一种尿素传感器的制作方法

1.本技术涉及用尿素喷射实现氮氧化物排放控制的相关领域，具体是涉及一种尿素传感器。


背景技术：

2.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。在载体上附着的催化剂的作用下，尿素中的主要成份nh3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浓度在32.5％左右，超出规定的浓度范围需要报警，所以需要对尿素溶液的浓度进行测量。
3.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。
4.市场上现有的高端尿素传感器以国外品牌为主，不仅销售的价格较高，产品的稳定性也有很大的改善空间。国内一些厂家的尿素传感器以中低端为主。尿素溶液浓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。
5.采用红外光电发射和接收管测量尿素溶液浓度时，由于红外发射和接收管浸泡在80多度的尿素溶液中(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。
6.采用超声波传感器测量尿素溶液浓度时，需要使用较高频率的超声波传感器，高频超声波传感器制成的一致性较差，标定困难，超声波发射频率受环境温度影响较大，因为是tof(time offlight)原理测量，频率的变化会引起尿素溶液浓度测量的变化，造成测量误差。尿素溶液产生的气泡或附着在超声波传感器表面的杂质会影响尿素溶液浓度的测量精度。
7.采用干簧管和磁性浮子测量尿素溶液液位时，因为干簧管属于机械触点式传感器，机械触点的频繁打开和闭合，使用寿命较短，由于干簧管使用数量的限制和磁性浮子的径向摆动，测量误差较大，而且尿素溶液液位的测量数值是不连续的。
8.采用磁传感器(磁阻传感器，线性霍尔传感器等)和磁性浮子测量尿素溶液液位时，测量精度要好于使用干簧管的测量方法，液位测量的数值是连续的，使用寿命也较长，缺点是容易受外来电磁干扰而影响测量精度，也因为磁性浮子的径向摆动(考虑磁性浮子需要沿不锈钢管上下移动，浮子中间的孔径要大于不锈钢管的直径，以防止上下浮动时被卡死)，会造成尿素溶液液位的测量误差，因为要使用多个磁传感器组成传感器阵列，所以材料成本较高。


