CN101868699A - 用于确定容器液位的传感器装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于确定包含在容器(5)中的液体(7)的液位的传感器装置，该液体尤其为用于内燃机的废气除氮的还原剂。在该传感器装置中至少两个导电的测量电极(14，16)至少部分地嵌入在一个由非导电材料作的载体(8，32)中。该传感器装置包括一个温度传感器(44)，尤其一个用作温度传感器的具有负温度系数的电阻(74)，其组合在该载体中。
Description
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的类型的传感器装置及该传感器装置的制造方法。
背景技术
在设有内燃机的机动车上必需根据将在今后年度中出台的更严格的废气排放立法以增强的度量主要减少有害的氮氧化物。为此所使用的一种方法是选择及催化的还原方法，在该方法中借助一种液态还原剂、例如尿素水溶液使有害物质即氮氧化物还原成氮及水。在此情况下该液态还原剂被储放在一个容器中及借助一个泵通过管路由该容器输送到计量点。这里用一个液位传感器以适合的方式指示容器的液位。
由DE 101 62 269公知了一种用于确定液体的液位的装置，该装置具有不同长度的注塑在塑料中的测量电极。
此外由US 6,063,350公知了一个通过一个公共的多极插头来接触用于尿素容器的温度传感器及液位传感器。
发明内容
相比之下具有独立权利要求特征部分的特征的传感器装置与制造这种传感器的方法具有其优点，即可提供紧凑布置的装置，该装置用于传感多个对于尤其是还原剂容器的工作重要的测量参数。
通过从属权利要求中所述的措施可得到独立权利要求中给出的传感器装置的有利的进一步构型及改进。这里特别有利的是，该温度传感器被设置在载体的内部、尤其载体中一个管状区域的内部，因为由此在对于液位测量用的测量电极总是需要的载体内实现了温度传感器的保护布置。
这里尤其有利的是，在用于液位的测量电极的接触侧上设置一个注塑的盖区域及此盖区域与使温度传感器良好导热地固定在载体内部的材料一体地连接。由此可用设有一次压力包封注塑及一个接下来的二次压力包封注塑的一个简单的两步制造方法来提供一个紧凑的防止还原剂的化学影响的多传感器装置，此外该装置可实时地对容器中的温度波动作出响应。
通过其它从属权利要求中及说明书中所述的其它措施可得到另外的优点。
附图说明
在附图中表示出本发明的实施例及在以下的说明中对其详细地描述。
附图表示：
图1：一个设有液位传感器的容器，
图2：第二液位传感器，
图3：第三液位传感器，
图4：用于确定液位的传感器装置的部分视图，及
图5：具有组合的温度传感器的传感器装置的一个概要视图。
具体实施形式
图1表示一个容器5与设置在该容器内的一个液位传感器3，该液位传感器基本上与容器侧壁4平行地从容器底部9一直延伸到在容器中可达到的尿素水溶液(“Ad Blue”)的最高液位7。在该容器的设有容器的一个可封闭的孔6的上侧，液位传感器3借助一个与容器上侧连接的覆盖区域18保持在垂直位置中。液位传感器3具有一个构造成金属探针的第一测量电极14及一个也构造成金属探针的第二测量电极16。两个测量电极被埋入在一个载体8中，该载体除各一个测量窗外完全地包围这些电极。在此情况下一旦液位7超过一个确定的最大值时，第一测量电极14可通过由载体8中相应缺口构成的上测量窗12与位于容器中的液体形成电接触。第二测量电极16-以下也称为参考电极-设有一个下测量窗10，该下测量窗被设置在容器底部附近。在向着容器上侧11的一侧上两个测量电极各与一个电接触装置20连接，其中测量电极在该位置上由载体8伸出，但它们与电接触装置20的向着测量电极的部分一起被覆盖区域18包围。
