EP3105578A1 - Sensoranordnung zur bestimmung einer laufzeit von schallwellen in einem flüssigen medium sowie verfahren zur herstellung einer sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung zur bestimmung einer laufzeit von schallwellen in einem flüssigen medium sowie verfahren zur herstellung einer sensoranordnung

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EP3105578A1
EP3105578A1 EP15700317.9A EP15700317A EP3105578A1 EP 3105578 A1 EP3105578 A1 EP 3105578A1 EP 15700317 A EP15700317 A EP 15700317A EP 3105578 A1 EP3105578 A1 EP 3105578A1
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EP
European Patent Office
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reflector
sound
sound transducer
transducer
sensor arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15700317.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Danil HAAR
Peter Corsten
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/024—Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
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    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2962—Measuring transit time of reflected waves
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    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/045—External reflections, e.g. on reflectors

Definitions

  • Sensor arrangements are already known with which the quality and / or concentration of a liquid in a container can be determined.
  • sensor arrangements for determining the quality and concentration of a liquid in a container can be determined.
  • Exhaust gas aftertreatment fluid such as Adblue®, used in a fluid container.
  • Exhaust aftertreatment liquid sprayed into the combustion exhaust gas so that the nitrogen oxides are split into nitrogen, water and carbon dioxide.
  • Contain in the exhaust aftertreatment fluid impurities such as unburned diesel fuel, water, ethylene glycol or the like, so reduces the ability of Exhaust aftertreatment liquid to reduce the nitrogen oxides in the combustion exhaust, or even damage may occur in the exhaust aftertreatment system.
  • the document US 2012/01 18059 A1 discloses a sensor arrangement for determining a quality of a liquid in a container.
  • the sensor arrangement has a piezoelectric sound transducer which emits sound waves in the direction of a reflector plate and receives correspondingly reflected sound waves. Based on the measurement of the transit time of a sound wave signal from the transducer to the reflector plate and back a quality of the liquid can be derived in the container.
  • Sensor arrangement formed as a separate components, and it may due to temperature or aging-related deformations of components of the sensor assembly or the sensor assembly in total to a change in the distance between the
  • the reflector holder can be made of an aging and temperature-resistant material, in particular of a metal.
  • the holding element of the reflector holder may have a passage opening and / or a
  • Figure 1 b is a sectional view through the capsule housing for receiving the
  • FIG. 3 a further shows the measuring electronics 2 inserted into the capsule housing 1
  • Reflector plate 32 is located.
  • a measuring arrangement for the determination a property of a liquid, such as an exhaust aftertreatment fluid, eg, Adblue®.
  • a property of a liquid such as an exhaust aftertreatment fluid, eg, Adblue®.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (10) zur Bestimmung einer schalllaufzeitabhängigen Eigenschaft einer Flüssigkeit, insbesondere einer Schallgeschwindigkeit, umfassend: - einen Schallwandler (23) zum Ausgeben und/oder Empfangen eines Schallsignals; - ein Reflektorelement (32) zum Reflektieren des Schallsignals; - eine Reflektorhalterung (3) mit einem formbeständigen Halteelement (31) zum Halten des Reflektorelements (32); - ein Trägerelement zum Fixieren der Anordnung des Schallwandlers (23) und des Halteelements (31) der Reflektorhalterung (3); wobei sich das Halteelement (31) der Reflektorhalterung (3)im Wesentlichen parallel zum Schallsignalweg zwischen dem Schallwandler (23) und dem Reflektorelement (32) und zumindest teilweise in einen von dem Reflektorelement (32) abgewandten Bereich hinter dem Schallwandler (23) erstreckt.

Description

Beschreibung
Sensoranordnung zur Bestimmung einer Laufzeit von Schallwellen in einem flüssigen
Medium sowie Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Sensoranordnungen zum Einsatz in einem
Flüssigkeitsbehälter in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Qualität der Flüssigkeit in dem Behälter basierend auf einer Laufzeit von Schallquellen bestimmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Verhindern einer Sensordrift durch mechanische Einflüsse während einer Montage der Sensoranordnung sowie aufgrund von Alterungstoleranzen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Herstellen von derartigen Sensoranordnungen.
