CN203365052U - 柴油发动机尿素溶液压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是一种柴油发动机尿素溶液压力传感器，包括传感器封装外壳，其还包括在设置在传感器封装外壳内的压力测量单元和设置在压力测量单元上的一抗液体冷冻冷膨胀结构，在所述压力测量单元的另一面位置还设置有一实现传感器输出信号的非线性修正和温度补偿的传感器信号数字处理电路。本实用新型消除液体低温膨胀带来的不利影响，防止因为液体低温膨胀导致传感器破裂产品失效，压力测量单元将尿素溶液的压力变化转换为电信号输出；具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点，可广泛应用于各种类型的茶油发动机尿素溶液压力测量以及其它场所的压力测量。

Description

柴油发动机尿素溶液压力传感器

技术领域

      本实用新型涉及的是传感器领域，具体涉及的是一种采集柴油发动机尾气处理尿素溶液压力的传感器。 

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 

传感技术——研究传感器的材料、设计、工艺、性能和应用等的综合技术。传感技术是一门边缘技术，它涉及物理学，数学，化学，涉及对其敏感元件部分的研究和开发，除了对其芯片的研究和开发外，也应十分重视传感器的封装工艺和封装结构的研究，这往往是引起传感器不能稳定可靠地工作的关键因素之一。 

而目前在传感器应用中，传统的压力变送器存在体积大、成本高，而柴油发动机尿素溶液属于新的应用，它要求汽车级产品、体积小、成本低、能实现大批量生产作业、并能满足苛刻的低温冷冻条件下传感器不损坏，而这恰恰是现有产品不具备的特点，而且冷冻引起的传感器破损失效，核心芯片与信号调理部分采用汽车级产品，满足传感器的汽车级应用需求。 

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种小型化、成本低廉的柴油发动机尿素溶液压力传感器，避免因为冷冻引起的传感器破损失效，核心芯片与信号调理部分采用汽车级产品，满足传感器的汽车级应用需求。 

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现： 

柴油发动机尿素溶液压力传感器，包括传感器封装外壳，其特征在于，其还包括在设置在传感器封装外壳上的压力测量单元和设置在压力测量单元一面上的一抗液体冷冻冷膨胀结构，在所述压力测量单元的另一面位置还设置有一实现传感器输出信号的非线性修正和温度补偿的传感器信号数字处理电路，以满足汽车级宽范围工作温度和大批量生产作业与汽车级应用，在压力测量单元与传感器封装外壳之间设置有密封结构。

所述传感器信号数字处理电路包括传感器转化电信号输入电路、输入信号通道交换反向电路、前置放大电路、偏置调节电路、二级放大电路、低通滤波电路、三级放大电路、四级放大电路、最佳偏置调节电路、最佳增益调节电路、五级放大电路、六级放大输出电路、输出滤波电路、温度采样电路、温度传感器信号处理电路、运算处理电路和将计算出的偏执和增益参数存储的内部存储器；所述传感器转化电信号输入电路通过输入信号通道交换反向电路连接前置放大电路的输入端，所述前置放大电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端、偏置调节电路和最佳偏置调节电路的输出端均与三级放大电路的输入端相连接，所述三级放大电路的输出端连接四级放大电路，所述四级放大电路通过数模转换器连接最佳增益调节电路和五级放大电路，所述最佳增益调节电路的输入端、最佳偏置调节电路的输入端、温度传感器信号处理电路的输出端以及内部存储器均与运算处理电路相连接，所述五级放大电路输出端连接输出滤波电路和六级放大输出电路，所述六级放大输出电路还连接有模拟输出通讯端口，所述温度采样电路通过二级放大电路与温度传感器信号处理电路的输入端相连接。 

进一步的，所述最佳偏置调节电路与低通滤波电路之间还设有数模转换器，所述佳偏置调节电路输出端通过数模转换器与低通滤波电路相连接。 

作为优选方案，所述抗液体冷冻冷膨胀结构采用的是缓冲结构。 

抗冷冻设计是针对低温环境下液体凝固膨胀挤压导致传感器破裂失效的现象，在结构上设计缓冲结构来抵消液体凝固膨胀变形，消除液体凝固膨胀产生的不良影响。 

传感器的实现方式为： 

根据所述的压力测量部件、信号处理电路、结构件封装成传感器，其中，所述传感器信号处理部分采用的是可编程技术，实现产品的大批量标定作业，结构件部分采用抗冷冻设计技术，防止因低温环境应用尿素溶液冷冻导致的传感器失效。

传感器的可编程是通过与电脑通讯，利用上位机软件对传感器输出进行标定，并利用芯片内部温度传感器进行温度补偿，将传感器通过软件标定与补偿计算出的偏执和增益参数存储在芯片内部的EEPROM，保证产品在断电后重新上电仍能输出满足需求的特性曲线。 

