JP2007147437A

JP2007147437A - 浮遊粒子状物質測定装置

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Publication number: JP2007147437A
Application number: JP2005341962A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hattori; 浩行服部
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-28
Also published as: JP4839069B2; WO2007060969A1

Abstract

【課題】長期間にわたり温度センサや湿度センサの清掃を不要にして相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現する浮遊粒子状物質測定装置を提供する。
【解決手段】検出ユニット２０内の温度および測定セル３４内の温度および湿度を用いて、検出ユニット２０内の湿度を算出し、この算出した湿度と設定湿度（相対湿度５０％）とが略一致するようにヒータユニット３５が試料大気を昇温・降温させる制御を行い、相対湿度の変動による影響を排除するような浮遊粒子状物質測定装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体中の浮遊粒子状物質濃度を測定する浮遊粒子状物質測定装置に関する。

浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter）とは、大気中に浮遊する粒子状物質のうち、直径が１０μｍ（１μｍ＝千分の１ｍｍ）以下の固体及び液体粒子などである。この浮遊粒子状物質は、煤煙発生施設や自動車からの排出粒子などの人為的発生源によって発生されるものや、土壌や花粉などの自然的発生源によって発生されるものであり、さらに大気中で物理的・化学的作用を受けている。その主要な成分としては、重金属元素（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等）、無機酸の塩類（ＳＯ_４ ^２−、ＮＯ_３ ⁻）、炭素系化合物等が含まれている。ちなみに浮遊粒子状物質はエアロゾルと呼ばれることもある。
なお、国内においては、１０μｍ以上の粒子を１００％カットと定義して「ＳＰＭ」としているが、海外においては、１０μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットと定義して「ＰＭ１０」としている。

このような浮遊粒子状物質については、肺や呼吸器に沈着するなど呼吸器へ影響を及ぼす大気汚染等の原因とされていることから、環境基準（人の健康を保護する上で維持することが望ましい基準）が設定されており、浮遊粒子状物質濃度が１時間値の１日平均値で０．１０ｍｇ／ｍ^３以下であり、かつ、１時間値で０．２０ｍｇ／ｍ^３以下であること、と定められている。

また、近年では、浮遊粒子状物質のうち、粒子径が１０μｍ以下のもの（以下、１０μｍ以上の粒子を１００％カットしたものを「ＳＰＭ」、１０μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットしたものを「ＰＭ１０」という）に代えて、粒子径が２．５μｍ以下のもの（以下、２．５μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットしたものを「ＰＭ２．５」という）が測定対象として重視されつつある。

さて、これら大気中のＳＰＭ、ＰＭ１０又はＰＭ２．５という浮遊粒子状物質の計測手段として、浮遊粒子状物質を濾紙上に捕集し、β線吸収方式等を用いてその質量濃度を測定する浮遊粒子状物質測定装置が従来より周知である。
この浮遊粒子状物質測定装置によれば、浮遊粒子状物質の捕集及び濃度の測定といった一連の測定動作を全自動化することが可能である。

このような浮遊粒子状物質測定装置の従来技術について図を参照しつつ説明する。
図４は従来技術の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）の要部説明図である。浮遊粒子状物質測定装置１０００の測定部は、図４で示すように、検出ユニット１０１、β線源１０２、半導体検出器１０３、巻取りリール２０１、濾紙２０２、キャプスタン２０３、送りリール２０４、モータ２０５、分粒器（ＰＭ１０用）３０１、配管３０２、配管３０３、ポンプ３０４を備えている。

この浮遊粒子状物質測定装置による測定処理について説明する。
ポンプ３０４の吸引により分粒器３０１、配管３０２，検出ユニット１０１、配管３０３、ポンプ３０４の経路で試料大気が流れ、浮遊粒子状物質を含む試料大気が検出ユニット１０１に導入される。検出ユニット１０１内では濾紙２０２が配置されており、濾紙２０２が浮遊粒子状物質を捕集する。捕集後の試料大気は、配管３０３、ポンプ３０４を経て排気される。

上記浮遊粒子状物質に対し、β線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度が測定される。このβ線吸収方式による濃度測定について説明する。
測定原理であるが、浮遊粒子状物質が未捕集状態である最新の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉ_０と、浮遊粒子状物質を捕集した状態の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉと、浮遊粒子状物質の単位質量当りのβ線吸収断面積ｋと、濾紙２０２の単位捕集面積当りの粒子の質量ｍと、全捕集面積Ｓと、積算吸引流量Ｖとを用いて、浮遊粒子状物質濃度Ｍは、次式のようになる。

