DE112018004111T5

DE112018004111T5 - Gasströmungssensor und Teilchenzähler

Info

Publication number: DE112018004111T5
Application number: DE112018004111.5T
Authority: DE
Inventors: Hidemasa Okumura; Kazuyuki Mizuno; Keiichi Kanno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-05-20
Also published as: CN110998247A; JPWO2019031092A1; WO2019031092A1; US20200166448A1

Abstract

Ein Gasströmungssensor beinhaltet ein Gehäuse mit einem Gasströmungsweg, einem Ladungsgenerator, der eine Luftentladung bewirkt und Ladungen innerhalb des Gasströmungsweges erzeugt, eine Ladungseinfangelektrode, die die innerhalb des Gasströmungsweges erzeugten Ladungen einfängt, und eine erste Steuereinheit, die Informationen über eine Gasströmung auf der Grundlage einer physikalischen Menge bestimmt, die in Abhängigkeit von einer Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasströmungssensor und einen Teilchenzähler.
Technischer Hintergrund
Verschiedene Gasströmungssensoren, wie z.B. ein Gasströmungsratensensor, sind bekannt. Es sind Gasströmungsratensensoren nach verschiedenen Prinzipien bekannt und ein Typ davon ist ein Differenzdrucksensor. Im Differenzdrucksensor wird ein Differenzdruck über einer Drosselblende gemessen und aus dem gemessenen Differenzdruck eine Strömungsrate ermittelt. Zum Beispiel wird in der Patentliteratur (PTL) 1 jener Typ von Differenzdrucksensor offenbart, bei dem eine Gasströmungsrate mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit von einem Betriebsbereich, in dem die Gasströmungsrate in einem Motor klein ist, bis zu einem Betriebsbereich, in dem die Gasströmungsrate groß ist, durch Vergrößern und Verkleinern eines Durchgangsbereichs der Drosselblende gemessen wird. Neben dem Differenzdrucksensor gibt es noch viele andere Arten von Gasströmungssensoren.
Zitatenliste
Patent-Literatur
PTL 1: JP 2014-98606 A
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wird ein Sensor mit einem bisher unbekannten Messprinzip als Gasströmungssensor entwickelt, so ist zu erwarten, dass ein solcher Sensor aufgrund seiner Vorteile in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems und eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gasströmungssensors nach einem bisher unbekannten Messprinzip.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung stellt einen Gasströmungssensor bereit, der beinhaltet:

ein Gehäuse mit einem Gasströmungsweg;
einen Ladungsgenerator, der eine Luftentladung bewirkt und Ladungen im Gasströmungsweg erzeugt;
eine Ladungseinfangelektrode, die die im Gasströmungsweg erzeugten Ladungen einfängt, und
eine erste Steuereinheit, die Informationen über eine Gasströmung auf der Grundlage einer physikalischen Menge ermittelt, die in Abhängigkeit von einer Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert.

Beim vorstehend beschriebenen Gasströmungssensor werden die mit der vom Ladungsgenerator verursachten Luftentladung erzeugten Ladungen von der Ladungseinfangelektrode erfasst und die Informationen über die Gasströmung auf der Grundlage der physikalischen Menge, die je nach Menge der erfassten Ladungen variiert, ermittelt. Ein solches Verfahren basiert auf einem bisher unbekannten Messprinzip. Durch die Verwendung des bisher unbekannten Messprinzips wird der Gasströmungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund seiner Vorteile in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.
In dieser Beschreibung umfassen die „Ladungen“ nicht nur positive elektrische Ladungen und negative elektrische Ladungen, sondern auch Ionen. Die „physikalische Menge“ braucht nur eine Information zu sein, die je nach Menge der Ladungen variiert, und sie ist z.B. ein Strom.
In dem Gasströmungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung können die Informationen mindestens eine unter einer Strömungsrate von Gas, das durch den Gasströmungsweg strömt, einer Strömungsgeschwindigkeit des Gases, einer Frequenz der Pulsation des Gases, wenn erzeugt, dem Vorhandensein der Pulsation des Gases und dem Auftreten von Verstopfung in dem Gasströmungsweg sein. Betrachtet man z.B. einen Strom (Menge der Ladungen pro Zeiteinheit), der in der Ladungseinfangelektrode fließt, so korreliert der Strom mit einer Strömungsrate des Gases, das den Gasströmungsweg durchläuft. Daher kann die Strömungsrate des Gases auf der Grundlage des Stroms bestimmt werden. Darüber hinaus kann bei bekannter Öffnungsfläche aus der Strömungsrate eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases ermittelt werden. Wenn die Strömungsrate des Gases intermittierend geändert wird, kann dies als Hinweis auf das Auftreten der Gaspulsation angesehen werden und aus einer Periode der intermittierenden Änderung der Strömungsrate des Gases kann eine Frequenz der Gaspulsation bei ihrer Erzeugung bestimmt werden. Wenn der Zustand, in dem die Strömungsrate des Gases Null ist, für eine vorbestimmte Zeit oder länger andauert, kann dies zudem als Hinweis auf das Auftreten einer Verstopfung im Gasströmungsweg angesehen werden.
