CN106768160A - 一种电加热式尿素液位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电加热式尿素液位传感器，包括底座、加热管、尿素温度传感器、处理器，加热管、温度传感器、处理器均安装在底座上，处理器与发动机ECU通讯连接，控制器内设置电流测量模块；加热管包括加热管外壳，加热管外壳内安装有内层PTC加热片和外层PTC加热片，内层PTC加热片发热功率低于外层PTC加热片发热功率，在加热管下部设有加热温度传感器，在加热管上部设有通气孔。本发明取消传统的水加热方式，改为电加热方式，处理器分析加热管加热功率并结合加热管温度传感器以及尿素温度传感器的温度数据，可以精确得出尿素液位信号。

Description

一种电加热式尿素液位传感器

技术领域

本发明涉及一种电加热式尿素液位传感器，应用于柴油机尾气后处理领域。

背景技术

随着商用车国Ⅳ排放法规的实施，整车必须加装氮氧化物(NOx)排放后处理装置。

中国中重型柴油机普遍采用选择性催化还原(SCR)技术路线，即将标准车用尿素水溶液喷射到排气中，使用其分解产生的氨气(NH₃)对NOx进行选择性催化还原，生成无害的氮气(N₂)和水(H₂O)。

尿素喷射系统需要尿素箱及尿素液位传感器，尿素液位传感器功能不仅是用于测取尿素液位，同时还集成加热结构用于在冬季解冻尿素液，集成尿素温度传感器用于测取尿素液温度。

专利文献1(CN203858011U)公开了一种热端加热式热电偶液位传感器,包括加热丝、差分热电偶和绝缘材料与铠装套管,差分热电偶的一个结点位于加热丝的中间位置,另一个结点距加热丝一定的距离,加热丝、差分热电偶和绝缘材料铠装在铠装套管内,铠装套管加热端的表面设置沟槽,铠装套管加热端外设置防溅罩。本实用新型的优点在于：具有结构简单可靠、惯性小、反应迅速,抗干扰能力强,能在恶劣环境中能长期可靠地工作,可广泛用于核场等高可靠性要求的场合。

专利文献2(CN202033072U)公开一种带PTC加热体的液位传感器,包括有固定座、电子控制板、用于伸入载液箱内对其液体进行加热的PTC加热体、用于伸入载液箱体内的吸液管和电子管,其中,该固定座上设置有出液口,该出液口与前述吸液管相通,该电子控制板安装于固定座上,该PTC加热体通过导线连接于电子控制板上。藉此,通过将PTC加热体应用于液位传感器上以形成一种新型加热功能及方式的液位传感器,该PTC加热体配合应用于液位传感器的吸液管内或其外部,该PTC加热体具有加热功率大、热效率高、节能省电、自动恒温、不易损坏、使用寿命长、工作安全可靠等优点,以及,该PTC加热体的定位方式简单且稳固。

专利文献3(CN204388979U)公开了一种电加热磁性浮子液位计,包括外套管以及置于外套管内的内套管,内套管的上下两端分别与储液罐连通,所述外套管的轴线与内套管的轴线平行,在所述内套管的外圆周上安装有多个保护管,外套管的顶端开有与保护管相匹配的通孔,加热丝穿过通孔置于保护管内。本实用新型通过采用双层套管和插入式电加热方式对待测液体进行加温,并且外套管的轴线与内套管的轴线平行,使得外套管的内壁与内套管的外壁紧靠,提高浮子与翻柱之间的磁感应效率以保证检测数据的准确性。

对于专利文献1，每个液位位置都需要一个热电偶，因而成本高、精度低。

专利文献2和专利文献3均采用专用的浮子和磁性开关配合作为液位传感器，加热结构与液位结构分离，成本高、精度低，结构复杂。

发明内容

本发明提供一种电加热式尿素液位传感器，相比目前普遍采用的磁性开关式液位传感器，具有成本低、结构简单、输出连续的液位信号等优点。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种电加热式尿素液位传感器，包括底座、加热管、尿素温度传感器、处理器，加热管、温度传感器、处理器均安装在底座上，处理器与发动机ECU通讯连接；加热管包括加热管外壳，加热管外壳内安装有内层PTC加热片和外层PTC加热片，在加热管下部设有加热温度传感器，在加热管上部设有通气孔。

进一步地，所述内层PTC加热片发热功率低于外层PTC加热片发热功率。

进一步地，所述控制器内设置电流测量模块。

进一步地，处理器分析加热管加热功率并结合加热管温度传感器以及尿素温度传感器的温度数据，可以精确得出尿素液位信号：

当车辆需要测取尿素液位信号时，处理器控制内层PTC加热片工作；内层PTC加热片上部在空气中，下部浸入尿素；

设尿素液位为L₁，PTC加热片总长L，供电电压为U，根据单位长度电阻数据得到当前内层PTC加热片的上部分单位长度电阻为ρ₁，根据加热管温度传感器信号可得内层PTC加热片的下部分单位长度电阻为ρ₂，结合当前内层PTC加热片的电流I₁，则当前尿素液位：

