CN105556258B - 包括超声传感器的液体箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括用于测量在液体箱中的液体内的传播时间的超声传感器的液体箱，所述箱包括发射器/接收器和呈圆柱的形式的第一反射器与第二反射器。本发明的目的为制造一种液体箱，其中超声传感器的特征在于其简单制造，具有特别高的测量准确度，所述超声传感器设置在液体箱的基部上并且两个反射器设计为固定圆柱。

Description

包括超声传感器的液体箱

技术领域

本发明涉及一种具有超声传感器的液体箱，所述超声传感器用于测量在位于箱中的液体中的传播时间。

背景技术

在借助于超声波测量传播时间期间，超声波由发射器发射，通过不确定的距离且随后碰撞在接收器上。

传播速度和距物体的距离是已知的，因此可确定波的传播时间。由于发射器（超声换能器）为发射器-接收器组合，发射的声波必须经历反射以便能够再次感测。为此使用设置在声音路径中的反射器。

如果测量系统由不同材料组成，则出现多个问题。由于材料的不同热膨胀系数，由改变温度导致的膨胀在多个点处不等。

这引起测量距离的改变并且篡改参考距离。如果例如由不锈钢制成的反射器附接到塑料外壳，则当温度存在改变时发射器-接收器组合与反射器之间的距离将改变。此外，由于部件的老化，不可确保系统的令人满意的功能。如果在机械结构使用寿命期间的各个点处发生各个部件的膨胀、旋转、应力或其他磨损，则不可排除对测量元件的不利影响。为了限制这些影响，利用两个反射器（参考件）执行测量。在这种情况下，应当注意两个反射器面或参考件面由相同材料或相同永久连接的部件组成，以便限制提及的影响，例如单一材料的热、膨胀或老化。这里不再测量发射器-反射器-接收器之间距离的传播时间，但替代地距不同距离的两个反射器面（参考件面）之间传播时间的差值。

位于填充有液体的闭合容器（箱）中的超声传感器是已知的。传感器的目的为借助于传播时间测量确定液体的浓度。此外，在这种情况下，当前填充水平待被测量。在这种情况下，机械结构以这种方式设置，即由发射器/接收器输出的声波的一部分在具有两个反射器的参考结构处反射。另一部分波经由镜导向到液体的表面，以便确定填充水平。

这里以水平（平面的）方式设置参考结构，其中通过共用参考结构的平面的面形成两个反射器，所述平面的面距发射器/接收器不同距离。该水平参考结构具有不直接位于声音路径中的优势，其结果为信号的极大部分不被屏蔽并且因此填充水平测量是可能的。

由于这种超声传感器的参考结构的整体高度仅是相对小的，这里可导致测量篡改的污垢积累的风险非常大。在以这种方式实施的相对平坦参考结构的情况下，可引起不同发射角的声束的超声换能器的制造公差还对测量准确度起到相对明显的程度。最终，具有平面参考面的此类参考结构存在以下问题：当容器补给燃料时，空气气泡还扫过或产生并且寄留在各种部件处，这可导致测量篡改或完全被阻止。在升高的温度的情况下，如果由于补给燃料过程这尚未发生，则气泡还可由于除气形成于系统中。此气泡可妨碍测量系统，特别地可引起可使测量结果篡改的多个反射或不期望的信号偏转。

具有用于测量在位于箱中的液体中的传播时间的超声传感器的液体箱已知于DE15 48 930 A。在该公布中，描述了用于测量液体水平的超声设备。这里超声波路径相对于液体的水平垂直行进，并且反射器以水平圆柱的形式设置。

US 6,360,599 B1公开了用于测量液体水平的设备和方法。在该设备中，超声路径还相对于液体的水平垂直行进，并且提供以水平方式设置的圆柱形反射器。

DE 10 2006 017 284 A1涉及用于测量管道中液体填充水平的设备，其具有设置在液体箱的底板上的超声传感器。这里使用平面反射器。

描述在WO 2009/074428 A1中并且具有测量容器中液体的填充水平的目的的设备具有设置在容器的底板上的超声传感器并且具有具体实施为管形的对应的声传导体。

发明内容

本发明是基于提供具有用于测量在位于箱中的液体中的传播时间的超声传感器的液体箱的目的，所述液体箱的超声传感器特点是特别高准确度连同简单制造的可能性。

根据本发明在如下类型的液体箱中来实现这个目的：

一种具有用于测量在位于箱中的液体中的传播时间的超声传感器的液体箱，所述箱包括：发射器/接收器和具体实施为圆柱形式的第一反射器与第二反射器，其特征在于，所述超声传感器设置在所述液体箱的底板上，并且所述两个反射器具体实施为直立圆柱。

术语“圆柱”应理解为这里意指如果其侧向表面的至少一部分以弯曲方式具体实施，信号碰撞在所述侧向表面上，根据需要具体实施的此基础表面。圆形圆柱和直立圆柱（其中轴线垂直于基础表面行进）是优选的。

已知平坦的平面反射器特点是高强度的反射信号。根据本发明，相比之下由于使用的圆柱，特别地圆形圆柱，低信号强度的信号被接受，因为可利用圆柱形式的此反射器实现一系列其他优势。根据本发明具体实施的传感器对积累在箱等的底板上的污垢相对不敏感，因为反射器未具体实施为水平结构，而是以具有相对高的整体高度的直立圆柱的形式具体实施。对发射器（声束）的制造变型的一定程度的不敏感性也以这一点实现。此外，圆柱的圆表面阻碍气泡的粘附，因为不存在水平面。

凭借根据本公开的传感器对由反射器的旋转或位置公差造成的机械公差相对不敏感的事实，实现一个特别的优点。特别地，如果反射器呈圆形圆柱的形式，相比于平面参考件，仅存在小的角度相关性或毫无角度相关性，因为由于圆形圆柱的旋转对称，几何反射范围从辐射撞击的各个角度是相同的。

