(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-30
(54)【発明の名称】エアロゾル粒子をモニタリングするための方法及び装置
(51)【国際特許分類】
G01N 15/06 20060101AFI20230323BHJP
G01N 27/68 20060101ALI20230323BHJP
G01N 27/70 20060101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
G01N15/06 D
G01N27/68 A
G01N27/70
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2022547679
(86)(22)【出願日】2021-02-02
(85)【翻訳文提出日】2022-09-22
(86)【国際出願番号】 FI2021050070
(87)【国際公開番号】W WO2021156541
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】20205122
(32)【優先日】2020-02-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518145651
【氏名又は名称】デカティ オサケユキチェア
【氏名又は名称原語表記】ＤＥＫＡＴＩ ＯＹ
【住所又は居所原語表記】Ｔｙｋｋｉｔｉｅ １ ３６２４０ Ｋａｎｇａｓａｌａ Ｆｉｎｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100134832
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100165308
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100115048
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 康弘
(72)【発明者】
【氏名】アルフマン アンシ
(72)【発明者】
【氏名】ウッコネン アリ
(72)【発明者】
【氏名】ニッカ マルクス
(72)【発明者】
【氏名】ルンタ エサ
(72)【発明者】
【氏名】ラミネン エルキ
【テーマコード（参考）】
2G041
【Ｆターム（参考）】
2G041AA09
2G041CA04
2G041DA10
2G041EA07
2G041GA15
2G041GA25
(57)【要約】
エアロゾル粒子（Ｐ０）を測定するための装置（５００）は、拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、を備えている。収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）が低減値（ｐＳＥＴ）に維持されることにより、異なる粒径（ｄｐ）のナノ粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄｐ））が平坦になる。
【選択図】図３
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エアロゾル粒子（Ｐ０）を測定するための装置（５００）であって、拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、
前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、
前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力を低減するための減圧ユニット（ＰＤＵ１）と、
前記荷電ユニット（１００）を介して前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記収集ユニット（２００）に引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）と、
を備えており、
荷電効率関数（η１（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記拡散荷電が前記粒子（Ｐ１）を荷電する効率の関係を示し、
収集効率関数（η２（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散により前記電荷を収集する効率の関係を示し、
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）及び前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を８０ｋＰａ以下の選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持するように構成されており、これにより、少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において前記収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が少なくとも部分的に前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償する
ことを特徴とする装置（５００）。
【請求項2】
２００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となるように、前記収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）は前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償する、請求項１記載の装置（５００）。
【請求項3】
４００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））は、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲であり、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））は、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲である、
請求項１又は２記載の装置（５００）。
【請求項4】
前記荷電ユニット（１００）は、対向電極（Ｅ２）と共にコロナ放電（ＤＳＲ１）を形成することによりイオン（Ｊ１）を生成するコロナ電極（Ｅ１）と、
生成された前記イオン（Ｊ１）の拡散により前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電空間（ＳＰＣ１）と、
前記荷電空間（ＳＰＣ１）内の前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）における電界（ＥＦＩＥＬＤ１）の最大強度が１００Ｖ／ｃｍ未満となるように、受け取った前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記荷電空間（ＳＰＣ１）に通して案内するための１つ又は複数の流れ案内部（ＢＡＦ１）と、
を備えている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項5】
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）は１つ又は複数の臨界オリフィス（ＯＲ１）を有する請求項１から４までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項6】
一次エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を希釈ガス流（ＤＧ０）と組み合わせることにより希釈エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を形成するための希釈ユニット（ＤＩＬ１）を備えている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項7】
前記収集ユニット（２００）から出た荷電粒子（Ｐ１）の電荷を示す補助電流（Ｉ２（ｔ））を提供するための補助検出ユニット（３００）を備えている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項8】
エアロゾル粒子（Ｐ０）を測定するための方法であって、荷電ユニット（１００）を用いて、拡散荷電によりエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成することと、
前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記荷電ユニット（１００）に通して収集ユニット（２００）に案内することと、
前記収集ユニット（２００）を用いて、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供することと、
少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において、収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が少なくとも部分的に前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償するように、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を８０ｋＰａ以下の選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持することと、
を含み、
前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））は、粒径（ｄｐ）に対する、前記拡散荷電が前記粒子（Ｐ１）を荷電する効率の関係を示し、
前記収集効率関数（η２（ｄｐ））は、粒径（ｄｐ）に対する、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散により前記電荷を収集する効率の関係を示す
ことを特徴とする方法。
【請求項9】
エンジン（ＳＲＣ１）の排ガス（ＰＧ０）をサンプリングすることによって前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を得る、請求項８記載の方法。
【請求項10】
前記電流（Ｉ１）から数密度値（ｎ０）を求めることと、求めた前記数密度値（ｎ０）を限界値（ＬＩＭ１）と比較することと、前記数密度値（ｎ０）が前記限界値（ＬＩＭ１）未満であるか否かを判定することと、を含む、請求項８又は９記載の方法。
【請求項11】
前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を第１の臨界オリフィス（ＯＲ１）に通して案内することと、希釈ガス流（ＤＧ０）を第２の臨界オリフィス（ＯＲ２）に通して案内することと、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記希釈ガス流（ＤＧ０）と組み合わせることにより希釈エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を形成することと、を含む、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
一部の実施形態はエアロゾル粒子の測定に関するものである。
【背景技術】
【0002】
内燃機関のエアロゾルエミッションは環境に有害となり得る。エアロゾル測定は、例えば、内燃機関の排ガス中のエアロゾル粒子の質量濃度が所定の規制限界よりも低いかどうかを確認するために使用され得る。エアロゾル粒子の質量濃度は例えば、フィルタによってエアロゾル粒子を捕集し、フィルタの質量を計測して、捕集した粒子の総質量を求めることにより測定することができる。質量計測後、捕集した粒子の総質量を、フィルタに通されたガスの総体積で除することにより、平均粒子質量濃度を算出することができる。フィルタによって十分な量のエアロゾル粒子を捕集するためには、例えば数時間等の比較的長い期間が必要となり得る。フィルタの質量計測は手動の作業を要することがあり、又は、高価な自動質量計測装置を用いなければならないことがある。
【0003】
フィルタに捕集された粒子堆積物は、例えば顕微鏡視又は画像解析等によって分析することができる。しかし、捕集した粒子堆積物を分析することによって排ガス中のエアロゾル粒子の本来の個数濃度を求めることは困難又は不可能である場合がある。
【0004】
エアロゾル粒子の数密度は、例えばエアロゾル粒子カウンタ等を使用して測定することができる。粒子カウンタの動作は、典型的には光散乱に基づくものである。エアロゾル粒子カウンタは、例えばレーザビーム等をエアロゾルサンプル流に照射することができ、エアロゾル粒子カウンタは、エアロゾル粒子の光散乱により生じた光パルスを計数することができる。エアロゾル粒子カウンタは例えば、クリーンルーム内の空気の品質を検証したり、又は都市環境におけるエアロゾル粒子の数密度を測定するために使用されてきた。
【発明の概要】
【0005】
一部の実施態様は、エアロゾルサンプル流のエアロゾル粒子の数密度を測定するための装置に関する。一部の実施態様は、エアロゾルサンプル流のエアロゾル粒子の数密度を測定するための方法に関する。一部の実施態様は、排気管から排出されるエアロゾル粒子の数密度を測定するための装置に関する。一部の実施態様は、排気管から放出されるエアロゾル粒子の数密度が所定の限界値未満か否かを判定するための方法に関する。
【0006】
排ガス管は、例えば内燃機関の排ガス管等とすることができる。排ガス管は例えば、内燃機関を備えた車両の排ガス管等とすることができる。排気管は例えば、発電所のダクト等とすることができる。排気管は例えば、工場のダクト等とすることができる。
【0007】
一側面では、
－拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、
－前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、
－減圧ユニット（ＰＤＵ１）と、
－吸引ユニット（ＶＡＣ１）と、
を備えており、
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）及び前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持するように構成された装置（５００）を提供する。
－拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、
－前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、
－減圧ユニット（ＰＤＵ１）と、
－吸引ユニット（ＶＡＣ１）と、
を備えており、
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）及び前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持するように構成された装置（５００）を提供する。
【0008】
一側面では、
－拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、
－前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、
－前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力を低減するための減圧ユニット（ＰＤＵ１）と、
－前記荷電ユニット（１００）を介して前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記収集ユニット（２００）に引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）と、
を備えており、
荷電効率関数（η１（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記拡散荷電が前記粒子（Ｐ１）を荷電する効率の関係を示し、
収集効率関数（η２（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散により前記電荷を収集する効率の関係を示し、
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）及び前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を８０ｋＰａ以下の選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持するように構成されており、これにより、少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において前記収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が少なくとも部分的に前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償する装置（５００）を提供する。
－拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、
－前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、
－前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力を低減するための減圧ユニット（ＰＤＵ１）と、
－前記荷電ユニット（１００）を介して前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記収集ユニット（２００）に引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）と、
を備えており、
荷電効率関数（η１（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記拡散荷電が前記粒子（Ｐ１）を荷電する効率の関係を示し、
収集効率関数（η２（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散により前記電荷を収集する効率の関係を示し、
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）及び前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を８０ｋＰａ以下の選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持するように構成されており、これにより、少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において前記収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が少なくとも部分的に前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償する装置（５００）を提供する。
【0009】
特許請求の範囲に他の側面が記載されている。
【0010】
装置によって提供される電流は、入力流のエアロゾル粒子の瞬時数密度を示すことができる。粒径が異なる粒子を検出するための電流の応答は、収集ユニットの内部圧力を選択することによりカスタム調整することができる。収集ユニットの内部圧力は、粒径が異なるナノ粒子の数密度を検出するための電流の応答を実質的に平坦にするため、選択された低減値に維持することができる。装置は、実質的に平坦な計数応答を有することができる。内部圧力の選択された値は、大気圧よりも実質的に低い値とすることができる。内部圧力は、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において実質的に平坦な応答になるよう選択することができる。例えば、４０ｎｍの粒子を検出するための応答は、１００ｎｍの粒子を検出するための応答に実質的に等しくすることができ、また、２００ｎｍの粒子を検出するための応答は、１００ｎｍの粒子を検出するための応答に実質的に等しくすることができる。
【0011】
本装置は、拡散荷電と拡散捕集との組み合わせを用いて、実質的に粒径に依存しない計数応答を提供することができる。装置によって提供される電流は、入力流のエアロゾル粒子の瞬時数密度を示すことができ、この瞬時数密度は例えば、４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲の粒子の瞬時数密度である。本装置は、４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲の粒子の数密度を測定するために、実質的に一定の応答を提供することができる。本装置は、粒径分布が幅広い及び／又は未知であるエアロゾルサンプルであっても、実質的に一定の応答を提供することができる。
【0012】
拡散収集部の内部圧力は、当該拡散収集部が荷電粒子の電荷を収集する効率に影響を及ぼす可能性がある。拡散荷電により粒子を荷電する効率に荷電ユニットの内部圧力が及ぼす影響は変わり得る。粒径ｄＰが粒子の荷電に及ぼす影響は、荷電効率関数η１（ｄＰ)によって記述することができる。粒径ｄＰが荷電粒子の電荷の収集に及ぼす影響は、収集効率関数η２（ｄＰ）によって記述することができる。第１の粒径範囲では、荷電効率関数η１（ｄＰ）は粒径ｄＰの増大と共に増加することができると共に、収集効率関数η（ｄＰ）は当該第１の粒径範囲では減少することができる。収集ユニット内のエアロゾルサンプル流の圧力は、収集効率関数η２（ｄＰ）の形状に影響を及ぼし得る。エアロゾルサンプル流の圧力を、選択された低減値（ｐＳＥＴ）に維持することにより、収集効率（η２（ｄｐ））の負の勾配が荷電効率（η１（ｄｐ））の正の勾配を実質的に補償して、全体的に粒径に実質的に依存しない応答を提供することができる。
【0013】
数密度は個数濃度とも称され得る。装置は、エアロゾル粒子の数密度を連続モニタリングできる電流を提供することができる。装置は、例えば、排ガス中のエアロゾル粒子の数密度の急激な変化を検出するために使用することができる。モニタリング信号の応答時間は、例えば１ｓ未満等とすることができ、又は０．１ｓ未満とすることもできる。測定された結果はオプションとして、時間情報と関連付けるようにしてメモリに記録することができる。オプションとして、記録された測定結果にタイムスタンプを付与することができる。
【0014】
本装置は例えば、車両のエンジンの排ガス中のエアロゾル粒子の数密度が所定の限界未満であるか否かを確認するために使用することができる。本装置は例えば、車両の排ガス中のエアロゾル粒子の数密度が、規格及び／又は公的規制で規定された規制限界値を遵守しているか否かを確認するために使用することができる。
【0015】
収集ユニットの内部圧力を減圧することにより、エアロゾルサンプル流の１つ又は複数のガス物質の凝縮を低減又は回避しすることもできる。物質の凝縮は例えば、数密度の測定を妨げ得る新しい粒子を生じさせることがある。凝縮が減少することによって装置の内部表面を洗浄する必要性が減少し、及び／又は、装置の内部表面を洗浄する必要なく動作できる期間を長くすることができる。
【0016】
装置の内部圧力の減少は、例えば臨界オリフィス等を使用することによって達成することができる。内部圧力を一定かつ低減すると共に臨界オリフィスを用いることにより、流量を実質的に一定に維持することができる。数密度値は、例えば、測定された電流値に較正係数を単に乗じることによって算出することができる。
【0017】
第１の臨界オリフィスを介してサンプリングラインにエアロゾルサンプル流を案内すると共に、第２の臨界オリフィスを介して希釈ガス流を案内することにより、実質的に一定の既知の希釈比で希釈サンプルエアロゾル流を提供することができる。
【0018】
内部圧力の減圧により、サンプリングライン及び装置の各ユニットにおけるエアロゾルサンプル流の速度を速くすることができる。よって、内部圧力の減圧により、より高速な応答を実現することもできる。
【0019】
一実施形態では本方法は、（第１の）収集ユニットから出るエアロゾル粒子の電荷を示す第２の補助電流信号を測定することを含むことができる。第１の検出器電流は入力流の粒子の個数濃度を示すことができると共に、第２の補助信号は入力流のエアロゾル粒子の表面積濃度を示すことができる。第１の信号は、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲等において粒径に実質的に依存しないと共に、第２の信号は４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において粒径に依存することが可能である。第１の信号及び第２の信号の相異なる挙動により、例えば、これら２つの信号から平均粒径を推定することが可能になる。本方法は、第１の検出器電流及び第２の補助電流からの平均粒径を決定することを含んでもよい。
【0020】
一実施形態では、第２の補助電流信号を用いて、測定された数密度の信頼性を確認し、及び／又は、測定装置が適正に動作しているか否かを確認することができる。入力流の粒径分布が不変であると分かっている状況では、一定の第２の補助電流信号は、測定結果が有効であることの示唆、及び／又は測定装置が適正に動作していることの示唆とすることができる。入力流の粒径分布が不変であると分かっている状況では、第２の補助電流信号が変化すると、これは測定結果が有効でないことの示唆、及び／又は測定装置が適正に動作していないことの示唆とすることができる。
【0021】
以下の事例では、添付の図面を参照して複数の実施態様を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1a】エアロゾル粒子の数密度を測定するための装置を例示する図である。
【図1b】エアロゾル粒子の数密度を測定するための装置を例示する図である。
【図2a】拡散荷電により粒子を荷電する効率を例示する図である。
【図2b】拡散により荷電粒子から電荷を収集する効率を例示する図である。
【図2c】拡散荷電を行って拡散により荷電粒子から電荷を収集することにより粒子を荷電した場合の粒子を検出する複合効率を例示する図である。
【図2d】粒径が異なる粒子を検出する応答を正規化したものを例示する図である。
【図2e】粒径分布修正ユニットの透過率を例示する図である。
【図2f】修正ユニットを用いた場合及び用いない場合の応答を正規化したものを例示する図である。
【図3】エアロゾル粒子の数密度を測定するための装置を例示する図である。
【図4a】粒子の総電荷を検出するための補助検出ユニットをさらに備えた、エアロゾル粒子の数密度を測定するための装置を例示する図である。
【図4b】エアロゾル粒子の数密度を測定するための装置を例示する図である。
【図5】希釈サンプル流を提供するための希釈ユニットをさらに備えた、エアロゾル粒子の数密度を測定するための装置を例示する図である。
【図6a】拡散により荷電粒子から電荷を収集するための収集ユニットを例示する図である。
【図6b】拡散により荷電粒子から電荷を収集するための収集ユニットを例示する図である。
【図7a】拡散荷電により粒子を荷電するための荷電ユニットを例示する図である。
【図7b】拡散荷電により粒子を荷電するための荷電ユニットを例示する図である。
【図8a】低圧サンプリングラインを備えた、エアロゾル粒子を測定するための装置を例示する図である。
【図8b】希釈部及び低圧サンプリングラインを備えた、エアロゾル粒子を測定するための装置を例示する図である。
【図8c】希釈部と低圧サンプリングラインと修正ユニットとを備えた、エアロゾル粒子を測定するための装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１ａを参照すると、測定システム１０００はエアロゾル源ＳＲＣ１及びエアロゾル測定装置５００を備えることができる。測定装置５００は、一次エアロゾルＰＧ０のエアロゾル粒子Ｐ０を測定するように配置することができる。一次エアロゾルＰＧ０は、エアロゾル源ＳＲＣ１によって構成することができる。エアロゾル源ＳＲＣ１は、例えば内燃機関等とすることができる。一次エアロゾルＰＧ０はガス管ＤＵＣ１内を案内することができ、又はガス管ＤＵＣ１に収容することができる。装置５００は、一次エアロゾルＰＧ０からエアロゾルサンプル流ＦＧ０を得ることができる。一次エアロゾルＰＧ０はエアロゾル粒子Ｐ０を運ぶことができる。測定装置５００は、一次エアロゾルＰＧ０のエアロゾル粒子Ｐ０の数密度を連続モニタリングすることができる。
【0024】
測定装置５００は、排気管ＤＵＣ１内の一次エアロゾルＰＧ０のエアロゾル粒子Ｐ０の数密度ｎ０（ｔ）を示す電流Ｉ１（ｔ）を提供するように配置することができる。記号ｔは、時間を示すことができる。
【0025】
測定装置５００は、減圧ユニットＰＤＵ１と、荷電ユニット１００と、収集ユニット２００と、吸引ユニットＶＡＣ１とを備えることができる。
【0026】
荷電ユニット１００は、例えばサンプリングライン５０等を介して排気管ＤＵＣ１からエアロゾルサンプル流（ＦＧ０、ＦＧ１）を受け取ることができる。荷電ユニット１００はサンプリングライン５０からエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を受け取ることができる。エアロゾルサンプル流ＦＧ０は、例えば入力流ＦＧ０とも称され得る。
【0027】
荷電ユニット１００は、イオンＪ１を生成するためのイオン源を備えることができる。イオンＪ１は、中性粒子Ｐ０と電荷を交換することにより荷電粒子Ｐ１を形成することができる。イオン源は、例えばコロナ放電ＤＳＲ１（図３）とすることができる。荷電ユニット１００は、コロナ放電ＤＳＲ１を発生させるためのコロナ電極Ｅ１を備えることができる。荷電ユニット１００は、拡散荷電により中性粒子Ｐ０から荷電粒子Ｐ１を形成することができる。この粒子の付近をイオンが拡散により移動し、一部のイオンＪ１が粒子と衝突して電荷を粒子に移動させることができる。荷電ユニット１００は、イオンＪ１の拡散によって中性粒子Ｐ０から荷電粒子Ｐ１を形成することができる。
【0028】
装置５００はオプションとして、エアロゾルサンプル流（ＦＧ２、ＦＧ３）からイオンＪ１を除去するためのイオントラップＴＲＡＰ１を備えることができる。装置５００は、拡散荷電により形成された荷電粒子Ｐ１を含む実質的にイオンフリーのエアロゾルサンプル流（ＦＧ３）を提供するように配置することができる。
【0029】
一実施形態では、荷電ユニット１００はイオントラップＴＲＡＰ１として動作できる１つ又は複数の領域を有することができ、収集ユニット２００は、荷電ユニット１００から直接エアロゾルサンプル流（ＦＧ２，ＦＧ３）を受け取ることができる。
【0030】
収集ユニット２００は、荷電ユニット１００からエアロゾルサンプル流（ＦＧ３）を受け取ることができる。収集ユニット２００は、荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集するための１つ以上の収集要素（Ｅ３）を備えることができる。荷電粒子（Ｐ１）は拡散によって移動することができ、一部の粒子（しかし全部ではない）は収集要素（Ｅ３）と接触し得る。収集ユニット２００は荷電粒子Ｐ１から電荷を収集することにより電流Ｉ１（ｔ）を提供することができる。電流Ｉ１（ｔ）は、荷電粒子から収集要素（Ｅ３）に移動する電荷の単位時間当たりの正味量に実質的に比例することができる。電流Ｉ１（ｔ）は、排気管ＤＵＣ１から取り出されたエアロゾルサンプル流ＦＧ０のエアロゾル粒子Ｐ０の数密度ｎ０（ｔ）を示すことができる。電流Ｉ１（ｔ）は、一次エアロゾルＰＧ０中のエアロゾル粒子の数密度を示すことができる。
【0031】
装置５００はオプションとして、一次エアロゾルＰＧ０から取り出されたサンプル流ＦＧ０から希釈エアロゾル流（ＦＧ１）を提供する希釈システムを構成することができる。サンプル流はオプションとして、希釈比で希釈することができる。サンプル流（ＦＧ１，ＦＧ２）はオプションとして、希釈比で希釈することができる。一次エアロゾルＰＧ０中のエアロゾル粒子の数密度は、サンプル流（ＦＧ１，ＦＧ２）によって運ばれるエアロゾル粒子の数密度に比例することができる。
【0032】
吸引ユニットＶＡＣ１は、荷電ユニット１００を通って収集ユニット２００へ流れるエアロゾルサンプル流を生じさせるための例えばエジェクタ又はポンプＰＵＭＰ１等を備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、エアロゾルサンプル流ＦＧ１を荷電ユニット１００に引き込むことができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、荷電ユニット１００から収集ユニット２００にエアロゾルサンプル流（ＦＧ２，ＦＧ３）を引き込むことができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、収集ユニット２００から流れＦＧ４を引き込むことにより荷電ユニット１００から収集ユニット２００へのエアロゾル流を生じさせることができる。また、吸引ユニットＶＡＣ１は、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２を、選択された圧力値ｐＳＥＴと実質的に等しく維持するように配置されることができる。吸引ユニットＶＡＣ１は減圧ユニットＰＤＵ１と協働して、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２を所定の値ｐＳＥＴに維持することができる。圧力値ｐＳＥＴは、通常の大気圧（１００ｋＰａ）より実質的に小さくすることができる。値ｐＳＥＴは例えば８０ｋＰａ以下とすることができる。値ｐＳＥＴは例えば５０ｋＰａ以下とすることができる。値ｐＳＥＴは例えば２０ｋＰａ以下とすることができる。
【0033】
【0034】
サンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３）は、減圧臨界オリフィスＯＲ１を介して案内されることができ、流量Ｑ１は、例えばオリフィスＯＲ１の下流圧から求めることができる。オリフィスＯＲ１の下流圧は例えば、内部圧力ｐ２と実質的に等しくすることができる。例えば、一次エアロゾルＰＧ０の圧力が実質的に一定に維持され、内部圧力（ｐ２）が実質的に一定に維持される状況等では、流量Ｑ１を実質的に一定に維持することができる。特に、臨界オリフィスＯＲ１を介してチョーク流れ（臨界流）を保証するため、圧力比ｐ２／ｐ０は０．５未満とすることができる。
【0035】
装置５００はオプションとして、流量（ＦＧ０，ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３，ＦＧ４，ＦＧ５，ＦＧ６）をモニタリングするための流れセンサＱＳＥＮ１（図８ｂ）を備えることができる。
【0036】
吸引ユニットＶＡＣ１は、排気流ＥＸＧ１を提供することができる。排気流ＥＸＧ１は例えば、装置５００外部の大気中又は換気ダクト内へ放出され得る。
【0037】
収集ユニット２００の収集要素Ｅ３は、内部圧力ｐ２で動作するように配置することができる。内部圧力ｐ２は、例えば、８０ｋＰａ以下、５０ｋＰａ以下、又は２０ｋＰａ以下とすることができる。
【0038】
収集ユニット２００の内部圧力ｐ２の下限は、例えば２ｋＰａ（２０ｍｂａｒ）等とすることができる。装置５００は、内部圧力ｐ２が例えば２ｋＰａ以上になるように動作するように配置することができる。内部圧力ｐ２は、例えば２ｋＰａ～８０ｋＰａの範囲とすることができる。内部圧力ｐ２は、例えば２ｋＰａ～５０ｋＰａの範囲とすることができる。内部圧力ｐ２は、例えば２ｋＰａ～２０ｋＰａの範囲とすることができる。
【0039】
減圧ユニットＰＤＵ１は例えば１つ又は複数のオリフィスＯＲ１を有することができ、この１つ又は複数のオリフィスＯＲ１を介してエアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３）が案内される状況では、排気管ＤＵＣ１の元の圧力ｐ０と収集ユニット２００の内部圧力ｐ２との間に圧力差（ｐ０－ｐ２）を生じさせるためのものである。減圧オリフィスＯＲ１は例えば、サンプリングライン５０の流入端（ＩＮ０）、サンプリングライン５０と荷電ユニット１００との間、荷電ユニット１００とイオントラップＴＲＡＰ１との間、又はイオントラップＴＲＡＰ１と収集ユニット２００との間に配置することができる。
【0040】
収集ユニット２００は、粒子の瞬時の数密度を示す検出器電流Ｉ１（ｔ）を出力することができる。粒子から電荷を収集することによって形成される一次電流Ｉ１（ｔ）は、非常に弱くなり得る。検出器電流Ｉ１（ｔ）の大きさは、例えば数フェムトアンペアのオーダとなり得る。装置５００は、検出器電流Ｉ１（ｔ）を検出器信号Ｓ１（ｔ）に変換するための電流モニタリングユニットＣＭＵ１を備えることができる。装置は例えば、一次電流Ｉ１（ｔ）の大きさを測定するための電位計を備えることができる。電流モニタリングユニットＣＭＵ１は例えば、収集ユニット２００から得られた電流Ｉ１（ｔ）を測定するための電位計を備えることができる。検出器信号Ｓ１（ｔ）は、検出器電流Ｉ１（ｔ）の大きさを示すことができる。検出器信号Ｓ１（ｔ）は、電流Ｉ１（ｔ）に実質的に比例することができる。信号処理を容易にするため、検出器信号Ｓ１（ｔ）は例えばデジタル信号等とすることができる。
【0041】
装置５００は、較正データＣＡＬ１に基づいて検出器信号Ｓ１（ｔ）から数密度値Ｎ０（ｔ）を形成するための信号処理ユニットＣＮＴ１を備えることができる。求められた数密度値Ｎ０（ｔ）は例えば、エアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１）の数密度ｎ０（ｔ）を示すことができる。求められた数密度値Ｎ０（ｔ）は例えば、一次エアロゾルＰＧ０の粒子の数密度を示すことができる。
【0042】
較正データＣＡＬ１は例えば、検出器信号Ｓ１（ｔ）から数密度値Ｎ０（ｔ）を算出するための比例定数を含むことができる。較正データＣＡＬ１は例えば、測定された検出器電流Ｉ１（ｔ）から数密度値Ｎ０（ｔ）を算出するための比例定数を含むことができる。
【0043】
装置５００は、荷電ユニット１００の動作電圧Ｖ１を提供するための電圧供給部ＶＳＵ１を備えることができる。荷電ユニット１００の電位を安定化するため、電圧供給部ＶＳＵ１の接続端（例えばＴ１又はＴ２等）を装置５００のグラウンドＧＮＤ１に直接的又は間接的に接続することができる。
【0044】
装置５００は、イオントラップＴＲＡＰ１の動作電圧Ｖ５を提供するための電圧供給部ＶＳＵ２を備えることができる。イオントラップＴＲＡＰ１の電位を安定化するため、電圧供給部ＶＳＵ２の接続端Ｔ５，Ｔ６を装置５００のグラウンドＧＮＤ１に直接的又は間接的に接続することができる。一実施形態では、荷電ユニット１００及びイオントラップＴＲＡＰ１は同一の電圧供給部（ＶＳＵ１）から動作電圧を受け取ることもできる。
【0045】
エアロゾル源ＳＲＣ１は、例えば内燃機関等とすることができる。ダクトＤＵＣ１は、例えば機関の排ガス管等とすることができる。一次エアロゾルＰＧ０は、例えば機関の排ガス等とすることができる。一次エアロゾルＰＧ０は、例えばガスタービンの排ガス等とすることができる。
【0046】
エアロゾル源ＳＲＣ１は例えば内燃機関等を含むことができる。エアロゾル源ＳＲＣ１は例えば、内燃機関と、エミッションを制御及び／又は低減するための触媒コンバータとを組み合わせたもの等を含むことができる。
【0047】
内燃機関は例えば、天然ガス、合成ガス、ガソリン、ディーゼル燃料、燃料油及び／又はアルコールを、粒子エミッション試験の際の燃料として使用することができる。サンプル流ＦＧ０は、例えば機関のガスクリーニングユニットの前又は後で採取することができる。ガスクリーニングユニットは例えば、触媒コンバータ及び／又はガスクリーニングフィルタ等を備えることができる。
【0048】
装置５００の収集ユニット１００から得られた電流Ｉ１（ｔ）は例えば、機関の粒子エミッションが所定の限界（ＬＩＭ１）未満であるか否かを確認するため等に使用されることができる。この限界は、例えば規格及び／又は公的規制において規定されたものとすることができる。測定された電流Ｉ１（ｔ）から数密度値を算出することができる。本方法は、電流（Ｉ１）から数密度値（ｎ０）を求めることと、求めた数密度値（ｎ０）を限界値（ＬＩＭ１）と比較することと、数密度値（n0）が限界値（ＬＩＭ１）未満であるか否かを判定することと、を含むことができる。
【0049】
ガス管ＤＵＣ１は、例えば機関の排ガス管ＳＲＣ１等とすることができる。ダクトＤＵＣ１は希釈システムのダクトとすることができ、その際には一次エアロゾルＰＧ０は、例えば機関の希釈された排ガス等とすることができる。ダクトＤＵＣ１は、例えば定容量サンプラのトンネル（ＣＶＴトンネル）等とすることができる。ダクトＤＵＣ１は、希釈された排ガスを含むことができる。エアロゾル源ＳＲＣ１は例えば、燃焼炉、焼却炉、流動床ボイラ、工業プロセスユニット、又はガスタービン等とすることができる。ガス管ＤＵＣ１は、例えば燃焼設備の煙道ガス管等とすることができる。オプションとして、粒子収集期間の間、例えば加熱した炉内等に装置５００を維持して、例えば凝縮を安定化させることができる。
【0050】
エアロゾル源ＳＲＣ１はオプションとして、プロセスインジケータ信号Ｓ０（ｔ）を提供することができる。本方法は、機関ＳＲＣ１の動作パラメータを示すプロセスインジケータ信号Ｓ０（ｔ）を得ることを含むことができる。検出器電流Ｉ１（ｔ）をこのプロセスインジケータ信号Ｓ０（ｔ）と比較して、粒子源ＳＲＣ１の動作パラメータの変化が検出器電流Ｉ１（ｔ）の変化に対応するか否かを判定することができる。
【0051】
装置５００は、例えば機関ＳＲＣ１からの粒子エミッションの測定等に使用することができる。機関は、第１の試験手順に従って駆動することができる。第１の試験手順は例えば、機関の制御信号（例えばガスペダル位置等）及び／又は機関の負荷（すなわち出力）を所定のシーケンスに従って調整することを含むことができる。測定された検出器電流Ｉ１（ｔ）及び／又は測定された数密度ｎ０（ｔ）をプロセスインジケータ信号Ｓ０（ｔ）と比較することにより、検出器電流Ｉ１（ｔ）がプロセスインジケータ信号Ｓ０（ｔ）と相関するか否かを判定することができる。プロセスインジケータ信号Ｓ０（ｔ）は例えば、燃料流量、機関に供給される流入空気流量、機関の動作温度、機関のシリンダの動作温度、触媒コンバータの動作温度、フィルタの動作温度、プロセスの動作温度、ガスペダル設定、機関のバルブタイミング、燃料供給圧力、機関に結合された動力計の回転速度、機関のトルク、機関から動力計へ伝達される出力、又は添加剤の流量を示すものとすることができる。エアロゾル粒子源ＳＲＣ１は、エアロゾル源ＳＲＣ１の複数の異なる動作パラメータを示すことができる複数のプロセスインジケータ信号を同時に提供することができる。
【0052】
一般に装置５００の各ユニットは、収集ユニット２００が荷電ユニット１００から荷電粒子を受け取るように、また収集ユニット２００の内部圧力ｐ２が大気圧ｐ０より実質的に低くなり得るように配置されることができる。収集ユニット２００は、荷電ユニット１００の下流かつ減圧ユニットＰＤＵ１の下流に配置することができる。
【0053】
装置５００はオプションとして、エアロゾルサンプル流の粒径分布を修正するための修正ユニットＭＯＤ１を備えることができる。修正ユニットＭＯＤ１は例えば、所定の限界（ｄｃｕｔ）より大きい粒子を除去することができる。修正ユニットＭＯＤ１は、収集ユニット２００の上流に配することができる。修正ユニットＭＯＤ１は例えば、荷電ユニット１００の上流、又は荷電ユニット１００と収集ユニット２００との間に配することができる。
【0054】
図１ｂを参照すると、減圧ユニットＰＤＵ１は例えば荷電ユニット１００と収集ユニット２００との間等に配することができる。荷電ユニット１００はエアロゾルサンプル流ＦＧ１を受け取ることができる。荷電ユニット１００は、荷電粒子Ｐ１を含むエアロゾルサンプル流ＦＧ２を提供することができる。イオントラップＴＲＡＰ１は、エアロゾルサンプル流ＦＧ２からイオンを除去することによって、エアロゾルサンプル流ＦＧ２１を提供することができる。減圧ユニットＰＤＵ１は流れＦＧ２を減圧することにより、エアロゾルサンプル流ＦＧ２２を提供することができる。修正ユニットＭＯＤ１は、流れＦＧ２２の粒径分布を修正することによってエアロゾルサンプル流ＦＧ３を提供することができる。収集ユニット２００は、流れＦＧ３の荷電粒子から電荷を収集することができる。
【0055】
図２ａ～２ｄは、収集ユニット２００の動作圧（ｐ２）を選択することによって、異なる粒径の粒子Ｐ０に対する装置５００の応答をどのように調整できるかを例示している。また、装置５００は、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２を、選択された圧力値ｐＳＥＴと実質的に等しく維持するように配置されることができる。
【0056】
図２ａは、エアロゾルサンプル流のエアロゾル粒子Ｐ０の移動粒径（mobility size）ｄＰに対する、拡散荷電によってエアロゾル粒子を荷電するための効率η１（ｄＰ）の関係を示す。エアロゾル粒子Ｐ０は初期は中性とすることができ、又は初期電荷を有することができる。拡散荷電によって初期のエアロゾル粒子Ｐ０から荷電エアロゾル粒子Ｐ１を形成することにより、荷電効率η１（ｄＰ）に従ってエアロゾルサンプル流ＦＧ２を提供することができる。荷電効率η１（ｄＰ）は、荷電ユニットの流出口から提供されるエアロゾルサンプル流ＦＧ２中の粒子あたりの単位電荷（ｅ）の平均個数を示すことができる。荷電効率η１（ｄＰ）は、エアロゾルサンプル流ＦＧ２の粒子集団を表すことができる。各個々の粒子の荷電は、統計的変化（statistical variation）を示すことができる。
【0057】
荷電効率関数η１（ｄＰ）は例えば、粒子の移動粒径に対する粒子当たりの単位電荷の平均個数の関係を示すことができる。単位電荷（ｅ）は、１．６０２・１０－１９Ａｓ（Ａｓ＝アンペア秒）に等しい。
【0058】
図２ａの曲線は例として、荷電ユニット１００の内部圧力ｐ１００が２０ｋＰａのときの荷電効率関数η１（ｄＰ）を示している。
【0059】
図２ｂは、荷電粒子Ｐ１からの電荷が荷電粒子Ｐ１の拡散によって収集されるときの、エアロゾル粒子Ｐ１の移動粒径ｄＰに対する、電荷を収集する収集効率η２（ｄＰ）の関係を示す。収集効率η２（ｄＰ）は、移動粒径ｄｐの粒子の電荷を収集する確率を示すことができる。収集効率η２（ｄＰ）は、粒径ｄｐに依存して０％～１００％の範囲をとることができる。
【0060】
例えば、収集効率η２（ｄＰ＝４０ｎｍ）は実質的に１％に等しくなり得、これは、４０ｎｍ粒子Ｐ１の電荷を収集する確率が実質的に１％になり得ることを意味する。
【0061】
粒径ｄｐの粒子Ｐ１が電荷を収集ユニットに送ることなく収集ユニット２００を通過する確率は、それぞれ１－η２（ｄＰ）に等しくなり得る。例えば、４０ｎｍの粒子が電荷を収集ユニットに送ることなく収集ユニットを通過する確率は、それぞれ１００％－η２（ｄＰ＝４０ｎｍ）に等しくなり得る。
【0062】
０％の収集効率η２（ｄＰ）は、粒径ｄｐのすべての粒子が電荷を移動させることなく収集ユニット２００を通過することを示すことができる。５０％の収集効率η２（ｄＰ）は、粒径ｄｐの粒子の５０％が電荷を移送することなく収集ユニット２００を通過し、粒径ｄの粒子の５０％が収集ユニット２００に電荷を移動させることを示すことができる。１００％の収集効率η２（ｄＰ）は、寸法ｄの実質的にすべての粒子が収集ユニット２００に電荷を移動させることを示すことができる。
【0063】
図２ｂの実線の曲線は、収集ユニットの内部圧力ｐ２が２０ｋＰａの場合の収集効率を表す。図２ｂの破線の曲線は、内部圧力ｐ２が１００ｋＰａの場合の収集効率η２（ｄＰ）を表す。収集効率η２(ｄＰ）の形状は、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２に依存し得る。所与の粒径（例えばｄＰ＝４０ｎｍ等）における収集効率関数η２（ｄＰ）の勾配（Δη2／ΔｄＰ）は、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２に依存し得る。
【0064】
荷電粒子Ｐ１は、一部の荷電粒子Ｐ１が収集要素Ｅ３と接触するまで拡散により収集要素Ｅ３の付近を移動する。荷電粒子Ｐ１は、収集要素Ｅ３を接触したときに（のみ）当該収集要素Ｅ３に電荷を移動させることができる。荷電粒子Ｐ１から収集要素Ｅ３に移動したすなわち収集された電荷は、収集ユニット２００の検出器電流Ｉ１（ｔ）に寄与し得る。
【0065】
収集ユニットは、例えば拡散によって荷電粒子を収集すること等により、荷電粒子の電荷を収集することができる。収集ユニットユニットは永続的に粒子を収集することを要しない。収集ユニットによって収集された粒子が後で電気的に中性の粒子としてガス流に放出されて戻される場合であっても、収集ユニットは正味の電流を提供することができる。
【0066】
収集ユニットは、粒径が１００ｎｍの場合に荷電粒子を収集する確率が実質的に１００％未満となって収集効率η２（ｄＰ）の傾きが負になるように動作する配置とすることができる。
【0067】
収集ユニット２００の内部圧力ｐ２の減圧により、１０００ｎｍ未満の粒子の空気力学的抗力が減少して拡散を促進することができる。内部圧力ｐ２は、空気力学的抗力を減らすことによっても、収集効率曲線η２（ｄＰ）の形状に影響を及ぼすことができる。
【0068】
図２ｃは、エアロゾル粒子Ｐ０が拡散荷電によって荷電し、荷電した粒子の電荷が拡散捕集により収集される場合の、エアロゾル粒子Ｐ０の移動粒径ｄＰに対する粒子を検出する複合効率ηＣＭＢ（ｄＰ）を例示する図である。この複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は複数の効率の積として求めることができ、すなわち、ηＣＭＢ（ｄＰ）＝η１（ｄＰ）・η２（ｄＰ）として求めることができる。複合効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、荷電ユニット１００における粒子の荷電の寄与分と、収集ユニット２００における粒子の電荷収集の寄与分と、を含むことができる。
【0069】
複合検出効率（ηＣＭＢ（ｄＰ）＝η１（ｄＰ）・η２（ｄＰ））は、荷電ユニット１００からのエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒径ｄｐの各粒子（Ｐ０）から収集ユニット２００の１つ又は複数の収集要素に移動した単位電荷（ｅ）の平均個数を示すことができる。複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、荷電ユニット１００におけるエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒径ｄｐの各粒子（Ｐ０）に移動した単位電荷（ｅ）の平均個数の寄与分を考慮することができ、また、複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は収集ユニット２００における荷電粒子の電荷を収集する確率の寄与分を考慮することもできる。
【0070】
