CN110806244B - 流体传感器和在感测系统中阻止气泡的方法 - Google Patents

流体传感器和在感测系统中阻止气泡的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于感测流体的至少一种特征的流体传感器，所述流体传感器包括：感测区；感测元件，其被布置用来感测位于感测区内的流体的特征；以及罩，其包括内部，所述罩布置用来：引导流体的液体部分沿着所述内部的弯曲的路径进入所述感测区，并且引导流体的气体部分沿着所述内部的弯曲的路径在向上的方向上从所述感测区离开并导出所述感测区。

Description

流体传感器和在感测系统中阻止气泡的方法
本申请是申请号为“201580021512.9”，申请日为“2015年5月19日”，申请人为“SSI技术有限公司”的、发明创造名称为“通过弯曲路径和传感器罩减少充气干扰”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于感测流体的系统。更具体地，本发明的实施例涉及用于减少测量中由液位和浓度传感器中的气泡(例如，被困在流体中的气体)引起的干扰的原理和技术。
背景技术
流体液位感测和流体浓度感测对于许多车辆应用是很重要的，这些车辆应用包括，例如，对选择催化抗柴油机排放控制系统中的柴油机废气处理液(DEF)的感测。选择催化还原(SCR)是一种通过催化还原将柴油机氮氧化物(NOx)排放物转化为双原子的良性的氮气(N2)和水(H2O)的方法。在该过程中使用了DEF。在洁净的柴油发动机中，SCR系统释放的NOx排放物几乎为零。
DEF为净化水和尿素的混合物。在一般的SCR系统中，DEF储存在车辆的箱中并且通过一个或多个注射器以与所燃烧的柴油燃料的比例为1:50的比例注射进废气中。注射区域(以雾的形式)与废气混合并且将废气中的NOx分解为氮气、水和二氧化碳。
当污染物(例如，柴油机燃料、水和乙二醇)与DEF混合后，减弱了DEF减少废气中NOx的能力。受污染的DEF可能对抗NOx系统造成损害。有足够多量的DEF可在SCR系统中使用同样重要。在所述箱中或附近，有一个或多个用于感测DEF特定性能的传感器。这些传感器可以包括，但不限于：用于检测箱中DEF剂量的液位传感器；用于检测箱中DEF品质的浓度传感器；和温度传感器。液位代表流体的量而浓度是代表了流体品质的一个特征。
发明内容
最近观察到SCR系统中的DEF流体能够变为充气的(即，以在流体中产生空气泡的方式与空气混合)。例如，在快速对箱或储液器进行DEF流体的灌装或重新灌装时会发生充气。充气同样发生在在剧烈的震动、箱内流体激烈的晃动时，或者当SCR系统的泵吸收了空气时出现在DEF流体的回流中。类似的充气也能发生在其他流体中，包括但不限于，汽油燃料、柴油机燃料、发动机润滑油、液压机流体和传动流体。
通常，精确的流体测量需要均匀的流体以通过该流体测定声速。当流体充气后超声波的路径被存在的气泡打散。这种声波干扰造成反射回波的损失(即，检测不到声速)并且因此造成不能精确测量流体。
相应地，在一实施例中，本发明提供一流体传感器，用于对流体的至少一个特征进行感测。该流体传感器包括感测区；感测元件，布置用来感测位于所述感测区的流体的特征；和带纹理区的罩。所述罩允许流体的液体部分进出感测区，并且基本上阻止流体的气体部分进入感测区。
在另一实施例中，本发明提供了一种阻止感测系统中气泡的方法，所述感测系统用于感测容纳在箱中的流体。该感测系统包括感测区和传感器。该方法包括将罩连接至感测系统，其中所述罩带有纹理区；通过纹理区将流体的液体部分和流体的气体部分分开；允许流体的液体部分进出感测区；阻止流体的气体部分进入感测区；以及对包含在感测区中的流体的特征进行感测。
在另一实施例中，本发明提供了一个可操作为对流体的特征进行感测的传感器。该传感器包括感测区，布置用来容纳流体；覆盖感测区的纹理区；和换能器。纹理区允许流体的液体部分进入感测区，并且基本上阻止流体的气体部分进入感测区。换能器输出声脉冲，所述声脉冲穿过容纳在感测区内的流体的液体部分，换能器接收反射的声脉冲，并基于所接收的声脉冲输出流体的特征。
在另一实施例中，本发明提供了一种罩，所述罩布置为覆盖传感器，所述传感器用来感测流体的至少一个特征。该罩包括主体，所述主体包括顶部和底部；立柱，连接至所述底部；外部；以及包括纹理区的内部。所述纹理区引导流体的液体部分朝向传感器的感测区，并引导流体的气体部分从传感器的感测区离开。