これらＳ，ｋ，Ｖを予めメモリ部（図示せず）に登録しておき、β線強度Ｉ_０，β線強度Ｉを検出して浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出する。

ＣＰＵボード（図示せず）の濃度演算手段は、まず未捕集状態である最新の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉ_０を表す検出信号を入力してメモリ部に登録する。続いて所定期間にわたり浮遊粒子状物質を捕集した濾紙２０２を通過するβ線強度Ｉを表す検出信号を入力する。このとき、検出ユニット１０１では、捕集された浮遊粒子状物質に対してβ線源１０２からβ線が放射されると、β線の一部は濾紙２０２上の浮遊粒子状物質に吸収され、吸収されなかったβ線が半導体検出器１０３に入力される。半導体検出器１０３はβ線強度に比例する検出信号を出力する。このβ線強度Ｉを表す検出信号を濃度演算手段が入力してメモリ部に登録する。濃度演算手段は、メモリ部からＳ，ｋ，Ｖ，Ｉ_０，Ｉを読み出して上記数１による演算を行って、浮遊粒子状物質濃度Ｍ（ｍｇ/ｍ^３）を算出している。

そして、計測終了後にモータ２０５がＣＰＵボード（図示せず）の駆動手段により駆動されて、巻取リール２０１・キャプスタン２０３が回転し、送りリール２０４から濾紙２０２が繰り出されて新しい部分がセットされるとともに、巻取りリール２０１が濾紙２０２の使用済み部分を収容する。
浮遊粒子状物質測定装置１０００の概略はこのようなものである。

さて、このような浮遊粒子状物質測定装置では、計測精度が湿度により影響されることが知られている。湿度が高い大気から収集した試料大気を用いると、水分や水分を含む浮遊粒子状物質なども濾紙２０２に捕集される。この水分はβ線を遮蔽する機能を有している。
このため、浮遊粒子状物質によるβ線の吸収以外にも水分がβ線を透過させないこととなって半導体検出器１０３へ到達するβ線強度が減少し、湿度が高い場合には実際よりも浮遊粒子状物質濃度を高く測定するおそれがある。そこで、従来技術では一般的に試料大気の湿度を所定値以下に抑えることで湿度の影響を取り除いている。
例えば外国論文に係る非特許文献１では浮遊粒子状物質の測定では試料大気をヒータにより３０℃まで加温することで、湿度を６０％以下に減らすことが記載されている。
また、特許文献１には、浮遊粒子状物質測定装置に類似した構成を有するダスト放射線モニタが記載され、湿度の影響を取り除くためにヒータにより昇温する点が記載されている。なお、特許文献１では測定精度を向上する目的ではなく、濾紙の送りを円滑にするために濾紙を乾燥させている。

また、従来技術の他の例としては試料大気やサンプルガスの温度や湿度を検出してサンプルガス流の温度や湿度を所定値に調整することで温度や湿度を所定値に制御するものがある。
特許文献２には、サンプルガスの温度や湿度を検出するセンサと、大気の温度や湿度を検出するセンサと、を備え、これらセンサからの検出信号を用いて温度や湿度を所定の値に制御している。

Albert Chung et al. "Comparison of Real-Time Instruments Used To Monitor Airborne Particulate Matter", Journal of the Air & Waste Management Association，JANUARY, VOLUME 51, Number 1，p109−p120 特開平７−２４４１６３号公報（段落番号００１７，図１）特許第３３６２２５５号公報（図１）

浮遊粒子状物質測定では手分析で行うことがあり、この手分析での濾紙秤量前のコンディショニング条件が湿度５０％となっている。そこで、浮遊粒子状物質測定装置でも濾紙２０２を湿度５０％のコンディショニング条件で計測することが望ましい。
しかしながら、従来技術の浮遊粒子状物質測定装置では、相対湿度を所定値以下（例えば相対湿度６０％以下）にして浮遊粒子状物質濃度Ｍの測定を行っており、例えば、相対湿度３０％，５０％という場合であっても測定が可能であった。そして、手分析のコンディショニング条件である湿度５０％よりも試料大気の湿度が低い場合（例えば３０％の場合）には、検出ユニット１０１内の湿度も低くなり、捕集粒子の水分吸着率が異なり、手分析による浮遊粒子状物質濃度Ｍと異なるという問題があった。浮遊粒子状物質測定装置でも手分析と同じ浮遊粒子状物質濃度Ｍを得ることができれば、高精度に自動測定することが可能になるので、その改善が要請されていた。