収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）の変化（Δｐ２）は、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲等の所定の粒径範囲ＲＮＧ１において収集効率関数（η２（ｄｐ））の勾配（Δη２／Δｄｐ）に影響を及ぼすことができる。複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）の勾配（ΔηＣＭＢ／Δｄｐ）は、収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択することによってカスタム調整することができる。
【0071】
内部圧力ｐ２の目標値（ｐＳＥＴ）を選択することにより、複合検出効率（ηＣＭＢ（ｄＰ））の形状を最適な形状にすることができる。例えば、少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を少なくとも部分的に補償するように、収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択することができる。
【0072】
例えば、４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）の勾配（ΔηＣＭＢ／Δｄｐ）が実質的にゼロとなるように、収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を所定の選択された値（ｐＳＥＴ）に維持することができる。
【0073】
荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）は、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）と実質的に等しくすることができ、又は、荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）は、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）とは異なることができる。
【0074】
荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）は、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）と実質的に等しくすることができる。例えば、荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）が収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）と実質的に等しくなるように荷電ユニット１００及び収集ユニット２００を減圧ユニットＰＤＵ１の下流に配することができる。
【0075】
また、収集ユニット２００の内部圧（p2）は、荷電ユニット１００の内部圧（p100）よりも実質的に低くてもよい。例えば、減圧ユニットＰＤＵ１は荷電ユニット１００と収集ユニット２００との間に配することができる。
【0076】
荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）の変化は荷電効率η１（ｄＰ）に影響を与え、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）の変化は収集効率η２（ｄＰ）に影響を与え得る。内部圧力（ｐ１００）が荷電効率η１(ｄＰ）に与える影響は、内部圧力（ｐ２）が収集効率η２（ｄＰ）に与える影響とは異なり得る。その結果、荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）が収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）と実質的に等しい状況においても、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）を選択することにより複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）をカスタム調整することができる。複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、少なくとも粒径範囲ＲＮＧ１において、収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択することによってカスタム調整することができる。
【0077】
例えば、図２ｃの実線の曲線は、内部圧力ｐ２が２０ｋＰａに等しい場合における複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）を表すことができる。図２ｃの破線の曲線は、内部圧力ｐ２が１００ｋＰａに等しい場合における複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）を表すことができる。
【0078】
図２ｄは、複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）を基準値ηＲＥＦで除することにより得られた正規化応答関数Ｒ０を示している。実線の曲線は、内部圧力ｐ２が２０ｋＰａに等しい場合の正規化応答関数Ｒ０を示している。破線の曲線は、内部圧力ｐ２が１００ｋＰａに等しい場合の正規化応答関数Ｒ０を示している。図２ｄの曲線は、複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）を基準値ηＲＥＦで除することにより正規化したものである。基準値ηＲＥＦは、所定の粒径（例えば２０ｎｍ又は１００ｎｍ等）における複合検出効率に等しくすることができる。
【0079】
複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲では実質的に粒径に依存しないことが可能である。例えば、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、例えば１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢ（ｄＰ）の０．８～１．２倍の範囲等とすることができ、２００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、例えば１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢ（ｄＰ）の０．８～１．２倍の範囲等とすることができる。
【0080】
複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲では実質的に粒径に依存しないことが可能である。例えば、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢは、例えば１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢの０．９～１．１倍の範囲等とすることができ、２００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、例えば１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する効率ηＣＭＢ（ｄＰ）の０．９～１．１倍の範囲等とすることができる。
【0081】
収集ユニット２００の内部圧力値（ｐ２）は、所定の圧力値（ｐＳＥＴ）に維持することができる。圧力値（ｐＳＥＴ）は、複合効率関数ηＣＭＢ(ｄＰ）が、上記にて列挙した基準のうち１つ又は複数に従って実質的に平坦になるように選択することができる。
【0082】
第１の粒径範囲（ＲＮＧ１）では、荷電効率η１（ｄＰ）は粒径が増大すると減少し得る。第１の粒径範囲（ＲＮＧ１）は、例えば粒径４０ｎｍ～２００ｎｍの範囲とすることができる。減少する荷電効率関数は、前記第１の粒径範囲（ＲＮＧ１）における第１の指数関数によって近似することができる：
η１（ｄｐ）≒ｋ１・（ｄｐ）α （１）
ｋ１は比例定数を表し、ｄＰはエアロゾル粒子の移動粒径を表す。αは指数を表す。拡散荷電の場合、指数αは、例えば粒径範囲ＲＮＧ１では１．０５～１．５０の範囲とすることができる。三極荷電器（図７ｂ）による拡散荷電では、指数αは例えば、粒径範囲ＲＮＧ１では実質的に１．１に等しくすることができる。
η１（ｄｐ）≒ｋ１・（ｄｐ）α （１）
ｋ１は比例定数を表し、ｄＰはエアロゾル粒子の移動粒径を表す。αは指数を表す。拡散荷電の場合、指数αは、例えば粒径範囲ＲＮＧ１では１．０５～１．５０の範囲とすることができる。三極荷電器（図７ｂ）による拡散荷電では、指数αは例えば、粒径範囲ＲＮＧ１では実質的に１．１に等しくすることができる。
【0083】
第１の粒径範囲（ＲＮＧ１）では、収集効率η２（ｄＰ）は粒径が増大すると減少し得る。増加する荷電効率関数は、前記第１の粒径範囲（ＲＮＧ１）における第２の指数関数によって近似することができる：
η２（ｄｐ）≒ｋ２・（ｄｐ）－β （２）
ｋ２は比例定数を表す。－βは指数を示す。指数－βの値は、例えば粒径範囲ＲＮＧ１では－１．００～－０．８５の範囲とすることができる。
η２（ｄｐ）≒ｋ２・（ｄｐ）－β （２）
ｋ２は比例定数を表す。－βは指数を示す。指数－βの値は、例えば粒径範囲ＲＮＧ１では－１．００～－０．８５の範囲とすることができる。
【0084】
荷電ユニット１００と収集ユニット１００とを組み合わせたものの複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は、荷電効率η１（ｄＰ）と収集効率η２（ｄＰ）との積として形成することができる：
ηＣＭＢ（ｄｐ）＝η１（ｄｐ）・η２（ｄｐ） （３）
ηＣＭＢ（ｄｐ）＝η１（ｄｐ）・η２（ｄｐ） （３）
【0085】
（１），（２），（３）式に基づき、複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は指数関数の積によって近似することができる：
ηＣＭＢ（ｄｐ）≒ｋ１・（ｄｐ）α・ｋ２・（ｄｐ）－β （４ａ）
ηＣＭＢ（ｄｐ）≒ｋ１・ｋ２・（ｄｐ）α－β （４ｂ）
ηＣＭＢ（ｄｐ）≒ｋ１・（ｄｐ）α・ｋ２・（ｄｐ）－β （４ａ）
ηＣＭＢ（ｄｐ）≒ｋ１・ｋ２・（ｄｐ）α－β （４ｂ）
【0086】
差α－βの値が低い場合、これは、粒径ｄＰが測定装置５００の計数応答に及ぼす影響が小さい又は無視できる程度である動作状態に相当し得る。収集ユニット２００の内部圧力ｐ２は、差α－βが例えば０～０．６５の範囲内となるように選択することができる。
【0087】
収集ユニット２００の内部圧力ｐ２は、指数βに影響を与え得る。荷電ユニット１００の内部圧力ｐ１００が指数αに与える影響は、より小さい及び／又は異なることができる。収集ユニット２００の内部圧力ｐ２は、例えば、指数βが指数α実質的に等しくなるように選択することができる。指数βが指数αに実質的に等しくなるように圧力が選択されている場合、複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）は第１の粒径範囲（ＲＮＧ１）では、粒径ｄＰに実質的に依存しないことが可能である。荷電ユニット１００の内部圧力（ｐ１００）は例えば、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２と実質的に等しくすることができる。
【0088】
本実施形態では装置は、収集ユニット２００の内部圧力ｐ２が荷電ユニット１００の内部圧力ｐ１００と異なるように動作する配置とすることもできる。
【0089】
図２ｅを参照すると、装置５００はオプションとして、エアロゾルサンプル流の粒径分布を修正するための１つ以上の修正ユニットＭＯＤ１を備えることができる。修正ユニットＭＯＤ１は例えば、荷電ユニット１００の上流、又は荷電ユニット１００と収集ユニット２００との間等に配することができる。修正ユニットＭＯＤ１は、エアロゾルサンプル流の粒径分布を修正するために、例えば、フィルタ、インパクタ及び／又はサイクロンを備えることができる。所定の透過率関数ηＭＯＤ１（ｄｐ）に従ってエアロゾルサンプル流から粒子を取り出すため、修正ユニットＭＯＤ１は例えばフィルタ、インパクタ及び／又はサイクロンを備えることができる。透過率ηＭＯＤ１（ｄｐ）は例えばカットオフ粒径ｄＣＵＴを有することができ、これは、取り出した粒子が荷電ユニット１００から電荷を収集ユニット２００に移動させないように当該カットオフ粒径ｄＣＵＴより大きい粒子をエアロゾルサンプル流から消失させるためのものである。透過率ηＭＯＤ１（ｄｐ）は、粒径ｄｐの粒子が修正ユニットＭＯＤ１を通過する確率を示すことができる。透過率ηＭＯＤ１（ｄｐ）は、実質的に全ての粒子が修正ユニットＭＯＤ１を通過できる粒径範囲ＲＮＧ１（例えば４０ｎｍ～２００ｎｍ等）の場合は、１００％に実質的に等しくなり得る。カットオフ粒径ｄＣＵＴより大きい粒子の場合、透過率ηＭＯＤ１（ｄｐ）は５０％より低くなり得る。修正ユニットＭＯＤ１が実質的にすべての粒子を取り除く粒径範囲では、透過率ηＭＯＤ１（ｄｐ）は実質的に０％に等しくなり得る。
【0090】
装置５００の総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）は、透過率ηＭＯＤ１（ｄｐ）と荷電効率η１（ｄＰ）と収集効率η２（ｄＰ）との積として形成することができる：
ηｔｏｔ（ｄｐ）＝ηＭＯＤ１（ｄｐ）・η１（ｄｐ）・η２（ｄｐ） （４ｃ）
ηｔｏｔ（ｄｐ）＝ηＭＯＤ１（ｄｐ）・ηＣＭＢ（ｄｐ） （４ｄ）
ηｔｏｔ（ｄｐ）＝ηＭＯＤ１（ｄｐ）・η１（ｄｐ）・η２（ｄｐ） （４ｃ）
ηｔｏｔ（ｄｐ）＝ηＭＯＤ１（ｄｐ）・ηＣＭＢ（ｄｐ） （４ｄ）
【0091】
修正ユニットＭＯＤ１は、例えばインパクション及び／又はインターセプションによってエアロゾルサンプル流から粒子を取り出すように配置することができる。収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）を選択することにより、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲ＲＮＧ１における総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）の勾配をカスタム調整することができると共に、インパクション及び／又はインターセプションのメカニズムを用いて、上記の粒径範囲ＲＮＧ１の範囲外のより大きな粒子の総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）をカスタム調整することができる。
【0092】
収集ユニット２００から得られる検出器電流Ｉ１（ｔ）は、エアロゾルサンプル流ＦＧ１の粒子数密度ｎ０（ｔ）に比例し、エアロゾルサンプル流ＦＧ１の流量Ｑ１に比例し、また、総検知効率ηｔｏｔ（ｄＰ）に比例することができる。ｒは時間を示し、ｋ０は比例定数を示す。
Ｉ１（ｔ）＝ｋ０・Ｑ１・ηｔｏｔ（ｄｐ）・ｎ０（ｔ） （５）
Ｉ１（ｔ）＝ｋ０・Ｑ１・ηｔｏｔ（ｄｐ）・ｎ０（ｔ） （５）
【0093】
粒径ｄＰの単分散分布の粒子密度ｎ０に対する電流Ｉ１の応答Ｒ１（ｄＰ）は、例えば次のように定義することができる：
【数1】
【0094】
（５）と（６）を組み合わせることにより、応答Ｒ１（ｄＰ）を例えば次式のように総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）から算出することができる：
Ｒ１（ｄｐ）＝ｋ０・Ｑ１・ηｔｏｔ（ｄｐ） （７）
Ｒ１（ｄｐ）＝ｋ０・Ｑ１・ηｔｏｔ（ｄｐ） （７）
【0095】
このように、応答Ｒ１（ｄＰ）は総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）に比例することができる。応答関数Ｒ１（ｄＰ）の形状は、総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）の形状と類似することができる。粒径範囲ＲＮＧ１において総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）が実質的に粒径ｄＰに依存しない場合、応答Ｒ１（ｄＰ）は粒径範囲ＲＮＧ１において粒径ｄＰに実質的に依存しないことが可能である。
【0096】
例えば、少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を少なくとも部分的に補償するように、収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択することができる。
【0097】
例えば、移動粒径（ｄＰ）が２００ｎｍの粒子（Ｐ０）を検出する電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径(ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となり、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となるように、収集ユニット（２００）の圧力（ｐ２）を選択することができる。
【0098】
