CN221124192U - 一种尿素溶液密度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种尿素溶液密度测量装置，尿素溶液密度测量装置包括尿素传感器。本发明是将超声波传感器安装在一测量腔室内，该测量腔室安装在尿素传感器总成的顶座内部，顶座总成安装在尿素罐的外部，抽液泵将尿素溶液从尿素罐中抽入到测量腔室内，由于测量腔室内没有加热装置，测量腔室内尿素溶液的温度将自然冷却，当尿素溶液的温度降低到当地海拔沸点以下时，也即尿素溶液不会因沸腾而产生气泡，测量电路开始对测量腔室内的尿素溶液密度进行测量。采用该设计的尿素传感器对尿素溶液密度的测量结果准确可靠，而且不受大气压力和海拔高度的影响。本发明测量精度高，不受海拔高度的影响，也降低了材料成本和制造成本。

Description

一种尿素溶液密度测量装置

技术领域

本发明涉及溶液密度测量的技术，具体的说是涉及一种尿素溶液密度测量装置。

背景技术

柴油发动机为了达到国六排放水平，一般通过SCR(选择性催化还原)后处理系统实现。尿素可以还原废气中的NO和NO₂生成N₂和水以达到降低排放水平。为了保障尾气净化的质量，需要保障尿素溶液的密度在32.5％左右，超出规定的密度范围需要报警，所以需要对尿素溶液的密度进行测量。

同时需要检测尿素罐中尿素溶液的液位，一旦尿素溶液的液位低于一定的高度，需要报警，提示加注尿素溶液。

现有技术中，尿素溶液测量有以下不足之处：

1.尿素溶液密度测量通常采用红外光电技术或超声波测量技术，尿素溶液液位的测量多采用干簧管、磁传感器配合磁性浮子来实现。采用红外光电发射和接收管测量尿素溶液密度时，由于红外发射和接收管浸泡在90摄氏度左右的尿素溶液中(有外壳保护)，且尿素溶液呈弱碱性，具有一定的腐蚀性，红外发射和接收管较容易损坏，发射和接收管保护窗口容易受到污染，影响测量结果的准确性，使用寿命较短，算法复杂，测量精度不高。

2.采用超声波传感器测量尿素溶液密度时，为获得较高的测量精度和分辨率，通常采用较高频率的超声波传感器，以实现尿素溶液密度的精确测量。但还存在不足，为防止尿素溶液在低温环境下结晶或结冰，通常会采用电加热或发动机冷却水为尿素溶液加热，加热温度通常在90摄氏度左右，在高海拔地区行驶的车辆，当大气压力低于某一气压值时，尿素罐内的尿素溶液会发生沸腾的现象，尿素罐中的尿素溶液会产生大量的气泡，超声波传感器浸泡在尿素溶液中，气泡处于超声波工作区域或附着在超声波传感器表面时，高频率的超声波因为波长较短而无法穿透这些气泡，此时，尿素溶液密度测量功能会失效，尿素传感器无法正常工作，严重情况下，汽车动力输出会受限而无法正常行驶。

综上2点，现有尿素传感器中的尿素溶液浓度测量采用红外光电技术或超声波技术，红外光电测量技术由于测量误差较大，可靠性不高和使用寿命短等原因，较少采用。目前主流的解决方案是采用超声波技术，测量原理是TOF(Time Of Flight)方法。将超声波传感器置于被测量的液体中，在不同浓度的液体中，超声波的传输速度是不同的，当发射端超声波传感器和接收端超声波传感器之间的距离及超声波发射频率固定的情况下，超声波在两个超声波传感器之间的传输时间与液体的密度成线性关系，测量出这个传输时间就可以间接测量出被测液体的密度。