应当指出，本发明可适用于多种流体，流体包括但不限于，汽油燃料、柴油机燃料、发动机润滑油、液压机流体和传动流体，众所周知它们在晃动和剧烈的振动的条件下均会起泡。
本发明的其他方面将通过详细描述和附图变得明显。
附图说明
图1为用于感测流体的设备的侧视图。
图2为图1所述设备的立体图。
图3为在图1和图2中的设备使用的感测系统的截面图。
图4为图3所述感测系统的立体图。
图5为靴或罩的顶部立体图。
图6为图5中所述罩的底部立体图。
图7为与图3中所述感测系统连接时图5中的所述罩的立体图。
图8为与图3中所述感测系统连接时图5中的所述罩的侧视图。
图9示出了图5中所述罩的弯曲通道的一个实施例。
图10示出了图5中所述罩的弯曲通道的另一个实施例。
图11示出了图5中所述罩的弯曲通道的另一个实施例。
图12示出了图5中所述罩的操作的一个例子。
图13为与图3中所述感测系统连接时图5中的所述罩的立体图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明并不将其应用限制为以下描述中所列举的或者附图所示的构建细节及部件安排。本发明可以有其他实施例并且能够以多种方式实现或执行。
尽管此处所描述的本发明可以应用的，或者结合使用的有各种流体、燃料和油类(例如，汽油燃料、柴油机燃料、发动机润滑油、液压流体、传动流体等)和系统(例如，燃料等级、流体等级、浓度测量等)，但是此处所描述的本发明的实施例是参考用在SCR系统中的DEF进行描述的。
图1和图2示出了设备100，例如流体传感器，用于感测箱105中的流体。在此所示出的特别的实施例中，设备100还包括加热器。该加热器有特定的益处，但并不是为所有实施例所必需。如上所述，在一些实施例中，所述流体为DEF(例如，尿素溶液、液体尿素或者AdblueTM流体)。该流体可以有液体部分和气体部分。在一些实施例中，该气体部分包括气泡，或者其他气体，所述其他气体是通过例如箱的晃动使流体与空气混合而出现的。
设备100包括集管110，加热器回路115，拾取线120，返回线125，以及传感器模块或者系统130。集管110封住箱105内的流体。在一些实施例中，垫圈135将集管110密封至箱105。集管110包括多个管件和电气连接器140。在一些实施例中，所述多个管件包括拾取管件145、返回管件150、冷却剂输入管件155和冷却剂输出管件160。所述多个管件为流体运输或者导入、导出或者穿过箱105提供了各种通道。所述电气连接器140提供了传感器系统130到外部计算机系统(例如车辆数据总线)的电气连接。
图3和图4示出了传感器系统130。图3示出了传感器系统130的截面图。该传感器系统130包括顶部131和底部132。该传感器系统130包括印刷电路板(PCB)165和多个传感器(即传感器元件)。在所示出的实施例中，所述多个传感器包括浓度传感器170、液位传感器175和温度传感器180。在其他实施例中，该传感器系统130包括的传感器可以比在示出的实施例中所示出的更多或更少。所述多个传感器中的每一个电耦合至PCB165。在一些实施例中，该PCB165包括传感器控制系统，其除了其他方面作用以外，为所述多个传感器提供电力；分析来自所述多个传感器的数据；并且输出所分析的数据至其他的部件，例如外部的计算机。
浓度传感器170为浓度感测元件，其用于检测箱105内的流体的浓度(因此检测出品质)。浓度传感器170包括浓度超声波换能器200、测量通道205和浓度反射器210。浓度换能器200为感测元件，其被布置用来同时起发送器和接收器的作用。在一些实施例中，该浓度换能器200为压电式换能器。该测量通道205起感测区的作用，用于容纳待感测的流体。在操作时，浓度换能器200生成声波信号，其通过容纳在测量通道205中的流体，传播至浓度反射器210。该声波信号从浓度反射器210反射出并返回至浓度换能器200。该声波信号的浓度渡越时间(ToF)被输出至传感器系统130的传感器控制系统。尽管在所示出的实施例中显示了浓度传感器170，但是其他设备100的实施例不包括浓度传感器170。