Stand der Technik
Es sind bereits Sensoranordnungen bekannt, mit denen die Qualität und/oder Konzentration einer Flüssigkeit in einem Behälter bestimmt werden kann. Insbesondere werden derartige Sensoranordnungen zum Bestimmen der Qualität und Konzentration einer
Abgasnachbehandlungsflüssigkeit, wie beispielsweise Adblue®, in einem Flüssigkeitsbehälter verwendet.
Die Abgasnachbehandlungsflüssigkeit kann aus einer 32,5%-igen Lösung von hochreinem Harnstoff in demineralisiertem Wasser bestehen und zur Abgasnachbehandlung von
Verbrennungsabgasen von Dieselmotoren dienen. Dazu wird die
Abgasnachbehandlungsflüssigkeit in das Verbrennungsabgas eingesprüht, so dass die Stickoxide in Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid aufgespalten werden. Befinden sich in der Abgasnachbehandlungsflüssigkeit Verunreinigungen wie unverbrannter Dieselkraftstoff, Wasser, Ethylenglykol oder dergleichen, so vermindert sich die Fähigkeit der Abgasnachbehandlungsflüssigkeit, die Stickoxide in dem Verbrennungsabgasen zu reduzieren, oder es können sogar Schäden in dem Abgasnachbehandlungssystem auftreten.
Aus der Druckschrift US 2012/01 18059 A1 ist eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Qualität einer Flüssigkeit in einem Behälter bekannt. Die Sensoranordnung weist einen piezoelektrischen Schallwandler auf, der Schallwellen in Richtung einer Reflektorplatte abgibt und entsprechend reflektierte Schallwellen empfängt. Anhand der Messung der Laufzeit eines Schallwellensignals von dem Schallwandler zur Reflektorplatte und zurück kann eine Güte der Flüssigkeit in dem Behälter abgeleitet werden.
Derartige Sensoranordnungen werden anfänglich kalibriert, insbesondere bezüglich des Abstands zwischen dem Schallwandler und der Reflektorplatte. In der Regel werden der piezoelektrische Schallwandler und die Reflektorplatte jedoch vor der Montage der
Sensoranordnung als separate Bauelemente ausgebildet, und es kann aufgrund von temperatur- oder alterungsbedingten Verformungen von Bauelementen der Sensoranordnung oder der Sensoranordnung insgesamt zu einer Änderung des Abstands zwischen dem
Schallwandler und der Reflektorplatte kommen. Dies kann bei den anfänglich kalibrierten Sensoranordnungen zu fehlerhaften Laufzeitmessungen des Schallsignals führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoranordnung zum Bestimmen einer Laufzeit eines Schallsignals in einer Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen, deren temperatur- und alterungsbedingte Toleranz reduziert ist. Es ist weiterhin Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Sensoranordnung zur Verfügung zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Sensoranordnung zum Bestimmen einer Laufzeit eines
Schallsignals in einer Flüssigkeit gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer
schalllaufzeitabhängigen Eigenschaft einer Flüssigkeit, insbesondere einer
Schallgeschwindigkeit, vorgesehen, umfassend: einen Schallwandler zum Ausgeben und/oder Empfangen eines Schallsignals;
ein Reflektorelement zum Reflektieren des Schallsignals;
eine Reflektorhalterung mit einem formbeständigen Halteelement zum Halten des Reflektorelements;
ein Trägerelement zum Fixieren der Anordnung des Schallwandlers und des
Halteelements der Reflektorhalterung;
wobei sich das Halteelement der Reflektorhalterung im Wesentlichen parallel zum
Schallsignalweg zwischen dem Schallwandler und dem Reflektorelement und zumindest teilweise in einen von dem Reflektorelement abgewandten Bereich hinter dem
Schallwandler erstreckt.
