CN208568144U - 压力感测装置及包括其的车辆尾气后处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压力感测装置，其包括：压力传感器；和均压部，其与压力传感器相接触，将压力传感器与待测量液体介质隔离开，并用于将待测量液体介质的压力变化均匀地传递到该压力传感器。利用本实用新型提供的压力感测装置改进了现有压力传感器的测量性能。本实用新型还提供了一种包括该压力感测装置的车辆尾气后处理系统。利用该车辆尾气后处理系统能够便于获取车辆尾气后处理系统中的后处理液对于系统部件产生的压力数据，从而为设计该系统提供关键参数，并可根据该压力数据与设计压力数据的对比结果对系统进行实时或适时调整。

Description

压力感测装置及包括其的车辆尾气后处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种压力感测装置，更具体地涉及一种既能够测量处于液体状态的液体的液态压力，又能够测量处于冻结状态的液体(下文中简称为“冻结液体”)的冻结压力的压力感测装置，并且涉及一种该压力感测装置在车辆尾气后处理系统中的用途。

背景技术

迄今为止，通常使用车辆尾气后处理系统来对从车辆排出的尾气进行处理，旨在降低尾气中的氮氧化物的浓度乃至脱除尾气中的氮氧化物，以使最终排放到大气中的尾气达到国家规定的尾气排放标准。图1示出了根据现有技术的车辆尾气后处理系统1的示意简图。其中，该车辆尾气后处理系统1可包括存储模块1-1、供给模块1-2及定量给料模块1-3。该存储模块1-1可呈后处理液储罐的形式，该后处理液储罐可以是开放式储罐，其中存储有能够降低尾气中的氮氧化物浓度乃至脱除该氮氧化物的后处理液1-10。在实际操作中，后处理液1-10通常为尿素水溶液。供给模块1-2 可包括：液压泵，其用于将后处理液从后处理液储罐经由管道泵送到定量给料模块1-3；和温度子模块，其用于感测该系统1(尤其是供给模块1-2) 中的温度；等。定量给料模块1-3可包括喷嘴，其用于根据需要定时定量地将自供给模块1-2泵送来的后处理液1-10喷射到尾气排放管2中，以使其与尾气中的氮氧化物起反应，从而实现上述降低其浓度乃至将其脱除的目的。

然而，当今的车辆尾气后处理系统大都存在这样的问题。众所周知，供给模块1-2(特别是液压泵)中充满后处理液1-10。随着系统周围的环境温度降低，常规处于液态的后处理液1-10极有可能被冻结住，从而呈现固态。随着充满于系统中的后处理液1-10的固化，其体积显著膨胀，从而不可避免地在系统的各个部件中产生压力。当后处理液1-10的冻结压力值超过各个部件(例如，液压泵)所能承受的压力界限值时，很大程度上会导致部件受损，继而导致系统失效。由此，该后处理液1-10的冻结压力值成为设计人员在设计该后处理系统1时所必须予以考虑的参数。在考虑该参数的前提下，对各个部件进行选取，从而确保系统部件的使用寿命及整个系统的使用安全。

众所周知，压力传感器被广泛地用于测量气体压力和液体压力。然而，当用于测量液体压力时，现有压力传感器仅可用于测量处于液体状态的液体的液态压力，即在液体被冻结之前对其进行压力测量，而在液体被冻结住之后则会受损。具体来说，在测量液体压力时，通常将压力传感器浸没在液体中，使其处于意在获得压力值的预定区域中。当液体被部分冻结住而并未被完全冻结住时，即从液态逐渐变为半固态而并未转变为完全固态时，压力传感器可在预定的各个时刻通过设置于其上的压敏区域获得压力数据并将其通过数据传输线传输到诸如计算机之类的外部终端。然而，当液体被完全冻结住时，液体完全结晶化。从微观角度来说，冻结液体的与沉浸在其中的压力传感器(特别是其压敏区域)相接触的表面并非是光滑的，而是具有若干不规则的小突起的粗糙表面。随着液体的结晶程度进一步增大，这些小突起施加在压力传感器的表面(特别是施加在其压敏区域) 上的压力会逐渐增大。这种增大的压力往往是被视为精密仪器的压力传感器所不能承受的，从而导致压力传感器的设置有压敏区域的表面在液体被完全冻结之前即出现裂纹，由此导致压力传感器受损。