在方案的选取时采用可编程压力传感器，便于实现大批量生产作业，在结构设计上根据液体低温冷冻膨胀的特点进行设计， 

本实用新型是根据汽车级-40～125℃温度要求选取结构件材料、压力测量单元、信号处理芯片设计产品结构件与电路板，实现产品的封装，根据低温冷冻液体膨胀的特点，在结构上设计消除液体低温膨胀带来的不利影响，防止因为液体低温膨胀导致传感器破裂产品失效，压力测量单元将尿素溶液的压力变化转换为电信号输出；数字信号处理电路的功能是通过控制原理将压力测量单元输出的电信号转换成标准的电压信号输出；从工艺上将能保证大规模生产，满足了汽车电子市场的需求，将对柴油发动机尿素溶液压力传感器起到进口替代并形成部分核心器件国产化目的，并具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点，可广泛应用于各种类型的茶油发动机尿素溶液压力测量以及其它场所的压力测量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型； 

      图1为本实用新型的原理图。

图2为本实用新型的信号处理芯片原理图 

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。 

参见图1，本实用新型的柴油发动机尿素才溶液压力传感器，包括一传感器信号数字处理电路400，该传感器信号处理电路400的输入端连接压力传感器输出端，从而构成信号处理电路和压力传感器一体式结构，减少了传感器的体积，本实用新型采用抗液体冷冻膨胀设计技术将消除产品在低温环境使用因尿素溶液冷冻膨胀引起的产品失效，提高产品的可靠性，满足产品的使用要求。 

柴油发动机尿素才溶液压力传感器还包括传感器封装外壳100，设置在传感器封装外壳100上，并具有宽温度范围的压力测量单元200和设置在压力测量单元200一面上的一抗液体冷冻冷膨胀结构300；所述压力测量单元200的另一面位置还设置有一实现传感器输出信号的非线性修正和温度补偿的传感器信号数字处理电路400，以满足汽车级宽范围工作温度和大批量生产作业与汽车级应用。在压力测量单与传感器封装外壳之间设置有密封结构，将抗液体冷冻冷膨胀结构密封在传感器封装外壳内， 

图2为信号处理芯片原理图。传感器信号数字处理电路400即信号处理芯片在充分考虑产品应用的基础上，其包括传感器转化电信号输入电路1、输入信号通道交换反向电路2、前置放大电路3（Gdido）、偏置调节电路4、二级放大电路5、低通滤波电路6、三级放大电路7、四级放大电路8、最佳偏置调节电路9、最佳增益调节电路10、五级放大电路11、六级放大输出电路12、输出滤波电路（FLT）13、温度采样电路14、温度传感器信号处理电路15、运算处理电路16和将计算出的偏执和增益参数存储的内部存储器 (EEPROM) 17；所述传感器转化电信号输入电路1通过输入信号通道交换反向电路2连接前置放大电路3的输入端，所述前置放大电路3的输出端连接低通滤波电路6的输入端，所述低通滤波电路6、偏置调节电路4和最佳偏置调节电路9的输出端均与三级放大电路7的输入端相连接，所述三级放大电路7的输出端连接四级放大电路8，所述四级放大电路8通过数模转换器20连接最佳增益调节电路10和五级放大电路11，所述最佳增益调节电路10的输入端、最佳偏置调节电路9的输入端、温度传感器信号处理电路15的输出端以及内部存储器17均与运算处理电路16相连接，所述五级放大电路11的输出端连接输出滤波电路13和六级放大输出电路12，所述六级放大输出电路12还连接有模拟输出通讯端口（I/○端口）18，所述温度采样电路14通过二级放大电路5与温度传感器信号处理电路15的输入端相连接。

参见图2，传感器信号通过传感器转化电信号输入电路1的输入端口输入，通过输入信号通道交换反向电路2可以实现输入信号反向，传感器信号通过前置放大电路3进行初步放大，然后通过低通滤波器电路6对输入信号进行滤波，然后通过三级放大电路7进行再次放大，通过最佳偏置调节电路9实现信号的偏置调节，通过四级放大电路8进行第四次放大，通过最佳增益调节电路10实现增益调节，通过五级放大电路11进行信号再次放大，通过六级放大电路12实现输出前的的最后一次放大，输出滤波电路13对输出信号进行滤波，温度采样电路14实现读取内部温度传感器或外部温度传感器信号，温度传感器信号处理电路15对采集到的温度传感器信号进行处理放大，运算处理电路16实现信号的模数变换（ADC）与数模变换（DAC），并计算合适的偏置调节数值、增益调节数值、温度补偿数值，计算出来的各种参数保存在存储单元17中。 

