CN108355531B - 一种车用尿素溶液制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用尿素溶液制备装置，涉及环保领域，包括：搅拌腔、设置于所述搅拌腔内的搅拌器、第一物料进料口、第二物料进料口、安装于所述搅拌腔侧部横向而出的凸起部上的折光率检测装置以及主控制器模块；所述凸起部底部和顶部为平整形，所述凸起部底部和顶部为透明材质；所述折光率检测装置包括与所述凸起部相匹配的凹腔、设置于所述凹腔顶部的光束发射模块以及设置于所述凹腔底部的光束接收模块。本发明通过凸起部和折光率检测模块配合实现折光率在线测试，通过在线测试获得的折光率判断是否需要增加第一物料或第二物料，有效提高车用尿素溶液浓度控制的精确性，提高车用尿素溶液的质量及其催化性能，实现环保。

Description

一种车用尿素溶液制备装置

技术领域

本发明涉及环保领域，特别涉及一种车用尿素溶液制备装置。

背景技术

SCR方案在国Ⅳ柴油车尾气排放处理系统中具有明显优势，而车用尿素是SCR方案的必需添加剂。由于各国的环境保护部门提出进一步减少柴油机排放放的氮氧化物污染物。国内俗称欧IV标准。发动机生产商开始使用SCR技术(Selective Catalytic ReductionTechnology选择性催化还原技术)来达到环保部门的要求。柴油机尾气处理液(国内俗称为：汽车尿素，车用尿素，汽车环保尿素)，是SCR技术中必须要用到的消耗品。

目前，车用尿素溶液生产是通过高纯水和高纯尿素混合搅拌形成车用尿素溶液，二者的比例是通过事先计算获得。由于是事先计算，二者生产完成后在水分蒸发或者物料入料不准确的情况下不容易对车用尿素溶液浓度进行调整。同时，现有技术也没有很好的车用尿素溶液在线测试的技术方案。

发明内容

有鉴于现有技术的上述至少一部分的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种车用尿素溶液生产控制方法，旨在通过在线测试车用尿素溶液搅拌腔内的溶液折光率，并通过折光率进行再次添加物料，实现车用尿素溶液浓度的控制，提高良品率。

为实现上述目的，在本发明中提供一种车用尿素溶液制备装置，所述装置包括：搅拌腔、设置于所述搅拌腔内的搅拌器、第一物料进料口、第二物料进料口、安装于所述搅拌腔侧部横向而出的凸起部上的折光率检测装置以及主控制器模块；所述凸起部底部和顶部为平整形，所述凸起部底部和顶部为透明材质；所述折光率检测装置包括与所述凸起部相匹配的凹腔、设置于所述凹腔顶部的光束发射模块以及设置于所述凹腔底部的光束接收模块；所述光束发射模块所发出的第一光束为倾斜入射进入所述凸起部；

所述主控制器模块还包括：

本征偏移距离求解模块，用于在所述凸起部为放空状态下，采集所述光束发射模块发出的第一光束与光束接收模块接收的第二光束二者之间的第一本征偏移距离L₀；

实时采集偏移距离模块，用于在车用尿素生产工作中，响应于搅拌器停止工作，采集所述光束发射模块发出的第一光束和光束接收模块接收的第二光束的第二相对偏移距离L；

第一入射角获取模块，用于获取所述第一光束的第一入射角α；

凸起部的内高获取模块，用于获取所述第一光束的第一入射角α，获取所述凸起部的内高h；

折光率求解模块，用于求解所述车用尿素的折光率n；所述折光率满足：

折光率比较判断模块，用于将所述折光率与折光预设区间比较；若所述折光率属于所述折光预设区间，则生成第一响应；若所述折光率不属于所述折光预设区间，则生成车用尿素生产未完成指令；

物料添加模块，用于响应于所述车用尿素生产未完成指令，向所述搅拌腔增加第一物料或第二物料。

在该技术方案中，通过凸起部和折光率检测模块配合实现折光率在线测试，通过在线测试获得的折光率判断是否需要增加第一物料或第二物料，以便物料添加。采用该技术方案，有效提高车用尿素溶液浓度控制的精确性，提高车用尿素溶液的质量及其催化性能，提高SCR系统的柴油机尾气处理能力，实现环保。在该技术方案中，通过

