用于测量尿素罐内特征的设备的制作方法
【专利摘要】一种适合用于测量含尿素的液体(9)的罐中的特征的测量设备(10)，所述设备包括引导装置(4)，在所述液体上漂浮并被安装成在所述引导装置上竖直滑动的主体(5)，固定到主体的第一传感器(1)，固定到主体的第二传感器(2)，以及组合两个传感器所测得信息的对应方法，所述第一传感器(1)适合用于测量液体(9)中的尿素浓度，包括适合用于发射第一信号(61)的第一信号发射器(11)和接收穿过液体(9)的第一信号的第一接收器(12)，所述第二传感器(2)适合用于测量相对于罐底部的距离，包括适合用于发射第二信号(62)的第二信号发射器(21)和接收经罐底部(23)反射的第二信号的第二信号接收器(22)，所测得的距离使之可能由此推导出罐内存在的液体体积。
【专利说明】用于测量尿素罐内特征的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量在例如用于内燃机排气处理系统中的尿素罐内液体特征的设备。 [0002]更具体地，本发明涉及一种用于确定罐内尿素浓度和罐内存在的液体体积的设备和方法。
【背景技术】
[0003]采用随液体表面而移位的漂浮构件的罐计量系统从现有技术可知。而且测量水相中的尿素浓度的装置已知，这些装置总体上靠近罐底座被固定。这两种类型的传感器的安装成本高且占用了大量的可用空间。
【发明内容】
[0004]本发明的目标是改进这些传感器的整合，并增强这些传感器所提供的功能。
[0005]本发明提出一种适合用于测量含尿素的液体的罐内的特征的测量设备，所述设备包括:
[0006].位于罐内的引导装置，其通过固定装置被固定到罐并相对于罐在基本竖直的方向上延伸，
[0007].被设计以在所述液体中漂浮的主体，其包括在液体表面上方的顶部和浸入液体中的底部，并被安装成在所述引导装置上滑动，
[0008].固定到主体的第一传感器，其适合用于测量液体中的尿素浓度，包括适合用于发射第一信号的第一信号发射器和适合用于接收所述第一信号的第一信号接收器，所述第一信号穿过液体的至少一部分，
[0009]?位于主体底部的第二传感器，其适合用于测量相对于罐底部的距离，包括适合用于发射第二信号的第二信号发射器和适合用于接收经罐底部反射的来自第二信号发射器的所述第二信号的第二信号接收器，所测得的距离表示罐内存在的液体体积。
[0010]由于这些布置，能通过单个设备得以确定罐内尿素浓度并确定罐内存在的液体体积。
[0011]在本发明的各种实施例中，还可能使用下面所描述的一种和/或其他布置。
[0012]第一发射器可以适合用于朝着第一接收器以预定波长发射至少一个红外线，然后第一接收器适合用于测量所接收到的红外线的强度，从而该强度使之可能反映第一信号的衰减并由此推导出液体中的尿素浓度。
[0013]第一发射器适合用于朝着第一接收器发射至少根据多个波长的红外线，第一接收器适合用于测量所接收到的每个波长的红外线的强度，并由这些强度推导出液体中的尿素浓度和液体内杂质的存在；从而能够探测到易混溶成分的存在。
[0014]第一信号穿过液体的顶表面，回应地，第一传感器适合用于探测漂浮在液体表面上的杂质，因此第一接收器使之可能测量所接收到的信号的强度，该强度使之可能反映第一信号的衰减并由此推导出液体中的尿素浓度和漂浮在液体表面上的杂质的存在。[0015]第一信号发射器或第一信号接收器之一在表面的上方被布置在主体的顶部中，也就是说在液体表面的上方，然后第一信号发射器或第一信号接收器的另一个在被浸没的主体的底部中被布置在表面以下，第一信号发射器和第一信号接收器相对于罐在竖直方向上彼此面对地布置，从而使第一信号穿过空气-液体分界面，悬浮杂质可能位于其中。
[0016]所述设备还可以包括适合用于测量液体中尿素浓度的第三传感器，第三传感器包括适合用于发射第三信号的第三信号发射器和适合接收所述第三信号的第三信号接收器，第三传感器位于主体的浸没部分中，第三信号所传播的路径被完全地包含在液体中，回应地，第三传感器能传输比第一传感器所传输的信息更准确的浓度信息，并且然后根据该第一传感器的信息，由第三传感器所传输的信息使之可能由此推导出更准确的关于杂质存在的信息(浓度、类型等等)。
[0017]所述设备还包括单个控制电路，第一传感器和第二传感器被连接到所述单个控制电路，第三传感器(当存在第三传感器时)也连接到所述单个控制电路，使得该方案的成本最小化。
