一种基于超声波的集成式尿素溶液传感器

技术领域

本发明涉及国六柴油车尾气处理SCR尿素溶液喷射系统，具体是一种基于超声波的集成式尿素溶液传感器。

背景技术

申请号2021200854835提供了一种集成式尿素溶液传感器,该方案集成了液位温度传感器和浓度传感器, 其电子套管内的集成电路板与控制器相连接，电子套管外套有磁浮子，使其形成液位温度传感器；其发射腔内的换能器与反射支架正对设置，使其形成浓度传感器。这种方案通过防护罩的第一过滤孔和滤网座的第二过滤孔可有效阻隔气泡和颗粒污染物进入采集腔，从而提高飞行时间的准确性，进而提高浓度测量的稳定性和可靠性。然后，这种方案结构通用性差，为了适用同一接口不同高度的尿素罐，需要重新设计集成电路板，同时液位传感器的磁敏感性存在衰减现象，长时间使用后产品可靠性会降低。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺陷，本发明特提供一种基于超声波的集成式尿素溶液传感器，能够避免磁敏感性衰减导致的产品可靠性降低的同时，通过模块化切换能够适用于同一接口不同高度的尿素罐。

为此，本发明的技术方案是：一种基于超声波的集成式尿素溶液传感器，其主体为安装座，安装座固定在尿素箱顶部，安装座下端面上固定有传感器模块，其特征在于：所述传感器模块包括液位连接管、连接座、防护罩和集成座，其中液位连接管为竖直空心管，其上端插在连接座的阶梯盲孔中，其下端插在防护罩的阶梯通孔内，并处于尿素箱底部；

防护罩固定在集成座上，并形成采集腔；

集成座上端面上采集腔内阶梯通孔外围分别设有第一发射腔和第一反射支架，第一发射腔内设有第一换能器，第一换能器与第一反射支架正对设置，使其形成浓度传感器；

集成座的外形轮廓向下延伸形成集成腔，集成腔底部对应液位连接管的中心孔设有第二发射腔，第二发射腔内设有第二换能器，第二换能器与液位连接管的中心孔正对设置，使其形成液位传感器；

集成腔内还设有温敏腔和支撑凸台，温敏腔内设有温度传感器，支撑凸台上固定有控制器，第一换能器、第二换能器和温度传感器分别与控制器相连接，集成腔内第二换能器、温度传感器和控制器周围充满灌封胶。

进一步的改进在于：所述防护罩上阶梯通孔两侧对应第一发射腔和第一反射支架设有过滤窗口，过滤窗口外形轮廓处设有密封筋，密封筋外侧设有卡槽，卡槽内装有可拆卸的第一过滤网；