充分考虑到凸起部透明材质的通光窗口的折光率，提高折光率求解精度。

可选的，所述凸起部位于所述搅拌腔的底部或中部。

在一具体实施例中，所述物料添加模块，还包括：

第一物料添加单元，用于响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加第一物料；

和/或第二物料添加单元，用于响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加第二物料。

在一具体实施例中，所述第一物料添加单元，还用于响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_1}的第一物料；所述

所述第二物料添加单元，还用于响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_2}的第二物料；所述

其中，所述M_{old_all}为当前车用尿素溶液总质量；所述η_set为车用尿素较优浓度设定值；所述η_old为车用尿素当前浓度值，所述η_old＝kn-b；所述k满足：3≤k≤7；所述b满足：4≤b≤10。

在该技术方案中，通过折射率对所添加的物料质量进行求解，以便提高车用尿素溶液浓度的精确度。

在一具体实施例中，所述k以及所述b可以通过标准实验检测各个浓度的折光率，并进行线性回归获得。

在一具体实施例中，所述主控制器与所述搅拌器的开启关闭控制端连接；所述响应于搅拌器停止工作是指所述主控制器控制所述搅拌器处于关闭状态。

在一具体实施例中，所述车用尿素溶液生产装置还包括安装于所述搅拌器上的振动采集器，用于采集所述搅拌器的工作状态，所述振动采集器的输出端与所述主控制器的输入端连接。

在一具体实施例中，所述光束发射模块所发出的光束相对于凸起部的入射角为5°-85°。

在一具体实施例中，所述第一物料为车用尿素，所述第二物料为高纯水。

本发明的有益效果是：在本发明中，通过凸起部和折光率检测模块配合实现折光率在线测试，通过在线测试获得的折光率判断是否需要增加第一物料或第二物料，以便物料添加。本发明有效提高车用尿素溶液浓度控制的精确性，提高车用尿素溶液的质量及其催化性能，提高SCR系统的柴油机尾气处理能力，实现环保。本发明通过

充分考虑到凸起部透明材质的通光窗口的折光率，提高折光率求解精度。此外，通过折射率对所添加的物料质量进行求解，以便提高车用尿素溶液浓度的精确度。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式提供的一种车用尿素溶液制备装置电路框图；

图2是本发明一具体实施方式提供的一种车用尿素溶液制备装置的结构示意图；

图3是本发明一具体实施方式的生产控制方法中折光率求解的光路图；

图4是本发明一具体实施方式提供的一种车用尿素溶液生产控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

折光率定义：n＝c1/c2，其中c1、c2表示在不同介质里的光速。比如光在玻璃里的速度是在真空中的0.75倍，那么玻璃相对真空的折光率为1.333。在本发明中，折光率是指车用尿素溶液相对于空气的折光率。

在一定温度下尿素溶液的折光率与浓度有着对应关系，测量折光率有助于辅助验证车用尿素溶液的浓度。当然，但折光法不是直接方法，如果溶液中含有其他成分，会影响折光率。而在车用尿素溶液生产过程中，企业自身为了保证车用尿素溶液质量，进行内部监管，并不会增加其它成分。并且，即使增加其它成分，例如低温尿素溶液生产增加醇类有机物，在内部管控车用尿素溶液折光率也是呈线性、可控、且具有参考价值。

如图1-4所示，在本发明第一实施例中，提供一种车用尿素溶液制备装置，所述装置包括：搅拌腔101、设置于所述搅拌腔内的搅拌器104、第一物料进料口102、第二物料进料口103、安装于所述搅拌腔侧部横向而出的凸起部105上的折光率检测装置106以及主控制器模块107；所述凸起部底部和顶部为平整形，所述凸起部底部和顶部为透明材质；所述折光率检测装置106包括与所述凸起部相匹配的凹腔、设置于所述凹腔顶部的光束发射模块1061以及设置于所述凹腔底部的光束接收模块1062；所述光束发射模块1061所发出的第一光束为倾斜入射进入所述凸起部；

所述主控制器模块107还包括：

本征偏移距离求解模块1071，用于在所述凸起部为放空状态下，采集所述光束发射模块1061发出的第一光束与光束接收模块1062接收的第二光束二者之间的第一本征偏移距离L₀；

