細な粒子Ｐから電荷を受け取ることとなる。これにより、測定電極１３に到達しない微細な粒子Ｐによって、ハウジング１１内の所望しない部分が帯電するのを防止することができる。
【００４５】
演算部３による演算を行う際には、複数の測定電極１３に含まれる１対の測定電極１３における検出部２からの検出信号に基づいて、試料ガス中の粒子数が演算される。測定中は、上流側の測定電極１３（例えば第１測定電極１３１、第２測定電極１３２及び第３測定電極１３３）において、試料ガス中の帯電した粒子Ｐから電荷が受け取られる。一方、下流側の測定電極１３（例えば第４測定電極１３４、第５測定電極１３５及び第６測定電極１３６）までは帯電した粒子Ｐが到達しないか、あるいは、到達したとしても少量の粒子Ｐしか到達しない。このような下流側の測定電極１３は、検出信号に含まれるノイズ成分を演算により除去するためのダミー電極として機能することとなる。
【００４６】
この場合、例えば上流側の測定電極１３のいずれかと、下流側の測定電極１３のいずれかとからなる１対の測定電極１３について、それぞれに対応する検流回路からの検出信号を互いに減算する演算が行われる。これにより、ノイズ成分が除去されたデータとして算出することができる。
【００４７】
４．切替部の動作
図４Ａ及び図４Ｂは、電圧印加部１７における切替部１７１の動作について説明するための概略断面図である。図４Ａでは、切替部１７１により第２分級電極１２２に一定電圧が印加された状態が示されており、図４Ｂでは、切替部１７１により第２分級電極１２２が接地電位に接続された状態が示されている。図４Ａ及び図４Ｂのいずれの場合においても、第１分級電極１２１に対しては、電圧印加部１７により一定電圧が常に印加される。
【００４８】
図４Ａに示した状態では、電圧印加部１７が、第２分級電極１２２に対して一定電圧を印加した状態となる。この状態では、流路１１３内を流通方向Ｄに沿って流れる試料ガス中の粒子Ｐは、第２分級電極１２２に対向する位置に到達した時点で、第２分級電極１２２により発生される電界から力を受ける。そのため、試料ガス中の粒子Ｐは、第２分級電極１２２に対向する位置から徐々に測定電極１３側に引き付けられる。
【００４９】
微細な粒子Ｐ（例えば、粒子径が１０ｎｍ以上、２３ｎｍ未満）は、測定電極１３側に急速に引き付けられるため、図４Ａに示すように、最も上流側の第１測定電極１３１にすら到達せず、トラップ電極１４に接触する。したがって、この微細な粒子Ｐは検出部２で検出されず、測定電極１３に到達する粒子Ｐの粒子径の下限値は、比較的大きい値（例えば２３ｎｍ）となる。測定電極１３に到達しない微細な粒子Ｐからトラップ電極１４が電荷を受け取ることになるため、測定電極１３に到達しない帯電した粒子Ｐによって、ハウジング１１内の所望しない部分が帯電するのを防止することができる。
【００５０】
一方、図４Ｂに示した状態では、電圧印加部１７が、第２分級電極１２２に対して接地電位を接続した状態となる。この状態では、流路１１３内を流通方向Ｄに沿って流れる試料ガス中の粒子Ｐは、第２分級電極１２２に対向する位置に到達した時点では電界から力を受けない。その後、試料ガス中の粒子Ｐが流路１１３内を下流側に流れて、第１分級電極１２１に対向する位置に到達した時点で初めて、第１分級電極１２１により発生される電界から力を受ける。そのため、試料ガス中の粒子Ｐは、第２分級電極１２２よりも下流側の第１分級電極１２１に対向する位置から徐々に測定電極１３側に引き付けられる。
【００５１】
この場合、微細な粒子Ｐ（例えば、粒子径が１０ｎｍ以上、２３ｎｍ未満）は、図４Ｂに示すように、最も上流側の第１測定電極１３１に到達し、検出部２で検出されるため、測定電極１３に到達する粒子Ｐの粒子径の下限値は、比較的小さい値（例えば１０ｎｍ）となる。このように、第２分級電極１２２に対して一定電圧を印加した状態（図４Ａ参照）と、接地電位を接続した状態（図４Ｂ参照）とで、測定電極１３に到達する粒子Ｐの粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子Ｐの粒子径の下限値を変更することができる。なお、上記のような１０ｎｍや２３ｎｍといった粒子径は、排ガス規制の基準値の一例に過ぎず、これらの数値に限られるものではない。
【００５２】
本実施形態では、第２分級電極１２２が測定電極１３に対向しない位置に設けられているため、図４Ａのように第２分級電極１２２に対して一定電圧を印加した状態では、測定電極１３よりも上流側に設けられた第２分級電極１２２に対向する位置から、粒子Ｐが測定電極１３側に引き付けられる。これにより、所望しない微細な粒子Ｐが測定電極１３に到達するのを効果的に防止することができる。
【００５３】
５．変形例
以上の実施形態では、分級部１に６枚の測定電極１３が設けられた構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、測定電極１３は５枚以下であってもよいし、７枚以上であってもよい。測定電極１３は、少なくとも１つ設けられていればよく、例えば測定電極１３が１枚だけ設けられた構成であっても、本発明を適用することが可能である。また、分級電極１２は、第１分級電極１２１及び第２分級電極１２２の２枚に限らず、３枚以上設けられていてもよい。
【００５４】
ハウジング１１は、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが組み合わせられることにより構成されるものに限らない。例えば、ハウジング１１は、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが一体的に形成された構成などであってもよい。