そこで、β線吸収方式分析値と手分析値とを一致させるため試料大気の相対湿度を手分析値でのコンディショニング条件である５０％で測定すれば、手分析値と一致させて測定精度の向上が見込めるが、現状のβ線吸収方式による浮遊粒子状物質測定では、相対湿度の変動による影響を排除した上で測定することは困難であった。
また、特許文献１に記載されたダストモニタは、濾紙を乾燥させる目的であって相対湿度を著しく低くするものであり、相対湿度が５０％よりも低くなって浮遊粒子状物質濃度が手分析値より少なく測定されるという問題があった。

また、特許文献２における装置では、温度や湿度を調整することで相対湿度を５０％にすることも可能であるが、大気温度センサや大気湿度センサの測定性能がすぐに劣化するという問題があった。例えば、特許文献２における装置では、大気温度センサと大気湿度センサを大気に暴露して大気の温度や湿度を測定している。この場合、大気中の浮遊粒子状物質などが大気温度センサと大気湿度センサの表面に付着・堆積していき、測定性能が劣化する。
そこで、大気温度センサと大気湿度センサと両方とも定期的な清掃（現場の汚染状況によるが、２週間から１ヶ月に１回の清掃）が必要であり、場合によっては持ち帰って分解作業による清掃や再校正を行う必要があり、運用面・保守面で著しい手間を要するという問題があった。さらに清掃作業の間はデータが抜けて欠測するおそれもあった。

さらに湿度センサとしては、ヒーター加熱によるクリーニング機能がついたセラミック湿度センサもあるが、安価で広く普及している静電容量式のＲＨセンサを使用したいという要請がある。
このＲＨセンサの場合は、エアーでダストを吹き飛ばしたり、センサの電気配線にダメージを与えないように、アルコール、洗剤、水などで洗い、乾燥させる必要がある、というものであり、現場で清掃することは困難であり、上記のように清掃に手間を要するという問題があった。
これらのような事情から温度センサや湿度センサに大気中の浮遊粒子などが付着しないようにして清掃作業を可能な限り不要とし、長期間にわたり計測可能にしたいという要請があった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、長期間にわたり温度センサや湿度センサの清掃を不要にして相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現する浮遊粒子状物質測定装置を提供することにある。

このような本発明の請求項１に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
吸引手段により粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、
試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段で捕集された浮遊粒子状物質がある捕集部と、捕集部にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、
捕集手段により捕集される時の試料大気の温度を吸引手段の上流側で計測して上流側温度信号を出力する上流側温度計測手段と、
捕集手段により捕集された後の試料大気の温度を吸引手段の下流側で計測して下流側温度信号を出力する下流側温度計測手段と、
捕集手段により捕集された後の試料大気の湿度を吸引手段の下流側で計測して下流側湿度信号を出力する下流側湿度計測手段と、
上流側温度計測手段からの上流側温度信号、下流側温度計測手段からの下流側温度信号、および下流側湿度計測手段からの下流側湿度信号に基づいて、吸引手段の上流側であって上流側温度を計測する箇所における上流側湿度を算出する上流側湿度算出手段と、
上流側湿度算出手段で算出した上流側湿度に基づいて試料大気の上流側湿度を設定湿度と略一致させる駆動信号を出力する駆動手段と、
駆動手段からの駆動信号に基づいて試料大気の湿度を調整する湿度調整手段と、
設定湿度と略等しい環境の下で、検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記上流側温度を計測する上流側温度計測手段は、検出手段に一体的に配置され、捕集手段により捕集される時の試料大気の温度を、前記捕集部近傍において計測する手段であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
請求項１または請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
試料大気採取手段の流路の最下流側に設けられ、前記下流側温度計測手段および前記下流側湿度計測手段を内部空間内に収容する収容手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
請求項３に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記収容手段の内部空間を大きくして内部空間内の圧力を大気圧に近づけることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度調整手段は、試料大気を昇温または降温させることにより湿度を調整する手段であることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、長期間にわたり温度センサや湿度センサの清掃を不要にして相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現する浮遊粒子状物質測定装置を提供することができる。