[0018]第一传感器、第二传感器、以及第三传感器(当存在第三传感器时)被定位在位于主体底部的同一个印刷电路上，在该情况下，所述设备包括位于主体顶部且面对第一和第三传感器的镜子，用于反射第一信号和第三信号(当后者存在时)，从而使该方案的成本最小化并且整合被改善。
[0019]引导装置包括通过固定装置(比如一个或多个螺钉)固定到罐底部的底座和引导杆，从而使主体能沿着此杆无阻力地滑动并在液体内自由地漂浮。
[0020]第一传感器、第二传感器、第三传感器(当存在第三传感器时)、以及所述单个控制电路被布置在紧密封室内，从而使电子元件被保护不受液体影响。
[0021]第二信号例如是在罐底上被反射的超声波信号，从而使测量第二信号的发射和接收之间的时间差不复杂。
[0022]本发明还提出一种用于采用之前所述的设备测量含有尿素的液体的罐内的浓度和液位的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]通过依据附图阅读下面对作为非限制性示例所给出的本发明三个实施例所进行的描述，本发明的其他方面、目标和优点将变得清楚，其中:
[0024]图1示出了被布置在含有尿素的液体的罐内的根据本发明第一实施例的测量设备，
[0025]图2是图1中的设备的平面图，
[0026]图3展示了带有存在的杂质的液体的表面细节图，
[0027]图4展示了本发明的第二实施例，
[0028]图5展示了本发明的第三实施例，
[0029]图6展示了本发明第三实施例的变型。
[0030]在不同的图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
【具体实施方式】[0031]图1示出了适合用于测量在例如用于内燃机排气处理系统中的含有尿素的罐8内的液体特征的测量设备10。
[0032]设备10包括主体5和相对于罐8在基本竖直的方向上延伸的引导装置4，测量设备的所述主体安装在所述引导装置上，能在基本竖直的方向上移动。
[0033]在图中所示示例中，引导装置4包括底座42和基本竖直的引导杆41，被固定地附接到所述主体的带圈(strap) 51能跨过引导杆滑动。
[0034]如图所示，底座42通过(例如)是螺钉或卡扣配合的紧固件44被固定到布置在罐8底部的内侧的额外厚度80上。引导装置4能以不脱离本发明的框架的不同的方式生产。
[0035]液体区域9以浓度能改变的方式总体上包括水和尿素，但是在预期的应用中该浓度必须依次被相当准确地确定，以保证良好地管理内燃机排气管中氮氧化物的污染控制处理。
[0036]液体区域具有顶表面90,在顶表面上方具有空气。在液体的表面90上,可能存在不与水相中的尿素混溶的杂质，比如，例如比含水尿素溶液轻的任何类型的碳氢化合物。
[0037]如图3所示，碳氢化合物的小珠91或者甚至是更厚的层91 (例如)可以漂浮在表面90上。所述杂质的存在可能源于在装填主燃料罐时车辆使用者方面的错误。这能导致排气管的损坏或导致被喷入污染控制装置中的尿素量的不正确计量，因此这是有害的。所以探测所述杂质和/或在管理排气管中的尿素剂量时考虑到所述杂质是很重要的。
[0038]所述的尿素罐还可能含有易混溶的杂质，这些杂质的存在和浓度可能影响排气处理的正确运行。
[0039]如图1和2所示，所述主体包括在液体表面上方的顶部50a和浸没在液体中的底部50b，并且还包括以下元件:
[0040]?低密度漂浮元件52(例如由聚苯乙烯泡沫或其他等同材料制成)，其尺寸(依据其特性)被设计以给装备了该元件的主体赋予漂浮能力，
[0041].通常包括集成电路(未示出)的控制单元7,
[0042].被固定到主体的第一传感器1，其尤其适合用于测量液体9中的尿素浓度，包括适合用于发射第一信号61的第一信号发射器11和适合用于接收所述第一信号61的第一信号接收器12，所述第一信号61穿过液体9体积的至少一部分，
[0043]?优选地在所述主体的浸没底部50b中被固定到主体的第二传感器2，其适合用于测量相对于罐底部的距离，包括适合用于发射第二信号62的第二信号发射器21和适合用于接收由罐底部23反射的第二信号65的第二信号接收器22，
[0044].封装所有上述电子设备的紧密封腔50，
[0045].用于将所述装置与车辆电气设备(未示出)相连的连接线53。
[0046]第一信号61可以是光学的或电磁的。在所示示例中，第一信号是红外线类型的并且能以预定频率或以多个不同的频率发射，特别是以在尿素中衰减尤其明显的频率(例如1.1 μ m波长)，和/或杂质组分吸收明显的其他频率。