液位传感器3可实现不连续的液位测量。如果两个测量电极与位于容器中的液体形成电接触，因为两个测量窗至少部分地浸入在液体中，则在电接触装置20上施加电压时，通过液体及测量电极流过一个电流。该流过的电流即为容器已满的信号。如果液体位于两个相同长度的注塑在塑料壳体中的金属探针的两个测量窗12与10之间，则电流回路中断，即无电流流过，这意味着，容器未满。这同样适用于液位下降到测量窗10以下的情况。在此情况下防护电接触装置免于液体影响的及使液位传感器保持在其垂直位置中的覆盖区域18作为由塑料制作的二次包封注塑件设置在构造为一次包封注塑件的载体8上；它即使在使用化学侵蚀的材料、例如尿素水溶液时也可保证液位传感器的可靠工作。
图2表示用于径向地安装在容器中的液位传感器的一个变型。这里在一个垂直的容器壁4中对液体密封地组合了一个载体部件28。该载体部件将两个测量探针相互平行地保持在水平位置中。这里第一测量探针24被设置在第二测量探针26的上面。电接触装置20由载体部件28穿出，用于液位传感器在容器的外部的电接触。
与根据图1的结构相似地，一旦两个测量探针基于容器中足够高的液位与位于容器中的液体形成接触就在两个测量探针24与26之间接通一个电流回路。
图3表示一个用于确定一个还原剂容器中的Ad Blue的液位的液位传感器或传感器装置30。它具有一个第一测量电极34及一个平行布置的、长的第二电极36，它们被作成金属探针，其中长电极被用作参考电极。两个参考电极由一个载体32保持，该载体通过以塑料来部分地包封注塑所述电极来制造。两个测量电极在以下称为锁定侧17的一侧上设有构成圆周槽38的锁定装置，该圆周槽完全地被(一次)塑料注塑包封区域或载体32包围。传感器装置30以与根据图1的传感器类似的方式设置来：与容器侧壁平行地垂直安装在容器或部分容器的内部。测量电极的锁定侧17则位于容器的上侧11附近。当两个测量电极伸入到容器中的不同深度时，圆周槽38大约处于相同的高度上；在此情况下长的第二测量电极36用作参考电极。短的测量电极34仅在其向着锁定侧17的一半上被载体32保持，而其背着锁定侧17的一半向下自由地伸出，以致当容器中相应液位的情况下在该区域中其整个圆周上可被液体浸湿。参考探针36不仅在锁定装置38的区域中由塑料包封注塑，而且在其中间区域40中附加地在半面上被一次塑料包封注塑区域32包围。在参考电极36背着锁定侧17的一侧19上载体32具有一个保持部分42，用于局部地在径向上固定参考电极。该保持部分与载体32一体地连接及类似一个轴向轴承完全沿其圆周包围参考电极。在锁定侧17、中间区域40及保持部分42的那一侧，参考电极的端部自由向下伸出，类似于第一测量电极背着锁定侧的一半地。这里载体32的构成保持部分42的区域43可在测量电极的一个适当实施的压力包封注塑的范围中的工序中用塑料来制造。载体32具有一个闭合边缘46，其作为另外的与载体32一体连接的载体组成部分，在该闭合边缘上施加一个作为盖区域48的由塑料作的二次注塑包封部分。此盖区域48以与根据图1的传感器装置相似的方式用于在容器上侧上对液体密封地覆盖测量电极的在图3中未示出的电触头。在布置在容器底部附近的传感器装置的下侧47上可选择地设有一个用于测量位于容器中的液体的温度的温度传感器44。
为了避免用于液位或温度的传感器的故障及内部的腐蚀，测量部件必需相对化学侵蚀的Ad Blue适当地密封。这里设置了构造成金属探针的测量电极的一次压力包封注塑部分32及接着的、构成传感器端头的二次压力包封注塑部分48。设置一次及二次压力包封注塑部分的措施是必要的，因为插入部分或测量电极或与其连接的电接触部分可以非自由悬置地被注塑。在一次与二次压力包封注塑部分之间可形成缝隙，在温度改变时由于钢作的插入部分(测量电极)与包围的塑料的不同热膨胀系数，这些缝隙会增大。并且在持续工作中金属探针与压力注塑包封的塑料壳体32之间也会形成间隙。由例如特种钢制造的金属探针或测量电极34及36具有比塑料体32显著小的热膨胀系数。根据图3的传感器装置的结构原理就是针对此问题的。测量电极仅在上部区域、即在锁定侧17上各通过圆周槽38轴向上被固定在塑料中，而金属探针在中间的半包封注塑区域40或在保持部分42或在它们的那一侧上轴向可运动，尤其探针的端部、即向着传感器装置的下侧47的一侧由塑料伸出。该结构保证了金属探针相对塑料体32不同的轴向膨胀。