卡槽靠上位置处设有方孔，第一过滤网对应方孔设有倒扣。

进一步的改进在于：所述液位连接管外壁局部向外延伸形成固线槽，固线槽内穿有线束；

连接座和集成座对应线束分别设有第一穿线孔和第二穿线孔；

线束一端与汽车CAN总线连接，另一端依次穿过第一穿线孔、固线槽、第二穿线孔线后与控制器相连接。

进一步的改进在于：所述连接座上端面上对应第一穿线孔和阶梯盲孔设有密封凸台，密封凸台外轴径上设有密封凹槽，密封凹槽内装有密封圈；

安装座对应密封凸台设有第一通孔。

进一步的改进在于：所述液位连接管的中心孔内对应第二换能器还设有漂浮在液面上的第二反射支架；

第二反射支架为镶有不锈钢片的NBR发泡零件，不锈钢片布置在其下端面上，其整体密度为0.4-0.8g/cm

进一步的改进在于：所述安装座内从上往下还穿有吸液管，吸液管一端连接有吸液管接头，另一端穿过安装座后向下延伸至尿素箱底部并插在第二过滤网中；

第二过滤网上端设有卡扣，吸液管对应卡扣设有第一箍筋；

第二过滤网下端靠近集成腔处设有弹片，圆型腔外侧壁对应弹片设有挡块。

进一步的改进在于：所述安装座上还穿有螺旋加热管，螺旋加热管的进水管口从下往上插在安装座内，并与进水管接头相贯通，出水管口从下往上穿过安装座后与出水管接头相连接；

螺旋加热管下端呈螺旋状布置，并沿着集成座和第二过滤网外形轮廓回转。

进一步的改进在于：所述安装座上还设有热水电磁阀，进水管接头通过热水电磁阀、安装座、螺旋加热管与出水管接头相连接。

进一步的改进在于：所述吸液管与吸液管接头、螺旋加热管与出水管接头分别焊接为一整体；

防护罩和集成座通过超声波焊接为一体；

第一反射支架为不锈钢冲压件，与集成座注塑成为一体；

第一过滤网和第二过滤网的目数不小于400。

进一步的改进在于：所述安装座下端面上还设有金属法兰，金属法兰对应连接座设有第二通孔；

螺旋加热管的进水管口处设有第二箍筋，金属法兰对应第二箍筋设有第三通孔，通过金属法兰将螺旋加热管固定在安装座上。

有益效果：

基于算法需求，液位传感器对液位高度的计算建立在浓度传感器的基础上，因此要求液位传感器所检测的尿素溶液和浓度传感器所检测的尿素溶液的物理特性尽可能相同。本发明中，第一换能器和第一反射支架完全包裹在采集腔内，第二换能器的发射面也在采集腔内，液位连接管插在防护罩的阶梯通孔内，液位连接管的中心孔与采集腔贯通，使采集腔内的尿素溶液和液位管内部的尿素溶液流通，这样浓度传感器和液位传感器所检测的尿素溶液物理特性完全相同，避免因尿素溶液物理特性误差导致的液位高度准确性降低。

在本发明中，液位连接管上端和下端分别与连接座的阶梯盲孔和防护罩的阶梯通孔呈轴孔小间隙配合状态，而防护罩与集成座通过超声波焊接为一体，这样就形成了相对密封的采集腔，采集腔内的尿素溶液从过滤窗口处经第一过滤网过滤后渗入到采集腔内，随着尿素罐内尿素溶液增多或减少，液位连接管内的尿素溶液也相应增多或减少，表现为液位连接管管内和管外的尿素溶液液面高度一致，由于第二反射支架的密度小于尿素溶液的密度，所以第二反射支架总是漂浮在液面上。

密封筋是为了减小防护罩和第一过滤网在过滤窗口处的间隙，使尿素溶液尽可能经第一过滤网过滤后渗入到采集腔内，这样可以防止未经过滤的尿素溶液进入到采集腔内。

第一过滤网不仅能够过阻隔采集腔外尿素溶液中的颗粒杂物进入采集腔，还能阻隔因行车振动、加注或尿素溶液由固态变为液态时采集腔外尿素溶液中产生的微小密集气泡进入采集腔内。

卡槽实现了对第一过滤网进行限位，而卡槽上的方孔与第一过滤网上的倒扣配合使第一过滤网固定在卡槽内，这种结构可实现第一过滤网的快速安装和拆卸。

液位连接管上的固线槽起固定线束的作用，设置第二反射支架是为了使液位传感器更准确地采集所需的数据。

吸液管穿过安装座后向下延伸至尿素箱底部，并与第二过滤网连接，这样使吸液管和浓度传感器均置于尿素箱底部；而螺旋加热管呈螺旋状向下延伸，并沿着集成座和第二过滤网外轮廓回转，是为了使吸液管及浓度传感器周围的固态尿素能够优先被解冻。

吸液管下端设有第一箍筋，是为了与卡扣配合使用，对第二过滤网进行轴向限位，同时能够实现快速安装和拆换第二过滤网，卡扣预先安装在第二过滤网相应的通孔中，然后再将第二过滤网从下往上套在吸液管上，当按压卡扣靠近第一箍筋时，按压卡扣，移动第二过滤网使卡扣顺利通过第一箍筋，然后在松开卡扣，这样就把第二过滤网固定在吸液管上了，反正需要拆掉第二过滤网时，仅需要按压卡扣，然后反方向移动第二过滤网，使卡扣顺利通过第一箍筋。