液位传感器175是液位感测元件，用于检测箱105内流体的液位(因此检测出流体的量)。在所示出的实施例中，液位传感器175包括液位换能器215(例如但是不限定于压电式换能器)；液位感测管220(例如，液位聚集管)；和液位感测接收管221，其被布置用来接收液位感测管220并将该液位感测管220连接至传感器系统130。该液位换能器215同时起发送器和接收器的作用。液位感测管220起感测区的作用，用于容纳待感测的流体。在一些实施例中，该液位感测管220为8字型液位感测管，其拥有的两根管以如此的样式连接在一起，以至于当从方向A(图1)看时液位感测管220类似于数字8。一些液位传感器175的实施例还可以包括浮标。在此特别示出的实施例中，该液位传感器175包括位于液位感测管内220的浮标225。尽管在图3中描述为球体，该浮标225可以为其他形状，包括但不限于圆筒。该浮标225在容纳于箱105内的DEF溶液的表面漂浮。换能器生成声波信号，其传播且通过容纳于液位感测管220内的流体。该声波信号传播至浮标225。该声波信号由容纳于液位感测管220内的浮标225反射出，并返回至液位换能器215。在一不包括浮标225的实施例中，换能器生成声波信号，其通过包含在液位感测管220内的流体，传播至流体的表面。该声波信号由流体的表面反射出，并返回至液位换能器215。该声波信号的ToF输出至传感器控制系统。
温度传感器180为温度感测元件，用来检测箱105内流体的温度。在一实施例中，温度传感器180为热电偶。在另一实施例中，温度传感器180为热敏电阻。在又一实施例中，温度传感器180为电阻式温度传感器。在又一实施例中，温度传感器180为红外温度传感器。温度传感器180将所感测的温度输出至传感器控制系统。在一些实施例中，液位传感器175和温度传感器180结合成能同时感测液位和温度的传感器。在一些实施例中，浓度传感器170和温度传感器180结合成能同时感测流体浓度和温度的传感器。在其他实施例中，液位传感器175、温度传感器180和浓度传感器170结合成能同时感测所有三个检测值的传感器。
图5至图8示出了用于阻止或抑制气泡(即限制在流体内的空气或其他气体)流动的靴或者罩250。罩250覆盖传感器系统130的顶部131。罩250可以由橡胶或者类似柔韧的材料制成。在所示出的实施例中，罩250大体上为“L”形，有着主体255和立柱260。主体255有顶部265和底部270。立柱260在底部270连接至主体255。
罩250进一步包括内部275和外部280。罩250的内部275包括纹理区285。纹理区285使得流体跟随一个或多个弯曲的路径。所述一个或多个弯曲的路径被布置用来引导流体内的气泡(流体的气体部分)从一个或多个感测区(即检测通道205、液位感测管220等)离开，而液体部分被导向至所述一个或多个感测区。
所示的罩250的实施例还包括带出口295的垂直通气道290。垂直通气道290被布置用来使得滞留的气体部分(即滞留的气泡)从一个或多个感测区排出。由于滞留的气体部分的密度比液体小，又因为对流作用使得气体部分通过垂直通气道290从所述一个或多个感测区流出。一旦气体部分从感测区离开，气体部分将自由地向上漏出穿过箱105内的流体至流体表面。
图9示出了纹理区285的一个实施例。在某些实施例中，纹理区285覆盖罩250的整个内部275。在其他的实施例中，纹理区285部分地覆盖罩250的内部275。在所示出的实施例中，纹理区285包括多个微型出口300以便引导气体部分离开感测区。
图10示出了纹理区285的另一个实施例。在所示出的实施例中，纹理区285包括多个微型空腔305以便引导气体部分离开感测区。
图11示出了纹理区285的另一个实施例。在所示出的实施例中，纹理区285包括多个凸起的点或点刻310以便引导气体部分离开感测区。
在另一实施例中，纹理区285包括多个微型出口300、多个微型空腔305和多个凸起的点310中一个或多个的结合。在另一实施例中，纹理区285类似于喷砂的纹理或者砂纸的纹理。
图12示出了纹理区285的一个实施例中流体的操作方式的一个例子。随着流体进入感测区130，纹理区285迫使流体跟随一个或多个弯曲路径315，通过所述弯曲路径引导气体部分320以第一方向325从感测区离开，而将液体部分330以第二方向335引导至感测区。气体部分320和液体部分330由于纹理区285的作用第一次分离。由于气体部分320的密度比液体部分330小，然后气体部分320在第一方向325引导下离开感测区。因此，气体部分320向上流动(即第一方向325)离开感测区。液体部分330在重力作用下以第二方向335被引导进入感测区。
在图5至图8所示出的实施例中，罩250进一步包括出口或者插孔340。在所示出的实施例中，插孔340为双开口的出口，被布置用来接收液位感测管220并将液位感测管220连接至传感器系统130的液位感测接收管221。在一些实施例中，插孔340包括多个条纹(例如，隆起)345，其被布置用来促进液位感测管220的底部与传感器系统130的液位感测接收管221的连接。