例えば、移動粒径（ｄＰ）が４００ｎｍの粒子（Ｐ０）を検出する電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径(ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出する応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となり、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となるように、収集ユニット（２００）の圧力（ｐ２）を選択することができる。
【0099】
例えば、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となるように、また、１０００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））が１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．２倍の範囲となるように、収集ユニット２００の圧力を選択することができる。
【0100】
流量Ｑ１は実質的に一定に維持することができる。総検出効率ηｔｏｔ(ｄＰ）は、測定装置５００の検出粒径範囲ＲＮＧ０において実質的に一定とすることができる。検出粒径範囲ＲＮＧ０は、例えば４０ｎｍ～４００ｎｍとすることができる。検出粒径範囲ＲＮＧ０は、例えば４０ｎｍ～１０００ｎｍとすることができる。定数ｋ０、流量Ｑ１及び総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）を組み合わせて、較正定数ＫＣＡＬとして表すことができる。
【数2】
【0101】
数密度ｎ０は、測定された検出器電流Ｉ１から、例えば較正定数ｋＣＡＬを用いて求めることができる：
ｎ０（ｔ）＝ＫＣＡＬ・Ｉ１（ｔ） （９）
ｎ０（ｔ）＝ＫＣＡＬ・Ｉ１（ｔ） （９）
【0102】
較正定数ＫＣＡＬは、例えば較正測定によって求めることができる。較正定数ＫＣＡＬは、例えば装置のメモリ（ＭＥＭ１）に記憶することができる。装置５００は、較正定数ＫＣＡＬを用いて測定電流Ｉ１（ｔ）から数密度ｎ０（ｔ）を求めるように配置されることができる。一実施形態では、測定電流Ｉ１（ｔ）は補助コンピュータに通信接続することができ、補助コンピュータは、較正定数ＫＣＡＬを用いて測定電流Ｉ１（ｔ）から数密度ｎ０（ｔ）を求めるように配置されることができる。
【0103】
数密度ｎ０とは、単位体積中のエアロゾル粒子の個数をいう。数密度ｎ０は個数濃度とも称され得る。
【0104】
【0105】
基準値ＲＲＥＦは例えば、粒径１００ｎｍにおける応答Ｒ１（ｄｐ）と等しくすることができる。
【0106】
内部圧力ｐ２を選択することにより、実質的に平坦な応答関数Ｒ１（ｄｐ）及び／又は実質的に平坦である正規化された応答関数Ｒ０（ｄｐ）を提供することができる。例えば、少なくとも４０ｎｍから４００ｎｍの粒径範囲では、応答関数Ｒ１（ｄｐ）、Ｒ０（ｄｐ）は限界±１０％の範囲内で実質的に平坦となることができる。例えば、少なくとも２０ｎｍから１０００ｎｍの粒径範囲では、応答関数Ｒ1（ｄｐ）、Ｒ0（ｄｐ）は限界±２０％の範囲内で実質的に平坦となることができる。
【0107】
所定の粒径範囲ＲＮＧ２において収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償できるように、収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を選択することができる。
【0108】
例えば、収集ユニットの内部圧力（ｐ２）が２０ｋＰａに等しい場合、１００ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲（ＲＮＧ２）において、正規化された応答関数Ｒ０（ｄｐ）の勾配が例えば－１％／１００ｎｍに実質的に等しくなるように、負の勾配は正の勾配を補償することができる。
【0109】
比較例として、収集ユニットの内部圧力が１００ｋＰａに等しい場合、１００ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲（ＲＮＧ２）において、正規化された応答関数Ｒ０（ｄｐ）の勾配は例えば－１７％／１００ｎｍに実質的に等しくなることができる。
【0110】
図２ｆを参照すると、修正ユニットＭＯＤ１の透過関数ηＭＯＤ１（ｄｐ）は総検出効率ηｔｏｔ（ｄｐ）と応答関数Ｒ０（ｄｐ）とに影響を及ぼし得る。例えば、測定装置５００の検出粒径範囲ＲＮＧ０の上限付近において実質的に平坦な応答となるように、修正ユニットＭＯＤ１の透過関数ηＭＯＤ１（ｄｐ）を選択することができる。例えば、測定装置５００の検出粒径範囲ＲＮＧ０の上限付近において実質的に平坦な応答となるように、透過関数ηＭＯＤ１（ｄｐ）のカットオフ粒径ｄｃｕｔを選択することができる。
【0111】
図３を参照すると、装置５００は例えば、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）を減圧するための臨界オリフィスＯＲ１を備えることができる。減圧ユニットＰＤＵ１は、臨界オリフィスＯＲ１を備えることができる。臨界オリフィスＯＲ１は、例えば装置５００のサンプリングライン５０等に配置することができる。
【0112】
荷電ユニット１００は、例えばコロナ放電ＤＳＲ１等によってイオンＪ１を生成するように配置することができる。荷電ユニット１００は、コロナ放電ＤＳＲ１を形成するためのコロナ電極Ｅ１を備えることができる。コロナ電極Ｅ１は、対向電極Ｅ２と共にコロナ放電ＤＳＲ１を形成するように配置されることができる。一実施形態では、荷電ユニット１００の導電性のハウジング１５０が対向電極Ｅ２として動作することができる。
【0113】
コロナ電極Ｅ１は、例えば鋭い先端を有する導体等とすることができる。コロナ電極Ｅ１は、例えば径が細い裸導体ワイヤ等とすることができる。電極Ｅ１は、例えばコネクタＣＯＮ１等を介して電圧供給部ＶＳＵ１の端子Ｔ１に接続することができる。コロナ電極は、例えば１つ又は複数の絶縁体（ＩＳＯ１）によって機械的に支持されることができる。
【0114】
コロナ電極Ｅ１は、コロナ放電ＤＳＲ１によりイオンＪ１を生成するように配置されることができる。コロナ電極Ｅ１は対向電極Ｅ２と協働することができる。電極Ｅ１，Ｅ２は電圧差Ｖ１を有するように高電圧供給ＶＳＵ１に接続されることができる。コロナ電極Ｅ１と対向電極Ｅ２とが合わさって、コロナ電極Ｅ１の近傍にコロナ放電ＤＳＲ１を発生させる電界を形成することができる。電界の強度が局所的にガスの絶縁耐力を超えることにより、コロナ電極Ｅ１の付近にコロナ放電ＤＳＲ１を形成することができる。
【0115】
生成されたイオンＪ１は、拡散により粒子Ｐ０に対して移動することができる。一部の拡散イオンＪ１は粒子Ｐ０と衝突して電荷を粒子に移動させることができる。荷電ユニットは、拡散荷電によって荷電粒子を形成することができる。イオンＪ１から粒子への電荷の移動は、荷電ユニット１００の荷電空間（ＳＰＣ１）内で行うことができる。
【0116】
荷電ユニット２００の流出エアロゾルサンプル流ＦＧ２は、電気的に中性の粒子と、荷電エアロゾル粒子Ｐ１と、イオンＪ１とを含むことができる。エアロゾルサンプル流ＦＧ２の粒子Ｐ０，Ｐ１及びイオンＪ１は、気体中に懸濁されることができる。
【0117】
荷電ユニット２００の流出エアロゾルサンプル流ＦＧ２は、イオントラップＴＲＡＰ１を通るように案内されてイオンＪ１を取り除くことができる。
【0118】
イオントラップＴＲＡＰ１は、荷電ユニット１００の下流かつ収集ユニット２００の上流に配置することができる。イオントラップＴＲＡＰ１は、収集ユニット２００に案内されるエアロゾル流ＦＧ２，ＦＧ３からイオンＪ１の少なくとも一部を除去することができる。イオントラップＴＲＡＰ１を用いることによって電流Ｉ１（ｔ）を安定化することができる。イオントラップＴＲＡＰ１は例えば、電界を提供するために２つ以上の偏向電極Ｅ５，Ｅ６を備えることができ、これらの偏向電極Ｅ５，Ｅ６は、イオンＪ１をエアロゾル流ＦＧ３から偏向することができる。電界は、電極Ｅ５，Ｅ６を通過するガス流ＦＧ３の方向に対して実質的に横方向とすることができる。イオントラップＴＲＡＰ１は電極Ｅ５，Ｅ６を備えることができる。イオントラップは、例えば、一対の実質的に平行な電極Ｅ５、Ｅ６を含むことができる。電極Ｅ５，Ｅ６は、電界を生成するように電圧差Ｖ５に接続されることができる。荷電粒子Ｐ１の（第１の）適切な割合がイオントラップＴＲＡＰ１を通過し、イオンＪ１の（第２の）適切な割合がエアロゾル流ＦＧ３から離れる方向に偏向されるように、電極Ｅ５，Ｅ６間のスペースの電界の大きさ及び／又はこれを通過するガス流の速度を選択することができる。このようにして、荷電粒子Ｐ１の大部分がイオントラップＴＲＡＰ１を通過して検出器ＤＥＴ１に到達することができる。電圧差Ｖ５を選択することにより、イオントラップを通過できる粒子のカットオフ粒径を小さくすることができる。オプションとして、イオントラップＴＲＡＰ１の電圧Ｖ５は、総検出効率曲線ｎｔｏｔ（ｄＰ）の形状を調整するための追加のパラメータとして用いることができる。
【0119】
イオントラップＴＲＡＰ１は、イオンＪ１を除去することによって実質的にイオンフリーのエアロゾルサンプル流ＦＧ３を形成することができる。エアロゾルサンプル流ＦＧ３は、気体中に懸濁された中性粒子Ｐ０及び荷電粒子Ｐ１を含むことができる。
【0120】
エアロゾルサンプル流ＦＧ３を収集ユニット２００に案内して、粒子Ｐ１から電荷を収集することができる。収集ユニット２００は、拡散により電荷を収集するための１つ以上の収集要素Ｅ３を備えることができる。荷電粒子Ｐ１は拡散によって収集要素Ｅ３の付近を移動することができる。荷電粒子Ｐ１の一部が収集要素Ｅ３に接触して、正味量の電荷を収集要素Ｅ３に移動させることができる。収集した電荷を電流Ｉ１（ｔ）として電流測定ユニットＣＭＵ１に案内するため、収集要素Ｅ３を導体ＣＯＮ３に電気的に接続することができる。収集要素Ｅ３は、例えば導電性メッシュ要素とすることができる。
【0121】
収集ユニット２００は、荷電粒子Ｐ１の拡散によって電荷を収集するように配置することができる。収集ユニット２００は、荷電粒子Ｐ１が電界によって収集要素Ｅ３に向かって引き付けられないように動作する配置とすることができる。また、収集要素Ｅ３の電荷収集部付近の電界は、実質的に０に等しくすることができる。
【0122】
収集ユニット２００はオプションとして、電界が実質的にゼロに等しい領域にエアロゾル流を閉じ込めるための１つ又は複数の電気絶縁シール部ＩＳＯ３ａ，ＩＳＯ３ｂを備えてもよい。
【0123】
収集ユニット２００は、収集効率関数が、少なくとも１００ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において負の勾配を有するように動作する配置とすることができる。収集要素Ｅ３は、粒子の大部分が収集ユニット２００を通過することができるように、粒子から電荷を収集するように配置することができる。収集要素Ｅ３の網目寸法は、移動粒径２００ｎｍの粒子の少なくとも８０％が収集ユニット２００を通過するように選択することができる。
【0124】
装置５００は、導電性遮蔽部Ｅ４を備えることができる。遮蔽部Ｅ４は、収集要素Ｅ３を干渉静電気から保護するように収集要素Ｅ３を包囲することができる。遮蔽部Ｅ４は、例えばファラデーケージとして収集要素Ｅ３を包囲することができる。
【0125】
電流モニタリングユニットＣＭＵ１は、導体ＣＯＮ３を介して収集要素Ｅ３から検出器電流Ｉ１（ｔ）を受け取ることができる。導体ＣＯＮ３は、電流モニタリングユニットＣＭＵ１の入力端子（ＩＮ３）に接続することができる。装置５００はオプションとして、収集要素Ｅ３から検出器電流Ｉ１（ｔ）を電流モニタリングユニットＣＭＵ１に導くための電気的フィードスルー部を備えることができる。電気的フィードスルー部は、電気絶縁体ＩＳＯ３によって囲まれた導体ＣＯＮ３の一部を含むことができる。
【0126】
電流モニタリングユニットＣＭＵ１の基準端子（ＩＮ４）は、装置５００の電気的なグラウンドＧＮＤ１に直接又は間接的に接続することができる。また、遮蔽部Ｅ４は、例えば装置５００の電気的グラウンドＧＮＤ１等の固定電位に直接的又は間接的に接続することができる。
【0127】
吸引ユニットＶＡＣ１は、収集ユニット２００から流れＦＧ４を引き込むためのエジェクタ又はポンプＰＵＭＰ１を備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１はオプションとして、当該吸引ユニットＶＡＣ１を流れる流量（Ｑ１）を制御するための調整可能なバルブＶＡＬ１を備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）をモニタリングするための圧力センサＰＳＥＮ１を備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）を選択された圧力（ｐＳＥＴ）に実質的に等しく維持するように、吸引ユニットＶＡＣ１の流量を調整するための制御ユニットＣＮＴ２を備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１の流量は例えば、バルブＶＡＬ１を調整することによって、及び／又はポンプＰＵＭＰ１の動作を制御することによって、調整することができる。制御ユニットＣＮＴ２は、圧力センサＰＳＥＮ１の信号に基づいてバルブＶＡＬ１の動作を制御し、及び／又はポンプの動作を制御するための制御信号を提供することができる。ポンプＰＵＭＰ１は、例えばダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、回転翼ポンプ又は蠕動ポンプ等とすることができる。粒子Ｐ１が収集ユニット２００によって検出される前にポンプＰＵＭＰ１が流れＦＧ３から粒子を除去しないように、ポンプＰＵＭＰ１を収集ユニット２００の下流に配置することができる。
【0128】
装置５００は、測定されたデータを処理するため及び／又は装置５００の動作を制御するための制御ユニットＣＮＴ１を備えることができる。制御ユニットＣＮＴ１は、データを処理するための１つ又は複数の信号処理プロセッサを備えることができる。制御ユニットＣＮＴ１は例えば、電流モニタリングユニットＣＭＵ１から得られた検出器信号Ｓ１（ｔ）から数密度値ｎ０(ｔを求めることができる。装置は、較正データＣＡＬ１を記憶するためのメモリＭＥＭ１を備えることができる。装置は、メモリＭＥＭ１に較正データＣＡＬ１として記憶された比例定数を用いて、測定された検出器電流Ｉ１（ｔ）から数密度値Ｎ０（ｔ）を求めるように構成することができる。装置は、コンピュータプログラムコードＰＲＯＧ１を格納するためのメモリＭＥＭ２を備えることができる。装置は、プログラムコードＰＲＯＧ１を実行することにより１つ又は複数の測定値を求めるように構成することができる。コンピュータプログラムＰＲＯＧ１は、少なくとも１つのデータプロセッサ上で実行される際に、制御ユニットＣＮＴ１に装置５００の動作を制御させるコンピュータプログラムコードを備えることができる。コンピュータプログラムＰＲＯＧ１は、少なくとも１つのデータプロセッサ上で実行される際に、測定されたデータ（例えば信号Ｉ１（ｔ）、Ｓ１（ｔ）等）を処理させるコンピュータプログラムコードを備えることができる。装置は、測定された検出器電流値Ｉ１を格納するため及び／又は求めた数密度値ｎ０（ｔ）を格納するためのメモリＭＥＭ３を備えることができる。装置５００はオプションとして、データを受信及び／又は送信するための通信ユニットＲＸＴＸ１を備えることができる。装置５００はオプションとして、測定値及び／又は求めた値を例えばサーバ等の外部装置に送信するための通信ユニットＲＸＴＸ１を備えることができる。通信ユニットＲＸＴＸ１は、例えば信号Ｓ１（ｔ）を例えば外部のポータブルコンピュータに送信することができる。通信ユニットＲＸＴＸ１は、例えば信号Ｓ１（ｔ）を例えばインターネットサーバに送信することができる。通信ユニットＲＸＴＸ１は、例えば無線送信、光ケーブル及び／又は電気ケーブルを使用すること等によってデータを受信及び／又は送信することができる。
【0129】
装置はオプションとして、ユーザ入力を受け取るため及び／又はユーザに情報を出力するためのユーザインタフェースＵＩＦ１を備えることができる。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、例えばディスプレイ、タッチスクリーン及び／又はキーボード等を含むことができる。
【0130】
装置５００はオプションとして、ユーザに情報を出力するため及び／又はユーザ入力を受け取るためのユーザインタフェースＵＩＦ１を備えることができる。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、例えばディスプレイ及び／又は１つ若しくは複数のキー等を含むことができる。ユーザインタフェースＵＩＦ１は例えばタッチスクリーン等を含むことができる。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、例えば、電流Ｉ１の大きさ（ｔ）、測定された数密度ｎ０（ｔ）及び／又は補助電流Ｉ２（ｔ）の大きさ（図４ａ）を表示するように配置することができる。
【0131】