第一过滤网的挡块和第二过滤网的弹片形成卡扣连接，使第二过滤网相对第一过滤网位置相对固定。

防护罩和集成座通过超声波焊接为一体，这样的结构空间体积小，连接可靠且实现密封要求；反射支架与集成座注塑成为一体，也减少了连接装配所必要的标准件，降低了连接松动引起的功能失效。

安装座上的热水电磁阀，可根据需要对螺旋加热管中的热水进行通断控制，当尿素溶液为液态时，处于断开状态；当尿素处于结冰状态时，处于打开状态。

吸液管与吸液管接头、螺旋加热管与出水管接头分别为焊接一体结构，避免了分体结构因安装失误导致漏液的风险，且相对成本较低。

本发明提供的基于超声波的集成式尿素溶液传感器，针对不同高度的尿素罐，仅需要改变传感器模块中的液位连接管的长度并调整螺旋加热管的高度即可，而其他部件皆通用，因此具有很强的通用性，传感器模块集成了温度传感器、液位传感器和浓度传感器，具有集成化程度高、体积小、成本低、可靠性高的优点，同时滤网均可实现快速拆换功能，因此维修成本也较低。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例的左视图；

图3为本发明实施例的俯视图；

图4为本发明实施例的仰视图；

图5为本发明实施例的A-A剖视图；

图6为本发明实施例的B-B剖视图；

图7为本发明实施例的F-F剖视图

图8为本发明实施例的立体图；

图9为本发明实施例的传感器模块(去掉线束)的主视图；

图10为本发明实施例的传感器模块的俯视图；

图11为本发明实施例的传感器模块的C-C剖视图；

图12为本发明实施例的传感器模块的D-D剖视图；

图13为本发明实施例的传感器模块的E-E剖视图。

附图标记：

1-安装座；11-第一通孔；

12-吸液管；121-吸液管接头；122-第一箍筋；123-第二过滤网；1231-卡扣；1232-弹片；

13-螺旋加热管；131-进水管口；1311-进水管接头；1312-第二箍筋；132-出水管口；1321-出水管接头；

14-热水电磁阀；15-金属法兰；151-第二通孔；152-第三通孔；

2-传感器模块；

21-连接座；211-阶梯盲孔；212-第一穿线孔；213-密封凸台；2131-密封凹槽；2132-密封圈；

22-液位连接管；221-中心孔；2211-第二反射支架；2212-不锈钢片；222-固线槽；223-线束；

23-防护罩；231-阶梯通孔；232-过滤窗口；233-密封筋；234-卡槽；2341-方孔；235-第一过滤网；2351-倒扣；

24-集成座；241-第一发射腔；2411-第一换能器；2412-第一堵盖；

242-第一反射支架；

243-集成腔；2431-第二发射腔；2432-第二换能器；2433-温敏腔；2434-温度传感器；2435-支撑凸台；2436-控制器；2437-第二堵盖；2438-挡块；244-第二穿线孔；25-采集腔。

具体实施方式

下面结合说明书的附图1-13，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

一种基于超声波的集成式尿素溶液传感器，其主体为安装座 1 ，安装座 1 固定在尿素箱顶部，安装座 1 下端面上固定有传感器模块 2 。传感器模块 2 包括液位连接管22 、连接座 21 、防护罩 23 和集成座 24 ，其中液位连接管 22 为竖直空心管，其上端插在连接座 21 的阶梯盲孔 211 中，其下端插在防护罩 23 的阶梯通孔 231 内，并处于尿素箱底部。

防护罩 23 固定在集成座 24 上，并形成采集腔 25 。

集成座 24 上端面上采集腔 25 内阶梯通孔 231 外围分别设有第一发射腔 241和第一反射支架 242 ，第一发射腔 241 内设有第一换能器 2411 ，第一换能器 2411 与第一反射支架 242 正对设置，使其形成浓度传感器。

集成座 24 的外形轮廓向下延伸形成集成腔 243 ，集成腔 243 底部对应液位连接管 22 的中心孔 221 设有第二发射腔 2431 ，第二发射腔 2431 内设有第二换能器2432 ，第二换能器 2432 与液位连接管 22 的中心孔 221 正对设置，使其形成液位传感器。