Im Gasströmungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ladungseinfangelektrode die Ladungen unter einem elektrischen Feld einfangen. Mit diesem Merkmal können die Ladungen effizient von der Ladungseinfangelektrode eingefangen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Gasströmungssensor kann der Ladungsgenerator eine Entladungselektrode und eine Induktionselektrode enthalten, die Entladungselektrode kann entlang einer Innenfläche des Gasströmungsweges angeordnet sein und die Induktionselektrode kann in das Gehäuse eingebettet oder entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges angeordnet sein. Da die Gasströmung, die den Gasströmungsweg durchläuft, weniger anfällig für Verstopfung durch den Ladungsgenerator ist, können die Informationen über die Gasströmungsrate genauer bestimmt werden. Die Entladungselektrode und die Induktionselektrode können mit einem anorganischen Material an die Innenfläche des Gasströmungsweges geklebt oder durch Sintern mit der Innenfläche des Gasströmungsweges verbunden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Gasströmungssensor kann die Ladungseinfangelektrode an jeder der Positionen zwischen dem Ladungsgenerator und einer Öffnung des Gasströmungsweges und zwischen dem Ladungsgenerator und der anderen Öffnung des Gasströmungsweges angeordnet werden. Damit kann die Information über die Gasströmung nicht nur in dem Fall bestimmt werden, in dem das Gas von der einen Öffnung zur anderen Öffnung des Gasströmungsweges strömt, sondern auch in dem Fall, in dem das Gas in einer zu dem vorstehend genannten Fall umgekehrten Richtung strömt. Es ist auch möglich, das Auftreten der Gaspulsation und die Frequenz der Gaspulsation genauer zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen Teilchenzähler bereit, der die Anzahl der im Gas enthaltenen Teilchen zählt, wobei der Teilchenzähler beinhaltet: einen der vorstehend beschriebenen Gasströmungssensoren;
eine Ladungseinfangelektrode, die geladene Teilchen einfängt, die unter Zugabe der Ladungen zu den Teilchen, die in dem in den Gasströmungsweg strömenden Gas enthalten sind, erzeugt werden; und
eine zweite Steuereinheit, die die Anzahl der Teilchen auf der Grundlage einer physikalischen Menge bestimmt, die in Abhängigkeit von der Menge der von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode eingefangenen Ladungen variiert,
wobei der Ladungsgenerator, die Ladungseinfangelektrode und die geladene Teilchen einfangende Elektrode nebeneinander in der genannten Reihenfolge angeordnet sind,
die erste Steuereinheit mindestens eine Strömungsrate des Gases als Information über eine Gasströmung bestimmt, und
die zweite Steuereinheit die Anzahl der Teilchen im Gas pro Volumeneinheit auf der Grundlage sowohl der physikalischen Menge, die je nach der Menge der von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode eingefangenen Ladungen variiert, als auch der von der ersten Steuereinheit ermittelten Strömungsrate des Gases bestimmt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Teilchenzähler werden die unter Zugabe der im Gasströmungsweg erzeugten Ladungen zu den im einströmenden Gas enthaltenen Teilchen erzeugten geladenen Teilchen von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode eingefangen, und die Anzahl der Teilchen im Gas pro Volumeneinheit wird sowohl aus der physikalischen Menge, die in Abhängigkeit von der Menge der eingefangenen Ladungen variiert, als auch aus der Strömungsrate des Gases bestimmt. So kann die Anzahl der Teilchen unter Berücksichtigung der Strömungsrate des Gases bestimmt werden. Da sowohl die Strömungsrate des Gases als auch die Anzahl der Teilchen durch die Nutzung der Ladungen bestimmt werden, die bei der durch den Ladungsgenerator verursachten Luftentladung erzeugt werden, wird eine kompakte Gerätekonstruktion erreicht.
Alternativ stellt die vorliegende Erfindung einen Teilchenzähler bereit, der die Anzahl der im Gas enthaltenen Teilchen zählt, wobei der Teilchenzähler beinhaltet:
einen der vorstehend beschriebenen Gasströmungssensoren und
eine zweite Steuereinheit, die die Anzahl der Teilchen auf der Grundlage einer physikalischen Menge bestimmt, die in Abhängigkeit von der Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert,
wobei die erste Steuereinheit mindestens eine Strömungsrate des Gases bestimmt,
die Ladungseinfangelektrode keine geladenen Teilchen einfängt, die unter Hinzufügung der Ladungen zu den Teilchen, die in dem in den Gasströmungsweg strömenden Gas enthalten sind, erzeugt werden, und zusätzliche Ladungen einfängt, die den Teilchen nicht hinzugefügt wurden, und
die zweite Steuereinheit die Anzahl der Teilchen im Gas pro Volumeneinheit auf der Grundlage sowohl der physikalischen Menge, die je nach der Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert, als auch der von der ersten Steuereinheit ermittelten Strömungsrate des Gases, bestimmt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Teilchenzähler werden unter den im Gasströmungsweg erzeugten Ladungen diejenigen (zusätzliche Ladungen), die nicht zu den im Gas enthaltenen Teilchen hinzugefügt wurden, von der Ladungseinfangelektrode eingefangen und die Anzahl der Teilchen im Gas pro Volumeneinheit wird auf der Grundlage sowohl der physikalischen Menge, die je nach der Menge der eingefangenen Ladungen variiert, als auch der Strömungsrate des Gases bestimmt. So kann die Anzahl der Teilchen unter Berücksichtigung der Strömungsrate des Gases bestimmt werden. Da sowohl die Strömungsrate des Gases als auch die Anzahl der Teilchen durch die Nutzung der Ladungen bestimmt werden, die bei der durch den Ladungsgenerator verursachten Luftentladung erzeugt werden, wird eine Gerätekonstruktion kompakt gestaltet.
Im Teilchenzähler gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erste Steuereinheit das Vorhandensein von Gaspulsationen erfassen und die zweite Steuereinheit kann eine Bestimmung der Teilchenanzahl stoppen, wenn die Gaspulsation von der ersten Steuereinheit erfasst wird. Wenn die Pulsation des Gases stattgefunden hat, wird die Bestimmung der Teilchenanzahl gestoppt, da es schwierig ist, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen.
Im erfindungsgemäßen Teilchenzähler kann die erste Steuereinheit das Auftreten von Verstopfung im Gasströmungsweg erkennen und die zweite Steuereinheit kann eine Bestimmung der Teilchenanzahl stoppen, wenn die Verstopfung im Gasströmungsweg von der ersten Steuereinheit erfasst wird. Wenn die Verstopfung im Gasströmungsweg aufgetreten ist, wird die Bestimmung der Teilchenanzahl gestoppt, da es schwierig ist, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen.
Figurenliste

1 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau eines Gasströmungssensors 10 zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ladungsgenerators 20.
3 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen einem Strom, der in einer Ladungseinfangelektrode 30 fließt, und einer Gasströmungsrate darstellt.
4 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau des Gasströmungssensors 10 zeigt, an den eine Ladungseinfangelektrode 130 angebaut ist.
5 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau des Gasströmungssensors 10 zeigt, an den die Ladungseinfangelektrode 130 angebaut ist.
6 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau des Gasströmungssensors 10 zeigt, in dem ein Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 34 und 36 verwendet wird.
7 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau eines Teilchenzählers 50 zeigt.
8 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau des Teilchenzählers 50 zeigt, dem eine geladene Teilchen einfangende Elektrode 260 und eine Ladungseinfangelektrode 230 beigefügt sind.
9 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau des Teilchenzählers 50 zeigt, zu dem die geladene Teilchen einfangende Elektrode 260 und die Ladungseinfangelektrode 230 beigefügt sind.
10 ist ein Teilschnitt, der eine andere Struktur zur Erzeugung elektrischer Felder über den Fangelektroden 30 und 60 zeigt.
11 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau beim Einsatz des Gasströmungssensors 10 als Teilchenzähler zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
1 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau eines Gasströmungssensors 10 zeigt, 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ladungsgenerators 20 und 3 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen einem in einer Ladungseinfangelektrode 30 fließenden Strom und einer Gasströmungsrate darstellt.