[0047]假设主体5相对于由液体表面90构成的漂浮线自由地漂浮，第一传感器I和第二传感器2的竖直位置相对于此液体表面90是固定的。
[0048]在这种相关的情况下，第一发射器11和第一接收器12的竖直位置相对于液体表面90保持不变，因为主体5及其设备伴随液体表面90的竖直移位而移位。因此，第一信号61在液体中传播的距离是不变的。因为第一接收器12适合用于测量所接收到的红外线的强度，所以电子电路7能从该强度(第一发射器11和第一接收器12之间的距离是不变的)推导出衰减，所述衰减通过液体的尿素浓度引入作为预定的浓度-衰减标定表的函数。
[0049]第二传感器2朝着罐底部23发射的第二信号62也可以是光学的或电磁的。在所示示例中，这些第二信号62优选是超声波的或红外的。在第二信号是超声波的情况下，在第一时刻发射的第二信号62朝着罐底部23导向，其在罐底部处被罐底部23反射，并作为反射信号65 (参见图1)朝着第二接收器22返回(参见图1)，其在较晚时刻到达。
[0050]所以第二传感器2使之可能测量由第二发射器21发射第二信号62和由第二接收器22接收由罐8的底部23所反射的所述第二信号65之间的时间差At。
[0051]另外，由第一传感器I所确定的液体中的尿素浓度使之可能确定液体中的超声波传播速度Vs，该速度是所测得浓度的函数。所述确定是根据例如被储存在控制单元7 (电子电路)中的预定参数表所作出的。根据所测得的时间差At和所计算得出的液体中的超声波传播速度Vs，发射的第二信号62和反射的第二信号65所传播的距离被推导出。如果第二传感器、第二发射器和第二接收器位于相同的竖直高度上，所述距离是第二发射器21或接收器22与罐底部23间隔的距离dl的两倍(因为第二信号进行了往返行程62，65)。通过如下公式，适时测得的距离dl=(VsX At) / 2使之可能推导出罐内存在的液体体积Vol:
[0052]Vol = [(VsX At) / 2+dO] XS(I)
[0053]其中:
[0054]-dO:液体表 面90和第二传感器2的竖直位置之间的已知且固定的距离，以及
[0055]-S:罐8的等效截面。
[0056]明显地，如果第二发射器21和第二接收器22的位置相对于竖直方向而相互错开，在时间差的测量中以及因此在第二发射器21和罐底部之间的距离或第二接收器22和罐底部之间的距离的测量中必须考虑这种距离。
[0057]在第二信号是红外的情况下，第二信号发射器21例如以预定频率发射红外信号62，对此已知作为尿素浓度函数的衰减。同时，第二接收器22接收在罐底部23上反射后的反射红外信号65，并测量其强度。通过这种方式，与往返行程(也就是距离2Xdl)关联的衰减能被计算。
[0058]因为在给定时刻罐8内的尿素浓度借助之前所解释的第一传感器I已知，所以在传播的每单位长度上穿过液体的信号强度的衰减能能借助之前所述的浓度-衰减标定表确定。然后借助第二传感器2所测得的衰减使之可能确定第二信号在其发射62和其反射65中所传播的总距离，然后该距离除以二给出距离dl的值。
[0059]由此推导存在的液体体积Vol的其余计算与之前在超声波信号的情形中所解释的公式(I)没有差别。
[0060]图4示出了本发明的第二实施例，其是在第一实施例上的改进，其中在设备中增加了第三传感器3,其位于主体5的浸没底部50b中。
[0061]该第三传感器3适合用于仅测量液体9中的尿素浓度，而其测量不受液体表面90上存在的杂质的影响。
[0062]第三传感器3包括适合用于发射第三信号33的第三信号发射器31，以及适合用于接收所述第三信号33的第三信号接收器32，第三接收器32相对于罐8在竖直方向上面朝第三发射器31定位，所述第三信号33传播的路径跨过预定的固定距离被完全包含在液体9内，所述固定距离是第三发射器31与第三接收器32的间隔距离。
[0063]在所示示例中，第三信号33是红外类型，并可以包括多个不同频率，特别是尿素衰减特别明显的频率，例如1.1 μ m波长。
[0064]因此，第三传感器3能传递非常准确的尿素浓度信息，该信息与跨过固定距离的衰减关联，不受液体表面90上存在的任何杂质的影响。
[0065]因此，第一传感器I提供关于尿素和杂质存在的信息。然后，因为不受杂质存在影响的尿素浓度借助于第三传感器3已知，所以信号所经受的仅由表面上杂质的存在所引起的衰减能通过计算推导。
