CN105518450A - 具有偏转元件的超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于在液体中执行传播时间测量的超声波传感器，所述超声波传感器具有超声波发生器和由塑料制成的偏转元件，由超声波发生器所发射的超声波脉冲被引导到所述偏转元件中并且在偏转元件之内的界面上通过反射被偏转。严密地密封的气囊被布置在偏转元件的内部，所述气囊的壁形成了用于反射超声波脉冲的塑料/空气界面。这样的超声波传感器在成本有利的制造的情况下保证了偏转元件在长的时间间隔期间的特别良好的功能作用。

Description

具有偏转元件的超声波传感器
技术领域
本发明涉及一种用于在液体中执行传播时间测量的超声波传感器，所述超声波传感器具有超声波发生器和由塑料制成的偏转元件，由超声波发生器所发射的超声波脉冲被引导到所述偏转元件中并且在偏转元件之内的界面上通过反射被偏转。
背景技术
这样的超声波传感器是公知的。该超声波传感器用于测量罐（Tank）中的尿素溶液的浓度和料位，所述罐在机动车中被随车携带，以便为机动车的废气输送尿素溶液并且以这种方式减少废气的NOX含量。该传感器的工作原理以被反射的超声波脉冲的传播时间测量为基础，其中尿素溶液的装料高度及其浓度根据所测量的传播时间被确定。
在所述公知的传感器中，超声波发生器位于液体罐的底部壁（Bodenwand）之下。所发出的超声波脉冲经过该底部壁到达偏转元件中，在所述偏转元件中，脉冲通过反射在界面上被致偏了90°。在此，所述偏转由金属镜面元件（Spiegelelement）引起，所述金属的镜面元件被布置在不然就由塑料制成的偏转元件上。因而，在所述公知的实施形式中，超声波脉冲在其上被反射的界面由在塑料元件与金属元件之间的过渡面形成，其中后者优选地由不锈钢制成。在此，由于在塑料与钢之间的大的声阻抗差异，超声波的高的反射度被实现。
优选地，作为塑料，HDPE（高密度聚乙烯）有了用处。然而，由于该材料的机械特性和在该材料与钢之间的在热膨胀特性方面的大的差异，最终在传感器的使用寿命和热老化期间不能实现在塑料与钢元件之间的形状配合（formschluessig）的连接。更确切地说，随着时间的推移，该结构的反射特性恶化，这导致损害超声波传感器信号。这又导致了传感器在浓度测量和/或料位测量方面的功能损失。
发明内容
本发明所基于的任务在于：提出一种在开头所描述的类型的超声波传感器，所述超声波传感器在成本有利的制造的情况下保证了偏转元件在长的时间间隔期间的特别良好的功能作用。
按照本发明，该任务在所说明的类型的超声波传感器的情况下通过如下方式被解决：严密地密封的气囊（Lufttasche）被布置在偏转元件的内部，所述气囊的壁形成了用于反射超声波脉冲的塑料/空气界面。
因而按照本发明，在偏转元件的内部设置有在塑料与空气之间的阻抗突变，所述阻抗突变通过在塑料材料中的严密地密封的气囊或相对应地严密地密封的气罩（Lufteinschluss）来实现。在此，该气囊在几何学上被构造为使得该气囊满足了作为反射器的所希望的功能。此外，该气囊还必须相对于要测量的介质（例如水、尿素溶液、其它生产原料）是严密地密封的。这些物质相对应地进入气囊将导致偏转元件的功能损失和由此导致传感器的功能损失。
按照本发明，由塑料制成的偏转元件被构造为使得气囊或气罩中的由于温度变化引起的压力波动不导致元件的断裂或者不导致气囊的不可容忍的形变。
优选地，用于将超声波脉冲从垂直声路偏转到水平声路中的塑料/空气界面具有倾斜的状况（Lage）。在这种情况下，该偏转元件例如用于产生水平声路，所述水平声路被用于在位于容器内的液体中进行传播时间测量，其中超声波脉冲在其水平声路上遇到反射器并且从那儿出发通过偏转元件被反射回到也用作接收器的超声波发生器上。
按照本发明所设置的气囊在横截面方面优选地被构造为矩形的，其中塑料/空气界面由矩形的长边形成。因而，超声波脉冲在该界面上被反射。
如已经被提及的那样，该偏转元件优选地被布置在液体罐的底部上。在此，超声波发生器尤其是位于这样的液体罐的底部壁的下侧上，而偏转元件对置地位于这样的液体罐的底部壁的上侧上。
这样的超声波传感器也可不仅被用于液体的浓度测量而且被用于该液体的料位测量。在这种情况下，例如超声波脉冲由被布置在罐的底部壁的下侧上的超声波发生器通过按照本发明被构造的偏转元件被转送到水平声路中，其中脉冲的部分遇到将脉冲的该部分反射回到超声波发生器的反射器。在这种情况下，水平声路的脉冲的另一部分遇到同样可以按照本发明被构造的另一偏转元件，并且由该偏转元件向上被偏转到液体的表面并且从那儿又被反射回。该最后所提到的偏转元件也可以具有严密地密封的气囊，所述气囊的壁形成用于反射超声波脉冲的塑料/空气界面。
偏转元件关于被发射回的超声波脉冲方面的作用方式是相对应的。
在本发明的特定实施形式中，气囊通过气囊的注射成型和紧接着的焊接被制造。在另一实施形式中，气囊通过在偏转元件上安装附加的塑料部分被制造，其中可以通过焊接进行所述安装。
这样，尤其是例如在塑料注射成型方法中可以借助于可移动的闸门（Schieber）将气囊引入到模制件（Formteil）中。此后，囊的开口气密地被焊接。如所提及的那样，气囊也可以通过将塑料元件烧焊到偏转元件上而产生。利用该方法，例如通过避免塑料上的由于收缩引起的凹陷，气囊的更好的成型是可能的。
优选地，气囊的不参与超声波的反射的后壁被构造为可移动的膜片。由此，可以吸收（aufnehmen）例如由于温度变化而在气囊中形成的压力波动。
附图说明
本发明接下来依据实施例结合附图详细地被解释。
图1示出了现有技术的超声波传感器的偏转元件的示意性剖面图；
图2示出了按照本发明的超声波传感器的偏转元件的示意性剖面图；和
图3示出了按照本发明的超声波传感器的偏转元件的另一实施形式的示意性剖面图。
具体实施方式
在图1中，只示出了现有技术的超声波传感器的也用作接收器的超声波发生器1以及声偏转元件10。由超声波发生器1所发射的声脉冲穿过液体罐的底部壁7，例如尿素溶液被包含在所述液体罐中。利用所述超声波传感器应该通过超声波传播时间测量来确定尿素溶液的浓度。在此，在偏转元件10之内被偏转的声脉冲2在水平走向的声路中到达反射器，从那儿被反射回并且又通过偏转元件10到达也作为接收器工作的声发生器1。
现有技术的这里所示出的偏转元件10具有在剖面大约为三角形的塑料模制件3，所述塑料模制件3在其斜面上承载由不锈钢制成的金属镜面元件4。这样的实施形式的缺点已经在上文被探讨过。
在按照本发明被构造的偏转元件11的在图2中所示出的实施形式中，气囊6被集成到塑料模制件3中。该气囊6的开口气密地被焊接，如通过焊缝4所勾画出的那样。在这种情况下，气囊6的由塑料模制件3形成的后壁5在一定程度上被实施为可移动的膜片，以便可以补偿在气囊6之内的压力波动。
在该实施形式中，由声发生器1所发射的超声波脉冲到达塑料/空气界面12，所述塑料/空气界面12由矩形气囊6的长壁（Laengswand）形成。在该界面12上进行脉冲2通过反射的偏转。因为如在现有技术中那样，这里不存在塑料/金属连接表面，所以不要期望由于老化而改变该面的偏转或反射特性。
图3示出了本发明的另一实施形式。在这种情况下，偏转元件11由塑料模制件3构成，另一被装配的塑料模制件8与所述塑料模制件3被焊接在一起，如通过焊缝4所勾画出的那样。所述另一模制件具有形成相对应的气囊6的空腔。在气囊6与模制件3之间的界面12上进行由声发生器1所发射的声脉冲2的所希望的偏转或反射。