目前采用超声波技术的尿素传感器解决了尿素溶液的密度测量，但存在一些不足，超声波传感器安装在尿素罐的内部，超声波传感器长期浸泡在高温的尿素溶液中，在低海拔地区，尿素溶液的密度可以实现快速准确的测量。为了防止尿素溶液低温结晶或解冻，通常会采用电加热或发动机冷却水为尿素罐中的尿素溶液加热，尿素溶液被加热到90摄氏度左右，在高海拔地区，由于大气压力变低，尿素溶液的沸点也随之降低，尿素罐中的尿素溶液会发生沸腾现象，在尿素溶液中会产生大量的气泡，当气泡处于超声波传感器工作区域或附着在超声波传感器表面时，高频率的超声波波长较短，超声波将无法穿透这些气泡，也就无法检测到超声波在尿素溶液中的传输时间，此时，尿素溶液浓度测量功能会失效，尿素传感器无法正常工作。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题在于提供了一种尿素溶液密度测量装置，使超声波传感器不仅能够在低海拔地区精确的测量尿素溶液的密度，也能够在高海拔地区精确的测量尿素溶液的密度。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：本发明的一种尿素溶液密度测量装置，包括尿素传感器，该尿素传感器包括：

顶座总成，该顶座总成安装于尿素罐上，其内部具有管路安装通道以及测量腔室，所述测量腔室接有引入所述顶座总成的吸入管，该吸入管的入口延伸至所述尿素罐底部过滤网内；

固定于所述顶座总成内的电子测量模块总成，该电子测量模块总成包括MCU运算单元，以及分别与所述MCU运算单元电连接的尿素溶液温度测量模组、尿素液位测量模组、尿素溶液密度测量模组；

超声波传感器，置于所述测量腔室内，其与所述电子测量模块总成电连接；

抽液泵，该抽液泵安装于顶座总成中，其进液端与所述测量腔室连通；其出液口连接出液管，所述出液管的另一端通入尿素罐，电磁阀，该电磁阀一端与测量腔室连通，另一端直通大气；

冷却管路，该冷却管路的主体管路置于所述尿素罐内，其进出管路安装于所述管路安装通道中；

液位传感组件，设于所述尿素罐内且其一端固定于所述顶座总成。

进一步的，所述顶座总成包括连接固定的顶座和顶盖。

进一步的，所述超声波传感器包括对射式超声波传感器或发射接收一体式超声波传感器的一种。

更进一步的，所述超声波传感器内安装有温度传感器，该温度传感器电连接至所述尿素溶液温度测量模组。

进一步的，所述液位传感组件包括与所述顶座总成连接的不锈钢管、设于所述不锈钢管内的磁传感器以及可活动的套于所述不锈钢管外的浮子，所述浮子为具有磁性的浮子，其活动的范围均能够被所述磁传感器感应到，所述磁传感器和所述尿素液位测量模组电连接。

进一步的，所述冷却管路由进水端至出水端，包括顺次连接的第八管路、第一管路、第九管路、第五管路，所述第九管路具有用于增加吸热面积的螺旋弯曲段，所述第八管路和所述第五管路均安装于所述顶座总成的一侧。

进一步的，所述顶座总成上还安装有第二管路、第四管路、第六管路以及第七管路；

所述第七管路安装于顶座总成的一侧，其作为输出尿素溶液的管路，与置于所述尿素罐内的第二管路连接；

所述第六管路安装于顶座总成的一侧，其作为输入尿素溶液的管路，与所述第四管路连接；

所述尿素传感器还包括过滤网结构件，所述第二管路的进液端连接到所述过滤网结构件。

进一步的，所述电子测量模块总成上安装有用于测量大气压力的大气压力传感器和用于检测车辆运动状态的加速度传感器。

进一步的，所述MCU运算单元通过总线接口电路接入电源；

所述MCU运算单元的INH脚连接液位传感电路；

所述MCU运算单元的INH脚还分别连接有NTC温度传感器、电阻R1，所述NTC温度传感器的另一端接地，所述电阻R1的另一端接入VCC电源。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1.本发明的测量装置及其测量方法很好的解决了传统尿素溶液密度测量方法在高海拔地区的失效问题，该测量方法具有测量精度高，不受大气压力和海拔高度影响的优点，在提高测量精度和可靠性的同时也降低了材料成本和制造成本。