[0066]图5示出了本发明的第三实施例，它是第一和第二实施例的替代，其中使用第一镜子13,有利地位于主体5的在表面上方的顶部50a中。此镜子13反射由第一发射器11发射的第一信号61，从而使第一发射器11和第一接收器12能被并排地定位在主体5的底部50b中。
[0067]类似地，关于第三传感器3 (如果其存在)，另一个镜子33被定位，设置在主体5的在所述表面上方的顶部50a中并面朝第三发射器31，所述第三发射器被布置在第三接收器32旁边，第三发射器和第三接收器两者都设置在主体的底部50b中，从而使得第三信号63经所述镜子33反射而返回到第三接收器32。
[0068]根据本发明，有利地，第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3(当后者存在时)，被设置在位于主体5的底部50b中的如图5和6所示的相同的控制电路7 (或相同的集成电路)上。
[0069]关于该第三实施例，应当注意到第三传感器3是光学的，它使之可能根据第一传感器I所提供的信息更准确地确定尿素浓度和杂质浓度。距离dl的确定与之前实施例所阐明的内容保持相同。
[0070]图6表示本发明第三实施例的一种变型，其中第一和第三发射器(11，31)仅形成了同一个发射器110，所述发射器110发射与之前实施例的第一和第三信号61，63等效的单个信号660。该单个信号660相对于竖直方向稍微成角度地发射。所以,单个信号660的一部分由第一镜子13 (面朝顶部50a定位)反射而返回到第一接收器12，单个信号660的另一部分由液体表面34的空气-液体分界面处的折射作用所反射而返回到第三接收器32。
[0071]应当注意到，在所有的实施例中，第一传感器I和第二传感器2被连接到所述相同的控制电路7 (其只有一个)并且第三传感器3 (当其存在时)也连接到所述控制电路7。
[0072]控制电路7的功能包括管理上述的两个或三个传感器1，2，3。控制电路7协调所有信号的发射以及浓度和液体体积的计算。
[0073]其控制第一信号61朝第一发射器11发射然后接收由第一接收器12所测得的强度。控制电路7计算衰减或将所测数据传递给远程电子计算机(未示出)。利用预定标定表，适时计算出的衰减使之可能推导出液体中的尿素浓度。
[0074]类似地，控制电路7控制在第一时刻发射第二信号62，测量发射第二信号和接收这些所反射的第二信号之间的时间差At。控制电路7处理所述信息或将其传递给远程电子计算机。[0075]单个控制电路7计算所述衰减或将所测得数据传递给远程计算机。利用预定标定表所计算出的衰减使之可能由此推导出液体中的尿素浓度。如已在之前所述，液体中的尿素浓度使之可能确定液体中的超声波传播速度Vs。如之前所述地，所述速度Vs和时间差At使之可能计算相对于罐底部的距离dl，并且还如前所述地由此推导出罐8内存在的液体体积V01。
[0076]当第三传感器3存在时，单个控制电路7控制第三信号63朝着第三发射器31的发射，并接收由第三接收器32在接收中所测得的强度。控制电路7计算所述衰减或将测得数据传递给远程电子计算机。利用预定标定表，适时计算出的衰减使之可能更准确地确定液体中的尿素浓度，而不受到液体表面90上可能存在的杂质的影响。然后，如之前所述，控制电路7 (或远程计算机)利用由第一传感器I所收集到的信息计算出与表面上的杂质相关的具体特征。
[0077]应当注意到，在说明书中被称为“第一传感器I”的传感器在之前所述的第二和第三实施例情况中应当被理解为表示由第一传感器I和第三传感器3构成的组件。
[0078]所以，利用一个紧凑而紧密封的设备，本发明使之可能:
[0079]确定罐内所含液体中的尿素浓度，
[0080]确定杂质浓度和类型，
[0081]确定罐内液体体积。
[0082]使上述确定成为可能的传感器能被集成到相同的控制电路上。
[0083]明显地，本发明不限于尿素罐的应用，并且能被用于要确定的浓度、杂质和体积的任何液体罐。
【权利要求】