退一步来说，即使现有压力传感器能够在液体被完全冻结住时测量到冻结液体的压力而后才在压敏区域上出现上述裂纹，这种压力测量值也只是一种瞬时值。这种瞬时值的精度是令人质疑的，并且这种瞬时值的获得显然是以损坏压力传感器为代价的。

因此，需要对现有压力传感器进行改进，以使其既能够测量处于液体状态的液体的液态压力，又能够测量处于冻结状态的液体的冻结压力，而并不会损坏该压力传感器。同时也需要获得该改进的压力传感器在车辆尾气后处理系统中的用途。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有压力传感器所存在的上述至少一个缺点。本实用新型提供了一种压力感测装置，该压力感测装置包括：压力传感器；和均压部，该均压部与压力传感器相接触，将该压力传感器与待测量液体介质隔离开，并用于将待测量液体介质的压力变化均匀地传递到压力传感器。

根据本实用新型的一方面，该均压部包括膜和充满形成于压力传感器与膜之间的空间的均压液体介质，该均压液体介质的冰点低于使待测量液体介质冻结的环境的温度。

根据本实用新型的另一方面，压力传感器上设置有压敏区域，该压敏区域与膜之间形成的均压液体介质的层厚不小于0.2mm。根据本实用新型的再一方面，膜由橡胶或软质塑料制成，并且膜的厚度不超过0.2mm，并且均压液体介质为冷却液或防冻液。

根据本实用新型的又一方面，压力传感器被均压液体介质和膜完全包覆住。

根据本实用新型的一个实施例，压力传感器被液体介质和膜完全包覆住。根据本实用新型的一方面，通过该压力传感器获得的数据被通过贯穿均压液体介质和膜的数据传输线传输到数据控制终端。

根据本实用新型的另一实施例，压敏区域设置在压力传感器的一侧上，液体介质仅与压敏区域相接触。此外，压力传感器的设置有压敏区域的一侧上设置有接口，上述空间由接口、压敏区域和膜共同限定。

本实用新型还提供了一种车辆尾气后处理系统。该系统包括前述压力感测装置。该压力感测装置被设置于该系统的意在获知压力的部位，用于感测充满该系统的后处理液在该部位产生的压力。

根据本实用新型的一个方面，该部位为构成该系统的系统部件所处的位置，该系统部件包括管道、模块或该模块的组成部件。

根据本实用新型的另一方面，压力感测装置的压力数据获取由该系统中的电子控制单元或由设置在该系统中或该系统的外部的数据控制终端进行控制。

根据本实用新型的再一方面，通过压力感测装置获取到的压力数据被经由电子控制单元传送或直接传送到数据控制终端。

利用本实用新型提供的压力感测装置既能够测量处于液体状态的液体的液态压力，又能够测量处于冻结状态的液体的冻结压力，且并不会损坏该压力传感器。此外，利用本实用新型提供的车辆尾气处理系统能够便于获取车辆尾气后处理系统中的后处理液对于系统部件产生的压力，从而为设计该系统提供关键参数，并可根据该压力数据与设计压力数据的对比结果对系统进行实时或适时调整。

附图说明

在附图中，相似的附图标记用于表示相似的部件，附图为：

图1示出了根据现有技术的车辆尾气后处理系统的示意简图；

图2是根据本实用新型的压力感测装置的一个实施例的示意图；

图3是图2中所示的压力感测装置的使用布置示意图；

图4是根据本实用新型的压力感测装置的另一实施例的示意图；

图5是图4中所示的压力感测装置的使用布置示意图；

图6是根据本实用新型的车辆尾气后处理系统100的示意简图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本实用新型的压力感测装置进行描述。鉴于在将本实用新型的压力感测装置用于测量液态压力时，与常规压力传感器的使用情形大致相同，故而，此处不再予以赘述。在下文中，仅针对将其用于测量冻结液体的冻结压力的情形进行说明。