Die obige Sensoranordnung basiert auf einer Messung einer Laufzeit eines Schallsignals zwischen einem Schallwandler und einem Reflektorelement, die mit einem sich nicht verändernden, konstanten Abstand einander gegenüber liegend angeordnet sind. Dazu sind der Schallwandler und das Reflektorelement in einem festen örtlichen Bezug zueinander angeordnet. Die Laufzeit des Schallsignals kann als charakteristische Größe für eine
Eigenschaft der Flüssigkeit in dem Behälter, insbesondere für die Güte bzw. Qualität der Flüssigkeit, angesehen werden.
Eine Idee der der obigen Sensoranordnung besteht darin, das Reflektorelement an einem temperatur- und alterungsbeständigen Halteelement anzuordnen, das zumindest teilweise die von dem Reflektorelement abgewandte Seite des Schallwandlers hintergreift. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass bei temperatur-und/oder alterungsbedingten Verformungen des Trägermaterials der Abstand zwischen dem Schallwandler und dem Reflektorelement unverändert bleibt.
Weiterhin kann die Reflektorhalterung mit dem Halteelement und dem Reflektorelement einstückig, insbesondere aus einem Stanzblech, ausgebildet sein.
Die Reflektorhalterung kann aus einem alterungs- und temperaturbeständigen Material, insbesondere aus einem Metall, ausgebildet sein.
Die Reflektorhalterung kann aus einem formstabileren bzw. formbeständigerem Material ausgebildet sein als das Trägerelement. Insbesondere kann die Reflektorhalterung aus einem Metall und das Trägerelement aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass der Schallwandler und die Reflektorhalterung in ein
Trägermaterial eines Trägerelements eingebettet sind, aus dem das Reflektorelement hervorsteht.
Weiterhin kann das Halteelement der Reflektorhalterung ringförmig ausgebildet sein und den Schallwandler so umgeben, dass das Reflektorelement ein von dem Schallwandler
ausgegebenes Schallsignal, insbesondere zurück auf den Schallwandler, reflektiert.
Das Halteelement der Reflektorhalterung kann eine Durchgangsöffnung und/oder eine
Ausnehmung und/oder eine Strukturierung aufweisen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Halteelement eine Sicke aufweist und/oder mit einer Wölbung quer zur Erstreckungsrichtung des Schallsignalwegs zwischen dem
Schallwandler und dem Reflektorelement versehen ist.
Der Schallwandler kann Teil einer Messelektronik sein, die in einem Kapselgehäuse angeordnet ist, wobei der Schallwandler in einer Schallwandlertasche, die aus dem Kapselgehäuse hervorsteht, angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Trägermaterial die Reflektorhalterung so an dem Kapselgehäuse halten, dass das Reflektorelement der Schallwandlertasche gegenüberliegend angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:
Anordnen einer Reflektorhalterung mit einem Halteelement und einem Reflektorelement an einer Messelektronik mit einem Schallwandler, so dass ein von dem Schallwandler ausgegebenes und/oder empfangenes Schallsignal an dem Reflektorelement reflektierbar ist, wobei sich das Halteelement im Wesentlichen parallel zum Schallsignalweg zwischen Schallwandler und dem Reflektorelement und zumindest teilweise in einen von dem
Reflektorelement abgewandten Bereich hinter dem Schallwandler erstreckt; und
Fixieren der Anordnung mit der Reflektorhalterung und dem Schallwandler mithilfe eines Trägerelements.