続いて本発明を実施するための最良の形態の浮遊粒子状物質測定装置について図を参照しつつ説明する。図１は本形態の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１の構成図、図２は収容ユニットの内部構成図、図３は相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を説明する特性図である。なお、従来技術と構成が一部重複するが、新しい符号を付すとともに再度説明する。

浮遊粒子状物質測定装置１は、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７、検出ユニット２０、β線源２１、半導体検出器２２、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、分粒器（ＰＭ１０用）２６、ポンプ２７、流量センサ２８、配管２９，３０，３１、下流側温度センサ３２、下流側湿度センサ３３、測定セル（温度湿度測定セル）３４、ヒータユニット３５、上流側温度センサ３６，濾紙４０、モータＭ１、モータＭ２、モータＭ３を備えている。
これらは、大別すると試料大気採取手段、捕集手段、検出手段、上流側温度計測手段、下流側温度計測手段、下流側湿度計測手段、収容手段、上流側湿度算出手段、駆動手段、湿度調整手段、濃度演算手段となる。以下各手段について説明する。

まず、試料大気採取手段について説明する。試料大気採取手段は、吸引手段により粒子径が所定粒径以下（ＳＰＭで１０μｍ（１０μｍ以上で１００％カット）、ＰＭ１０で１０μｍ（１０μｍまたはそれ以上で５０％カット）、ＰＭ２．５で２．５μｍ（２．５μｍまたはそれ以上で５０％カット）である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する手段である。例えば本形態のように、分粒器（ＰＭ１０用）２６、配管２９、検出ユニット２０、濾紙４０、配管３０、ポンプ２７（本発明の吸引手段の具体例である）、配管３１、流量センサ２８、測定セル３４を備える。ポンプ２７が吸引動作を行うと、試料大気が分粒器２６→配管２９→検出ユニット２０→濾紙４０→配管３０→ポンプ２７→配管３１→流量センサ２８→測定セル３４と通流して外部へ排気される。

なお、検出ユニット２０は、略直方体形状の上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂで形成され、上部ブロック２０ａには配管２９と接続される流路が設けられ、下部ブロック２０ｂには上側の流路と対向するように下側の流路が設けられている。この上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとの間を濾紙４０が位置する。

このような流路系において、ポンプ２７の下流側に流量センサ２８が配置され、通流する試料大気ガスの流量を正確に計測して流量信号が出力される。流量センサ２８は、例えば、熱式流量センサなどである。さて、流量センサ２８から出力された流量信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。更に、ポンプ２７をバイパスする流路にはバルブが設けられており、このバルブは流量安定用のモータＭ３が接続されており、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１からの駆動信号によりモータＭ３を駆動してバルブを開閉制御する。このような構成により流量を一定量とし、先の数１で挙げた積算吸引流量Ｖを正確にする。これにより分粒器２６は、試料大気を一定流量で吸引する。

分粒器２６（ＰＭ１０用）は、例えば試料大気中の粗大粒子の慣性衝突を用いてＰＭ１０の分粒を行なうインパクタ方式分粒器であり、試料大気から粗大粒子を取り除き、粒子径が１０μｍ以下（５０％カット）の浮遊粒子を通過させた試料大気を得る。
また、ＰＭ２．５（粒径２．５μｍの浮遊粒子）については、後段にサイクロン方式の分粒器またはインパクタ方式の分粒器を設置して、２．５μｍ以下の微粒子を選択的に分粒しても良い。これらは測定対象に応じて適宜選択される。

このような浮遊粒子状物質を含む試料大気は捕集手段を通過する。
捕集手段は、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する手段である。例えば本形態のように送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、濾紙４０、モータＭ１、モータＭ２を備える。モータＭ１、モータＭ２の駆動信号はパワーＩ／Ｏボード１５を介してＣＰＵボード１１から出力されている。
テープ状の濾紙４０は、未使用の濾紙４０を供給する送りリール２３と、使用済みの濾紙４０をロール状に巻回して収容する巻取りリール２５と、により送り可能になされており、検出ユニット２０内に一定長さが供給される。
モータＭ１は検出ユニット２０の下部ブロック２０ｂを上下動し、検出ユニット２０内に搬送された浮遊粒子状物質捕集用の濾紙４０を上下から挟み込んで固定するための開閉動作用モータ、モータＭ２は濾紙４０の送り用モータである。この濾紙４０は、モータＭ１により検出ユニット２０が開かれたときに、モータＭ２により巻取リール２５及びキャプスタン２４を回転駆動することにより、一定周期（例えば１時間おき）経過後に濾紙４０の未使用部分が送りリール２３、キャプスタン２４を経て検出ユニット２０内へ送られるとともに、同じ長さだけ巻取りリール２５に収容される。