1.一种适合用于测量含尿素的液体的罐(8)中的特征的测量设备(10)，所述设备包括: ?位于罐(8)内的引导装置(4)，其通过固定装置(44)固定到罐(8)并相对于罐(8)在基本竖直的方向上延伸， ?设计成在所述液体中漂浮的主体(5)，其包括在液体表面上方的顶部(50a)和浸入液体中的底部(50b)，并被安装成在所述引导装置(4)上滑动， 所述设备还包括: ?固定到主体的第一传感器(I)，其适合用于测量液体(9)中的尿素浓度，包括适合用于发射第一信号(61)的第一信号发射器(11)和适合用于接收所述第一信号的第一信号接收器(12)，所述第一信号穿过液体(9)的至少一部分， ?位于主体底部(50b)中的第二传感器(2)，其适合用于测量相对于罐(8)底部的距离，包括适合用于发射第二信号(62)的第二信号发射器(21)和适合用于接收经罐底部(23)反射的来自第二信号发射器的所述第二信号(65)的第二信号接收器(22)，所测得的距离(dl)表示罐(8)内存在的液体体积(Vol)， 所述设备的特征在于其还包括: 第三传感器(3)，所述第三传感器(3)位于主体(5)的底部(50b)中且适合用于测量液体(9)中尿素浓度，所述第三传感器(3)包括适合用于发射第三信号(33)的第三信号发射器(31)和适合接收所述第三信号的第三信号接收器(32)，所述第三信号(33)所传播的路径完全包含在液体(9)中。
2.如前述权利要求所述的设备，其特征在于，第一信号发射器(11)和第一信号接收器(12)其中之一被布置在液体表面(90)上方在主体(5)的顶部(50a)中，第一信号发射器(11)和第一信号接收器(12)中的另一个被布置在表面以下在主体(5)的底部(50b)中，第一信号发射器和第一信号接收器相对于罐(8)在基本竖直的方向上彼此面对地布置。
3.如权利要求1或2之一所述的设备,其特征在于,第一信号(61)穿过液体的顶表面(90)，回应地，第一传感器(I)适合用于探测漂浮在液体表面上的杂质(91)，第一接收器(11)测量所接收到的信号的强度，从而由此推导出液体中的尿素浓度和漂浮在液体表面上的杂质的存在。
4.如权利要求1和2所述的设备，其特征在于，第一发射器(11)适合用于以预定波长发射朝着第一接收器(12)导向的至少一个红外线(61)，以及其中，第一接收器(12)适合用于测量所接收到的红外线的强度。
5.如权利要求1-3所述的设备，其特征在于，第一发射器(11)适合用于至少根据多个波长发射朝着第一接收器(12)导向的红外线(61)，以及其中，第一接收器(12)适合用于测量所接收到的每个波长的红外线的强度。
6.如权利要求1-5之一所述的设备,还包括控制电路(7),其特征在于,第一传感器(I)和第二传感器(2)被连接到所述控制电路(7)。
7.如权利要求1所述的设备，还包括控制电路(7)，其特征在于，第一传感器(I)、第二传感器(2)和第三传感器(3)被连接到所述控制电路(7)。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于: 第一传感器(I)和第二传感器(2)被定位在位于主体(5)的底部(50b)中的控制电路(7)的同一个印刷电路上，以及 所述设备包括位于主体(5)的顶部(50a)中用于反射第一信号(61)的第一镜子(13)。
9.如权利要求1和8所述的设备，其特征在于: 第一传感器(I)、第二传感器(2)和第三传感器(3)被定位在位于主体(5)的底部(50b)中的控制电路(7)的同一个印刷电路上，以及 所述设备还包括位于主体(5)的底部(50b)中用于反射第三信号(63)的第二镜子(33)。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一和第三发射器(11，31)位于主体(5)的底部(50b)中，并组成以相对于竖直方向成角度的方向发射单个信号(660)的仅一个发射器(110)，所述单个信号的一部分由液体表面(34)上的折射作用所反射，一部分在位于主体(5)的顶部(50a)中的镜子(13)上反射。
11.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，引导装置⑷包括底座(42)和引导杆(41)ο
12.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述主体(5)被布置在紧密封室(50)内。
13.如权利要求1所述的的设备，其特征在于，第二信号(62，65)是在罐底部(23)上反射的超声波信号。
14.一种测量含尿素的液体(9)的罐(8)中的浓度和液位的方法，其采用了任一前述权利要求所述的设备。`
【文档编号】F01N3/20GK103620353SQ201280021825
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月17日 优先权日:2011年5月5日
【发明者】H·里夏尔, B·卡梅尔 申请人:法国大陆汽车公司, 大陆汽车有限公司