ユニット５０、ＰＤＵ１、１００、ＴＲＡＰ１、２００、３００は、例えばキャビネット内、運転中の機関の近傍及び／又は希釈システムの近傍に配置することができる。インタフェースＵＩＦ１はまた、当該インタフェースＵＩＦ１を人間工学的及び／又は安全な位置に配するようにユニットから遠隔位置に配置することができる。ポータブルコンピュータ又はモバイルデバイス（例えばスマートフォン等）が通信ユニットＲＸＴＸ１を介して装置５００と通信するように構成することができ、また、前記ポータブルコンピュータ又はモバイルデバイスはインタフェースＵＩＦ１として動作するように構成することもできる。
【0132】
装置２００によって測定されたデータは分散方式で処理されることができる。例えば、数密度値ｎ０（ｔ）への信号Ｓ１の変換は別個のデータプロセッサで実行することができる。データは、例えばポータブルコンピュータ及び／又はインターネットサーバ等を用いて処理することができる。
【0133】
装置５００はオプションとして、時間情報を提供するためのクロックＣＬＫ１を備えることができる。例えば、信号Ｓ１（ｔ）及び／又は測定個数密度ｎ０（ｔ）をタイムスタンプに関連付けるようにメモリＭＥＭ３に記録することができる。記録されたデータにタイムスタンプを付与することができる。
【0134】
一実施形態では、荷電ユニット１００のコロナ電極Ｅ１をエアロゾルサンプル流の粒子から保護するために希釈ガス流ＤＧ０を荷電ユニット１００に送ることができる。この保護希釈ガス流ＤＧ０は、コロナ電極Ｅ１を清浄な状態に維持するように配することができる。第１の臨界オリフィスＯＲ１を介してサンプルエアロゾル流を荷電ユニット１００の減圧された圧力（ｐ１００，ｐ２）に送り、第２の臨界オリフィスＯＲ２を介して保護ガス流ＤＧ０を荷電ユニット１００に送ることにより、コロナ電極Ｅ１を保護できると共に、希釈サンプルエアロゾル流を実質的に一定の希釈比で提供することができる。荷電ユニット１００は、コロナ電極Ｅ１に向かって希釈ガス流ＤＧ０を送ることにより、コロナ電極Ｅ１の周囲にこれを取り囲む実質的に無粒子の領域を形成するように構成することができる。希釈ガス流ＤＧ０は、コロナ電極Ｅ１をフラッシュ洗浄するように配することができる。
【0135】
入力エアロゾルＦＧ０又はサンプル流ＦＧ１は、初期の粒径分布を有することができる。装置５００は、例えばサンプルを希釈するため及び／又はエアロゾルサンプル流から大きな粒子を除去するために、修正ユニットＭＯＤ１を備えることができる。修正ユニットＭＯＤ１は、エアロゾルサンプル流の粒径分布を修正することができる。
【0136】
装置５００は、例えばサンプルを希釈するため及び／又はエアロゾルサンプル流から所定のカットオフ粒径を超える大きな粒子を除去するために、修正ユニットＭＯＤ１を備えることができる。修正ユニットＭＯＤ１は例えば、エアロゾルサンプル流を希釈するための希釈ユニットＤＩＬ１及び／又はエアロゾルサンプル流から大きな粒子を除去するためのパーティクルフィルタ等を備えることができる。カットオフ粒径は、例えば１μｍ～１０μｍの範囲とすることができる。カットオフ粒径は、例えば４０ｎｍ～１０００ｎｍの粒径範囲等において、総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）の形状が実質的に線形になるように選択することができる。カットオフ粒径ｄｃｕｔは、４０ｎｍから２００ｎｍの粒径範囲における複合検出効率ηＣＭＢ（ｄＰ）の実質的に線形の形状を有意に変形させないように選択することができる。カットオフ粒径ｄｃｕｔは、例えば０．５μｍ～５μｍの範囲とすることができる。カットオフ粒径は、例えば１μｍ～２μｍの範囲とすることができる。サンプル修正ユニットは、例えば荷電ユニット１００の手前等に配置することができる。サンプル修正ユニットの内部圧力も減圧されるように、サンプル修正ユニットを減圧ユニットＰＤＵ１より後に配置することができる。サンプル修正ユニットは、例えばフィルタ、サイクロン及び／又はインパクタを備えることができる。減圧された内部圧力は、フィルタ、サイクロン及び／又はインパクタの動作を容易にすることができる。
【0137】
図４ａ及び４ｂを参照すると、装置５００はオプションとして、第１の収集ユニット２００から出た粒子Ｐ１の電荷を検出するための補助検出ユニット３００を備えることができる。補助検出ユニット３００は、エアロゾル流ＦＧ４によって運ばれる全電荷を検出することができる。補助検出ユニット３００は例えば、収集ユニット２００から出た荷電粒子の少なくとも５０％を検出するように構成することができる。補助検出ユニット３００は、補助検出ユニット３００によって捕捉された粒子の単位時間当たりの電荷に比例する電流Ｉ２（ｔ）を出力することができる。
【0138】
本方法は、収集ユニット１００から出るエアロゾル粒子の電荷を示す第２の補助電流Ｉ２（ｔ）を測定することを含むことができる。収集ユニット１００の第１の検出器電流Ｉ１（ｔ）は、例えば入力流の粒子の個数濃度を示すことができ、第２の補助電流Ｉ２（ｔ）は、例えばエアロゾル粒子の表面積濃度を示すことができる。第１の電流Ｉ１（ｔ）は、例えば４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において粒径に実質的に依存しないと共に、第２の電流Ｉ２（ｔ）は４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において粒径に依存することが可能である。このように電流Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ）の挙動が異なることにより、これら２つの信号Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ）から平均粒径（ｄＰ，ａｖｅ）を推定することが可能になる。本方法は、第１の検出器電流Ｉ１（ｔ）及び第２の補助電流Ｉ２（ｔ）から平均粒径（ｄＰ，ａｖｅ）を求めることを含むことができる。
【0139】
本方法は、補助検出ユニット３００を使用して、収集ユニット２００を通過する荷電粒子（Ｐ１）の電荷を示す補助電流（Ｉ２（ｔ））を提供することを含むことができる。
【0140】
本方法は、収集ユニット２００の電流（Ｉ１（ｔ））と補助検出ユニット３００の補助電流（Ｉ２（ｔ））とから平均粒径（ｄＰ，ａｖｅ）を求めることを含むことができる。
【0141】
第２の補助電流Ｉ２（ｔ）を用いて、測定された数密度ｎ０（ｔ）の信頼性を確認し、及び／又は、測定装置が適正に動作しているか否かを確認することができる。入力流ＦＧ０の粒径分布が不変であると分かっている状況では、一定の第２の補助電流Ｉ２（ｔ）は、測定結果が有効であることの示唆、及び／又は測定装置５００が適正に動作していることの示唆とすることができる。入力流ＦＧ０の粒径分布が不変であると分かっている状況では、第２の補助電流Ｉ２（ｔ）が変化すると、これは測定結果が有効でないことの示唆、及び／又は測定装置５００が適正に動作していないことの示唆とすることができる。
【0142】
補助検出ユニット３００は、流れＦＧ４の粒子Ｐ１を捕集することができる。補助検出ユニット３００は、粒子を捕捉するための例えばパーティクルフィルタＦＩＬ１等を備えることができる。フィルタＦＩＬ１は、例えばモニタリングフィルタ等と称され得る。フィルタＦＩＬ１は導電性又は電気絶縁性とすることができる。フィルタＦＩＬ１は、ファラデーケージＦＡＲＡ１によって包囲されることができ、又は、フィルタＦＩＬ１の導電性の外層がファラデーケージＦＡＲＡ１として動作することができる。フィルタＦＩＬ１及び／又はファラデーケージＦＡＲＡ１は、１つ又は複数の絶縁体ＩＳＯ７によって支持されることができる。導電性のフィルタＦＩＬ１は、例えば焼結導電性粒子又は導電性繊維を含むことができる。ファラデーケージＦＡＲＡ１及び／又は導電性のフィルタＦＩＬ１は、第２の電流モニタリングユニットＣＭＵ２に電気的に接続することができる。電流モニタリングユニットＣＭＵ２は、第２の補助電流Ｉ２（ｔ）を測定することにより第２の電流信号Ｓ２（ｔ）を提供することができる。第２の電流信号Ｓ２（ｔ）は、第２の補助電流Ｉ２（ｔ）の大きさを示すことができる。信号Ｓ２（ｔ）は例えばデジタル信号等とすることができる。電流モニタリングユニットＣＭＵ２は例えば、第２の補助電流Ｉ２（ｔ）を測定するための電位計を備えることができる。
【0143】
ファラデーケージＦＡＲＡ１内のフィルタＤＦＩＬによって捕捉された荷電粒子Ｐ１がファラデーケージＦＡＲＡ１に接触しなくても、ファラデーケージＦＡＲＡ１及び電流モニタリングユニットＣＭＵ２を用いて、荷電粒子Ｐ１により運ばれる電荷を検出することができる。
【0144】
フィルタＦＩＬ１は例えば、２００ｎｍの粒径を有する粒子のうち９０％超を当該フィルタＦＩＬ１によって捕集できるように選択することができる。フィルタＦＩＬ１は、例えばインターセプション、慣性衝突、拡散、重力沈降及び／又は静電捕集等によってエアロゾル粒子を捕集することができる。フィルタＦＩＬ１は、粒子が検出器ＦＩＬ１からガス流中に放出されて戻らないように、粒子を不可逆的に捕集することができる。検出器ＦＩＬ１は、例えば、測定期間中に捕集された粒子のうち検出器ＦＩＬ１から放出されてガス流ＦＧ５中に戻る割合が質量で１０％未満となるように、測定期間中に粒子を捕集することができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、補助検出ユニット３００からガス流ＦＧ５を引き込むことによりエアロゾル流（Ｆ０，ＦＧ１，ＦＧ，ＦＧ３，ＦＧ４）を生じさせることができる。
【0145】
図５を参照すると、装置５００は、例えば一定の希釈比でエアロゾルサンプル流を希釈するための希釈ユニットＤＩＬ１を備えることができる。希釈ユニットＤＩＬ１は例えば、希釈ガス流ＤＧ０をサンプリングライン５０に案内するための第２の臨界オリフィスＯＲ２を備えることができる。希釈ガスＤＧ０のガスＧＡＳ１は、実質的に無粒子のガスとすることができる。希釈ガスＧＡＳ１は、例えばガスボンベ等から得ることができる。希釈ガスＧＡＳ１は、例えば大気ＡＩＲ１等とすることができる。希釈ユニットＤＩＬ１はオプションとして例えば、希釈ガスＧＡＳ１から粒子を除去するためのフィルタＦＩＬ２を備えることができる。
【0146】
エアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１）は、第１の臨界オリフィスＯＲ１を介して減圧された圧力ｐ２に送られることができ、希釈ガス流ＤＧ０は第２の臨界オリフィスＯＲ２を介して同じ減圧された圧力ｐ２に送られることができる。希釈されたサンプルを提供するため、エアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１）は例えばサンプリングライン５０又は荷電ユニット１００等において希釈ガス流ＤＧ０と組み合わされることができる。オリフィスＯＲ１，ＯＲ２を通るチョーク流れ（臨界流）を保証するために、圧力比ｐ２／ｐ０は例えば０．５未満とすることができる。これにより、一定の希釈比で希釈エアロゾルサンプル流を提供することができる。
【0147】
一実施形態では例えば、コンタミネーションの原因となる粒子からコロナ電極Ｅ１を保護するため、臨界オリフィス（ＯＲ２）を介して希釈ガス流（ＤＧ０）を荷電ユニット１００に送ることもできる。
【0148】
図６ａを参照すると、収集ユニット２００の収集要素Ｅ３は例えば導電性メッシュ要素等とすることができる。収集要素Ｅ３によって収集された電荷（ＣＨＲ１）は、導体ＣＯＮ３を介して電流モニタリングユニットＣＭＵ１に伝達することができる。導電性メッシュ要素は、導電性のハウジングＥ３ａによって包囲することができる。要素Ｅ３及び／又はハウジングＥ３ａは、１つ又は複数の絶縁体ＩＳＯ３ａ，ＩＳＯ３ｂによって支持されることができる。収集された電荷（ＣＨＲ１）は電流Ｉ１（ｔ）として、導体ＣＯＮ３を介して電流モニタリングユニットＣＭＵ１の入力端Ｔ３に伝達することができる。
【0149】
収集ユニット２００は、拡散捕集方式で動作するように構成することができる。収集ユニット２００は、エアロゾル粒子の大部分が当該収集ユニット２００を通過できるように動作する構成とすることができる。収集ユニット２００は、粒径２００ｎｍの粒子のうち収集要素Ｅ３に捕捉されるのが２０％未満となるように動作する配置とすることができる。例えば、粒径２００ｎｍの粒子のうち収集要素Ｅ３によって捕捉される割合が２０％未満となるように、要素Ｅ３の網目寸法を選択することができる。
【0150】
収集ユニット２００は、導電性遮蔽部Ｅ４を備えることができる。導電性遮蔽部Ｅ４は、要素Ｅ３及び／又はハウジングＥ３ａを干渉静電気から保護するファラデーケージとして動作することができる。遮蔽部Ｅ４は、電流モニタリングユニットＣＭＵ１の入力端ＩＮ４及び／又は装置５００の電気的グラウンドＧＮＤ１に接続することができる。
【0151】
要素Ｅ３付近の電界が小さく又はゼロになり、静電力によって粒子が捕集されるのを低減又は回避できるように、要素Ｅ３及び／又はハウジングＥ３ａを配置することができる。
【0152】
要素Ｅ３の寸法及び／又は要素Ｅ３間のギャップの寸法は、収集ユニット２００が主に拡散によって電荷（ＣＨＲ１）を収集できるように選択することができる。要素Ｅ３の寸法及び／又は要素Ｅ３間のギャップの寸法は、インターセプション、慣性衝突及び／又は静電引付けによる捕集を低減又は最小限にするように選択することができる。
【0153】
図６ｂを参照すると、収集ユニット２００の収集要素Ｅ３は例えば板状要素等とすることもできる。
【0154】
図７ａを参照すると、荷電ユニット１００は、エアロゾル流とコロナ放電ＤＳＲ１との間の距離を拡大するための１つ又は複数の流れ案内部ＢＡＦ１，ＢＡＦ２を備えることができる。距離を拡大することにより、コロナ電極Ｅ１と対向電極Ｅ２とによって生成される電界ＥＦＩＥＬＤ１が弱い領域（ＳＰＣ１）にエアロゾル流をシフトさせることができる。例えば、荷電空間（ＳＰＣ１）内のエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）における電界ＥＦＩＥＬＤ１の最大強度が１００Ｖ／ｃｍ未満となるように、荷電空間（ＳＰＣ１）を通るようにエアロゾルサンプル流を案内することができる。電界ＥＦＩＥＬＤ１を減少させることにより、拡散荷電の相対的な寄与分を増大させることができる。電界ＥＦＩＥＬＤ１を減少させることにより、４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲の粒子が主に拡散荷電によって荷電することを保証することができる。流れ案内部ＢＡＦ１，ＢＡＦ２は、エアロゾル流をコロナ放電ＤＳＲ１から離れる方向に案内することができる。流れ案内部ＢＡＦ１，ＢＡＦ２は、対向電極Ｅ２付近の荷電領域ＳＰＣ１にエアロゾル流を案内することができる。荷電領域ＳＰＣ１は電極Ｅ１，Ｅ２の間に位置することができる。
【0155】
装置５００は、荷電ユニット１００の動作電力を供給するための電圧供給部ＶＳＵ１を備えることができる。装置５００は、荷電ユニット１００のコロナ電極Ｅ１に高電圧Ｖ１を供給するための高電圧供給部ＶＳＵ１を備えることができる。
【0156】
この高いコロナ電圧Ｖ１及びコロナ電流は、電圧供給部ＶＳＵ１から導体ＣＯＮ１を介してコロナ電極Ｅ１に伝送することができる。荷電ユニット１００は、ハウジング１５０を貫通してコロナ電極Ｅ１にコロナ電流を伝送するためのフィードスルー部を備えることができる。フィードスルー部は、導体ＣＯＮ１及び電気絶縁体ＩＳＯ１の一部を含むことができる。
【0157】
サンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）は：
－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）が流入する流入口（ＩＮ１）と、－対向電極（Ｅ２）と共にコロナ放電（ＤＳＲ１）を形成することによりイオン（Ｊ１）を生成するコロナ電極（Ｅ１）と、－生成されたイオン（Ｊ１）の拡散によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成する荷電空間（ＳＰＣ１）と、－荷電空間（ＳＰＣ１）内のエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）における電界（ＥＦＩＥＬＤ１）の最大強度が１００Ｖ／ｃｍ未満となるように、受け取ったエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を荷電空間（ＳＰＣ１）に通して案内する１つ又は複数の流れ案内部（ＢＡＦ１）と、を備えることができる。
－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）が流入する流入口（ＩＮ１）と、－対向電極（Ｅ２）と共にコロナ放電（ＤＳＲ１）を形成することによりイオン（Ｊ１）を生成するコロナ電極（Ｅ１）と、－生成されたイオン（Ｊ１）の拡散によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成する荷電空間（ＳＰＣ１）と、－荷電空間（ＳＰＣ１）内のエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）における電界（ＥＦＩＥＬＤ１）の最大強度が１００Ｖ／ｃｍ未満となるように、受け取ったエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を荷電空間（ＳＰＣ１）に通して案内する１つ又は複数の流れ案内部（ＢＡＦ１）と、を備えることができる。