Der Gasströmungssensor 10 soll Informationen über eine Gasströmung erfassen. Der Gasströmungssensor 10 besteht aus einem Gehäuse 12, einem Ladungsgenerator 20, einer Ladungseinfangelektrode 30 und einer Steuereinheit 40.
Das Gehäuse 12 ist aus einem isolierenden Material gefertigt und enthält einen Gasströmungsweg 13. Der Gasströmungsweg 13 durchdringt das Gehäuse 12 von einer Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b. Das isolierende Material ist z.B. ein keramisches Material. Die Arten des keramischen Materials sind nicht auf bestimmte beschränkt und umfassen z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Mullit, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Siliziumnitrid, Magnesiumoxid, Glas und Gemische der Vorangehenden. Innerhalb des Gasströmungsweges 13 sind der Ladungsgenerator 20 und die Ladungseinfangelektrode 30 in der genannten Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite der Gasströmung (hier entlang einer Richtung von der Öffnung 13a zur Öffnung 13b) nebeneinander angeordnet.
Der Ladungsgenerator 20 ist zur Erzeugung von Ladungen innerhalb des Gasströmungsweges 13 angeordnet. Der Ladungsgenerator 20 enthält eine Entladungselektrode 22 und zwei Induktionselektroden 24 und 24. Die Entladungselektrode 22 ist entlang einer Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet und enthält, wie in 2 dargestellt, eine Vielzahl von feinen Vorsprüngen 22a, die entlang ihres rechteckigen Umfangs ausgebildet sind. Die beiden Induktionselektroden 24 und 24 sind jeweils eine rechteckige Elektrode und werden in einer Wand (Gehäuse 12) des Gasströmungsweges 13 parallel zur Entladungselektrode 22 mit einem Abstand dazwischen eingebettet. Im Ladungsgenerator 20 wird zwischen der Entladungselektrode 22 und jeder der beiden Induktionselektroden 24 und 24 eine hochfrequente Hochspannung (z.B. eine Impulsspannung) eines Entladungsnetzteils 26 angelegt, wodurch eine Luftentladung mit einer Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird. Dabei dient ein Teil des Gehäuses 12 zwischen der Entladungselektrode 22 und jeder der Induktionselektroden 24 und 24 als dielektrische Schicht. Die Luftentladung ionisiert das um die Entladungselektrode 22 vorhandene Gas und erzeugt positive oder negative Ladungen 18. Unter dem Gesichtspunkt der Hitzebeständigkeit bei der Entladung wird als Material der Entladungselektrode 22 vorzugsweise ein Metall mit einem Schmelzpunkt von 1500°C oder höher verwendet. Beispiele für ein solches Metall sind Titan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram, Iridium, Platin, Gold und Legierungen der Vorangehenden. Vor allem Platin und Gold mit geringer lonisationsneigung ist aus Sicht der Korrosionsbeständigkeit bevorzugt. Die Entladungselektrode 22 kann auf die Innenfläche des Gasströmungsweges 13 mit einer dazwischenliegenden Glaspaste aufgeklebt werden oder als Sintermetall durch Einbrennen einer Metallpaste, die im Siebdruckverfahren auf die Innenfläche des Gasströmungsweges 13 aufgetragen wird, geformt werden. Die Induktionselektroden 24 und 24 können auch aus dem gleichen Material wie die Entladungselektrode 22 hergestellt werden.
Die Ladungseinfangelektrode 30 ist eine Elektrode zum Einfangen der vom Ladungsgenerator 20 erzeugten Ladungen 18 und ist entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet. Eine Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 ist im Gasströmungsweg 13 an einer Position gegenüber der Ladungseinfangelektrode 30 angeordnet. Die zum Einfangen der Ladungen zusammenwirkende Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 ist ebenfalls entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet. Wenn eine Spannung einer Stromversorgung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, nicht abgebildet, zwischen der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 und der Ladungseinfangelektrode 30 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 und der Ladungseinfangelektrode 30 (über der Ladungseinfangelektrode 30) erzeugt. Die Ladungen 18, die bei der durch den Ladungsgenerator 20 erzeugten Entladung aus der Luft entstehen, werden von der Ladungseinfangelektrode 30 unter dem elektrischen Feld angezogen und erfasst.
Die Steuereinheit 40 besteht aus einem bekannten Mikrocomputer mit CPU, ROM, RAM usw. Die Steuereinheit 40 stellt die Spannung des Entladungsnetzteils 26 ein und erhält einen Strom von einem Amperemeter 38, das den in der Ladungseinfangelektrode 30 fließenden Strom misst. Die Steuereinheit 40 ermittelt aus dem Stromeingang des Amperemeters 38 eine Gasströmungsrate durch den Gasströmungsweg 13 und zeigt die ermittelte Gasströmungsrate auf einer Anzeige 42 an. Die Steuereinheit 40 entspricht einer ersten Steuereinheit in der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Herstellung des Gasströmungssensors 10 beschrieben. Vom Gasströmungssensor 10 kann das Gehäuse 12 mit den verschiedenen Elektroden 22, 24, 30 und 32 durch die Verwendung mehrerer keramischer Grünplatten hergestellt werden. Genauer gesagt werden nach dem Formen von Ausschnitten, Durchbrüchen und/oder Rillen und dem Siebdrucken der Elektroden und Verdrahtungsmuster in und auf die einzelnen Keramik-Grünplatten, je nach Bedarf, diese Keramik-Grünplatten laminiert und gebrannt. Die Ausschnitte, die Durchbrüche und die Rillen können vorher mit einem Material (z.B. einem organischen Material) gefüllt werden, das beim Brennen verschwindet. So erhält man das Gehäuse 12 mit den verschiedenen Elektroden 22, 24, 30 und 32. Dann wird das Entladungsnetzteil 26 an die Entladungselektrode 22 und die Induktionselektroden 24 und 24 und das Amperemeter 38 an die Ladungseinfangelektrode 30 angeschlossen. Außerdem wird die Steuereinheit 40 an das Entladungsnetzteil 26, das Amperemeter 38 und die Anzeige 42 angeschlossen. Auf diese Weise kann der Gasströmungssensor 10 hergestellt werden.
Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel für den Gasströmungssensor 10 beschrieben. Die Steuereinheit 40 stellt die zwischen der Entladungselektrode 22 und den Induktionselektroden 24 und 24 angelegte Spannung so ein, dass die Ladungen 18 in einer vorgegebenen Menge pro Zeiteinheit erzeugt werden. Die erzeugten Ladungen 18 werden entlang der Gasströmung bewegt und von der Ladungseinfangelektrode 30 aufgefangen. Zu diesem Zeitpunkt erreichen die vom Ladungsgenerator 20 erzeugten Ladungen 18 die Ladungseinfangelektrode 30 in kürzerer Zeit bei größerer Gasströmungsrate. Daher bedeutet ein größerer Strom, der in der Ladungseinfangelektrode 30 fließt, dass die Gasströmungsrate größer ist. 3 zeigt beispielhaft eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem in der Ladungseinfangelektrode 30 fließenden Strom und der Gasströmungsrate darstellt. Die Steuereinheit 40 speichert die Grafik als Map oder als numerische Formel (Kalibrierkurve) im ROM ab, ermittelt eine Gasströmungsrate entsprechend des Stromeingangs des Amperemeters 38 und zeigt die ermittelte Gasströmungsrate auf der Anzeige 42 an.