图2是根据本实用新型的压力感测装置的一个实施例的示意图。在图2 中，示出了一种内置式压力感测装置10。该内置式压力感测装置10包括压力传感器11，该压力传感器11可以是本领域中任何适用类型的压力传感器，例如压电传感器、压阻传感器等，其通过数据传输线12与诸如计算机之类的数据控制终端13(图2中示意性地示出)相连，以便将该压力传感器11获得的数据实时地或周期性地传输到该数据控制终端13。

该压力传感器11的外周包覆有一层膜14，该膜14具有一定的弹性，以缓解冻结液体的结晶突起对于该膜本身的局部点集中施压造成膜自身损坏的问题。对于制成该膜14的材料的选择受到膜14自身的预期使用期限及待测量液体介质的特性(例如PH值)等因素的影响。通常来说，膜14 可由橡胶或软质塑料制成。如本领域技术人员容易理解的那样，膜14的厚度应该是尽可能薄的，以增强膜的压力传导性能，从而使其对于所获得的压力测量值的影响程度尽可能小。一般来说，膜14的厚度为约0.2mm，优选地介于0.1mm到0.2mm之间。

在压力传感器11与膜14之间充满一种液体介质15，即在传感器11 与膜14之间不存在可压缩的气体，否则会影响本实用新型的压力感测装置的测量精度。这种液体介质通常被选择成是市售冷却液或防冻液中的任一种，只要其冰点低于使待测量液体介质完全冻结住所需的环境温度即可。在整个测量过程中，尤其是在待测量液体介质冻结的过程中，应保证该待测量液体介质始终处于液体状态。例如，在使用冰点为0℃的水作为待测量液体介质并将该待测量液体介质置于温度为-10℃的环境中的情况下，所选择的液体介质15的冰点应低于-10℃。与膜14的厚度要求类似，该液体介质15的用量应尽可能少，从而使得在压力传感器11的压敏区域的外周形成的液体介质层的厚度尽可能薄，但其最薄处不应小于0.2mm，否则无法实现压力传感器表面(特别是压敏区域)均压(即消除该压敏区域上因待测量液体介质冻结而可能出现的压力集中点)的功能。

本实用新型的压力感测装置仅适用于压力介于0到几百帕之间的范围内的应用环境中。这是因为处于这一压力范围内的液体介质会被视为是一种不可压缩液体，而压力增大到例如上万帕之类的高压乃至超高压应用环境中，该液体介质的压缩量则是无法忽略不计的。

当膜14由于冻结液体的结晶突点而存在压力高点时，膜14将该压力传递到液体介质15，该液体介质15凭借其液体的特性而将该压力均匀地分布在压力传感器11的表面上，由此不会使压力传感器11的表面出现局部压力高点，从而避免压力传感器11出现因承受局部过压而受损的现象。再者，这种压力的均匀传递使得使用者能够在待测量液体介质冻结的情况下利用本实用新型的压力感测装置可靠地测量该待测量液体介质的冻结压力，而无需顾虑是否会损坏压力传感器。此外，在使用本实用新型的压力感测装置的前提下，在待测量液体介质因环境等原因从液体状态转变为冻结状态时，该压力感测装置仍然能够正常运作，而无需对其施加认为干扰 (例如，对其进行更换)，从而节省了安装和维护成本。