【0158】
荷電ユニット１００は、エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）に荷電粒子（Ｐ１）を供給するための流出口ＯＵＴ１を備えることができる。荷電ユニット１００は、荷電粒子（Ｐ１）及び中性粒子（Ｐ０）を含む荷電エアロゾルサンプル流（ＦＧ２）を提供することができる。
【0159】
２つの電極（Ｅ１、Ｅ２）及び流れ案内部（ＢＡＦ１）により荷電ユニット（１００）を実現することにより、比較的低コストで十分な精度と頑丈な構造とを実現することが可能になる。
【0160】
図７ｂを参照すると、荷電ユニットの対向電極Ｅ２は、コロナ電極Ｅ１を包囲する導電性メッシュとすることもできる。生成されたイオンＪ１は導電性メッシュを通過して、メッシュ電極Ｅ２の向こう側の荷電ゾーンＳＰＣ１に到達することができる。イオンＪ１は、荷電ゾーンＳＰＣ１において拡散荷電により粒子を荷電することができる。
【0161】
荷電ユニット１００のハウジングが補助電極Ｅ２ａとして動作することができる。補助電極Ｅ２ａは例えば、導体ＣＯＮ２ａを介して補助電圧供給部ＶＳＵ１ａの接続端Ｔ２ａに接続することができる。対向電極Ｅ２は、補助電圧供給部ＶＳＵ１ａの接続端Ｔ２ｂに接続することができる。
【0162】
コロナ電極Ｅ１と対向電極Ｅ２とが合わさって電界を形成することができる。対向電極Ｅ２と補助電極Ｅ２ａとは、外部電界ＥＦＩＥＬＤ１を形成することができる。内部電界ＥＦＩＥＬＤ１は、放電領域ＤＳＲ１から対向電極Ｅ２に向けてイオンＪ１のドリフトを引き起こすことができる。荷電ゾーンＳＰＣ１における電界ＥＦＩＥＬＤ１の強度は、内部電界ＥＦＩＥＬＤ２の強度よりも実質的に低くすることができる。荷電ゾーンＳＰＣ１における電界ＥＦＩＥＬＤ１の強度の低下により、拡散荷電の相対的な寄与分を増加させることができる。
【0163】
装置は、対向電極Ｅ２と補助電極Ｅ２ａとの間に補助電圧Ｖ１ａを供給する構成とすることができる。補助電圧Ｖ１ａは、荷電ユニット１００の荷電効率曲線η１（ｄＰ）の形状に影響を与えることができる。オプションとして、補助電圧Ｖ１ａを追加的な動作パラメータとして使用することができ、この追加的な動作パラメータは、測定装置５００の総検出効率ηｔｏｔ（ｄＰ）の形状を調整するように選択することができる。
【0164】
また、補助電極Ｅ２ａは、荷電ゾーンＳＰＣ１における電界ＥＦＩＥＬＤ１を最小化するように対向電極Ｅ２に（直接）接続されることができる。
【0165】
電流モニタリングユニットＣＭＵ１，ＣＭＵ２が提供する信号Ｓ１（ｔ），Ｓ２（ｔ）はオプションとして、例えばバックグラウンド信号値等を用いて補償することができる。バックグラウンド信号値は、例えば流量（Ｑ１）がゼロであるとき、又はユニット１００，２００，３００に通されるガスが実質的に無粒子であるとき等に、例えば電流信号Ｉ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）を測定することによって、実験により求めることができる。
【0166】
オプションとして、サンプル流を希釈することができる。希釈比は一定とすることができ、又は希釈比は、例えば希釈システムに案内される排ガスの流量に応じて変動することができる。例えば、機関の排ガスを定容量サンプラのトンネルに案内して、粒子エミッション実験中に例えば機関の出力等に応じて希釈比が変動するようにすることができる。
【0167】
【0168】
測定装置５０２は、減圧ユニットＰＤＵ１と、低圧サンプリングライン５０と、エアロゾル計測器ＩＮＳＴＲ１と、低圧サンプリングライン５０を介してエアロゾルサンプル流ＦＧ１をエアロゾル計測器ＩＮＳＴＲ１に引き込むための吸引ユニットＶＡＣ１と、を備えることができる。
【0169】
計測器ＩＮＳＴＲ１は例えば、粒子の数密度を測定するための上述の装置５００とすることができる。しかし、計測器ＩＮＳＴＲ１は他のエアロゾル測定装置とすることもできる。計測器ＩＮＳＴＲ１は、エアロゾル流ＦＧ１の１つ又は複数のエアロゾルパラメータ値を測定するように構成することができる。計測器ＩＮＳＴＲ１は例えば、粒子の数密度、粒子の質量濃度、粒径分布、平均粒径、表面積濃度から選択された１つ又は複数のエアロゾルパラメータ値を測定するように構成することができる。計測器ＩＮＳＴＲ１は、例えば光学粒子カウンタ等とすることができる。
【0170】
計測器ＩＮＳＴＲ１はオプションとして、１つ又は複数の測定されたエアロゾルパラメータ値を示す１つ又は複数の信号Ｓ１１（ｔ）を提供することができる。計測器ＩＮＳＴＲ１は、エアロゾルサンプル流ＦＧ１が流入する流入口ＩＮ１と、出力流ＦＧ１２のための流出口ＯＵＴ２とを有することができる。計測器ＩＮＳＴＲ１は、ガス相のエアロゾルサンプル流ＦＧ１を流入口ＩＮ１から流出口ＯＵＴ２に案内することにより、エアロゾルサンプル流ＦＧ１から出力流ＦＧ１２を形成することができる。
【0171】
装置（５０２）は、以下のものを備えることができる：
－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力（ｐ５０）を減圧するための臨界オリフィス（ＯＲ１）、－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の１つ又は複数のエアロゾルパラメータ値を測定するためのエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）、－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を臨界オリフィス（ＯＲ１）からエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）に案内するためのサンプリングライン（５０）、及び、－臨界オリフィス（ＯＲ１）からサンプリングライン（５０）を介してエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）にエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）、ただし、臨界オリフィス（ＯＲ１）及び吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、サンプリングライン（５０）の内部圧力（ｐ５０）を５０ｋＰａ未満に維持するように配置されている。
－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力（ｐ５０）を減圧するための臨界オリフィス（ＯＲ１）、－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の１つ又は複数のエアロゾルパラメータ値を測定するためのエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）、－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を臨界オリフィス（ＯＲ１）からエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）に案内するためのサンプリングライン（５０）、及び、－臨界オリフィス（ＯＲ１）からサンプリングライン（５０）を介してエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）にエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）、ただし、臨界オリフィス（ＯＲ１）及び吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、サンプリングライン（５０）の内部圧力（ｐ５０）を５０ｋＰａ未満に維持するように配置されている。
【0172】
サンプリングライン５０を介してエアロゾルサンプル流ＦＧ１を減圧した圧力（ｐ５０）で案内することは、以下の効果のうちの１つ以上を奏することができる：
－揮発性化合物が凝縮するリスクの減少、－凝縮により粒径分布が変化するリスクの減少、－サンプリングラインの粒子の速度の上昇による応答の高速化。
－揮発性化合物が凝縮するリスクの減少、－凝縮により粒径分布が変化するリスクの減少、－サンプリングラインの粒子の速度の上昇による応答の高速化。
【0173】
図８ｂを参照すると、測定装置５０２は、希釈ユニットＤＩＬ１をさらに備えることができる。希釈ユニットＤＩＬ１は、入力エアロゾルサンプル流ＦＧ０を希釈ガス流ＤＧ０と組み合わせることによって希釈サンプル流ＦＧ１を形成するように配置することができる。希釈されたエアロゾルサンプル流ＦＧ１は、低圧サンプリングライン５０を介して計測器ＩＮＳＴＲ１に案内されることができる。
【0174】
希釈されたサンプル流を形成することは、以下の効果のうちの１つ以上を奏することもできる：
－揮発性化合物が凝縮するリスクの減少、－凝縮により粒径分布が変化するリスクの減少、－サンプリングラインの粒子の速度の上昇による応答の高速化。
－揮発性化合物が凝縮するリスクの減少、－凝縮により粒径分布が変化するリスクの減少、－サンプリングラインの粒子の速度の上昇による応答の高速化。
【0175】
測定装置５０２は、減圧ユニットＰＤＵ１と、オプションとして希釈ユニットＤＩＬ１とを備えることができる。また希釈ユニットＤＩＬ１は、減圧ユニットＰＤＵ１として動作するように構成することもできる。希釈ユニットＤＩＬ１は、エアロゾルサンプル流の圧力（ｐ５０）を減圧するためのための１つ又は複数のオリフィスＯＲ１を備えることができる。希釈ユニットＤＩＬ１は、入力流ＦＧ０の流量を制御するための１つ又は複数の第１の臨界オリフィスＯＲ１を備えることができる。希釈ユニットＤＩＬ１は、希釈ガス流ＤＧ０の流量を制御するための１つ又は複数の第２の臨界オリフィスＯＲ２を備えることができる。希釈ユニットＤＩＬ１は例えば、希釈ガス流ＤＧ０をサンプリングライン５０に案内するための第２の臨界オリフィスＯＲ２を備えることができる。
【0176】
入力流ＦＧ０は、１つ以上の第１の臨界オリフィスＯＲ１を介してライン５０に案内することができる。希釈ガス流ＤＧ０は、１つ以上の第２の臨界オリフィスＯＲ２を介してライン５０に案内することができる。オリフィスＯＲ１、ＯＲ２を介して臨界流（チョーク流れ）が流れることを保証するため、サンプリングライン５０の内部圧力（ｐ５０）を例えば５０ｋＰａ未満に維持することができる。入力流ＦＧ０は流量ＱＦＧ０を有し、希釈ガスは流量ＱＤＧ０を有することができる。サンプリングライン５０の内部圧力（ｐ５０）を５０ｋＰａ未満の所定値に維持し、オリフィスＯＲ１，ＯＲ２を介して流れ（ＦＧ０、ＤＧ０）を案内することにより、実質的に一定の希釈比（ＱＦＧ０／ＱＤＧ０）にすることができる。
【0177】
エアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１）は、第１の臨界オリフィスＯＲ１を介して減圧された圧力ｐ５０に送られることができ、希釈ガス流ＤＧ０は第２の臨界オリフィスＯＲ２を介して同じ減圧された圧力ｐ５０に送られることができる。希釈されたサンプルを提供するため、エアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１）は例えばサンプリングライン５０等において希釈ガス流ＤＧ０と組み合わされることができる。オリフィスＯＲ１，ＯＲ２を通るチョーク流れ（臨界流）を保証するために、圧力比ｐ５０／ｐ０は例えば０．５未満とすることができる。これにより、一定の希釈比で希釈エアロゾルサンプル流を提供することができる。
【0178】
希釈ユニットＤＩＬ１は、エアロゾルサンプル流を、例えば一定の希釈比（ＱＦＧ０／ＱＤＧ０）で希釈することができる。希釈ガスＤＧ０のガスＧＡＳ１は、実質的に無粒子のガスとすることができる。希釈ガスＧＡＳ１は、例えばガスボンベ等から得ることができる。希釈ガスＧＡＳ１は、例えば大気ＡＩＲ１等とすることができる。希釈ユニットＤＩＬ１はオプションとして例えば、希釈ガスＧＡＳ１から粒子を除去するためのフィルタＦＩＬ２を備えることができる。
【0179】
装置（５０２）は、以下のものを備えることができる：
－入力エアロゾル流（ＦＧ０）を減圧するための第１の臨界オリフィス（ＯＲ１）と、希釈ガス流（ＤＧ０）を減圧するための第２の臨界オリフィス（ＯＲ２）と、を備えた希釈ユニット（ＤＩＬ１）であって、入力エアロゾル流（ＦＧ０）と希釈ガス流（ＤＧ０）とを減圧した圧力（ｐ５０）で組み合わせることにより希釈エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を形成するように構成された希釈ユニット（ＤＩＬ１）、－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の１つ又は複数のエアロゾルパラメータ値を測定するためのエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）、－希釈ユニット（ＤＩＬ１）からエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）へエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を案内するためのサンプリングライン（５０）、－希釈ユニット（ＤＩＬ１）からサンプリングライン（５０）を介してエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）へエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）。ただし、臨界オリフィス（ＯＲ１，ＯＲ２）及び吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、サンプリングライン（５０）の内部圧力（ｐ５０）を５０ｋＰａ未満の選択された値ｐＳＥＴに維持するように配置されている。
－入力エアロゾル流（ＦＧ０）を減圧するための第１の臨界オリフィス（ＯＲ１）と、希釈ガス流（ＤＧ０）を減圧するための第２の臨界オリフィス（ＯＲ２）と、を備えた希釈ユニット（ＤＩＬ１）であって、入力エアロゾル流（ＦＧ０）と希釈ガス流（ＤＧ０）とを減圧した圧力（ｐ５０）で組み合わせることにより希釈エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を形成するように構成された希釈ユニット（ＤＩＬ１）、－エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の１つ又は複数のエアロゾルパラメータ値を測定するためのエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）、－希釈ユニット（ＤＩＬ１）からエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）へエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を案内するためのサンプリングライン（５０）、－希釈ユニット（ＤＩＬ１）からサンプリングライン（５０）を介してエアロゾル計測器（ＩＮＳＴＲ１）へエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）。ただし、臨界オリフィス（ＯＲ１，ＯＲ２）及び吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、サンプリングライン（５０）の内部圧力（ｐ５０）を５０ｋＰａ未満の選択された値ｐＳＥＴに維持するように配置されている。
【0180】
吸引ユニットＶＡＣ１は例えば、サンプリングライン５０を介してエアロゾルサンプル流ＦＧ１を計測器ＩＮＳＴＲ１に引き込むためのポンプＰＵＭＰ１又はエジェクタを備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１は、計測器ＩＮＳＴＲ１から流れＦＧ１２を引き込むことによりエアロゾルサンプル流ＦＧ１を生じさせることができる。
【0181】
サンプリングラインの内部圧力ｐ５０の下限は、例えば２ｋＰａ（２０ｍｂａｒ）等とすることができる。装置５００，５０２は、サンプリングラインの内部圧力ｐ５０が２ｋＰａ以上になるように動作するように配置することができる。内部圧力ｐ２は、例えば２ｋＰａ～５０ｋＰａの範囲とすることができる。
【0182】
吸引ユニットＶＡＣ１はオプションとして、サンプリングライン５０の内部圧力（ｐ５０）を直接的又は間接的にモニタリングするための圧力センサＰＳＥＮ１を備えることができる。吸引ユニットＶＡＣ１はオプションとして、流れＦＧ１２の流量及び／又は圧力（ｐ５０）を制御するためのバルブＶＡＬ１を備えることができる。
【0183】
吸引ユニットＶＡＣ１はオプションとして、圧力センサＰＳＥＮ１から得られる信号ＳＰに基づいてポンプＰＵＭＰ１及び／又はバルブＶＡＬ１の動作を制御するための制御ユニットＣＮＴ２を備えることができる。制御ユニットＣＮＴ２は、圧力センサＰＳＥＮ１から得られる信号ＳＰに基づいて、内部圧力（ｐ５０）を所定値（ｐＳＥＴ）に維持するようにポンプＰＵＭＰ１及び／又はバルブＶＡＬ１の動作を制御する構成とすることができる。