传感器装置也可变换地具有多于两个的测量电极，这些电极也是相对地布置，但具有在最短的电极34的长度与作为参考电极使用的最长电极36的长度之间分级的长度。因此借助相应的测量探针与参考电极36之间的导电性就可推断出：达到或未达到容器中多于一个的液位。也可变换地，取消温度传感器44。在另一变换的实施形式中参考电极或其在中间区域中半边被嵌在载体32中的电极在它们向着容器内部的一侧上被薄塑料层覆盖，该薄塑料层基本上使金属探针的膨胀性能不受影响。盖区域48也可不是二次压力注塑包封部分，而被作成壳体，该壳体被安装在载体32的闭合边缘46上。
图4表示用于确定液位的传感器装置的部分视图51。图中表示传感器端头的未被浸入液体中的区域，通过该区域使测量电极34或36电接触。与以上所描述的相同或相似的组成部分使用相同的标号表示及对其不再赘述。测量电极在背着容器内部的一侧上在圆周槽38的那一边由载体32伸出。在那里它们各与一个电接触装置64相连接，该电接触装置彼此相对绝缘地过渡到一个共同的圆形电缆68。该圆形电缆68导向一个求值电路或导向一个电控制装置，该控制装置也可由发动机控制装置构成。测量电极在载体的上端部上借助构成O型密封圈的密封件56或58来密封。在向着容器内部的一侧上这些密封件由载体32限定，而在背着容器内部的一侧上它们借助一个施加在载体32上的隔板60与传感器端头的其它结构分开。这里隔板60具有肋62，它们嵌入载体32中及用于安装期间隔板的径向固定。在此情况下测量电极穿过隔板60，以便可在背着圆周槽38的一侧上与电接触装置64形成连接。隔板60具有一个中心孔63，来自圆形电缆68的、简化表示的双导线72穿过该中心孔向着容器底部的方向延伸。该双导线72用作一个未示出的温度传感器的电接触装置。这里电的双导线72位于一个管形区域52中，该管形区域用与被作成二次压力包封注塑部分的盖区域48的材料相同的材料43作成。在此情况下盖区域48与管形区域53相互形成一体的连接及可在一个单一的适当设计的压力包封注塑工序中制造。这里可使用与组成载体32的材料相同的材料或相同的塑料，变换地，可使用具有与载体32的材料相似的热膨胀系数的其它材料。电接触装置64可通过钎焊、熔焊或压配合来制成；圆形电缆68借助电缆支架66来固定，该电缆支架固定在隔板60的边缘上。
在二次压力包封注塑或盖区域48进行制造前，借助所述的隔板或安装板60使刚才所述的O形密封圈56或58相对二次压力包封注塑部分密封。这些通过肋62钩入载体32中的安装板通过在金属探针区域中及外围侧的紧密导向，在制造盖区域48时防止液态塑料进入O型密封圈的空间中。在此情况下这些细的肋62支持O型密封圈空间的轴向密封。电缆支架66将保证：在二次压力包封注塑时使电缆固定在其位置中。在根据图4的装置中，由图3已知的载体32的闭合边缘46通过一次压力包封注塑部分上的环绕的圈构成，该环绕的圈上面具有一个构造成钩54的熔化边缘。该圈与该熔化边缘在上面被二次压力包封注塑部分环浇。在制造过程中通过二次压力包封注塑部分在冷却时的收缩使二次压力包封注塑部分张紧地贴合在环绕的圈上及由此使熔化边缘在力方面卸载，该熔化边缘在压力注塑期间通过熔化形成了局部的密封位置。已制好的一次压力包封注塑部分是冷的，二次压力包封注塑部分在注塑时开始是热的。二次压力包封注塑部分在冷却时收缩及尤其在载体的钩54与闭合边缘46之间的区域中在一次压力包封注塑部分上建立了压应力。由此使承担密封的熔化边缘在力方面卸载。由二次压力包封注塑部分48伸出的圆形电缆68借助由弹性体材料作的密封件69及一个罩盖的夹紧部件70通过机械密封来密封。密封件69、例如一个O型密封圈是一个径向密封装置，该径向密封装置通过借助罩盖的夹紧部件70的附加轴向力分量来增强。该例如构造成塑料套筒的夹紧部件70通过塑料焊接与二次压力包封注塑部分连接。