在制造该压力感测装置10时，利用膜14包覆住压力传感器11，而后将适量的液体介质15(视所使用的压力传感器而定，用量通常为0.02～1ml) 注入到形成在两者之间的空间中，以使得在压力传感器11与膜14之间形成厚度不小于0.2mm的液体介质层。连接在压力传感器11上的数据传输线12通过图2中所示的注入位置A贯穿膜14。为了确保该液体介质15不会通过注入位置A泄漏出来继而污染待测量液体介质，可使用常规的方法将数据传输线12相对于该注入位置A密封住，例如通过将少量粘合剂从膜 14的外侧施加于该注入位置A或者使用卡箍将膜14束紧到数据传输线12 的周围等来实现。在使用时，直接将本实用新型的压力感测装置10放置在待测量液体介质中的待测量部位中即可。在运输本实用新型的压力感测装置10时，通常将成品放置在刚性或硬质壳体中，以避免无意识地破坏膜14，以及由于膜14的破坏所导致的液体介质15的泄漏。

需要说明的是，从理论上来说，本实用新型的压力感测装置10测量到的压力实际上是施加在膜14的单位面积上的平均压力，而非对待测量液体介质的冻结压力进行直接测量，这两种压力之间由于膜14和液体介质15 的存在而产生压力差，这就是本实用新型的压力感测装置10的测量误差产生的主要原因。换言之，本实用新型的压力感测装置10的测量误差δ按照下式进行确定：

δ＝V_{压力感测装置}/V_{待测量液体介质}

式中：V_装置——本实用新型的压力感测装置10的体积；

V_介质——待测量液体介质的总体积

显然，这种测量误差可通过尽可能降低本实用新型的压力感测装置10 的体积与待测量液体介质的体积之间的比值来减小。通常来说，要求测量误差δ不得超过5‰。就是说，当测量100ml的待测量液体介质的冻结压力时，所使用的压力感测装置10的体积不应超过0.5cm³。这可通过选择使用常规的小型压力传感器容易地实现。

图3是图2中所示的压力感测装置的使用布置示意图。在使用中，压力感测装置10被浸渍在充满后处理液1-10(图3中以虚线示出)的部位。该部位可以是车辆尾气后处理系统中的任何意在获知其压力的位置，例如，管道、液压泵等系统组成部件。图3中以管道作为示例加以示出。压力感测装置10的数据传输线12贯穿该管道的管壁延伸出来，该贯穿处以诸如粘合剂之类的密封剂G密封住，从而避免后处理液1-10从该处发生不希望出现的泄漏。由于浸渍在后处理液1-10中，因此，压力感测装置10受到后处理液1-10的压力P的作用。随着后处理液1-10的状态发生变化，例如从液态变为半固态乃至变为固态，压力感测装置10将感测到的压力值通过数据传输线12实时或周期性地传输到数据控制终端(图中未示出)，以便获得设计该系统的重要参数。

在因诸如尺寸、位置等之类的条件所限而无法或出于其它考虑须避免将本实用新型的压力感测装置浸没在待测量液体介质中的情况下，例如测量环境为无法或不便穿孔的部位时，可以使用图4中所示的根据本实用新型的压力感测装置的另一实施例。在图4中，示意性地示出了一种外置式压力感测装置20。该外置式压力感测装置20与内置式压力感测装置10之间的主要区别在于，该压力感测装置20中的压力传感器21并未被结合图2 描述过的膜14及液体介质15包覆住。

在本实施例中，压力传感器21与上述压力传感器11一样，也可以是本领域中任何适用类型的压力传感器，例如压电传感器、压阻传感器等。如图4中所示，压力传感器21的一侧设置有压敏区域21a，在压力传感器 21的设置有压敏区域21a的一侧上以诸如焊接之类的本领域公知的方式设置有呈机械连接器的形式的接口26，以与诸如管道之类的测量部位实现机械连接。该接口26在图4中被示出为是一种外螺纹连接器，当然，它也可以是本领域技术人员所周知的其它适用类型的接口。该接口26由一种刚度足够大的材料制成，例如由不锈钢制成。所谓的“刚度足够大的材料”意指在实际使用压力的作用下，该材料不会出现数量或程度无法忽略不计的压缩。换言之，在使用本实用新型的压力感测装置进行测量时，因该材料本身的特性而出现的压缩量是可忽略不计的，并不会对测量结果产生任何显著的影响。