【0184】
圧力センサＰＳＥＮ１は、収集ユニット２００の内部圧力（ｐ２）を示す信号ＳＰを提供することができる。圧力センサＰＳＥＮ１は、サンプリングライン５０の内部圧力（ｐ５０）を示す信号ＳＰを提供することができる。バルブＶＡＬ１は制御信号ＳＶＡＬを提供することによって制御されることができ、及び／又は、ポンプは制御信号ＳＰＵＭＰを提供することによって制御されることができる。
【0185】
装置５００，５０２はオプションとして、エアロゾルサンプル流（ＦＧ０，ＦＧ１）の流量（Ｑ１）を直接的又は間接的にモニタリングするための流れセンサＱＳＥＮ１を備えることができる。流れセンサＱＳＥＮ１は、エアロゾルサンプル流ＦＧ１の流量Ｑ１を示す信号ＳＱを出力することができる。例えば装置５００、５０２は、流量Ｑ１が所定の範囲内にないことを信号ＳＱが示す場合に警報を出力するように構成することができる。
【0186】
計測器ＩＮＳＴＲ１の流出口ＯＵＴ２から得られる流れＦＧ１２は粒子及び／若しくは揮発性化合物を含み得、又は、流れＦＧ１は汚染物質を実質的に含まないことができる。吸引ユニットＶＡＣ１はオプションとして、流れＦＧ１２から粒子及び／又は揮発性ガスを除去するための保護フィルタＦＩＬ１２を備えることができる。フィルタＦＩＬ１２は、圧力センサＰＳＥＮ１、バルブＶＡＬ１及び／又はポンプＰＵＭＰ１を汚染から保護することができる。
【0187】
真空ユニットＶＡＣ１は排気流ＥＸＧ１を提供することができる。吸引ユニットＶＡＣ１によって流れＦＧ１２が引き込まれた後、排気流ＥＸＧ１は流出口から、例えば装置５００外部の大気中又は換気ダクト内等へ放出されることができる。
【0188】
サンプリングライン５０の低圧ゾーンの長さＬ５０は、例えば０．５ｍ～１０ｍの範囲等とすることができる。装置５０２は例えば、車両の内燃機関から放出されるエアロゾルを測定するために使用することができる。入口流ＦＧ０を取り出すため、サンプリングプローブ（５０ａ）の流入口（ＩＮ０）を車両の排気管（ＤＵＣ１）に挿入することができる。
【0189】
エアロゾルサンプル流（ＦＧ０）は、排気管（ＤＵＣ１）から排出される一次エアロゾル（ＰＧ０）中にサンプリングプローブ（５０ａ）の流入口（ＩＮ０）を配置することによっても得ることができる。
【0190】
サンプリングライン５０は、サンプリングプローブ（５０ａ）から計測器ＩＮＳＴＲ１へエアロゾルサンプル流ＦＧ１を案内するために使用されることができる。計測器ＩＮＳＴＲ１は、例えば定置のキャビネット内又は可動のラック等に配置することができる。サンプリングプローブの流入口と計測器ＩＮＳＴＲ１との間の距離は、例えば０．５ｍ～１０ｍの範囲等とすることができる。
【0191】
図８ｃを参照すると、装置５０２はさらに、エアロゾルサンプル流の粒径分布を修正するための修正ユニットＭＯＤ１を備えることができる。修正ユニットＭＯＤ１は、第１のエアロゾルサンプル流ＦＧ０１を、例えば希釈ユニットＤＩＬ１から、又はサンプリングプローブから受け取ることができる。修正ユニットＭＯＤ１は、第１のエアロゾルサンプル流ＦＧ０１から粒子を除去することによってエアロゾルサンプル流ＦＧ１を形成することができる。修正ユニットＭＯＤ１は、例えば４００ｎｍ～１０００ｎｍの粒径範囲において計測器ＩＮＳＴＲ１の応答が平坦になるように配置することができる。修正ユニットＭＯＤ１の透過関数ηＭＯＤ１（ｄＰ）は、例えば４００ｎｍ～１０００ｎｍの粒径範囲において計測器ＩＮＳＴＲ１の応答が平坦になるように選択することができる。修正ユニットＭＯＤ１は例えば、エアロゾルサンプル流から大きな粒子を除去するためのフィルタ（ＦＩＬ０）、サイクロン及び／又はインパクタを備えることができる。フィルタ（ＦＩＬ０）、サイクロン、及び／又はインパクタは、所定の粒径範囲において１００％未満の粒子を除去することによってエアロゾルサンプル流の粒径分布を修正し、計測器ＩＮＳＴＲ１の応答（Ｒ１（ｄＰ））を実質的に平坦にするように構成することができる。
【0192】
例えば、エアロゾルサンプル流がカットオフ粒径ｄＣＵＴよりも大きい粒子を含まない場合、修正ユニットＭＯＤ１を省略することができる。
【0193】
減圧ユニットＰＤＵ１は、例えば１つ又は複数のオリフィスＯＲ１によって具現化することもできる。また減圧ユニットＰＤＵ１は、例えば流れ抵抗を生じさせるフィルタ要素によって具現化することもできる。例えば、フィルタ（ＦＩＬ０）はエアロゾルサンプル流を減圧するように構成することができる。例えば、フィルタ（ＦＩＬ０）が減圧ユニットＰＤＵ１及び／又は修正ユニットＭＯＤ１として動作するように構成することができる。
【0194】
圧力制御ユニットＣＮＴ２は、内部圧力（ｐ２、ｐ５０）を選択された値ｐＳＥＴに実質的に等しく維持するようにバルブＶＡＬ１及び／又はポンプＰＵＭＰ１を制御する構成とすることができる。圧力制御ユニットＣＮＴ２は、例えば電子的及び／又は機械的とすることができる。電子的圧力制御ユニットＣＮＴ２は、例えば所定の圧力値ｐＳＥＴを記憶するためのメモリ等を備えることができる。機械的圧力調整器ＣＮＴ２は、内部圧力（ｐ２，ｐ５０）を選択された値ｐＳＥＴに実質的に等しく維持するように、センサＰＳＥＮ１によって測定された圧力に基づいてバルブＶＡＬ１を制御する構成とすることができる。
【0195】
本発明のシステム、装置、部品及び方法の改良形態や変形形態が可能であることが、当業者に明らかである。図は概略図である。上記にて添付の図面を参照して説明した特定の実施形態はあくまで例示であり、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定することを意味するものではない。
【図1a】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図2e】
【図2f】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図7a】
【図7b】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【手続補正書】
【提出日】2022-10-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エアロゾル粒子（Ｐ０）を測定するための装置（５００）であって、拡散荷電によってエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）を荷電することによって荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電ユニット（１００）と、
前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供するための収集ユニット（２００）と、
前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力を低減するための減圧ユニット（ＰＤＵ１）と、
前記荷電ユニット（１００）を介して前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記収集ユニット（２００）に引き込むための吸引ユニット（ＶＡＣ１）と、
を備えており、
荷電効率関数（η１（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記拡散荷電が前記粒子（Ｐ１）を荷電する効率の関係を示し、
収集効率関数（η２（ｄｐ））が、粒径（ｄｐ）に対する、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散により前記電荷を収集する効率の関係を示し、
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）及び前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を８０ｋＰａ以下の選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持するように構成されており、これにより、少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において前記収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が少なくとも部分的に前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償し、
前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）から流れ（ＦＧ４）を引き込むためのポンプ（ＰＵＭＰ１）、及び／又は、当該吸引ユニット（ＶＡＣ１）の流量（Ｑ １ ）を制御するためのバルブ（ＶＡＬ１）を備えており、
前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ ２ ）を示す信号を供給するための圧力センサ（ＰＳＥＮ１）と、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ ２ ）を前記選択された値（ｐ ＳＥＴ ）に実質的に等しく維持するように前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）の流量（Ｑ １ ）を調整するための制御ユニット（ＣＮＴ２）と、を備えており、
前記制御ユニット（ＣＮＴ２）は、前記圧力センサ（ＰＳＥＮ１）の信号に基づき前記バルブ（ＶＡＬ１）の動作を制御するため及び／又は前記ポンプ（ＰＵＭＰ１）の動作を制御するための制御信号を出力するように構成されている
ことを特徴とする装置（５００）。
【請求項2】
２００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））が、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲となるように、前記収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）は前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償する、請求項１記載の装置（５００）。
【請求項3】
４００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））は、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲であり、４０ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための電流（Ｉ１（ｔ））の応答（Ｒ１（ｄＰ））は、１００ｎｍの移動粒径（ｄＰ）を有する粒子（Ｐ０）を検出するための応答（Ｒ１（ｄＰ））の０．９～１．１倍の範囲である、
請求項１又は２記載の装置（５００）。
【請求項4】
前記荷電ユニット（１００）は、対向電極（Ｅ２）と共にコロナ放電（ＤＳＲ１）を形成することによりイオン（Ｊ１）を生成するコロナ電極（Ｅ１）と、
生成された前記イオン（Ｊ１）の拡散により前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成するための荷電空間（ＳＰＣ１）と、
前記荷電空間（ＳＰＣ１）内の前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）における電界（ＥＦＩＥＬＤ１）の最大強度が１００Ｖ／ｃｍ未満となるように、受け取った前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記荷電空間（ＳＰＣ１）に通して案内するための１つ又は複数の流れ案内部（ＢＡＦ１）と、
を備えている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項5】
前記減圧ユニット（ＰＤＵ１）は１つ又は複数の臨界オリフィス（ＯＲ１）を有する請求項１から４までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項6】
一次エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を希釈ガス流（ＤＧ０）と組み合わせることにより希釈エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を形成するための希釈ユニット（ＤＩＬ１）を備えている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項7】
前記収集ユニット（２００）から出た荷電粒子（Ｐ１）の電荷を示す補助電流（Ｉ２（ｔ））を提供するための補助検出ユニット（３００）を備えている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置（５００）。
【請求項8】
エアロゾル粒子（Ｐ０）を測定するための方法であって、荷電ユニット（１００）を用いて、拡散荷電によりエアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の粒子（Ｐ０）から荷電粒子（Ｐ１）を形成することと、
減圧ユニット（ＰＤＵ１）を用いて前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）の圧力を低減することと、
吸引ユニット（ＶＡＣ１）を用いて、前記荷電ユニット（１００）を介して前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を収集ユニット（２００）に引き込むことと、
前記収集ユニット（２００）を用いて、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散によって当該荷電粒子（Ｐ１）から電荷を収集することにより、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）のエアロゾル粒子（Ｐ０）の数密度（ｎ０（ｔ））を示す電流（Ｉ１（ｔ））を提供することと、
少なくとも４０ｎｍ～２００ｎｍの粒径範囲において、収集効率関数（η２（ｄｐ））の負の勾配（Δη２／Δｄｐ）が少なくとも部分的に前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））の正の勾配（Δη１／Δｄｐ）を補償するように、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ２）を８０ｋＰａ以下の選択された圧力値（ｐＳＥＴ）に維持することと、
を含み、
前記荷電効率関数（η１（ｄｐ））は、粒径（ｄｐ）に対する、前記拡散荷電が前記粒子（Ｐ１）を荷電する効率の関係を示し、
前記収集効率関数（η２（ｄｐ））は、粒径（ｄｐ）に対する、前記荷電粒子（Ｐ１）の拡散により前記電荷を収集する効率の関係を示し、
前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）から流れ（ＦＧ４）を引き込むためのポンプ（ＰＵＭＰ１）、及び／又は、当該吸引ユニット（ＶＡＣ１）の流量（Ｑ １ ）を制御するためのバルブ（ＶＡＬ１）を備えており、
前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）は、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ ２ ）を示す信号を供給するための圧力センサ（ＰＳＥＮ１）と、前記収集ユニット（２００）の内部圧力（ｐ ２ ）を前記選択された値（ｐ ＳＥＴ ）に実質的に等しく維持するように前記吸引ユニット（ＶＡＣ１）の流量（Ｑ １ ）を調整するための制御ユニット（ＣＮＴ２）と、を備えており、
前記制御ユニット（ＣＮＴ２）は、前記圧力センサ（ＰＳＥＮ１）の信号に基づき前記バルブ（ＶＡＬ１）の動作を制御するため及び／又は前記ポンプ（ＰＵＭＰ１）の動作を制御するための制御信号を出力する
ことを特徴とする方法。
【請求項9】
エンジン（ＳＲＣ１）の排ガス（ＰＧ０）をサンプリングすることによって前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を得る、請求項８記載の方法。
【請求項10】
前記電流（Ｉ１）から数密度値（ｎ０）を求めることと、求めた前記数密度値（ｎ０）を限界値（ＬＩＭ１）と比較することと、前記数密度値（ｎ０）が前記限界値（ＬＩＭ１）未満であるか否かを判定することと、を含む、請求項８又は９記載の方法。
【請求項11】
前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を第１の臨界オリフィス（ＯＲ１）に通して案内することと、希釈ガス流（ＤＧ０）を第２の臨界オリフィス（ＯＲ２）に通して案内することと、前記エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を前記希釈ガス流（ＤＧ０）と組み合わせることにより希釈エアロゾルサンプル流（ＦＧ１）を形成することと、を含む、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【国際調査報告】