In dem vorstehend beschriebenen Gasströmungssensor 10 werden die Ladungen 18, die bei der vom Ladungsgenerator 20 verursachten Entladung aus der Luft entstehen, von der Ladungseinfangelektrode 30 erfasst und die Gasströmungsrate (Information über die Gasströmung) wird anhand des Stroms bestimmt, der in Abhängigkeit von einer Menge der erfassten Ladungen variiert. Ein solches Verfahren basiert auf einem bisher unbekannten Messprinzip. Durch die Verwendung des bisher unbekannten Messprinzips wird erwartet, dass der Gasströmungssensor 10 aufgrund seiner Vorteile in verschiedenen Bereichen eingesetzt wird.
Darüber hinaus kann die Ladungseinfangelektrode 30 aufgrund des Einfangens der Ladungen 18 unter dem elektrischen Feld die Ladungen 18 effizient einfangen.
Außerdem ist die Entladungselektrode 22 entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet und die Induktionselektroden 24 und 24 sind in der Wand (Gehäuse 12) des Gasströmungsweges 13 eingebettet. Daher ist die Gasströmung, die durch den Gasströmungsweg 13 fließt, weniger anfällig für eine Behinderung durch den Ladegenerator 20. Dadurch kann der Gasströmungsrate genauer bestimmt werden.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform beschränkt ist und die vorliegende Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen umgesetzt werden kann, soweit sie in den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung fällt.
Während die erste Ausführungsform beispielsweise im Zusammenhang mit dem Fall beschrieben wurde, in dem die Steuereinheit 40 die Gasströmungsrate auf der Grundlage des in der Ladungseinfangelektrode 30 fließenden Stroms bestimmt, kann die Steuereinheit 40 anstelle oder zusätzlich zur Gasströmungsrate das Vorhandensein von Pulsationen des Gases, eine Frequenz der Pulsation des Gases bei der Erzeugung und/oder das Auftreten von Verstopfungen im Gasströmungsweg 13 bestimmen. Beim Auftreten der Gaspulsation wird der in der Ladungseinfangelektrode 30 fließende Strom periodisch unterbrochen. Entsprechend kann die Steuereinheit 40 bei periodischer Unterbrechung des Stromflusses in der Ladungseinfangelektrode 30 beurteilen, ob die Gaspulsation aufgetreten ist. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 40 aus einer Zeitspanne eine Frequenz der Pulsation ermitteln. Außerdem setzt sich bei Verstopfung im Gasströmungsweg 13 ein Zustand fort, in dem der in der Ladungseinfangelektrode 30 fließende Strom im Wesentlichen Null ist. Dementsprechend kann die Steuereinheit 40, wenn der in der Ladungseinfangelektrode 30 fließende Strom für eine vorbestimmte Zeit oder länger im Wesentlichen auf Null gehalten wird, beurteilen, dass die Verstopfung im Gasströmungsweg stattgefunden hat.
Während in der vorstehend genannten ersten Ausführungsform die Ladungseinfangelektrode 30 zwischen dem Ladungsgenerator 20 und der Öffnung 13b des Gasströmungsweges 13 angeordnet ist, kann eine Ladungseinfangelektrode 130, wie in 4 dargestellt, zwischen dem Ladungsgenerator 20 und der Öffnung 13a des Gasströmungsweges 13 weiter angeordnet sein. Eine Elektrode 132 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, die zum Einfangen der Ladungen zusammenwirkt, ist gegenüber der Ladungseinfangelektrode 130 angeordnet. Wie bei der Ladungseinfangelektrode 30 fängt also auch die Ladungseinfangelektrode 130 die Ladungen 18 unter einem elektrischen Feld ein. An die Ladungseinfangelektrode 130 ist ein Amperemeter 138 angeschlossen. Ein vom Amperemeter 138 erfasster Strom wird an die Steuereinheit 40 ausgegeben. Mit dieser Anordnung kann die Gasströmungsrate nicht nur in dem Fall bestimmt werden, in dem das Gas von der einen Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b des Gasströmungsweges 13 strömt (siehe 4), sondern auch in dem Fall, in dem das Gas in umgekehrter Richtung wie im vorstehenden Fall strömt (siehe 5). Es ist auch möglich, das Auftreten der Gaspulsation und die Frequenz der Gaspulsation genauer zu erfassen.
Während in der vorstehenden ersten Ausführungsform der Ladungsgenerator 20 durch die entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnete Entladungselektrode 22 und die beiden im Gehäuse 12 eingebetteten Induktionselektroden 24 und 24 gebildet wird, kann der Ladungsgenerator 20 jede geeignete Struktur haben, soweit er die Ladungen mit der Entladung aus der Luft erzeugen kann. Die Induktionselektroden 24 und 24 können z.B. entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet werden, anstatt in die Innenwand des Gasströmungsweges 13 eingebettet zu sein. In einem solchen Fall kann die Induktionselektrode 24 mit einer dazwischenliegenden Glaspaste auf die Innenfläche des Gasströmungsweges 13 geklebt werden oder durch Einbrennen einer Metallpaste, die im Siebdruckverfahren auf die Innenfläche des Gasströmungsweges 13 aufgetragen wird, als Sintermetall geformt werden. Alternativ kann der Ladungsgenerator aus einer Nadelelektrode und einer Gegenelektrode bestehen, wie in der internationalen Veröffentlichung Nr. 2015/146456 beschrieben.
In der vorstehenden ersten Ausführungsform kann ein Abstand (Fließwegdicke) zwischen der Ladungseinfangelektrode 30 und der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 im Gasströmungsweg 13 auf einen winzigen Wert (z.B. nicht kleiner als 0,01 mm und kleiner als 0,2 mm) eingestellt werden. Mit dieser Einstellung können die Ladungen leichter von der Ladungseinfangelektrode 30 eingefangen werden, da die vom Ladungsgenerator 20 erzeugten Ladungen 18 zwischen der Ladungseinfangelektrode 30 und der Elektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes 32 durch die Brownsche Bewegung hindurchgehen. In einem solchen Fall kann die Ladungseinfangelektrode 30 die Ladungen 18 auch dann einfangen, wenn das elektrische Feld nicht erzeugt wird (nämlich dann, wenn die Spannung zwischen der Ladungseinfangelektrode 30 und der Elektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes 32 nicht angelegt ist). Bei Nicht-Erzeugung des elektrischen Feldes kann die Elektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes 32 weggelassen werden. Das elektrische Feld wird jedoch vorzugsweise erzeugt, um die Ladungen 18 zuverlässiger einzufangen.