検出手段は、捕集手段で捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する手段である。例えば本形態のように、β線源２１、半導体検出器２２、アンプボード１６を備える。半導体検出器２２の出力信号はアンプボード１６内のアンプにより増幅され、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。
検出ユニット２０の上部ブロック２０ａにはβ線源２１が、下部ブロック２０ｂにはβ線源２１と対向するように半導体検出器２２が設けられており、先に説明した流路とβ線放射方向が交差するように配置される。この上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとの間を濾紙４０が通過する。検出手段の検出原理は先に説明した従来技術と同様にβ線吸収方式を採用しており、重複する説明を省略する。

上流側温度計測手段は、捕集手段により浮遊粒子状物質が捕集される時の試料大気の温度を、吸引手段の上流側で計測して上流側温度信号を出力する手段である。そして、上流側として好ましくは、検出手段に一体的に配置され、捕集手段により捕集される時の試料大気の温度を、捕集手段により捕集される浮遊粒子状物質がある捕集部近傍において計測する手段としている。上流側温度計測手段は、本形態では上流側温度センサ３６である。そして、この上流側温度センサ３６は、濾紙４０とポンプ２７との間にあるとともに、濾紙４０のうち、浮遊粒子状物質が捕集される箇所である捕集部４０ａ近傍に配置され、詳しくは濾紙４０を通過した清浄な空気流が流れる検出ユニット２０の下部ブロック２０ｂ側であって半導体検出器２２の近傍に配置され、ユニット内温度を検出するユニット内温度センサである。この上流側温度センサ３６から出力されたユニット内温度信号は、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。

下流側温度計測手段は、捕集手段により浮遊粒子状物質が捕集された後の試料大気の温度を、吸引手段の下流側で計測して下流側温度信号を出力する手段である。下流側温度計測手段は、本形態では下流側温度センサ３２である。そして、この下流側温度センサ３２は、詳しくはポンプ２７の下流であるとともに流路系の最下流にある測定セル３４内に配置される。下流側温度センサ３２は、濾紙４０を通過した清浄な空気流が流れ込むような測定セル３４内における測定セル内温度を検出するセル内温度センサである。この下流側温度センサ３２から出力されたセル内温度信号は、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。

下流側湿度計測手段は、捕集手段により浮遊粒子状物質が捕集された後の試料大気の湿度を、吸引手段の下流側で計測して下流側湿度信号を出力する手段である。下流側湿度計測手段は、本形態では下流側湿度センサ３３である。そして、下流側湿度センサ３３は、詳しくはポンプ２７の下流であるとともに流路系の最下流にある測定セル３４内に配置される。下流側湿度センサ３３は、濾紙４０を通過した清浄な空気流が流れ込むような測定セル３４内における測定セル内湿度を検出するセル内湿度センサである。この下流側湿度センサ３３から出力されたセル内湿度信号は、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。

収容手段は、試料大気採取手段の流路の最下流側に設けられ、下流側温度計測手段および下流側湿度計測手段を内部空間に収容する手段である。本形態では、図１や特に図２でも示すように、測定セル３４である。測定セル３４は、図２のように、セル本体３４１、シール３４２、ガス導入口３４３、ガス排出口３４４を備える。下流側温度センサ３２や下流側湿度センサ３３は、シール３４２により封止された状態で、ガラス製のセル本体３４１の内部空間に収容された状態で固定されている。セル本体３４１は、内部空間を大きくしており、ガス導入口３４３から導入された高圧な試料気体は大容積の内部空間に入り込んで圧力を低下させて大気圧に近づけてからガス排出口３４４を通過して排気される。下流側温度センサ３２や下流側湿度センサ３３は、ガス排出口３４４の直前に配置されており、また、ガラス製のセル本体３４１とガス排出口３４４の間にはほとんど流路抵抗はなく、この点でも測定セル内を大気圧に近づけている。また、先に説明したが、流量センサ２８によりセル本体３４１へ流入する流量も一定量となっているため測定セル３４内の内部気圧が変動しないように配慮されている。これにより、測定セル３４内では大気圧に近い状態における試料大気の温度と湿度を取得することができる。