Insbesondere kann die Anordnung mit der Reflektorhalterung und dem Schallwandler durch Einbetten der Anordnung in ein Trägermaterial des Trägerelements fixiert werden. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 a eine perspektivische Darstellung eines Kapselgehäuses zur Aufnahme einer
Messelektronik;
Figur 1 b eine Schnittansicht durch das Kapselgehäuse zur Aufnahme der
Messelektronik;
Figur 2 eine Messelektronik mit elektrischen Anschlüssen zum Einsatz in das
Kapselgehäuse;
Figur 3a eine perspektivische Darstellung einer in das Kapselgehäuse eingesetzten
Messelektronik;
Figur 3b eine Schnittansicht der in das Kapselgehäuse eingesetzten Messelektronik;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht mit einem auf das Kapselgehäuse aufgesetzten
Haltering mit einer Reflektorplatte;
Figur 5 eine separate Darstellung der Messelektronik und des Halterings mit der
Reflektorplatte als aktive Elemente der Sensoranordnung; und
Figur 6 eine perspektivische Darstellung der Sensoranordnung zum Einsatz in einen
Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit und zur Bestimmung einer von einer Schallgeschwindigkeit abhängigen Eigenschaft der Flüssigkeit. Beschreibung von Ausführungsformen
In den Figuren 1 a bis 6 sind einzelne Stufen eines Verfahrens zur Herstellung einer
Sensoranordnung 10 gezeigt, wobei die perspektivische Ansicht der Figur 6 die vollständige Sensoranordnung 10 zeigt.
Figur 1 a zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kapselgehäuses 1 und Figur 1 b eine entsprechende Schnittansicht durch das Kapselgehäuse 1 . Das Kapselgehäuse 1 weist einen Innenraum 1 1 zur Aufnahme einer Messelektronik 2 auf. Der Innenraum 1 1 ist von einer ersten Seite 12 des Kapselgehäuses 1 zugänglich. Auf einer der zugänglichen ersten Seite 12 gegenüber liegenden zweiten Seite 13 ist eine nach außen hervorstehende
Schallwandlertasche 14 ausgeformt, die zum Einsetzen eines Schallgebers über den
Innenraum 1 1 zugänglich ist. Das Kapselgehäuse 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei die Schallwandlertasche 14 an einem
Randbereich des Kapselgehäuses 1 bezüglich einer Längsrichtung L angeordnet ist.
Grundsätzlich sind auch andere Formen für das Kapselgehäuse 1 möglich, die eine Aufnahme der Messelektronik 2 erlauben.
Das Kapselgehäuse 1 ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material, insbesondere einem spritzgussfähigen Kunststoff, durch Spritzguss oder vergleichbare
Herstellungsverfahren hergestellt.
Seitlich versetzt bezüglich der Längsrichtung L ist an einem Randbereich eine Sensortasche 15 ausgebildet, die ebenfalls über die zweite Seite 13 hervorsteht. Wie die Schallgebertasche 14 ist auch die Sensortasche 15 hohl und über den Innenraum 1 1 zugänglich.
Das Kapselgehäuse 1 weist weiterhin in den Innenraum 1 1 gerichtete Auf lagestege 16 auf, die an den Innenflächen von zwei quer zur Längsrichtung L gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und sich ins Innere des Inneraums 1 1 erstrecken. Diese dienen als Auflagefläche für eine Leiterplatte 21 der Messelektronik 2 (nicht gezeigt) im Inneren des Innenraums 1 1 .
An einer Seitenfläche 18 des Kapselgehäuses 1 sind Durchführungsöffnungen 19 zur
Durchführung von Anschlussleitungen für die Messelektronik 2 vorgesehen. In Figur 2 ist die Messelektronik 2 separiert perspektivisch dargestellt. Die Messelektronik 2 umfasst eine Leiterplatte 21 , auf der elektronische Bauelemente 22 zur Durchführung einer Laufzeitmessung bzw. zur elektronischen Signalverarbeitung für ein Schallsignal angeordnet und verschaltet sind. Weiterhin sind auf der Leiterplatte 21 ein Schallwandler 23 und ein Temperatursensor 24 aufgebracht, die so auf der Leiterplatte 21 angeordnet sind, dass beim Einsetzen der Leiterplatte 21 in das Kapselgehäuse 1 der Schallwandler 23 in den Hohlraum der Schallwandlertasche 14 und der Temperatursensor 24 in den Hohlraum der Sensortasche 15 hineinragt. Der Schallwandler 23 kann beispielsweise ein piezoelektrischer Schallgeber und -sensor sein, der ein Schallsignal, insbesondere ein Ultraschallsignal, sowohl abgeben als auch empfangen kann.