Während in der vorstehend genannten ersten Ausführungsform der Ladungsgenerator 20 an der Unterseite des Gasströmungsweges 13 angeordnet ist, kann der Ladungsgenerator 20 an der Oberseite des Gasströmungsweges 13 oder an der Ober- und Unterseite des Gasströmungsweges 13 angeordnet sein.
Während bei der vorstehend genannten ersten Ausführungsform die Elektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes 32 entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet ist, kann sie in die Wand (Gehäuse 12) des Gasströmungsweges 13 eingebettet sein. Anstelle der in 6 dargestellten Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 kann ein Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 34 und 36 in die Wand des Gasströmungsweges 13 in einem Zustand eingebettet werden, in dem die Ladungseinfangelektrode 30 eingeklemmt ist. Es ist zu beachten, dass in 6 die gleichen Komponenten wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. In einem solchen Fall werden die Ladungen 18 von der Ladungseinfangelektrode 30 durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 34 und 36 eingefangen, um ein elektrisches Feld über der Ladungseinfangelektrode 30 zu erzeugen.
[Zweite Ausführungsform]
7 ist ein Schnittbild, das den schematischen Aufbau eines Teilchenzählers 50 zeigt.
Der Teilchenzähler 50 soll die Anzahl der im Abgas eines Verbrennungsmotors usw. enthaltenen Teilchen 16 zählen und beinhaltet den Gasströmungssensor 10 und eine Ladungseinfangelektrode 60, wie in 7 dargestellt. In dem im Gehäuse 12 gebildeten Gasströmungsweg 13 sind der Ladungsgenerator 20, die Ladungseinfangelektrode 30 und die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 in der genannten Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite der Gasströmung nebeneinander angeordnet. Der Gasströmungssensor 10 entspricht der ersten Ausführungsform und die Beschreibung des Gasströmungssensors 10 wird hier weggelassen. Die Komponenten des Gasströmungssensors 10 in 7 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform gekennzeichnet und die Beschreibung dieser Komponenten entfällt.
Die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 ist entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet. Die im Abgas enthaltenen Teilchen 16 gelangen von der Öffnung 13a in den Gasströmungsweg 13 und werden zu geladenen Teilchen P, weil die mit der durch den Ladungsgenerator 20 verursachten Luftentladung erzeugten Ladungen 18 beim Durchgang der Teilchen durch den Ladungsgenerator 20 zu den Teilchen 16 hinzugefügt werden. Die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 fängt die geladenen Teilchen P ein. Eine Elektrode zur Einfangen eines elektrischen Feldes 62, die zum Einfangen der geladenen Teilchen zusammenwirkt, ist im Gasströmungsweg 13 an einer geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 gegenüberliegenden Position angeordnet. Die Elektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes 62 ist ebenfalls entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges 13 angeordnet. Wenn eine Spannung einer Stromversorgung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, nicht abgebildet, zwischen der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 62 und der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 62 und der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 (über der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60) erzeugt. Die geladenen Teilchen P werden von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 unter dem elektrischen Feld angezogen und eingefangen. Die Größen der Fangelektroden 30 und 60 und die Intensitäten des elektrischen Feldes über den Fangelektroden 30 und 60 werden so eingestellt, dass die geladenen Teilchen P von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 erfasst werden, ohne von der Ladungseinfangelektrode 30 eingefangen zu werden, und dass die Ladungen 18, die nicht an den Teilchen 16 haften, von der Ladungseinfangelektrode 30 eingefangen werden. So dient die Ladungseinfangelektrode 30 dazu, die nicht zu den Teilchen 16 hinzugefügten zusätzlichen Ladungen 18 zu entfernen.
Ein Amperemeter 68 ist an die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 angeschlossen. Das Amperemeter 68 erfasst einen Strom, der in der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 fließt und gibt den erfassten Strom an die Steuereinheit 40 aus. Die Steuereinheit 40 entspricht der ersten und zweiten Steuereinheit der vorliegenden Erfindung.
Ein Beispiel für die Herstellung des Teilchenzählers 50 wird im Folgenden beschrieben. Von dem Teilchenzähler 50 kann das Gehäuse 12 mit den verschiedenen Elektroden 22, 24, 30, 32, 60 und 62 durch die Verwendung einer Vielzahl keramischer Grünplatten hergestellt werden. Genauer gesagt werden nach dem Formen von Ausschnitten, Durchbrüchen und/oder Rillen und dem Siebdrucken der Elektroden und Verdrahtungsmuster in und auf die einzelnen keramischen Grünplatten, je nach Bedarf, diese keramischen Grünplatten laminiert und gebrannt. Die Ausschnitte, die Durchbrüche und die Rillen können vorher mit einem Material (z.B. einem organischen Material) gefüllt werden, das beim Brennen verschwindet. So erhält man das Gehäuse 12 mit den verschiedenen Elektroden 22, 24, 30, 32, 60 und 62. Dann wird das Entladungsnetzteil 26 an die Entladungselektrode 22 und die Induktionselektroden 24 und 24, das Amperemeter 38 an die Ladungseinfangelektrode 30 und das Amperemeter 68 an die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 angeschlossen. Außerdem wird die Steuereinheit 40 an das Entladungsnetzteil 26, die Amperemeter 38 und 68 und die Anzeige 42 angeschlossen. Auf diese Weise kann der Teilchenzähler 50 hergestellt werden.