实时采集偏移距离模块1702，用于在车用尿素生产工作中，响应于搅拌器104停止工作，采集所述光束发射模块1061发出的第一光束和光束接收模块1062接收的第二光束的第二相对偏移距离L；

第一入射角获取模块1703，用于获取所述第一光束的第一入射角α；

凸起部的内高获取模块1704，用于获取所述第一光束的第一入射角α，获取所述凸起部的内高h；

折光率求解模块1705，用于求解所述车用尿素的折光率n；所述折光率满足：

折光率比较判断模块1706，用于将所述折光率与折光预设区间比较；若所述折光率属于所述折光预设区间，则生成第一响应；若所述折光率不属于所述折光预设区间，则生成车用尿素生产未完成指令；

物料添加模块1707，用于响应于所述车用尿素生产未完成指令，向所述搅拌腔增加第一物料或第二物料。

可选的，所述凸起部位于所述搅拌腔的底部或中部。

在本实施例中，所述物料添加模块1707，还包括：

第一物料添加单元，用于响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加第一物料；

和/或第二物料添加单元，用于响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加第二物料。

在本实施例中，所述第一物料添加单元，还用于响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_1}的第一物料；所述

所述第二物料添加单元，还用于响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_2}的第二物料；所述

其中，所述M_{old_all}为当前车用尿素溶液总质量；所述η_set为车用尿素较优浓度设定值；所述η_old为车用尿素当前浓度值，所述η_old＝kn-b；所述k满足：3≤k≤7；所述b满足：4≤b≤10。

值得一提的是，在本实施例中，所述k以及所述b可以通过标准实验检测各个浓度的折光率，并进行线性回归获得。

在本实施例中，所述主控制器与所述搅拌器的开启关闭控制端连接；所述响应于搅拌器停止工作是指所述主控制器控制所述搅拌器处于关闭状态。

在另一实施例中，所述车用尿素溶液生产装置还包括安装于所述搅拌器上的振动采集器108，用于采集所述搅拌器的工作状态，所述振动采集器的输出端与所述主控制器的输入端连接。

在本实施例中，所述光束发射模块所发出的光束相对于凸起部的入射角为5°-85°。

在本实施例中，所述第一物料为车用尿素，所述第二物料为高纯水。

值得一提的是，所述平整形是为了折光率检测时能够方便检测车用尿素溶液的折光率，所述凸起部底部和顶部为透明材质是为了折光率检测装置的光束能够穿射。

值得一提的是，所述第一光束和所述第二光束的光斑为点状或者相平行的线状。

可选的，在生产过程中，所述第一物料和所述第二物料的第一次加料是通过直接计算配料比进行加料；在搅拌完后，对折光率进行检测，若折光率不符合，则进行加料处理，以便实现生产的车用尿素浓度适宜。

可选的，在一具体实施例中，车用尿素为标准浓度，即η_set＝32.5％，该浓度是按质量分数；在其它实施例中，根据企业内部或者当地标准进行确定η_set值。

可选的，在一具体实施例中，车用尿素的当前浓度可以通过折光率进行求解换算；尿素溶液的浓度和折光率近似成线性关系，如表1所示，在温度20°的标准大气压下，对各个浓度的车用尿素进行折光率测试，通过求解获得折光率与浓度的线性回归方程，即η_old＝4.82759n-6.35083。值得一提的是，国标GB29518-2013(车用尿素水)中指出车用尿素浓度为：31.8％-33.2％，表1中给出了浓度29.5％-32％的折光率测试数据，一方面工业制造工艺的首次投料误差都在该范围内，同时，在该区间内线性回归性较好。

表1.车用尿素浓度与折光率关系表

浓度	29.5％	30.0％	30.5％	31.0％	31.5％	32.0％
							折光率	1.3766	1.3777	1.3787	1.3797	1.3808	1.3818
浓度	32.5％	33.0％	33.5％	34.0％	34.5％	35.0％
							折光率	1.3829	1.3839	1.3849	1.3860	1.3870	1.3880