Weiterhin ist die Leiterplatte 21 bzw. die darauf angeordnete elektronische Schaltung über Verbindungsleitungen 25 mit einem Steckverbinder 26 gekoppelt. Über den Steckverbinder 26 ist es möglich, die Messelektronik 2 in geeigneter Weise anzusteuern, mit elektrischer Energie zu versorgen und Messgrößen auszulesen.
In Figur 3a ist weiterhin die in das Kapselgehäuse 1 eingesetzte Messelektronik 2
perspektivisch dargestellt. Die Leiterplatte 21 der Messelektronik 2 liegt dabei auf den in den Innenraum 1 1 gerichteten Auflagestegen 16 auf, wobei die Verbindungsleitungen 25 durch die Durchführungsöffnungen 19 in Richtung des Steckverbinders 26 geführt sind. Weiterhin befindet sich der Schallwandler 23 im Hohlraum der Schallwandlertasche 14 und der
Temperatursensor 24 im Hohlraum der Sensortasche 15.
In Figur 3b ist eine Schnittansicht durch die Anordnung der Verfahrensstufe der Figur 3a dargestellt. Man erkennt die in den Innenraum 1 1 eingebettete Leiterplatte 21 der
Messelektronik 2. Zum Fixieren der Messelektronik 2 und zu deren Schutz ist die
Messelektronik 2 in dem Innenraum 1 1 zusammen mit dem Schallwandler 23 und dem
Temperatursensor 24 mithilfe eines Epoxid- oder Kunstharzes 27 oder dergleichen vergossen.
In Figur 4 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren Verfahrensstufe dargestellt. Auf das mit der Messelektronik 2 versehene Kapselgehäuse 1 wird nun eine Reflektorhalterung 3 mit einem ringförmigen Halteelement 31 und einem Reflektorelement, das in diesem
Ausführungsbeispiel als Reflektorplatte 32 ausgebildet ist, angeordnet. Als Reflektorelement kann jedoch auch ein in anderer Weise ausgeformtes Element mit einer geeigneten
Schallreflektionsfläche vorgesehen werden. Das ringförmige Halteelement 31 weist eine Größe auf, die zumindest die Schallwandlertasche 14 umgibt. Die Reflektorplatte 32 ist von der Erstreckungsebene des ringförmigen
Halteelements 31 in Richtung der Schallwandlertasche 14 abgewinkelt angeordnet. Die Reflektorplatte 32 geht dabei von einem inneren Rand 34 des ringförmigen Halteelements 31 aus und bildet mit der Ebene des ringförmigen Halteelements 31 vorzugsweise einen rechten Winkel.
Die Reflektorhalterung 3 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Stanzblech, insbesondere in integrierter Weise, durch ein Stanzverfahren ausgebildet. Die Reflektorhalterung 3 wird so über dem Kapselgehäuse 1 angeordnet, dass die
Erstreckungsebene des ringförmigen Halteelements 31 im Wesentlichen parallel zur zweiten Seite 13 des Kapselgehäuses 1 verläuft. Dadurch steht die Reflektorplatte 32 im Wesentlichen rechtwinklig zur zweiten Seite 13 des Kapselgehäuses 1. Die Reflektorplatte 32 ist im
Wesentlichen der Schallwandlertasche 14 in Längsrichtung L des Kapselgehäuses 1 gegenüberliegend angeordnet.