集成腔 243 内还设有温敏腔 2433 和支撑凸台 2435 ，温敏腔 2433 内设有温度传感器 2434 ，支撑凸台 2435 上固定有控制器 2436 ，第一换能器 2411 、第二换能器2432 和温度传感器 2434 分别与控制器 2436 相连接，集成腔 243 内第二换能器 2432、温度传感器 2434 和控制器 2436 周围充满灌封胶。

防护罩 23 上阶梯通孔 231 两侧对应第一发射腔 241 和第一反射支架 242 设有过滤窗口 232 ，过滤窗口 232 外形轮廓处设有密封筋 233 ，密封筋 233 外侧设有卡槽 234 ，卡槽 234 内装有可拆卸的第一过滤网 235 。

卡槽 234 靠上位置处设有方孔 2341 ，第一过滤网 235 对应方孔 2341 设有倒扣 2351 。

液位连接管 22 外壁局部向外延伸形成固线槽 222 ，固线槽 222 内穿有线束223 。

连接座 21 和集成座 24 对应线束 223 分别设有第一穿线孔 212 和第二穿线孔 244 。

线束 223 一端与汽车CAN总线连接，另一端依次穿过第一穿线孔 212 、固线槽222 、第二穿线孔线 244 后与控制器 2436 相连接。

连接座 21 上端面上对应第一穿线孔 212 和阶梯盲孔 211 设有密封凸台 213，密封凸台 213 外轴径上设有密封凹槽 2131 ，密封凹槽 2131 内装有密封圈 2132 。

安装座 1 对应密封凸台 213 设有第一通孔 11 。

液位连接管 22 的中心孔 221 内对应第二换能器 2432 还设有漂浮在液面上的第二反射支架 2211 。

第二反射支架 2211 为镶有不锈钢片 2212 的NBR发泡零件，不锈钢片 2212 布置在其下端面上，其整体密度为0.4-0.8g/cm

安装座 1 内从上往下还穿有吸液管 12 ，吸液管 12 一端连接有吸液管接头121 ，另一端穿过安装座 1 后向下延伸至尿素箱底部并插在第二过滤网 123 中。

第二过滤网 123 上端设有卡扣 1231 ，吸液管 12 对应卡扣 1231 设有第一箍筋 122 。

第二过滤网 123 下端靠近集成腔 243 处设有弹片 1232 ，圆型腔 243 外侧壁对应弹片 1232 设有挡块 2438 。

安装座 1 上还穿有螺旋加热管 13 ，螺旋加热管 13 的进水管口 131 从下往上插在安装座 1 内，并与进水管接头 1311 相贯通，出水管口 132 从下往上穿过安装座 1后与出水管接头 1321 相连接。

螺旋加热管 13 下端呈螺旋状布置，并沿着集成座 24 和第二过滤网 123 外形轮廓回转。

安装座 1 上还设有热水电磁阀 14 ，进水管接头 1311 通过热水电磁阀 14 、安装座 1 、螺旋加热管 13 与出水管接头 1321 相连接。

吸液管 12 与吸液管接头 121 、螺旋加热管 13 与出水管接头 1321 分别焊接为一整体。

防护罩 23 和集成座 24 通过超声波焊接为一体。

第一反射支架 242 为不锈钢冲压件，与集成座 24 注塑成为一体。

第一过滤网 235 和第二过滤网 123 的目数不小于400。

安装座 1 下端面上还设有金属法兰 15 ，金属法兰 15 对应连接座 21 设有第二通孔 151 ；

螺旋加热管 13 的进水管口 131 处设有第二箍筋 1312 ，金属法兰 15 对应第二箍筋 1312 设有第三通孔 152 ，通过金属法兰 15 将螺旋加热管 13 固定在安装座 1上。

在本实施例中，第一发射腔 241 外侧正对第一换能器 2411 设有第二堵盖 2412，集成腔 243 下端还设有第一堵盖 2437 ；

防护罩 23 上的过滤窗口 232 有两个，对称分布在阶梯通孔 231 两侧，对应的第一过滤网 235 也有两个，相应的方孔 2341 和倒扣 2351 各有四个；密封凸台 213 和第一通孔 11 呈小间隙配合，密封圈 2132 起密封作用。

第二反射支架 2211 的NBR发泡部分断面呈雪片状。