此外，根据各个生产工艺温度的不同，各个厂可以根据自己的工艺条件进行浓度与折光率的线性关系进行测试。

可选的，η_old＝kn-b；所述k满足：3≤k≤7，所述b满足：4≤b≤10。

值得一提的是，在本实施例中，在折光率不满足预设区间时，需要对增加第一物料或第二物料，其公式推导如下：

当折光率过低时，第一物料高纯尿素含量少，需增加高纯尿素；此时，新增第一物料质量M_{new_1}、当前物料总质量M_{old_all}、当前车用尿素浓度η_old以及目标车用尿素浓度η_set满足：

上式经推导可得：

当折光率过低时，第二物料高纯水含量较低，需增加高纯水；此时，新增第二物料质量M_{new_2}、当前物料总质量M_{old_all}、当前车用尿素浓度η_old以及目标车用尿素浓度η_set满足：

上式经推导可得：

值得一提的是，当前物料总质量M_{old_all}可以通过质量测量获得。

如图3所示，给出了折光率测量原理的光路图；在图2中，光路S1是所述凸起部为放空状态下的光路，光路S2是凸起部载满车用尿素溶液下的光路。

由几何光学可知：

由几何关系可知：

由(2)式推导可知：D＝htanα-L+L₀(3)

其中，如图3所示，所述D为液内折射偏移长度；

由几何关系可知：

即，

将式(5)代入(1)可得：

以上为折光率求解推导。

如图1-4所示，在本发明第一实施例中，提供一种车用尿素溶液生产控制方法，所述方法用于车用尿素溶液生产装置生成车用尿素溶液，所述车用尿素溶液生产装置包括搅拌腔101，所述搅拌腔101内设置有搅拌器104；所述搅拌腔101包括侧部横向而出用于安装折光率检测装置106的凸起部105，所述凸起部105底部和顶部为平整形，所述凸起部105底部和顶部为透明材质；所述折光率检测装置106包括与所述凸起部105相匹配的凹腔、设置于所述凹腔顶部的光束发射模块1061以及设置于所述凹腔底部的光束接收模块1062；所述光束发射模块1061所发出的第一光束为倾斜入射进入所述凸起部105；所述光束发射模块1061发出的第一光束透射入所述搅拌腔101的所述凸起部105内，并由所述光束接收模块1062接收；此外，搅拌腔101还包括第一物料投料口102和第二物料投料口103，所述方法包括：

在所述凸起部为放空状态下，采集所述光束发射模块发出的第一光束与光束接收模块接收的第二光束二者之间的第一本征偏移距离L₀；所述放空状态是指所述凸起部内无车用尿素溶液，以便获得所述第一本征偏移距离；可选的，在所述放空状态下，所述搅拌器处于关闭状态；

在车用尿素生产工作中，响应于搅拌器停止工作，采集所述光束发射模块发出的第一光束和光束接收模块接收的第二光束的第二相对偏移距离L，获取所述第一光束的第一入射角α，获取所述凸起部的内高h；

求解所述车用尿素的折光率n；所述折光率满足：

将所述折光率与折光预设区间比较；若所述折光率属于所述折光预设区间，则生成第一响应；若所述折光率不属于所述折光预设区间，则生成车用尿素生产未完成指令；

响应于所述车用尿素生产未完成指令，向所述搅拌腔增加第一物料或第二物料。

可选的，所述第一响应包括但不限于声光提醒、振动提醒、程序指令。

在本实施例中，所述响应于所述车用尿素生产未完成指令，向所述搅拌腔增加第一物料或第二物料，还包括：

响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加第一物料；

或响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加第二物料。

在本实施例中，所述方法，还包括：

响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_1}的第一物料；所述

或响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_2}的第二物料；所述

其中，所述M_{old_all}为当前车用尿素溶液总质量；所述η_set为车用尿素较优浓度设定值；所述η_old为车用尿素当前浓度值，所述η_old＝kn-b；所述k满足：3≤k≤7；所述b满足：4≤b≤10。

值得一提的是，在本实施例中，所述k以及所述b可以通过标准实验检测各个浓度的折光率，并进行线性回归获得。

在本实施例中，所述车用尿素溶液生产装置还包括主控制器，所述主控制器与所述搅拌器的开启关闭控制端连接；所述响应于搅拌器停止工作是指所述主控制器控制所述搅拌器处于关闭状态。