本实施例中，将上述电路集成在一个芯片上，通过与电脑通讯，利用上位机软件对芯片内部参数进行计算编程，实现标准信号的输出。该芯片信号输入适合大多数惠斯通电阻桥类型传感器，可以将传感器输入的小信号转换成电压信号输出。芯片可以实现的信号调节包括放大倍数调整、偏移量控制。为了更好的配合不同阻值的传感器芯体，芯片内部集成了可以实现温度补偿的电路，通过对芯片内部温度传感器（或外部温度传感器）的温度电信号进行读取处理。补偿值被存储在EEPROM中，而且可以通过外围接口电路和上位机软件实现重复编程；其中，编程是通过其信号输出管脚、单线串行接口实现，可以编程实现嵌位电压的大小，这样用户可以根据实际应用情况设定输出信号。 

本实用新型的传感器信号处理部分采用的是可编程技术，实现产品的大批量标定作业，结构件部分采用抗冷冻设计技术，防止因低温环境应用尿素溶液冷冻导致的传感器失效。 

传感器的可编程是通过与电脑通讯，利用上位机软件对传感器输出进行标定，并利用芯片内部温度传感器进行温度补偿，将传感器通过软件标定与补偿计算出的偏执和增益参数存储在芯片内部的EEPROM，保证产品在断电后重新上电仍能输出满足需求的特性曲线。 

在方案的选取时采用可编程压力传感器，便于实现大批量生产作业，在结构设计上根据液体低温冷冻膨胀的特点进行设计， 

本实用新型采用设计技术是根据汽车级-40～125℃温度要求选取结构件材料、压力测量单元200、传感器信号数字处理电路400d设计产品结构件与电路板，实现产品的封装，根据低温冷冻液体膨胀的特点，在结构上设计消除液体低温膨胀带来的不利影响，防止因为液体低温膨胀导致传感器破裂产品失效，压力测量单元将尿素溶液的压力变化转换为电信号输出；数字信号处理电路的功能是通过控制原理将压力测量单元输出的电信号转换成标准的电压信号输出。

传感器信号数字处理电路400的主要功能是通过计算机软件算法实现传感器输出信号的非线性修正和温度补偿，利用上位机技术实现了规模化友好的人机界面方便用户对传感器进行标定。从工艺上将能保证大规模生产，满足了汽车电子市场的需求，将对柴油发动机尿素溶液压力传感器起到进口替代并形成部分核心器件国产化目的，并具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点，可广泛应用于各种类型的茶油发动机尿素溶液压力测量以及其它场所的压力测量。 

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (4)

1.柴油发动机尿素溶液压力传感器，包括传感器封装外壳，其特征在于，其还包括在设置在传感器封装外壳上的压力测量单元和设置在压力测量单元上的一抗液体冷冻冷膨胀结构，在所述压力测量单元的另一面位置还设置有一实现传感器输出信号的非线性修正和温度补偿的传感器信号数字处理电路，在所述压力测量单元与传感器封装外壳之间设置有密封结构。

2.根据权利要求1所述的柴油发动机尿素溶液压力传感器，其特征在于，所述传感器信号数字处理电路包括传感器转化电信号输入电路、输入信号通道交换反向电路、前置放大电路、偏置调节电路、二级放大电路、低通滤波电路、三级放大电路、四级放大电路、最佳偏置调节电路、最佳增益调节电路、五级放大电路、六级放大输出电路、输出滤波电路、温度采样电路、温度传感器信号处理电路、运算处理电路和将计算出的偏执和增益参数存储的内部存储器；所述传感器转化电信号输入电路通过输入信号通道交换反向电路连接前置放大电路的输入端，所述前置放大电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端、偏置调节电路和最佳偏置调节电路的输出端均与三级放大电路的输入端相连接，所述三级放大电路的输出端连接四级放大电路，所述四级放大电路通过数模转换器连接最佳增益调节电路和五级放大电路，所述最佳增益调节电路的输入端、最佳偏置调节电路的输入端、温度传感器信号处理电路的输出端以及内部存储器均与运算处理电路相连接，所述五级放大电路输出端连接输出滤波电路和六级放大输出电路，所述六级放大输出电路还连接有模拟输出通讯端口，所述温度采样电路通过二级放大电路与温度传感器信号处理电路的输入端相连接。

3.根据权利要求2所述的柴油发动机尿素溶液压力传感器，其特征在于，所述最佳偏置调节电路与低通滤波电路之间还设有数模转换器，所述佳偏置调节电路输出端通过数模转换器与低通滤波电路相连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的柴油发动机尿素溶液压力传感器，其特征在于，所述抗液体冷冻冷膨胀结构采用的是缓冲结构。

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