2.本发明是将超声波传感器安装在一测量腔室内，该测量腔室安装在尿素传感器总成的顶座内部，顶座总成安装在尿素罐的外部，抽液泵将尿素溶液从尿素罐中抽出到测量腔室内，由于测量腔室内没有加热装置，尿素溶液的温度会自然冷却，当尿素溶液的温度降低到当地海拔沸点以下时，也即尿素溶液不会因沸腾而产生气泡，测量电路开始对测量腔室内的尿素溶液密度进行测量。采用该设计的尿素传感器对尿素溶液密度的测量结果准确可靠，而且不受大气压力和海拔高度的影响。

3.本发明避免了现有产品存在的不足，降低了尿素传感器的材料成本和制造成本，同时提升了测量的精度和产品的可靠性，对汽车尾气的后处理提供了准确的参考依据，可以更好的保护环境，降低了整车制造商的生产成本，使产品更具有竞争力。

附图说明

图1为本发明尿素溶液密度测量装置的结构图。

图2-图3连接后形成本发明电子测量模块总成的电路原理图。

附图中标记：电磁阀1、超声波传感器2、测量腔室3、大气压力传感器4、加速度传感器5、抽液泵6、不锈钢管7、浮子8、磁传感器9、冷却管路10、温度传感器11、过滤网结构件12、第二管路13、第九管路14、第四管路15、尿素传感器电器接口连接线16、第五管路17、第六管路18、第七管路19、第八管路20、顶座21、吸入管22、顶盖23、出液管24、出液口25、MCU运算单元101、总线接口电路102、连接液位传感电路103、超声波测量电路104。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：本发明的具体结构如下：

请参照附图1，本发明的一种尿素溶液密度测量装置，包括尿素传感器，该尿素传感器包括：

顶座总成，该顶座总成安装于尿素罐上，其内部具有管路安装通道以及测量腔室3，所述测量腔室3接有引入所述顶座总成的吸入管22，该吸入管22的入口延伸至所述尿素罐底部过滤网内；

固定于所述顶座总成内的电子测量模块总成，该电子测量模块总成包括MCU运算单元101，以及分别与所述MCU运算单元101电连接的尿素溶液温度测量模组、尿素液位测量模组、尿素溶液密度测量模组；

超声波传感器2，置于所述测量腔室3内，其与所述电子测量模块总成电连接；

抽液泵6，该抽液泵6安装于顶座总成中，其进液端与所述测量腔室3连通；其出液口25连接出液管24，所述出液管24的另一端通入尿素罐，电磁阀1，该电磁阀1一端与测量腔室3连通，另一端直通大气；

冷却管路10，该冷却管路的主体管路置于所述尿素罐内，其进出管路安装于所述管路安装通道中；

液位传感组件，设于所述尿素罐内且其一端固定于所述顶座总成。

本实施例的一种优选技术方案：所述顶座总成包括连接固定的顶座21和顶盖23。

本实施例的一种优选技术方案：所述超声波传感器2包括对射式超声波传感器或发射接收一体式超声波传感器的一种。

本实施例的一种优选技术方案：所述超声波传感器2内安装有温度传感器，该温度传感器电连接至所述尿素溶液温度测量模组。

本实施例的一种优选技术方案：所述液位传感组件包括与所述顶座总成连接的不锈钢管7、设于所述不锈钢管7内的磁传感器9以及可活动的套于所述不锈钢管7外的浮子8，所述浮子8为具有磁性的浮子，其活动的范围均能够被所述磁传感器9感应到，所述磁传感器9和所述尿素液位测量模组电连接。