【００５５】
電圧印加部１７は、スイッチからなる切替部１７１を備えた構成に限られるものではない。すなわち、電圧印加部１７は、第２分級電極１２２に対して一定電圧を印加した状態又は接地電位を接続した状態のいずれかに切り替えることができるような構成であれば、他のあらゆる構成を採用することができる。
【００５６】
本発明に係る排ガス測定装置は、自動車の排ガスを測定するものに限らず、他の装置や設備などから発生する排ガスを測定するものであってもよい。また、本発明に係る排ガス測定装置は、自動車などに装着された状態で使用されるような構成に限らず、測定対象物から分離した状態で使用されてもよい。
【００５７】
６．別実施形態
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の別実施形態に係る排ガス測定装置の接続切替部１８の動作について説明するための概略断面図である。本実施形態では、上記実施形態のように電圧印加部１７が切替部１７１を備えた構成ではなく、測定電極１３に対応付けて接続切替部１８が設けられている。そのため、分級電極１２は、上記実施形態のように第１分級電極１２１及び第２分級電極１２２からなる構成ではなく、１枚の電極により構成されている。本実施形態において、上記実施形態と同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
本実施形態では、トラップ電極１４の流通方向Ｄに沿った長さが上記実施形態よりも短く設定され、上記実施形態の場合よりも流通方向Ｄの上流側に第１測定電極１３１が配置されている。最も上流側の第１測定電極１３１は、下流側の他の測定電極１３よりも流通方向Ｄに沿った長さが短い。
【００５９】
接続切替部１８は、例えばスイッチからなり、第１測定電極１３１を接地電位に接続した状態（図５Ａ参照）、又は、流通方向Ｄにおいて第１測定電極１３１の下流側に隣接する第２測定電極１３２に接続した状態（図５Ｂ参照）のいずれかに切り替えることができる。本実施形態では、第１測定電極１３１に対応する検流回路２１は設けられておらず、第１測定電極１３１が帯電した粒子Ｐから受け取る電荷は、図５Ｂに示す状態で検流回路２２により検出されることとなる。
【００６０】
接続切替部１８による切替は、自動で行われてもよいし、ユーザが操作部（図示せず）を操作することにより手動で行われてもよい。この場合、第１測定電極１３１を接地電位に接続するモードと、第１測定電極１３１を第２測定電極１３２に接続するモードとが設けられており、それらのモードのいずれかを選択することができるような構成となっていてもよい。
【００６１】
流路１１３内を流通方向Ｄに沿って流れる試料ガス中の粒子Ｐは、分級電極１２に対向する位置に到達した時点で、分級電極１２により発生される電界から力を受ける。そのため、試料ガス中の粒子Ｐは、分級電極１２に対向する位置から徐々に測定電極１３側に引き付けられる。このとき、粒子径が１０ｎｍ以下の微細な粒子Ｐは、測定電極１３側に急速に引き付けられ、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１測定電極１３１に引き付けられる。
【００６２】
図５Ａに示した状態では、第１測定電極１３１が接地電位に接続された状態となる。この状態では、第１測定電極１３１が粒子Ｐから受け取る電荷が検流回路２２で検出されず、検出部２で検出される粒子Ｐの粒子径の下限値は、１０ｎｍよりも大きい値（例えば２３ｎｍ）となる。
【００６３】
一方、図５Ｂに示した状態では、第１測定電極１３１が第２測定電極１３２に接続された状態となる。この状態では、第１測定電極１３１が粒子Ｐから受け取る電荷が検流回路２２で検出されるため、検出部２で検出される粒子Ｐの粒子径の下限値は、１０ｎｍ以下の値となる。このように、第１測定電極１３１に対して接地電位を接続した状態（図５Ａ参照）と、第２測定電極１３２を接続した状態（図５Ｂ参照）とで、検出部２で検出される粒子Ｐの粒子径を変化させることができるため、測定可能な粒子Ｐの粒子径の下限値を変更することができる。
【００６４】
ただし、接続切替部１８は、スイッチからなる構成に限られるものではない。すなわち、接続切替部１８は、第１測定電極１３１を接地電位に接続した状態又は第２測定電極１３２に接続した状態のいずれかに切り替えることができるような構成であれば、他のあらゆる構成を採用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  分級部
２  検出部
３  演算部
１１  ハウジング
１２  分級電極
１３  測定電極
１４  トラップ電極
１５  風量センサ
１６  ポンプ
１７  電圧印加部
１８  接続切替部
２１〜２６  検流回路
１１１  第１ハウジング
１１２  第２ハウジング
１１３  流路
１１４  入口
１１５  出口
１２１  第１分級電極
１２２  第２分級電極
１３１  第１測定電極
１３２  第２測定電極
１３３  第３測定電極
１３４  第４測定電極
１３５  第５測定電極
１３６  第６測定電極
１７１  切替部
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２  粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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