图5表示一个设有组合的构造成NTC电阻的温度传感器74的液位传感器的部分概要视图。一些细节，诸如用于液位测量所需的测量电极及这些测量电极的电接触装置在图5中未示出；该图仅用于说明温度传感器在用于确定液位的传感器装置中的构造或组合。概要表示在图4中的电的双导线72延伸到传感器装置的下侧47，在这里它与NTC电阻、即具有负温度系数的电阻电接触。这里管状区域52由盖区域48一直延伸到传感器装置的下侧及基本上被二次压力包封注塑部分完全填满。向着下侧地，管状区域借助一个封闭件76对容器中的液体密封，其中该封闭件通过周围侧的焊接区域78与载体32连接。
一个液位传感器与一个温度传感器的组合，即将两个测量元件设置在一个设有共同电缆输出的壳体内可实现一个紧凑的且抗化学腐蚀材料的结构。以合适的方式在容器底部附近来测量温度，即在最低的、仍可测量的液位附近或其高度上进行测量。与此相应地温度传感器74大约被布置在最长的测量电极的接触区域的高度上，该接触区域允许该测量电极与容器中的液体电接触。为此液位传感器的一次压力包封注塑部分32在中心部分包含在其中可插入NTC电阻的管状区域52。以上所述的隔板60具有一个中心孔63，温度传感器的电缆通过该中心孔被导入盖区域中。在此情况下如所述地符合目的地注塑温度传感器，以致它可快速且无误地检测容器底部附近的直接温度，如果它被设置在载体32内的一个仅注有空气的管中，则它一方面仅测量空气管中的温度及另一方面非常延迟地响应容器中的温度变化。但容器中温度的快速检测是值得期望的，以便及早地通过容器中液体的加热防止冻结或及时地关断加热器，以避免位于容器中的液体的提前老化。这里在制造过程期间，二次压力包封注塑部分通过安装板的孔被压入到连续的管52中及由此包围温度传感器。最后这些管通过焊接工序由一个盖或封闭件76来封闭。因此可保证：温度传感器可相对Ad Blue完全密封地工作在液位传感器的下面的区域中。
Claims (11)
1.用于确定包含在容器(5)中的液体(7)的液位的传感器装置，该液体尤其为用于内燃机的废气除氮的还原剂，在该传感器装置中至少两个导电的测量电极(14，16)至少部分地嵌入在一个由非导电材料作的载体(8，32)中，其特征在于：在该载体中组合了一个温度传感器(44)，尤其一个用作温度传感器的具有负温度系数的电阻(74)。
2.根据权利要求1的传感器装置，其特征在于：该温度传感器设置在所述载体(32)的内部。
3.根据权利要求2的传感器装置，其特征在于：该温度传感器位于一个管状区域(52)中。
4.根据权利要求3的传感器装置，其特征在于：所述测量电极基本上相互平行地布置，所述管状区域相对所述测量电极平行地延伸。
5.根据以上权利要求之一的传感器装置，其特征在于：所述测量电极(14，16)在一侧(17)上借助一个盖区域(48)、尤其一个与所述载体(32)钩接(54)的压力注塑包封覆盖区域被密封，以免所述液体的影响。
6.根据权利要求3或5的传感器装置，其特征在于：所述管状区域与所述盖区域(48)一体地连接。
7.根据权利要求5或6的传感器装置，其特征在于：在盖区域(48)与载体(32)之间设有一个隔板(60)，用于覆盖对所述测量电极(14，16)密封的密封件(56，58)。
8.根据以上权利要求之一的传感器装置，其特征在于：所述温度传感器(44)设置在所述测量电极(14，16)的、被设置用于在所述容器(5)的底部附近的定位的侧(19)上。
9.根据以上权利要求之一的传感器装置，其特征在于：所述载体(32)由塑料组成。
10.根据以上权利要求之一的传感器装置，其特征在于：所述载体(8)通过用所述非导电材料压力包封注塑所述测量电极(14，16)来制造。
11.用于制造根据以上权利要求之一的传感器装置的方法，其特征在于：在所述载体中组合一个温度传感器(44)，尤其一个用作温度传感器的具有负温度系数的电阻(74)。
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