本实施例的一种优选技术方案：所述冷却管路由进水端至出水端，包括顺次连接的第八管路20、第一管路、第九管路14、第五管路17，所述第九管路14具有用于增加吸热面积的螺旋弯曲段，所述第八管路20和所述第五管路17均安装于所述顶座总成的一侧。

本实施例的一种优选技术方案：所述顶座总成上还安装有第二管路13、第四管路15、第六管路18以及第七管路19；

所述第七管路19安装于顶座总成的一侧，其作为输出尿素溶液的管路，与置于所述尿素罐内的第二管路13连接；

所述第六管路18安装于顶座总成的一侧，其作为输入尿素溶液的管路，与所述第四管路15连接；

所述尿素传感器还包括过滤网结构件12，所述第二管路13的进液端连接到所述过滤网结构件12。

本实施例的一种优选技术方案：所述电子测量模块总成上安装有用于测量大气压力的大气压力传感器4和用于检测车辆运动状态的加速度传感器5。

本实施例的一种优选技术方案：所述MCU运算单元101通过总线接口电路102接入电源；

所述MCU运算单元101的INH脚连接液位传感电路103；

所述MCU运算单元101的INH脚还分别连接有NTC温度传感器、电阻R1，所述NTC温度传感器的另一端接地，所述电阻R1的另一端接入VCC电源。

实施例2：

本发明的一种尿素溶液密度测量装置的测量方法，该测量方法包括以下测量步骤：

步骤一，电磁阀1关闭，抽液泵6启动，尿素罐内的尿素溶液被抽至测量腔室3内，直至将所述测量腔室3注满后所述抽液泵6暂停工作；

步骤二，等待测量腔室3内的尿素溶液自然降温，超声波传感器2内的温度传感器实时测量测量腔室3内的尿素溶液的温度；

步骤三，大气压力传感器4实时测量行驶车辆所处地理位置的大气压力，并将实时气压信息传输给MCU运算单元101，通过MCU运算单元101计算得出相关海拔高度对应尿素溶液的沸点，当温度传感器测量到测量腔室3内尿素溶液的温度低于当前沸点温度时，也即尿素溶液不会发生沸腾现象，进而尿素溶液不会产生沸腾引起的气泡，尿素溶液密度测量模组的超声波密度测量电路开始工作；

步骤四，通过超声波密度测量电路测量出超声波在超声波发射传感器和超声波接收传感器之间的传输时间，并将该传输时间生成的信号发送给MCU运算单元101，通过MCU运算单元101计算得出测量腔室3内尿素溶液的密度，也即尿素罐内尿素溶液的密度。

步骤五，尿素溶液密度测量结束后，为防止测量腔室3，抽液泵6和管路内留存的尿素溶液低温下结晶或结冰，电磁阀1打开，使测量腔室3与大气连通，同时启动抽液泵6，测量腔室3、抽液泵6和管路内留存的尿素溶液通过吸入管22和抽液泵6被排出；

综上所述，本发明尿素溶液密度测量装置是将超声波传感器安装在测量腔室3内，以避免尿素溶液密度测量功能因大气压力和海拔高度原因而失效，该测量腔室3位于尿素传感器总成的顶座内，安装在尿素罐的外部。抽液泵6将尿素溶液从尿素罐中抽取到测量腔室3内，当测量腔室3内充满尿素溶液后，抽液泵6则暂停从尿素罐中抽取尿素溶液，大气压力传感器实时检测车辆所处位置的大气压力，并通过MCU运算单元101计算获得相应的海拔高度，超声波传感器内集成了温度传感器，可实时检测测量腔室内尿素溶液的温度，由于测量腔室安装在尿素罐外部，测量腔室内部的尿素溶液会自然冷却，当测量腔室内尿素溶液的温度降低到当地海拔高度沸点以下时，尿素溶液不会发生沸腾现象，也不会产生气泡，测量电路控制超声波传感器开始对尿素溶液的密度进行测量，测量结束后，为防止测量腔室3，抽液泵6和管路内留存的尿素溶液低温下结晶或结冰，电磁阀1打开，使测量腔室3与大气连通，同时启动抽液泵6，测量腔室3、抽液泵6和管路内留存的尿素溶液通过吸入管22和抽液泵6被排出；