在接口26的内部形成空间B，以上述液体介质15对该内部空间B进行填充，从而实现液体介质15与压敏区域21a的接触。在完成该填充之后，以膜14封住接口26的远离压敏区域21a的一侧，从而使内部空间B中完全充满液体介质15而并不存在诸如空气之类的可压缩流体。该膜14可以诸如粘接或捆扎之类的常规方式附接于接口26的一侧。该液体介质15的用量通常为0.02～1ml(视接口26的诸如直径之类的尺寸的大小而定)，以使得在压敏区域21a与膜14之间形成厚度不小于0.2mm的液体介质层。

压力传感器21的与设置有接口26的一侧相反的一侧上设置有电气连接器21b，通过该电气连接器21b实现该压力传感器21与数据控制终端(图中未示出)的连接。

在使用时，将该外置式压力感测装置20通过该接口26连接于诸如管道之类的待测量部位，管道中的待测量液体介质在冻结过程中在膜14上施压，该冻结压力通过液体介质被均匀地传递到压敏区域21a，继而被压力传感器21感测到。当然，压力传感器21测量到的同样是膜14的单位面积上的平均压力。通过使用这种外置式压力感测装置20，由于接口26并未深入到管道中，而仅处于管壁中，从而避免了内置式压力感测装置10因其自身的体积所导致的上述误差。

同样，在运输外置式压力感测装置20的成品的过程中，通常以刚性或硬质罩壳罩覆在该接口26上以对膜14及液体介质15起到保护作用。

图5是图4中所示的压力感测装置20的使用布置示意图。与图3中所示的使用布置示例不同的是，在图5中所示的使用布置示例中，压力感测装置20被通过接口26连接于设置在诸如管道之类的待测量部位处的匹配接口处，继而实现对于该管道中的待测量液体介质1-10的压力的测量。

图6是根据本实用新型的车辆尾气后处理系统100的示意简图。与图1 中所示的根据现有技术的车辆尾气后处理系统1类似，该车辆尾气后处理系统100包括呈后处理液储罐的形式的存储模块1-1、供给模块1-2、定量给料模块1-3。此外，图6中还示出了图1中并未示出的该车辆尾气后处理系统100的控制模块100-4。控制模块100-4可包括电子控制单元(ECU)，用于控制该系统100中的部件的运行。图6中以虚线示意性地示出了ECU 的部分控制线路。例如，ECU可用于对后处理液储罐中的后处理液1-10的液位进行控制，当液位过低或过高以致超过预定阈值时，ECU发出警报或对其直接施加干预，从而液位进行调节。ECU可用于根据该系统100的运行需求启动供给模块1-2中的液压泵，将后处理液1-10泵送到定量给料模块1-3中。ECU还可用于控制定量给料模块1-3中的喷嘴的开度，以根据需要将后处理液1-10定量供给到尾气排放管2中，从而实现氮氧化物的全部或部分脱除的目的。

根据本实用新型的车辆尾气后处理系统100还包括前述压力感测装置。图6中所示的该压力感测装置为压力感测装置20。在该示例中，该压力感测装置20设置在通向供给模块1-2的管道中。实际上，只要安装空间许可，压力感测装置20可设置在系统100的意在获知压力的任何部位中，用于感测充满系统100的后处理液1-10在该部位处所产生的压力。该部位可以为存储模块1-10、供给模块1-2、定量给料模块1-3、构成供给模块1-2的液压泵、温度子模块、定量给料模块1-3的喷嘴等。该压力感测装置20的压力数据获取可由ECU进行控制，从而根据ECU的指令实时地或间歇地获得设置部位的压力。该压力数据可通过数据传输线传送到ECU，而后传送到数据控制终端(图6中未示出)，也可以不经由ECU直接传输到数据控制终端。ECU又可通过将经由压力感测装置20获取到的压力数据与存储在 ECU内的设计压力数据进行对比，并根据对比结果对系统100进行调节。