上流側湿度算出手段は、上流側温度計測手段からの上流側温度信号、下流側温度計測手段からの下流側温度信号、および、下流側湿度計測手段からの下流側湿度信号に基づいて、吸引手段の上流側であって上流側温度を計測する捕集部近傍における上流側湿度を算出する手段である。例えば本形態では、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、外部入出力端子１７を備え、ＣＰＵボード１１のプログラム演算により、上流側温度センサ３６からのユニット内温度信号、下流側温度センサ３２からのセル内温度信号、および、下流側湿度センサ３３からのセル内湿度信号に基づいて、ポンプ２７の上流側であってユニット内温度を計測する箇所（上流側温度センサ３６を設置した箇所）の近傍におけるユニット内湿度を算出する手段である。なお、上流側湿度算出の詳細については後述する。

駆動手段は、上流側湿度算出手段で算出した上流側湿度に基づいて試料大気の上流側湿度を設定湿度と略一致させる駆動信号を出力する手段である。例えば本形態ではＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、外部入出力端子１７を備え、ＣＰＵボード１１のプログラム処理により、算出したユニット内湿度を設定湿度（相対湿度５０％）と略一致させる駆動信号を出力する。駆動手段は、先に説明した上流側湿度算出手段と共通構成とする。なお、駆動の詳細については後に詳述する。

湿度調整手段は、駆動手段からの駆動信号に基づいて試料大気の湿度を変更させる手段である。例えば本形態では試料大気を昇温または降温させるヒータユニット３５である。ＣＰＵボード１１から出力され、パワーＩ／Ｏボード１５により電力増幅された駆動信号がヒータユニット３５へ入力される。

濃度演算手段は検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する手段であり、例えば本形態では、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、外部入出力端子１７を備え、ＣＰＵボード１１のプログラム処理により、濃度演算を行う。この濃度演算手段は、先に説明した上流側湿度算出手段・駆動手段を共通構成とする。なお、濃度算出については後に詳述する。

続いて浮遊粒子状物質測定装置１の各動作のうち、湿度調整について図を参照しつつ説明する。図３の特性図は、相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を表しており、手分析でのコンディショニング条件である大気圧下・相対湿度５０％でβ線吸収方式による浮遊粒子状物質濃度Ｍと、手分析による浮遊粒子状物質濃度Ｍとが一致する。そこで、コンディショニング条件である相対湿度５０％に維持することで、手分析と同じ値が求められることとなり計測精度を高められる。しかしながら、検出ユニット２０内はポンプ２７の真空吸引により減圧下であるため検出ユニット２０内の湿度をそのまま検出しても大気圧下の湿度とは相違しており、何らかの調整を施さないと湿度調整に用いることができない。また、一般に湿度センサは、図２の下流側温度センサ３２と下流側湿度センサ３３とを比較しても明らかなように、温度センサよりも大型であり、検出ユニット２０への設置も容易でないという問題があった。
そこで、検出ユニット２０内に湿度センサよりもはるかに小型である温度センサを設置し、検出した検出ユニット２０内の温度から大気圧下における相対湿度を割り出してユニット内湿度を算出し、このユニット内湿度に基づいて検出セル２０内が相対湿度５０％となるように湿度調整するものである。

続いて検出中に湿度調整を行う各部の動作について説明する。
ポンプ２７の動作により試料大気を分粒器２６・配管２９を経て検出ユニット２０へ導入し、濾紙４０の表面で浮遊粒子状物質を捕集しているものとする。このような状況下で試料大気に対して湿度調節動作を行っている。

上流側温度センサ３６は検出ユニット２０内における試料大気の温度を計測してユニット内温度信号を出力している。ＣＰＵボード１１は、このユニット内温度信号に基づいてユニット内温度を割出し、次式のようにユニット内飽和水蒸気圧を算出する。

下流側温度センサ３２は測定セル３４内における試料大気の温度を計測してセル内温度信号を出力している。ＣＰＵボード１１は、このセル内温度信号に基づいてセル内温度を割出し、次式のようにセル内飽和水蒸気圧を算出する。