在另一实施例中，所述车用尿素溶液生产装置还包括安装于所述搅拌器上的振动采集器，用于采集所述搅拌器的工作状态。

值得一提的是，所述工作状态包括开启状态和关闭状态。

所述振动采集器，包括但不限于采用声纳采集、搅拌器形变采集，亚敏采集，以便获知搅拌器是否处于工作状态。

值得一提的是，可选的，光束发射模块发出激光或红外光或可见光。可选的，光束接收模块包括光接收阵列，通过接收光束位于阵列中的位置，确定光束偏移距离。可选的，光束接收模块包括一光敏面板，通过光敏面板上接收光束位置去顶光束偏移位置。

值得一提的是，可选的，搅拌腔安装有称重单元以便获得腔内车用尿素总质量；可选的，第一物料入料口连接第一物料入料装置，所述第一物料入料装置包括物料称重模块以及进料控制模块，第二物料入料口连接第二物料入料装置，所述第二物料入料装置包括物料称重模块以及进料控制模块，相关技术参照车用尿素投料现有技术，这里不再赘述。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述装置包括：搅拌腔、设置于所述搅拌腔内的搅拌器、第一物料进料口、第二物料进料口、安装于所述搅拌腔侧部横向而出的凸起部上的折光率检测装置以及主控制器模块；所述凸起部底部和顶部为平整形，所述凸起部底部和顶部为透明材质；所述折光率检测装置包括与所述凸起部相匹配的凹腔、设置于所述凹腔顶部的光束发射模块以及设置于所述凹腔底部的光束接收模块；所述光束发射模块所发出的第一光束为倾斜入射进入所述凸起部；

所述主控制器模块还包括：

本征偏移距离求解模块，用于在所述凸起部为放空状态下，采集所述光束发射模块发出的第一光束与光束接收模块接收的第二光束二者之间的第一本征偏移距离L₀；

实时采集偏移距离模块，用于在车用尿素生产工作中，响应于搅拌器停止工作，采集所述光束发射模块发出的第一光束和光束接收模块接收的第二光束的第二相对偏移距离L；

第一入射角获取模块，用于获取所述第一光束的第一入射角α；

凸起部的内高获取模块，用于获取所述第一光束的第一入射角α，获取所述凸起部的内高h；

折光率求解模块，用于求解所述车用尿素的折光率n；所述折光率满足：

折光率比较判断模块，用于将所述折光率与折光预设区间比较；若所述折光率属于所述折光预设区间，则生成第一响应；若所述折光率不属于所述折光预设区间，则生成车用尿素生产未完成指令；

物料添加模块，用于响应于所述车用尿素生产未完成指令，向所述搅拌腔增加第一物料或第二物料。

2.如权利要求1所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述物料添加模块，还包括：

第一物料添加单元，用于响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加第一物料；

和/或第二物料添加单元，用于响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加第二物料。

3.如权利要求2所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于：

所述第一物料添加单元，还用于响应于所述折光率小于所述折光预设区间的最小值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_1}的第一物料；所述

所述第二物料添加单元，还用于响应于所述折光率大于所述折光预设区间的最大值，向所述搅拌腔增加质量为M_{new_2}的第二物料；所述

其中，所述M_{old_all}为当前车用尿素溶液总质量；所述η_set为车用尿素较优浓度设定值；所述η_old为车用尿素当前浓度值，所述η_old＝kn-b；所述k满足：3≤k≤7；所述b满足：4≤b≤10。

4.如权利要求3所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述k以及所述b可以通过标准实验检测各个浓度的折光率，并进行线性回归获得。

5.如权利要求1所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述主控制器与所述搅拌器的开启关闭控制端连接；所述响应于搅拌器停止工作是指所述主控制器控制所述搅拌器处于关闭状态。

6.如权利要求1所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述车用尿素溶液制备装置还包括安装于所述搅拌器上的振动采集器，用于采集所述搅拌器的工作状态，所述振动采集器的输出端与所述主控制器的输入端连接。

7.如权利要求1所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述光束发射模块所发出的光束相对于凸起部的入射角为5°-85°。

8.如权利要求1所述的一种车用尿素溶液制备装置，其特征在于，所述第一物料为车用尿素，所述第二物料为高纯水。

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