Claims (8)

1.用于在液体中执行传播时间测量的超声波传感器，其具有超声波发生器和由塑料制成的偏转元件，由超声波发生器所发射的超声波脉冲被引导到所述偏转元件中并且在所述偏转元件之内的界面上通过反射被偏转，其特征在于，严密地密封的气囊（6）被布置在所述偏转元件（11）的内部，所述气囊（6）的壁形成用于反射超声波脉冲（2）的塑料/空气界面（12）。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，为了将超声波脉冲（2）从垂直声路偏转到水平声路中，所述塑料/空气界面（12）具有倾斜的状况。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述气囊（6）在横截面方面被构造为矩形的，其中塑料/空气界面（12）由矩形的长边形成。
4.根据上述权利要求之一所述的超声波传感器，其特征在于，所述偏转元件（11）被布置在液体罐的底部（7）上。
5.根据上述权利要求之一所述的超声波传感器，其特征在于，超声波发生器（1）被布置在液体罐的底部壁（7）的下侧上，而偏转元件（11）对置地被布置在液体罐的底部壁（7）的上侧上。
6.根据上述权利要求之一所述的超声波传感器，其特征在于，所述气囊（6）通过气囊（6）的注射成型和紧接着的焊接被制造。
7.根据权利要求1至5之一所述的超声波传感器，其特征在于，所述气囊（6）通过在偏转元件（3）上安装附加的塑料部分（8）被制造。
8.根据上述权利要求之一所述的超声波传感器，其特征在于，所述气囊（6）的不参与超声波的反射的后壁（5）被构造为可移动的膜片。
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