在图5至图8所示出的实施例中，罩250进一步包括保持器。该保持器被布置用来使得罩250保持在传感器系统130上。保持器可以包括趾夹350。趾夹350被布置用来抓住传感器系统130的趾部355以使得罩250保持在传感器系统130上。
如图13所示出的，保持器可以进一步包括带360。带360从罩250的第一侧365伸出，环绕传感器系统130的底部132，然后可释放地系到罩250的与所述第一侧相对的第二侧。在所示出的实施例中，带360包括带扣370，其用于可释放地将带360系到罩250的所述第二侧。
因此，本发明，除其他方面外，提供了用于流体感测系统的罩。本发明的各种特征和有益效果在说明书中确定。

Claims (20)

1.一种用于感测流体的至少一种特征的流体传感器，所述流体传感器包括：
感测区；
感测元件，其被布置用来感测位于感测区内的流体的特征；以及
罩，其包括内部，所述罩布置用来：
引导流体的液体部分沿着所述罩的弯曲的路径进入所述感测区，并且
引导流体的气体部分沿着所述罩的弯曲的路径在向上的方向上从所述感测区离开并导出所述感测区。
2.根据权利要求1所述的流体传感器，其中，所述罩包括保持器。
3.根据权利要求2所述的流体传感器，其中，所述保持器包括带。
4.根据权利要求3所述的流体传感器，其中，所述保持器包括趾夹。
5.根据权利要求4所述的流体传感器，其中，所述趾夹布置用来抓住所述流体传感器的趾部。
6.根据权利要求1所述的流体传感器，其中，所述罩进一步包括垂直通气道，所述垂直通气道布置用来使得流体中的气体部分从感测区排出。
7.根据权利要求1所述的流体传感器，其中，所述感测区是测量通道和液位感测管之一。
8.根据权利要求1所述的流体传感器，其中，所述感测元件是从由浓度感测元件、液位感测元件和温度感测元件组成的组中所选择的至少一个。
9.根据权利要求1所述的流体传感器，其中，所述流体是从由尿素溶液、汽油燃料、柴油机燃料、发动机润滑油、液压流体和传动流体组成的组中所选择的至少一个。
10.一种在感测系统中阻止气泡的方法，所述感测系统用于对容纳于箱内的流体进行感测，所述感测系统包括感测区和传感器，所述方法包括：
连接罩至所述感测系统，其中所述罩包括朝向所述感测区的内部；
通过所述罩的弯曲的路径引导流体的液体部分和流体的气体部分；
允许所述流体的所述液体部分进入所述感测区；
引导所述流体的所述气体部分沿着所述弯曲的路径在向上的方向上从所述感测区离开并导出所述感测区；以及
对包含在所述感测区内的流体的特征进行感测。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述罩通过保持器连接至所述感测系统。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述保持器包括带。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述保持器包括趾夹，所述趾夹布置用来抓住所述感测系统的趾部。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括使得流体中的气体部分通过垂直通气道从感测区排出。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述感测区是测量通道和液位感测管之一。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述传感器是从由浓度传感器、液位传感器和温度传感器组成的组中所选择的至少一个。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体是从由尿素溶液、汽油燃料、柴油机燃料、发动机润滑油、液压流体和传动流体组成的组中所选择的至少一个。
18.一种用于感测流体的至少一种特征的流体传感器，所述流体传感器包括：
感测区；
感测元件，所述感测元件布置用来感测位于所述感测区内的流体的特征；以及
包括内部的罩，所述罩布置用来使得所述流体跟随弯曲的路径；
其中所述弯曲的路径引导所述流体的气体部分在向上的方向上从所述感测区离开并导出所述感测区。
19.根据权利要求18所述的传感器，其中，所述罩进一步包括垂直气道，所述垂直气道布置用来使得流体的气体部分从所述感测区排出。
20.根据权利要求18所述的流体传感器，其中，所述罩进一步包括保持器，所述保持器布置用来将所述罩靠近所述感测区连接。
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