就反射范围而言，反射圆柱的直径仅起次要作用。如果使用小直径，但在同时具有一定部件高度，则圆柱可设置成非常靠近发射的声波的主束的区域，而不过度地覆盖后者。因为反射圆柱的整体高度可自由地选择，反射器脚部上的颗粒沉积物如所提及的并不是棘手的，其结果是整个系统因此对污垢不敏感。

由于自由可选的整体高度，还降低了由换能器的制造变型造成的声束的发射角偏差的不利影响。如果声波不水平发射，则位于声锥中的面的尺寸将更小，这是考虑到常规的横卧参考结构，其引起接收的声波的弱化。这种影响利用作为棒反射器的反射器的所描述的设计显著抵消。

此外，作为平面反射器的参考结构的制造在技术上更复杂，因为就取向和公差而言，部件经受某些规则。目前，它们被研磨、冲击或弯曲。当使用线反射器时，与这里使用圆形圆柱的情况相同，技术复杂性降低，因为任何直径的圆形材料可以以成品形式作为棒材料使用。在直径的情况下由于相对高程度的独立性，这里公差也不存在特别的问题。

在本发明的一个改进形式中，两个反射器设置在由与反射器相同的材料组成的共用板上。因此，特别地避免了不同热膨胀系数的问题。此外，超声传感器可具有镜，其设置在超声路径中在两个反射器后面并且具有偏转声音的目的。如已提及，两个反射器优选具有相对小直径，其结果是它们不显著地妨碍声音传播到用于偏转声音的镜。

超声传感器优选用于测量液体的浓度。其可另外用于测量液体的填充水平，镜将声音对应的偏转用于这个目的。传感器设置在液体箱的底板上并且在这里优选用于借助于所执行的传播时间测量，测量位于箱中的液体的浓度。此外，箱中的液体水平可借助于对应的传播时间测量来测量。

具体地，根据本发明具体实施的超声传感器可用于测量箱中尿素溶液的浓度。此箱位于机动车辆中并且用于携带进给到机动车辆的排气中的尿素溶液以便降低其中的NO_x浓度。

附图说明

下面将借助于示例性实施例并结合附图，详细说明本发明，在附图中：

图1为发射器/接收器和反射器的示意图，其中一方面反射器提供有平面反射面并且另一方面反射器提供有圆形反射面，以及

图2示出具有直立圆柱形式的两个反射器的超声传感器的示意性设计。

具体实施方式

图1在上图中示出发射器/接收器1和具有平面反射面的反射器2的示意图。在上图的图示中，反射器2采取其精确位置，结果是反射束平行于入射束行进。利用这种布置，超声传播时间的精确测量是可能的。

在中间图的图示中，反射器2相对于上部图示的位置旋转。因此反射的束偏转并且不再直接碰撞在接收器上，这需要信号的严格筛选。存在于图1的下部图的棒反射器3不发生这种效果。借助这种呈直立圆柱形式的这种棒反射器3，不存在这样的角度相关性，这是因为，由于圆柱的旋转对称，几何反射范围从辐射撞击的每个角度是相同的。这种呈直立圆形圆柱形式的棒反射器用于根据本发明具体实施的超声传感器。

图2为设置在液体箱、例如容纳尿素溶液的箱的底板8上的超声传感器的设计的示意图。发射器/接收器1输出呈声束形式的超声波（未示出），其中心轴线几乎水平地行进。超声波传播通过存在于箱中的液体并且在这里碰撞在具有两个反射器4、5的参考结构上，所述两个反射器4、5各自呈直立圆形圆柱的形式。两个反射器4、5附接到共用板6。反射器4、5和板6由相同材料组成。

反射器4、5设置在超声波路径中，以这种方式尽管它们设置成非常靠近发射的声波的主束的区域，但它们不过度地覆盖该区域。形成为直立圆柱的反射器4、5对旋转或位置公差相对不敏感，对污垢（接近地面的颗粒的沉积）不敏感并且相对于发射器/接收器的制造变型不敏感。它们阻碍气泡的粘附并且易于制造。

由发射器/接收器1发射的声波线性地碰撞在两个反射器4、5上。所反射的波由发射器/接收器1接收。位于箱中液体的浓度可由测量的传播时间确定。

由发射器/接收器1发射的声波还碰撞在镜7上并且从那里向上偏转。它们碰撞在液体的表面上并且从那里经由镜7反射回发射器/接收器。液体水平可由测量的传播时间确定。

Claims (5)

1.一种液体箱，其具有用于测量在位于该液体箱中的液体中的传播时间的超声传感器，所述超声传感器包括：发射器-接收器组合和具体实施为圆柱形式的两个反射器，其特征在于，所述超声传感器设置在所述液体箱的底板（8）上，并且所述两个反射器（4，5）具体实施为在所述液体箱的底板（8）上的直立圆柱，所述两个反射器（4，5）设置在由与所述两个反射器（4，5）相同的材料组成的共用板（6）上且设置在由所述发射器-接收器组合输出的呈声束的形式的超声波的路径中，所述声束的中心轴线水平延伸。

2.如权利要求1所述的液体箱，其特征在于，所述液体箱具有设置在超声波路径中在所述两个反射器（4，5）后面并且具有偏转声音的目的的镜（7）。

3.如权利要求1或2所述的液体箱，其特征在于，所述超声传感器用于测量液体的浓度。

4.如权利要求2所述的液体箱，其特征在于，所述超声传感器另外用于测量液体的填充水平。

5.如权利要求1或2所述的液体箱，其特征在于，所述超声传感器用于测量所述液体箱中尿素溶液的浓度。

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