当然，在根据本实用新型的车辆尾气后处理系统100中，使用压力感测装置10同样是可能的。与图6中所示示例不同的是，需要改变该压力感测装置10的设置位置。显然，这是由该压力感测装置10自身的结构所决定的。例如，可将该压力感测装置10设置在后处理液储罐中，以测量其中存储的后处理液1-10的压力。

尽管上文中已经结合具体实施方式对本实用新型的技术方案进行了描述，但上述具体实施例仅是示例性的，而并非限制性的。本领域技术人员在不背离本实用新型的由所附权利要求所限定的范围的情况下可设想到对所公开的具体实施方式做出多种改进和变型。

Claims (12)

1.一种压力感测装置，其特征在于，所述压力感测装置包括：

压力传感器和均压部，所述均压部与所述压力传感器相接触，将所述压力传感器与待测量液体介质(1-10)隔离开，并用于将所述待测量液体介质(1-10)的压力变化均匀地传递到所述压力传感器。

2.根据权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，所述均压部包括膜(14)和充满形成于所述压力传感器与所述膜(14)之间的空间的均压液体介质(15)，所述均压液体介质(15)的冰点低于使所述待测量液体介质(1-10)冻结的环境的温度。

3.根据权利要求2所述的压力感测装置，其特征在于，所述压力传感器上设置有压敏区域，所述压敏区域与所述膜(14)之间形成的所述均压液体介质(15)的层厚不小于0.2mm。

4.根据权利要求3所述的压力感测装置，其特征在于，所述膜(14)由橡胶或软质塑料制成，所述膜(14)的厚度不超过0.2mm，并且所述均压液体介质(15)为冷却液或防冻液。

5.根据权利要求2到4中的任一项所述的压力感测装置，其特征在于，所述压力传感器被所述均压液体介质(15)和所述膜(14)完全包覆住，特别地，通过所述压力传感器获得的数据被通过贯穿所述均压液体介质(15)和所述膜(14)的数据传输线传输到数据控制终端。

6.根据权利要求3或4所述的压力感测装置，其特征在于，所述压敏区域(21a)设置在所述压力传感器的一侧上，所述液体介质(15)仅与所述压敏区域(21a)相接触，特别地，所述压力传感器的设置有所述压敏区域(21a)的一侧上设置有接口(26)，所述空间由所述接口(26)、所述压敏区域(21a)和所述膜(14)共同限定。

7.包括根据权利要求1-6中的任一项所述的压力感测装置的车辆尾气后处理系统(100)，其特征在于，所述压力感测装置被设置于所述系统(100) 的意在获知压力的部位，用于感测充满所述系统(100)的所述待测量液体介质(1-10)在所述部位产生的压力。

8.根据权利要求7所述的车辆尾气后处理系统(100)，其特征在于，所述部位为构成所述系统(100)的系统部件所处的位置，所述系统部件包括管道、模块或所述模块的组成部件。

9.根据权利要求7或8所述的车辆尾气后处理系统(100)，其特征在于，所述压力感测装置的压力数据获取由所述系统(100)中的电子控制单元或由设置在所述系统(100)中或所述系统(100)的外部的数据控制终端进行控制。

10.根据权利要求9所述的车辆尾气后处理系统(100)，其特征在于，通过所述压力感测装置获取到的压力数据被经由所述电子控制单元传送或直接传送到所述数据控制终端。

11.根据权利要求9所述的车辆尾气后处理系统(100)，其特征在于，所述电子控制单元通过将经由所述压力感测装置获取到的压力数据与存储在所述电子控制单元内的设计压力数据进行对比，并根据对比结果对所述系统(100)进行调节。

12.根据权利要求10所述的车辆尾气后处理系统(100)，其特征在于，所述电子控制单元通过将经由所述压力感测组件获取到的压力数据与存储在所述电子控制单元内的设计压力数据进行对比，并根据对比结果对所述系统(100)进行调节。