下流側湿度センサ３３は測定セル３４内における試料大気の湿度を計測してセル内湿度信号を出力している。ＣＰＵボード１１は、このセル内湿度信号に基づいてセル内相対湿度を割出す。
続いて、ＣＰＵボード１１は、上流側湿度算出手段として機能し、先に求めたセル内飽和水蒸気圧、ユニット内飽和水蒸気圧およびセル内湿度から次式のようにユニット内相対湿度を算出する。

これにより、ユニット内相対湿度が算出される。ＣＰＵボード１１では図示しないメモリ部に予め設定したユニット内相対湿度（設定湿度）を５０％として登録している。
算出したユニット内相対湿度が５０％より高いとき、ＣＰＵボード１１は、湿度調整手段を駆動する駆動手段として機能し、パワーＩ／Ｏボード１５を介して湿度調整手段であるヒータユニット３５を昇温駆動する。すると試料大気が温度上昇して相対湿度が低くなっていき、試料大気のユニット内相対湿度が５０％となるように維持される。
一方、算出したユニット内相対湿度が５０％より低いとき、ＣＰＵボード１１は、湿度調整手段を駆動する駆動手段として機能し、パワーＩ／Ｏボード１５を介して湿度調整手段であるヒータユニット３５を降温駆動する。すると試料大気が温度降下して相対湿度が高くなっていき、試料大気の相対湿度が５０％となるように維持される。これら試料大気の昇温・降温は必要時のみ行うこととなる。
以下同様の湿度調整を順次自動的に行い、ユニット内相対湿度は設定湿度と一致するようになされる。

なお、本形態の説明では手分析値と一致させるため設定湿度５０％としているが、湿度は５０％に限定する趣旨ではなく、違う値を採用しても良い。例えば、海外では上記した手分析のコンディショニング条件が３０％〜４０％であり、必要に応じて設定湿度３０％〜４０％としても良い。これら設定湿度は事情に応じて適宜変更することができる。

続いて、上記浮遊粒子状物質測定装置により上記のように相対湿度を一定にさせた状態での大気中の浮遊粒子状物質濃度の連続測定について説明する。
オペレータが操作パネル１２を操作すると、測定開始するような操作信号がＣＰＵボード１１へ入力される。ＣＰＵボード１１は各部へ制御信号を出力する。このとき既に検出ユニット２０には濾紙４０の未捕集部分が載置され、上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとにより強固に挟持されるともに、β線が漏出しないように密封されるものとする。まず、β線源２１によりβ線を照射する。そして、半導体検出器２２からの検出信号が、ＣＰＵボード１１のメモリ部に一時的に記憶される。一番最初に記憶された検出信号は、β線強度Ｉ_０となる。
続いて、Ｉ／Ｏボード１４を介してポンプ２７へ駆動信号を出力する。大気中から試料大気が吸引され、試料大気の採取が開始される。この場合、上記したように流量センサ２８からの流量信号をＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１が入力しており、所定設定流量を維持するような駆動信号を、Ｉ／Ｏボード１４を介してモータＭ３へ送信しており、モータＭ３によりバルブが開閉制御されて、流量が所定設定流量となるように調節される。

そして、ポンプ２７が所定時間作動して予め決められた流量の試料大気が吸引されると、ＣＰＵボード１１がポンプ２７の稼働を停止し、試料大気の採集は停止される。続いて、再度β線源２１によりβ線を照射する。そして、半導体検出器２２からの検出信号が、ＣＰＵボード１１のメモリに一時的に記憶される。この検出信号は、β線強度Ｉとなる。
そしてメモリに登録された、β線強度Ｉ_０、β線強度Ｉに加え上記定数Ｓ，ｋ，Ｖを読み出して、上記数１に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出する。この浮遊粒子状物質濃度ＭをＣＰＵボード１１が記録計１３に記録させる。
記録終了後、濾紙４０を移動させる。まず、ＣＰＵボード１１はＩ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５を介してモータＭ１を駆動し、検出ユニット２０の下部ブロック２０ｂを降下させて、濾紙４０を移動可能な状態とする。続いて、ＣＰＵボード１１はＩ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５を介してモータＭ２を駆動して濾紙４０を送り、未使用部分を検出ユニット２０に配置する。そして、下部ブロック２０ｂが上昇して最初の状態に戻り、以後、同様の動作を繰り返して自動的に浮遊粒子状物質測定を行うというものである。