Das Halteelement 31 kann abgesehen von seiner ringförmigen Erstreckung auch eine Wölbung oder umlaufende Sicken aufweisen. Insbesondere kann ein äußerer Rand 33 des ringförmigen Halteelements 31 gegenüber einem inneren Rand 34 des Halteelements 31 in Richtung der Erstreckung der Reflektorplatte 32 aufgebogen sein. Auf diese Weise kann die Stabilität des Halteelements 31 gegenüber Verformungen weiter verbessert werden.
Weiterhin kann das Halteelement 31 mit Durchgangsöffnungen 36, Ausnehmungen 37 oder einer sonstigen Strukturierung versehen sein, die nach einem Umspritzen mit einem
Trägermaterial einen zuverlässigen Halt in dem Trägermaterial gewährleisten.
In Figur 5 ist eine Darstellung der Anordnung der Reflektorhalterung 3 und der Messelektronik 2 dargestellt. Man erkennt, dass der Schallwandler 23 der Messelektronik 2 im Wesentlichen der Reflektorplatte 32 so gegenüberliegt, dass von dem Schallwandler 23 abgegebene Schallwellen von der Reflektorplatte 32 in Richtung des Schallwandlers 23 zurück reflektiert werden. Die Entfernung zwischen dem Schallwandler 23 und der Reflektorplatte 32 ist dabei konstant. Auf diese Weise kann über eine Messung der Zeitdauer zwischen einem Aussenden eines
Schallsignals durch den Schallwandler 23 und einem Empfangen eines entsprechend reflektierten Schallsignals durch den Schallwandler 23 auf eine Schallgeschwindigkeit in einem Medium geschlossen werden kann, das sich zwischen dem Schallwandler 23 und der
Reflektorplatte 32 befindet. Insbesondere kann eine solche Messanordnung zur Bestimmung einer Eigenschaft einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel einer Abgasnachbehandlungsflüssigkeit, z.B. Adblue®, verwendet werden. Insbesondere kann die Qualität der
Abgasnachbehandlungsflüssigkeit über die darin vorherrschende Schallgeschwindigkeit bestimmt werden. Da die Dichte der Flüssigkeit in der Regel auch von deren Temperatur abhängt, ist der Temperatursensor 24 in der Nähe des Schallsignalweges zwischen dem Schallwandler 23 und der Reflektorplatte 32 angeordnet.
Figur 6 zeigt eine fertige Sensoranordnung 10, wobei das Kapselgehäuse 1 und die darauf angeordnete Reflektorhalterung 3 in einem Spritzgussverfahren mit einem Trägermaterial umspritzt sind, so dass die Reflektorhalterung 3 über ein aus dem Trägermaterial ausgeformtes Trägerelement 4 dauerhaft mit dem Kapselgehäuse 1 verbunden ist. Dabei dringt das
Trägermaterial in die Durchgangsöffnungen 36 und die Ausnehmungen 37 ein und fixiert dadurch die Reflektorhalterung 3 zuverlässig in dem Trägermaterial des Trägerelementes 4.
Das Trägerelement 4 umgibt das Kapselgehäuse 1 im Wesentlichen vollständig und bildet in Richtung der zweiten Seite 13 somit einen ringförmigen Vorsprung 41 , der bezüglich der zweiten Seite 13 oberhalb des ringförmigen Halteelements 31 angeordnet ist. Im Wesentlichen ist der Vorsprung 41 ringförmig so ausgebildet, dass er die Schallwandlertasche 14, die Reflektorplatte 32 und die Sensortasche 15 umgibt. Während das Trägermaterial die
Schallwandlertasche 14 vollständig umgibt, so dass diese in dem Trägermaterial eingebettet ist, ist für ein verbessertes Reflexionsverhalten die Reflektorplatte 32 der Reflektorhalterung 3 ausgespart, um eine feste schallreflektierende Oberfläche für den von dem Schallwandler 23 ausgesandten Schall auszubilden.