L₁＝U/(ρ₂-ρ₁)/I₁-Lρ₁/(ρ₂-ρ₁)。

本发明具有以下优点：

不采用目前普遍使用的发动机冷却水加热方案，改为电加热方案，从而减少发动机到尿素箱的水管管路，能够降低成本、提高车辆布置设计灵活性。

通过算法结合电加热结构和温度传感器得出尿素液位，从而取消专用的尿素液位传感器，精度高、结构简单、成本低。

取消传统的水加热方式，改为电加热方式，节省大量水管材料费用和安装费用，具有成本低、结构简单、整车布置设计灵活等优点。

附图说明

图1所示为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方案。

一种电加热式尿素液位传感器，由底座1、加热管2、尿素温度传感器3、处理器4等构成。

加热管2、温度传感器3、处理器4安装在底座1上。处理器4与发动机ECU通讯连接，将尿素液温度、液位信号传输给ECU，同时接收加热尿素的指令以及环境温度。

加热管2包括内层PTC加热片201、外层PTC加热片202、加热管温度传感器203、加热管外壳204和加热管通气孔205。加热管外壳204内安装内层PTC加热片201、外层PTC加热片202，加热管温度传感器203布置在加热管2下部，通气孔205在加热管2上部。

PTC(Positive Temperature Coefficient)材料电阻随温度升高而增加，并且可以设定最高温度。内层PTC加热片201为高电阻材料，发热功率低，仅用于液位测试，外层PTC加热片202为低电阻材料，发热功率高，用于尿素液加热。控制器4可分别控制内层PTC加热片201和外层PTC加热片202的通断。

将内层和外层PTC材料各温度下单位长度电阻值写入控制器4，控制器4内置电流测量模块，可以测取PTC加热片201的电流I。

实施例：

当车辆需要测取尿素液位信号时，处理器4控制内层PTC加热片201工作。内层PTC加热片202上部在空气中，下部浸入尿素。由于上部空气热容低、导热差，上部PTC迅速加热至设定的最高温度。而下部尿素液热容大、导热好，同时内层PTC加热片201的功率较小，因此会热平衡在一个较低的温度。

设尿素液位为L₁，PTC加热片总长L，供电电压为U，根据单位长度电阻数据得到当前内层PTC加热片201的上部分单位长度电阻为ρ₁，根据加热管温度传感器203信号可得内层PTC加热片201的下部分单位长度电阻为ρ₂，结合当前内层PTC加热片201的电流I₁，则当前液位

L₁＝U/(ρ₂-ρ₁)/I₁-Lρ₁/(ρ₂-ρ₁)。

通过以上算法，可以得到尿素液连续的液位。

当车辆行驶存在颠簸时，由于测量的是加热管2内的尿素液位，而加热管2为一细管结构，所以充分限制了管内尿素液位的波动，可以得到较为精确的尿素液位。为保证加热管2内液位与尿素罐内液位一致，在加热管2上部设计通气孔205。

冬季当尿素液温度低于-11℃，即尿素结冰时，车辆需要对尿素进行解冻，控制器4控制外层PTC加热片202加热，根据尿素温度传感器3信号，控制尿素温度在-5℃～5℃范围内。

Claims (4)

1.一种电加热式尿素液位传感器，其特征在于，包括底座、加热管、尿素温度传感器、处理器，加热管、温度传感器、处理器均安装在底座上，处理器与发动机ECU通讯连接；加热管包括加热管外壳，加热管外壳内安装有内层PTC加热片和外层PTC加热片，在加热管下部设有加热温度传感器，在加热管上部设有通气孔。

2.如权利要求1所述的一种电加热式尿素液位传感器，其特征在于，所述内层PTC加热片发热功率低于外层PTC加热片发热功率。

3.如权利要求1所述的一种电加热式尿素液位传感器，其特征在于，所述控制器内设置电流测量模块。

4.如权利要求1所述的一种电加热式尿素液位传感器，其特征在于，当车辆需要测取尿素液位信号时，处理器控制内层PTC加热片工作；内层PTC加热片上部在空气中，下部浸入尿素；

设尿素液位为L₁，PTC加热片总长L，供电电压为U，根据单位长度电阻数据得到当前内层PTC加热片的上部分单位长度电阻为ρ₁，根据加热管温度传感器信号可得内层PTC加热片的下部分单位长度电阻为ρ₂，结合当前内层PTC加热片的电流I₁，则当前尿素液位：

L₁＝U/(ρ₂-ρ₁)/I₁-Lρ₁/(ρ₂-ρ₁)。