以上本形態の浮遊粒子状物質測定装置１について説明した。
なお、先に説明した設定湿度は予めＣＰＵボード１１のメモリ部に設定登録されているものとして説明したが、例えば、操作パネル１２を介してＣＰＵボード１１のメモリ部に新たに登録できるようにしても良い。
また、浮遊粒子状物質濃度Ｍを記録計１３に記録するものとして説明したが、さらにＩ／Ｏボード１４に接続された表示部（図示しない）を搭載し、浮遊粒子状物質濃度Ｍを表示するような形態を追加しても良い。さらにまた、ハードディスク、光磁気ディスク、ＵＳＢメモリと接続可能、もしくは、搭載するようにして、これら記憶部にデータを出力するような形態を追加しても良い。

このように本発明の浮遊粒子状物質測定装置によれば、試料大気の温度および相対湿度を大気から直接検出する方式に代えて、試料大気を採取して放出する試料大気採取手段の最下流で温度と湿度を検出する方式とした。捕集手段により浮遊粒子状物質を捕集した後の試料大気は、浮遊粒子状物質がない清浄な空気の流れであり、長期間の測定でも上流側温度センサ、下流側温度センサ、下流側湿度センサは何れも汚れることは殆どなくなり、清浄な状態を半永久的に保つことができる。

また、検出ユニット内は一般的に小型である温度センサを配置するようにしたため、検出ユニットの小型化や、湿度センサの清掃を不要として、分解整備等の不要化を実現している。
また、一定の選択可能な湿度及び温度条件を維持して、湿度や温度の影響による粒子状物質測定における標準測定法の手分析との差をなくすことができる。

本発明の実施するための最良の形態の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）の構成図である。収容ユニットの内部構成図である。相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を説明する特性図である。従来技術の浮遊粒子状物質測定装置の要部説明図である。

符号の説明

１：浮遊粒子状物質測定装置
１１：ＣＰＵボード
１２：操作パネル
１３：記録計
１４：Ｉ／Ｏボード
１５：パワーＩ／Ｏボード
１６：アンプボード
１７：外部入出力端子
２０：検出ユニット
２１：β線源
２２：半導体検出器
２３：送りリール
２４：キャプスタン
２５：巻取リール
２６：分粒器
２７：ポンプ
２８：流量センサ（熱式流量センサ）
２９：配管
３０：配管
３１：配管
３２：下流側温度センサ
３３：下流側湿度センサ
３４：測定セル
３５：ヒータユニット
３６：上流側温度センサ
４０：濾紙
４０ａ：捕集部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：モータ

Claims

吸引手段により粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、
試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段で捕集された浮遊粒子状物質がある捕集部と、捕集部にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、
捕集手段により捕集される時の試料大気の温度を吸引手段の上流側で計測して上流側温度信号を出力する上流側温度計測手段と、
捕集手段により捕集された後の試料大気の温度を吸引手段の下流側で計測して下流側温度信号を出力する下流側温度計測手段と、
捕集手段により捕集された後の試料大気の湿度を吸引手段の下流側で計測して下流側湿度信号を出力する下流側湿度計測手段と、
上流側温度計測手段からの上流側温度信号、下流側温度計測手段からの下流側温度信号、および下流側湿度計測手段からの下流側湿度信号に基づいて、吸引手段の上流側であって上流側温度を計測する箇所における上流側湿度を算出する上流側湿度算出手段と、
上流側湿度算出手段で算出した上流側湿度に基づいて試料大気の上流側湿度を設定湿度と略一致させる駆動信号を出力する駆動手段と、
駆動手段からの駆動信号に基づいて試料大気の湿度を調整する湿度調整手段と、
設定湿度と略等しい環境の下で、検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記上流側温度を計測する上流側温度計測手段は、検出手段に一体的に配置され、捕集手段により捕集される時の試料大気の温度を、前記捕集部近傍において計測する手段であることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
請求項１または請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
試料大気採取手段の流路の最下流側に設けられ、前記下流側温度計測手段および前記下流側湿度計測手段を内部空間内に収容する収容手段を備えることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
請求項３に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記収容手段の内部空間を大きくして内部空間内の圧力を大気圧に近づけることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度調整手段は、試料大気を昇温または降温させることにより湿度を調整する手段であることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。