Es ist wesentlich, dass die Entfernung zwischen dem Schallwandler 23 und der Reflektorplatte 32 über die Lebensdauer und bei Temperaturschwankungen, wie sie beispielsweise während eines Montageprozesses auftreten, konstant bleibt. Insbesondere durch das ringförmige Halteelement 31 , das die Schallwandlertasche 14 umschließt, kann zuverlässig gewährleistet werden, dass auch bei Verformungen des Trägermaterials im Wesentlichen keine Veränderung des Abstands zwischen der Reflektorplatte 32 und dem Schallwandler 23 erfolgt.
In weiteren Ausführungsformen kann das Halteelement 31 anstelle in Ringform den
Schallwandler 23 bzw. die Schallwandlertasche 14 auch in anderer formumschließender Weise umgeben, um eine geeignete Fixierung der Reflektorplatte 32 bezüglich der
Schallwandlertasche 14 bzw. des Schallwandlers 23 zu erreichen. Alternativ ist es möglich, ein Halteelement 31 anstelle in der die Schallwandlertasche 14 umgebenden Form des Halteelements 31 auch in U-Form oder dergleichen vorzusehen. Letztlich kann zur Gewährleistung eines konstanten Abstands zwischen der Reflektorplatte 32 und der Schallwandlertasche 14 ein zumindest teilweises Hintergreifen der Schallwandlertasche 14 durch einen Abschnitt des Halteelements 31 ausreichend sein.
Bezugszeichenliste
Kapselgehäuse
Sensoranordnung
Innenraum
erste Seite
zweite Seite
Schallwandlertasche
Sensortasche
Vorsprünge
Kante
Seitenfläche
Durchführungsöffnungen
Messelektronik
Leiterplatte
Bauelemente
Schallwandler
Temperatursensor
Verbindungsleitungen
Steckverbinder
Epoxid- oder Kunstharz
Reflektorhalterung
Halteelement
Reflektorplatte
äußerer Rand
innerer Rand
Durchgangsöffnungen
Ausnehmungen
Trägerelement
ringförmiger Vorsprung

Claims

- 12 - Patentansprüche
1. Sensoranordnung zur Bestimmung einer schalllaufzeitabhängigen Eigenschaft einer Flüssigkeit, insbesondere einer Schallgeschwindigkeit, umfassend:
einen Schallwandler (23) zum Ausgeben und/oder Empfangen eines Schallsignals; ein Reflektorelement (32) zum Reflektieren des Schallsignals;
eine Reflektorhalterung (3) mit einem Halteelement (31 ) zum Halten des
Reflektorelements (32);
ein Trägerelement zum Fixieren der Anordnung des Schallwandlers (23) und des Halteelements (31 ) der Reflektorhalterung (3);
wobei sich das Halteelement (31 ) der Reflektorhalterung (3)im Wesentlichen parallel zum Schallsignalweg zwischen dem Schallwandler (23) und dem
Reflektorelement (32) und zumindest teilweise in einen von dem Reflektorelement (32) abgewandten Bereich hinter dem Schallwandler (23) erstreckt.
2. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Reflektorhalterung (3) mit dem Halteelement (31 ) und dem Reflektorelement (32) einstückig, insbesondere aus einem Stanzblech, ausgebildet ist.
3. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reflektorhalterung (3) aus einem alterungs- und temperaturbeständigen Material, insbesondere aus einem Metall, ausgebildet ist.
4. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Reflektorhalterung (3) aus einem formstabileren bzw. formbeständigerem Material ausgebildet ist als das Trägerelement.
5. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schallwandler (23) und die Reflektorhalterung (3) in einem Trägerelement mit einem Trägermaterial, in das der Schallwandler (23) und die Reflektorhalterung (3) eingebettet sind, aus dem das Reflektorelement (32) hervorsteht. - 13 -
6. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Halteelement (31 ) ringförmig ausgebildet ist und den Schallwandler (23) so umgibt, dass das Reflektorelement (32) ein von dem Schallwandler (23) ausgegebenes Schallsignal reflektiert.
7. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 wobei das Halteelement (31 ) eine Durchgangsöffnung (36) und/oder eine Ausnehmung (37) und/oder eine sonstige Strukturierung aufweist.
8. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Halteelement
(31 ) eine Sicke aufweist und/oder mit einer Wölbung quer zur Erstreckungsrichtung zwischen dem Schallwandler (23) und dem Reflektorelement (32) versehen ist.
9. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schallwandler (23) Teil einer Messelektronik (2) ist, die in einem Kapselgehäuse (1 ) angeordnet ist, wobei der Schallwandler (23) in einer Schallwandlertasche (14), die aus dem
Kapselgehäuse (1 ) hervorsteht, angeordnet ist.
10. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 9, wobei das Trägermaterial die
Reflektorhalterung (3) so an dem Kapselgehäuse (1 ) hält, dass das Reflektorelement
(32) der Schallwandlertasche (14) gegenüberliegend angeordnet ist.
1 1. Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung (10), umfassend die folgenden Schritte:
- Anordnen einer Reflektorhalterung (3) mit einem Halteelement (31 ) und einem Reflektorelement (32) an einer Messelektronik (2) mit einem Schallwandler (23), so dass ein von dem Schallwandler (23) ausgegebenes und/oder empfangenes Schallsignal an dem Reflektorelement (32) reflektierbar ist, wobei sich das Halteelement (31 ) im Wesentlichen parallel zum Schallsignalweg zwischen dem Schallwandler (23) und dem Reflektorelement (32) und zumindest teilweise in einen von dem Reflektorelement (32) abgewandten Bereich hinter dem
Schallwandler (23) erstreckt; und
Fixieren der Anordnung aus Reflektorhalterung (3) und Schallwandler (23) mit einem Trägerelement (4), so dass die Reflektorhalterung (3) an dem Schallwandler (23) gehalten ist. - 14 -
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei die Anordnung mit der Reflektorhalterung (3) und dem Schallwandler (23) durch Einbetten der Anordnung in ein Trägermaterial des Trägerelements (4) fixiert wird.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105823902A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 南京帝坝工程科技有限公司 低流速声纳测量方法、装置及应用
DE202017100663U1 (de) 2017-02-08 2018-02-09 Seuffer gmbH & Co. KG Sensorvorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften fluider Medien
DE102017218756A1 (de) * 2017-10-20 2019-04-25 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung zum Bestimmen der Qualität eines flüssigen Reduktionsmittels
DE102018218179A1 (de) * 2018-10-24 2020-04-30 Robert Bosch Gmbh Sensoreinheit zur Bestimmung der Qualität eines Fluids
FR3107764B1 (fr) * 2020-02-28 2022-05-06 Plastic Omnium Advanced Innovation & Res Système de mesure d’un paramètre d’un fluide

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0106677B1 (de) * 1982-10-14 1990-07-18 Gilbarco Inc. Tankpegelmesssystem
US5121340A (en) * 1990-06-08 1992-06-09 Campbell Scientific, Inc. Multi-level probe and system for measurement of physical conditions in liquid-containing tanks
US6993967B2 (en) * 2002-07-12 2006-02-07 Ti Group Automotive Systems, L.L.C. Fluid level sensor
EP2010872B1 (de) * 2006-04-12 2015-07-29 Seuffer GmbH & Co. KG Ultraschallvorrichtung zur messung des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter
KR101834596B1 (ko) 2010-11-11 2018-03-05 에스에스아이 테크놀로지스, 인크. 디젤 배기가스 플루이드의 품질 및/또는 깊이를 결정하는 시스템들 및 방법들
DE102011089685B4 (de) * 2011-12-22 2018-09-27 Continental Automotive Gmbh Messanordnung zur Bestimmung eines Füllstands und/oder einer Konzentration einer Flüssigkeit
DE102012205683A1 (de) * 2012-04-05 2013-10-10 Robert Bosch Gmbh Strömungssensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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