Ein Anwendungsbeispiel für den Teilchenzähler 50 wird im Folgenden beschrieben. Die Steuereinheit 40 stellt die zwischen der Entladungselektrode 22 und jeder Induktionselektrode 24 angelegte Spannung so ein, dass die Ladungen 18 in einer vorgegebenen Menge pro Zeiteinheit erzeugt werden. Diejenigen unter den erzeugten Ladungen 18, die nicht an den Teilchen 16 haften, werden entlang eines Abgasstroms bewegt und von der Ladungseinfangelektrode 30 eingefangen. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ermittelt die Steuereinheit 40 aus dem Stromeingang des Amperemeters 38, das an die Ladungseinfangelektrode 30 angeschlossen ist, eine Abgasströmungsrate. Hier ist die Anzahl der vom Ladungsgenerator 20 erzeugten Ladungen 18 wesentlich größer als die der Teilchen 16. Daher ist ein Fehler auch dann klein, wenn die Abgasströmungsrate anhand des Stroms aus dem Amperemeter 38 bestimmt wird. Darüber hinaus ermittelt die Steuereinheit 40 aus dem nachgewiesenen Stromeingang des an die geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 angeschlossenen Amperemeters 68 und der Abgasströmungsrate die Anzahl der im Abgas enthaltenen Teilchen pro Volumeneinheit und zeigt die ermittelte Zahl auf der Anzeige 42 an. Die Anzahl der im Abgas pro Volumeneinheit enthaltenen Teilchen (Einheit: Anzahl/cm³) wird nach folgender Formel (1) berechnet. In der Formel (1) bezeichnet „erkannter Strom“ (Einheit: A (= C/s)) den Stromeingang des Amperemeters 68. Die „mittlere Ladungszahl“ (Einheit: Zahl) bezeichnet einen Mittelwert der Ladungen 18, die an einem Teilchen 16 anhaften, und ist ein Wert, der zuvor aus den Messwerten eines Mikroamperemeters und eines Teilchenzahlzählers berechnet werden kann. „Elementarladung“ (Einheit: C) bezeichnet die Konstante, auch Elementarladungsmenge genannt. Die „Strömungsrate“ bezeichnet die vom Gasströmungssensor 10 erfasste Abgasströmungsrate (Einheit: cc/s). $\begin{array}{l} Anzahl der Teilchen = (gamessener Strom) / {(mittlere Ladungszahl) (Elementaria- \\ dung) \times (Strömungsrate)} \end{array}$
Außerdem beurteilt die Steuereinheit 40 bei periodischer Unterbrechung des Stromflusses in der Ladungseinfangelektrode 30, dass eine Pulsation des Abgases aufgetreten ist, und stoppt den vorstehend beschriebenen Vorgang der Bestimmung der Teilchenanzahl. Der Grund dafür ist, dass es schwierig ist, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen, wenn die Pulsation des Abgases stattgefunden hat. In einem solchen Fall zeigt die Steuereinheit 40 das Auftreten der Pulsation auf der Anzeige 42 an.
Wenn der Zustand, in dem der in der Ladungseinfangelektrode 30 fließende Strom Null ist, für eine vorbestimmte Zeit oder länger anhält, beurteilt die Steuereinheit 40, dass die Verstopfung im Gasströmungsweg 13 aufgetreten ist, und stoppt den vorstehend beschriebenen Vorgang der Bestimmung der Teilchenanzahl. Der Grund dafür ist, dass es schwierig ist, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen, wenn die Verstopfung im Gasströmungsweg 13 aufgetreten ist. In einem solchen Fall zeigt die Steuereinheit 40 das Auftreten der Verstopfung im Gasströmungsweg 13 auf der Anzeige 42 an.
Mit dem vorstehend beschriebenen Teilchenzähler 50 kann die Anzahl der Teilchen unter Berücksichtigung der Abgasströmungsrate bestimmt werden. Da die Abgasströmungsrate und die Anzahl der Teilchen durch die Nutzung der Ladungen 18, die mit der durch den Ladungsgenerator 20 verursachten Entladung aus der Luft erzeugt werden, bestimmt werden, wird außerdem eine kompakte Gerätekonstruktion erreicht.
Wenn die Pulsation des Abgases oder die Verstopfung aufgetreten ist, wird der Vorgang der Bestimmung der Teilchenanzahl wegen der Schwierigkeit, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen, gestoppt. So wird der Bedienende nicht durch das Messergebnis gestört, das die ungenaue Anzahl der Teilchen anzeigt.
Da der Teilchenzähler 50 den Gasströmungssensor 10 entsprechend der ersten Ausführungsform verwendet, lassen sich auch hier ähnliche Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielen.
Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform beschränkt ist und die vorliegende Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen umgesetzt werden kann, soweit sie in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
Zum Beispiel sind in der vorstehenden zweiten Ausführungsform der Ladungsgenerator 20, die Ladungseinfangelektrode 30 und die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 nebeneinander in der genannten Reihenfolge entlang der Richtung von der einen Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b des Gasströmungsweges 13 angeordnet. Jedoch können, wie in 8 dargestellt, eine geladene Teilchen einfangende Elektrode 260, eine Ladungseinfangelektrode 230, der Ladungsgenerator 20, die Ladungseinfangelektrode 30 und die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 in der genannten Reihenfolge in der Richtung von der einen Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b nebeneinander angeordnet werden. Eine Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 232, die zum Einfangen der Ladungen zusammenwirkt, ist gegenüber der Ladungseinfangelektrode 230 angeordnet und eine Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 262, die zum Erfassen der geladenen Teilchen zusammenwirkt, ist gegenüber der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 260 angeordnet. So fangen die Ladungseinfangelektrode 230 und die geladene Teilchen einfangende Elektrode 260 auch die Ladungen 18 bzw. die geladenen Teilchen P unter elektrischen Feldern ein. Ein Amperemeter 238 wird an die Ladungseinfangelektrode 230 und ein Amperemeter 268 an die geladene Teilchen einfangende Elektrode 260 angeschlossen. Die von den Amperemetern 238 und 268 erfassten Ströme werden ebenfalls an die Steuereinheit 40 ausgegeben. Mit dieser Anordnung kann die Anzahl der im Abgas enthaltenen Teilchen 16 pro Volumeneinheit nicht nur für den Fall bestimmt werden, dass das Abgas von der einen Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b des Gasströmungsweges 13 strömt (siehe 8), sondern auch für den Fall, dass das Abgas in umgekehrter Richtung zu jener im vorstehenden Fall strömt (siehe 9).
Anstelle des Ladungsgenerators 20 in der vorstehenden zweiten Ausführungsform kann ein Ladungsgenerator mit einem anderen Aufbau, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, verwendet werden (z.B. ein Ladungsgenerator mit einer Nadelelektrode und einer Gegenelektrode).
In der vorstehenden zweiten Ausführungsform kann ein Abstand (Fließwegdicke) zwischen der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 und der Elektrode zur Erzeugung des elektrischen Feldes 62 im Gasströmungsweg 13 auf einen winzigen Wert (z.B. nicht weniger als 0,01 mm und weniger als 0,2 mm) eingestellt werden. Mit dieser Einstellung können die geladenen Teilchen P leichter von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 eingefangen werden, da die geladenen Teilchen P zwischen der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 und der Elektrode für die Erzeugung des elektrischen Feldes 62 hindurchgehen, während sie die Brownsche Bewegung durchlaufen.