本发明很好的解决了车辆在高海拔地区行驶时尿素溶液密度测量失效的问题，具有测量精度高，使用寿命长，制造简单，材料成本低，间接误差小等特点。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种尿素溶液密度测量装置，包括尿素传感器，其特征在于，该尿素传感器包括：

顶座总成，该顶座总成安装于尿素罐上，其内部具有管路安装通道以及测量腔室(3)，所述测量腔室(3)接有引入所述顶座总成的吸入管(22)，该吸入管(22)的入口延伸至所述尿素罐底部过滤网内；

固定于所述顶座总成内的电子测量模块总成，该电子测量模块总成包括MCU运算单元(101)，以及分别与所述MCU运算单元(101)电连接的尿素溶液温度测量模组、尿素液位测量模组、尿素溶液密度测量模组；

超声波传感器(2)，置于所述测量腔室(3)内，其与所述电子测量模块总成电连接；

抽液泵(6)，该抽液泵(6)安装于顶座总成中，其进液端与所述测量腔室(3)连通；其出液口(25)连接出液管(24)，所述出液管(24)的另一端通入尿素罐，电磁阀(1)，该电磁阀(1)一端与测量腔室(3)连通，另一端直通大气；

冷却管路(10)，该冷却管路的主体管路置于所述尿素罐内，其进出管路安装于所述管路安装通道中；

液位传感组件，设于所述尿素罐内且其一端固定于所述顶座总成。

2.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述顶座总成包括连接固定的顶座(21)和顶盖(23)。

3.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述超声波传感器(2)包括对射式超声波传感器或发射接收一体式超声波传感器的一种。

4.根据权利要求3所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述超声波传感器(2)内安装有温度传感器，该温度传感器电连接至所述尿素溶液温度测量模组。

5.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述液位传感组件包括与所述顶座总成连接的不锈钢管(7)、设于所述不锈钢管(7)内的磁传感器(9)以及可活动的套于所述不锈钢管(7)外的浮子(8)，所述浮子(8)为具有磁性的浮子，其活动的范围均能够被所述磁传感器(9)感应到，所述磁传感器(9)和所述尿素液位测量模组电连接。

6.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述冷却管路由进水端至出水端，包括顺次连接的第八管路(20)、第一管路、第九管路(14)、第五管路(17)，所述第九管路(14)具有用于增加吸热面积的螺旋弯曲段，所述第八管路(20)和所述第五管路(17)均安装于所述顶座总成的一侧。

7.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述顶座总成上还安装有第二管路(13)、第四管路(15)、第六管路(18)以及第七管路(19)；

所述第七管路(19)安装于顶座总成的一侧，其作为输出尿素溶液的管路，与置于所述尿素罐内的第二管路(13)连接；

所述第六管路(18)安装于顶座总成的一侧，其作为输入尿素溶液的管路，与所述第四管路(15)连接；

所述尿素传感器还包括过滤网结构件(12)，所述第二管路(13)的进液端连接到所述过滤网结构件(12)。

8.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述电子测量模块总成上安装有用于测量大气压力的大气压力传感器(4)和用于检测车辆运动状态的加速度传感器(5)。

9.根据权利要求1所述的一种尿素溶液密度测量装置，其特征在于，所述MCU运算单元(101)通过总线接口电路(102)接入电源；

所述MCU运算单元(101)的INH脚连接液位传感电路(103)；

所述MCU运算单元(101)的INH脚还分别连接有NTC温度传感器、电阻R1，所述NTC温度传感器的另一端接地，所述电阻R1的另一端接入VCC电源。