In der vorstehenden zweiten Ausführungsform kann das in 6 dargestellte Elektrodenpaar zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 34 und 36 anstelle der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 verwendet werden und ein elektrisches Feld kann über der Ladungseinfangelektrode 30 durch Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden 34 und 36 erzeugt werden. Außerdem kann, wie in 10 dargestellt, das Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 34 und 36 anstelle der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 in die Wand des Gasströmungsweges 13 in einem Zustand eingebettet werden, in dem die Ladungseinfangelektrode 30 sandwichartig angeordnet ist, und ein Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 64 und 66 anstelle der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 62 in die Wand des Gasströmungsweges 13 in einem Zustand eingebettet werden, in dem die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 sandwichartig angeordnet ist. In einem solchen Fall werden die Ladungen 18 von der Ladungseinfangelektrode 30 durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 34 und 36 eingefangen, um ein elektrisches Feld über der Ladungseinfangelektrode 30 zu erzeugen. Darüber hinaus werden die geladenen Teilchen P von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 eingefangen, indem eine Spannung zwischen dem Elektrodenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feldes 64 und 66 angelegt wird, um ein elektrisches Feld über der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 zu erzeugen.
Die vorstehende zweite Ausführungsform kann eine Heizvorrichtung zur Erwärmung und Verbrennung der Teilchen, die sich auf der geladene Teilchen einfangenden Elektrode 60 ablagern, enthalten. Dadurch kann die geladene Teilchen einfangende Elektrode 60 mit der Stromversorgung der Heizvorrichtung aufgefrischt werden.
[Dritte Ausführungsform]
11 ist ein Schnittbild, das einen schematischen Aufbau zeigt, wenn der Gasströmungssensor 10 entsprechend der ersten Ausführungsform direkt als Teilchenzähler eingesetzt wird. Ein Anwendungsbeispiel für die Verwendung des Gasströmungssensors 10 als Teilchenzähler wird im Folgenden beschrieben. Das Abgas, das die Teilchen 16 enthält, wird von der einen Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b des Gasströmungsweges 13 geleitet. Die Steuereinheit 40 stellt die zwischen der Entladungselektrode 22 und jeder Induktionselektrode 24 angelegte Spannung so ein, dass die Ladungen 18 in einer vorgegebenen Menge pro Zeiteinheit erzeugt werden. Die Größe der Ladungseinfangelektrode 30 und die Intensität des elektrischen Feldes über der Ladungseinfangelektrode 30 werden so eingestellt, dass zusätzliche Ladungen (d.h. solche unter den vom Ladungsgenerator erzeugten Ladungen 18, die nicht an den Teilchen 16 haften) von der Ladungseinfangelektrode 30 eingefangen werden, aber die geladenen Teilchen P werden nicht von der Ladungseinfangelektrode 30 eingefangen. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ermittelt die Steuereinheit 40 aus dem Stromeingang des Amperemeters 38, das an die Ladungseinfangelektrode 30 angeschlossen ist, eine Abgasströmungsrate. Darüber hinaus ermittelt die Steuereinheit 40 aus dem ermittelten Stromeingang des an die Ladungseinfangelektrode 30 angeschlossenen Amperemeters 68 und der Abgasströmungsrate die Anzahl der im Abgas enthaltenen Teilchen pro Volumeneinheit und zeigt die ermittelte Zahl auf der Anzeige 42 an. Die Anzahl der im Abgas pro Volumeneinheit enthaltenen Teilchen (Einheit: Anzahl/cm³) wird durch folgende Schritte ermittelt: Bestimmung der Anzahl der zusätzlichen Ladungen (= Strom/Elementarladung) pro Zeiteinheit auf der Grundlage des in der Ladungseinfangelektrode 30 fließenden Stroms, Division der Differenz, die sich aus der Subtraktion der Anzahl der zusätzlichen Ladungen von einer Gesamtzahl der Ladungen 18, die vom Ladungsgenerator 20 pro Zeiteinheit erzeugt wurden, ergibt, durch eine mittlere Ladungszahl der geladenen Teilchen P, wodurch die Anzahl der geladenen Teilchen berechnet wird, und Division der berechneten Anzahl der geladenen Teilchen durch die Strömungsrate. Die Steuereinheit 40 entspricht der ersten und zweiten Steuereinheit der vorliegenden Erfindung.
Außerdem beurteilt die Steuereinheit 40 bei periodischer Unterbrechung des Stromflusses in der Ladungseinfangelektrode 30, dass eine Pulsation des Abgases aufgetreten ist, und stoppt die vorstehend beschriebene Bestimmung der Teilchenanzahl. Der Grund dafür ist, dass es schwierig ist, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen, wenn die Pulsation des Abgases stattgefunden hat. In einem solchen Fall zeigt die Steuereinheit 40 das Auftreten der Pulsation auf der Anzeige 42 an.
Wenn der Zustand, in dem der in der Ladungseinfangelektrode 30 fließende Strom Null ist, für eine vorbestimmte Zeit oder länger anhält, beurteilt die Steuereinheit 40, dass die Verstopfung im Gasströmungsweg 13 aufgetreten ist, und stoppt die vorstehend beschriebene Bestimmung der Teilchenanzahl. Der Grund dafür ist, dass es schwierig ist, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen, wenn die Verstopfung im Gasströmungsweg 13 aufgetreten ist. In diesem Fall zeigt die Steuereinheit 40 das Auftreten der Verstopfung im Gasströmungsweg 13 auf der Anzeige 42 an.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Teilchenzähler mit dem Gasströmungssensor 10 in der vorliegenden Form kann die Anzahl der Teilchen unter Berücksichtigung der Abgasströmungsraten bestimmt werden. Da die Abgasströmungsrate und die Anzahl der Teilchen durch die Nutzung der Ladungen 18, die mit der durch den Ladungsgenerator 20 verursachten Entladung aus der Luft erzeugt werden, bestimmt werden, wird außerdem eine kompakte Gerätekonstruktion geschaffen.
Wenn die Pulsation des Abgases oder die Verstopfung aufgetreten ist, wird die Bestimmung der Teilchenanzahl wegen der Schwierigkeit, die Anzahl der Teilchen genau zu bestimmen, gestoppt. So wird der Bediener nicht durch das Messergebnis gestört, das die ungenaue Anzahl der Teilchen anzeigt.
Da als Teilchenzähler der Gasströmungssensor 10 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, lassen sich auch hier ähnliche Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielen.
Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene dritte Ausführungsform beschränkt ist und die vorliegende Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen umgesetzt werden kann, soweit sie in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
Während z.B. die dritte Ausführungsform vorstehend im Zusammenhang mit dem Fall der Verwendung des Gasströmungssensors 10 gemäß der ersten Ausführungsform als Teilchenzähler beschrieben wurde, kann der in 4 dargestellte Gasströmungssensor 10 als Teilchenzähler verwendet werden. Damit kann die Anzahl der Teilchen unter Berücksichtigung der Abgasströmungsraten nicht nur für den Fall bestimmt werden, dass das die Teilchen 16 enthaltende Abgas von der einen Öffnung 13a zur anderen Öffnung 13b des Gasströmungsweges 13 strömt, sondern auch für den Fall, dass das Abgas in umgekehrter Richtung wie im vorstehenden Fall strömt.
Anstelle des Ladungsgenerators 20 in der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform kann ein Ladungsgenerator mit einem anderen Aufbau, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, verwendet werden.
In der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform kann das in 6 dargestellte Elektrodenpaar zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 34 und 36 anstelle der Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 32 verwendet werden und ein elektrisches Feld kann über der Ladungseinfangelektrode 30 durch Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden 34 und 36 erzeugt werden.
Während in der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform die Steuereinheit 40 als erste und zweite Steuereinheit in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Fall beschränkt. Beispielsweise kann die Steuereinheit 40 als erste Steuereinheit und eine andere Steuereinheit als zweite Steuereinheit verwendet werden. Der vorstehende Punkt wird in ähnlicher Weise auf die zweite Ausführungsform angewandt.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 10. August 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-155299 , deren gesamter Inhalt hier durch Hinweis aufgenommen wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf einen Gasströmungssensor, einen Teilchenzähler usw. angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Gasströmungssensor
12: Gehäuse
13: Gasströmungsweg
13a: eine Öffnung
13b: die andere Öffnung
16: Teilchen
18: Ladung
20: Ladungsgenerator
22: Entladungselektrode
22a: Feinprojektion
24: Induktionselektrode
26: Entladungsnetzteil
30: Ladungseinfangelektrode
32, 34, 36: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
38: Amperemeter
40: Steuereinheit
42: Anzeige
50: Teilchenzähler
60: geladene Teilchen einfangende Elektrode
62, 64, 66: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
68: Amperemeter
130: Ladungseinfangelektrode
132: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
138: Amperemeter
230: Ladungseinfangelektrode
232: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
238: Amperemeter
260: geladene Teilchen einfangende Elektrode
262: Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und
268: Amperemeter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014098606 A [0003]
JP 2017155299 [0065]

Claims

Gasströmungssensor, umfassend: ein Gehäuse mit einem Gasströmungsweg; einen Ladungsgenerator, der eine Luftentladung bewirkt und Ladungen im Gasströmungsweg erzeugt; eine Ladungseinfangelektrode, die die im Gasströmungsweg erzeugten Ladungen einfängt, und eine erste Steuereinheit, die Informationen über eine Gasströmung auf der Grundlage einer physikalischen Menge ermittelt, die in Abhängigkeit von einer Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert.
Gasströmungssensor nach Anspruch 1, wobei die Informationen mindestens eine unter einer Strömungsrate des durch den Gasströmungsweg strömenden Gases, einer Strömungsgeschwindigkeit des Gases, einer Frequenz der Pulsation des Gases, wenn sie erzeugt wird, dem Vorhandensein der Pulsation des Gases und dem Auftreten einer Verstopfung im Gasströmungsweg sind.
Gasströmungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladungseinfangelektrode die Ladungen unter einem elektrischen Feld einfängt.
Gasströmungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ladungsgenerator eine Entladungselektrode und eine Induktionselektrode enthält, die Entladungselektrode entlang einer Innenfläche des Gasströmungsweges angeordnet ist und die Induktionselektrode im Gehäuse eingebettet ist oder entlang der Innenfläche des Gasströmungsweges angeordnet ist.
Gasströmungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ladungseinfangelektrode an jeder der Positionen zwischen dem Ladungsgenerator und einer Öffnung des Gasströmungsweges und zwischen dem Ladungsgenerator und der anderen Öffnung des Gasströmungsweges angeordnet ist.
Teilchenzähler, der die Anzahl der in einem Gas enthaltenen Teilchen zählt, wobei der Teilchenzähler umfasst: den Gasströmungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5; eine Ladungseinfangelektrode, die geladene Teilchen einfängt, die unter Zugabe der Ladungen zu den Teilchen, die in dem in den Gasströmungsweg strömenden Gas enthalten sind, erzeugt werden; und eine zweite Steuereinheit, die die Anzahl der Teilchen auf der Grundlage einer physikalischen Menge bestimmt, die in Abhängigkeit von der Menge der von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode eingefangenen Ladungen variiert, wobei der Ladungsgenerator, die Ladungseinfangelektrode und die geladene Teilchen einfangende Elektrode nebeneinander in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, die erste Steuereinheit mindestens eine Strömungsrate des Gases bestimmt, und die zweite Steuereinheit die Anzahl der Teilchen im Gas pro Volumeneinheit auf der Grundlage sowohl der physikalischen Menge, die je nach der Menge der von der geladene Teilchen einfangenden Elektrode eingefangenen Ladungen variiert, als auch der von der ersten Steuereinheit ermittelten Strömungsrate des Gases bestimmt.
Teilchenzähler, der die Anzahl der in einem Gas enthaltenen Teilchen zählt, wobei der Teilchenzähler umfasst: den Gasströmungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und eine zweite Steuereinheit, die die Anzahl der Teilchen auf der Grundlage einer physikalischen Menge bestimmt, die in Abhängigkeit von der Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert, wobei die erste Steuereinheit mindestens eine Strömungsrate des Gases bestimmt, die Ladungseinfangelektrode keine geladenen Teilchen einfängt, die unter Hinzufügung der Ladungen zu den Teilchen, die in dem in den Gasströmungsweg strömenden Gas enthalten sind, erzeugt werden, und zusätzliche Ladungen einfängt, die den Teilchen nicht hinzugefügt wurden, und die zweite Steuereinheit die Anzahl der Teilchen im Gas pro Volumeneinheit auf der Grundlage sowohl der physikalischen Menge, die je nach der Menge der von der Ladungseinfangelektrode eingefangenen Ladungen variiert, als auch der von der ersten Steuereinheit ermittelten Strömungsrate des Gases, bestimmt.
Teilchenzähler nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Steuereinheit das Vorhandensein von Pulsation des Gases erkennt, und die zweite Steuereinheit den Vorgang der Bestimmung der Teilchenanzahl stoppt, wenn die Pulsation des Gases von der ersten Steuereinheit erkannt wird.
Teilchenzähler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erste Steuereinheit das Auftreten einer Verstopfung im Gasströmungsweg erkennt, und die zweite Steuereinheit den Vorgang der Bestimmung der Teilchenanzahl stoppt, wenn die Verstopfung im Gasströmungsweg von der ersten Steuereinheit erkannt wird.