技术实现要素：

9.本发明主要针对以上问题，提出了一种尿素传感器，其目的是避免了现有产品存
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，对汽车尾气的处理提供了准确的参考依据，可以更好的保护环境，减低了整车制造商的生产成本，使产品更具有竞争力。本产品可以作为进口产品替代，为国家节省大量外汇。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种尿素传感器，包括顶座总成、管子总成以及电子测量模块总成，所述的管子总成包括有尿素抽取管；所述的电子测量模块总成包括尿素液位测量传感器模组、尿素溶液浓度测量传感器模组以及相对应的测量机构；其中，所述的尿素液位测量传感器模组包括微差压压力传感器、测量导管以及金属电极，所述测量导管和金属电极固定在顶座内并与测量电路连接，用于分别测量尿素溶液液位的最小值电极和最大值电极；所述的尿素溶液浓度测量传感器模组包括由称重传感器、物体、电机或电磁铁与结构件组成的升降装置，所述称重传感器的一端固定在顶座上。
11.进一步地，所述管子总成还包括尿素加热管，所述管子总成的尿素加热管、尿素抽取管、电子测量模块总成及测量机构分别安装在所述顶座内或与所述顶座连接。
12.进一步地，所述测量导管为金属管，其底部为斜口，底部开有径向通孔。
13.进一步地，所述的物体通过连接器与结构件连接，所述连接器由称重传感器一端的孔洞穿过，所述电机或电磁铁与所述结构件组成的升降装置可以控制使该物体的重力加载于所述称重传感器上或从该称重传感器上卸载。
14.进一步地，所述顶座内的电路板上设置有加速度传感器。
15.进一步地，所述顶座内的电路板上还设置有大气压力传感器。
16.进一步地，所述的电机可以是有刷直流电机、交流电机、无刷直流电机或步进电机。
17.进一步地，所述管子总成还包括与所述尿素加热管连通的加热入水管、加热水管以及加热出水管。
18.进一步地，所述管子总成还包括与所述尿素管连通的尿素溶液抽取管、以及尿素溶液回流管。
19.进一步地，所述尿素管的抽取端部设置有过滤部件。
20.与现有技术相比，本发明提供的一种尿素传感器，尿素溶液浓度是通过测量特定物体在液体中产生浮力的原理来测量尿素溶液的浓度，具有测量结果精度高，使用寿命长，制造简单，材料成本低，间接误差小等特点；尿素溶液液位是通过不锈钢电极与微差压压力传感器相结合的方法测量尿素溶液的液位，具有测量结果准确，产品可靠性高，使用寿命长，制造成本低等特点。
附图说明
21.图1为本技术披露的一种尿素传感器结构。
22.图2为本技术披露的一种尿素传感器的电路图。
23.图中所示的附图标记：1、电机；2、结构件；3、称重传感器；4、微差压压力传感器；5、顶座；6、大气压力传感器；7、加速度传感器；8、测量导管；9、连接器；10、物体；11、加热水管；12、过滤部件；13、尿素抽取管；14、尿素加热管；15、金属电极；16、回流管；17、连接线；18、加热出水管；19、尿素溶液抽取管；20、尿素溶液回流管；21、加热入水管；22、顶盖；23、温度传感器。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.下面将以本技术披露的一种尿素传感器为例来描述本公开的技术方案。
28.根据本公开的示例，由图1-图2所示尿素传感器的结构可知，该尿素传感器可以包括形成其外观整体的顶座总成、管子总成以及电子测量模块总成，其中的管子总成包括有尿素抽取管13；其中的电子测量模块总成包括尿素液位测量传感器模组、尿素溶液浓度测量传感器模组以及相对应的测量机构。
29.如图1所示，尿素液位测量传感器模组包括微差压压力传感器4、测量导管8以及金属电极15，测量导管8为金属管与金属电极15固定在顶座5内，微差压压力传感器4固定在顶座5上，通过测量导管8通入尿素溶液中，微差压压力传感器4的输出信号与尿素溶液的液位成线性关系，通过测量微差压压力传感器4的输出信号经过计算可以得出尿素罐中尿素溶液的液位。
30.具体的，测量导管8同时可用做测量尿素溶液液位最小值的电极，测量导管8的下端部为斜口，下端部开有径向孔，测量导管8与测量电路相连接。金属电极15用做测量尿素溶液液位最大值的电极，金属电极15与测量电路相连接。金属管，金属电极15和尿素加热管14共同实现了尿素溶液液位最小和最大值的测量，该液位最小最大值可为微差压压力传感器4提供自动标定的参考点，用以消除微差压压力传感器4零点漂移引起的测量误差，进一步提高了尿素溶液液位的测量精度。而尿素加热管14则可避免尿素在低温环境下产生结晶。
31.如图1所示，尿素溶液浓度测量传感器模组包括由称重传感器3、物体10、电机1或电磁铁与结构件2组成的升降装置，称重传感器3的一端固定在顶座5上，电机1或电磁铁的输出轴逆时针转动或通电时，将结构件2提升起来，结构件2通过连接器9与物体10连接，物体10通过连接器9被提升起来，此时称重传感器3上无负载，此时称重传感器3可自动修正零点。当电机1或电磁铁的输出轴顺时针转动或断电时，结构件2被降落下来，通过连接器9连接的物体10也被降落下来，物体10的重力被施加在称重传感器3的受力端，根据阿基米德定律，通过测量已知物体10在尿素溶液中所产生的浮力，即可计算出尿素溶液的浓度。该种测量方法的优点是测量精度高，间接误差小，受环境温度影响较小，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。
32.通过上述结构可知，本发明的特点是实现了尿素罐中尿素溶液浓度和尿素溶液液位的精确测量，并具有独特的自动校准和零点修正功能，在降低材料和制造成本的同时，也提高了产品的可靠性和使用寿命。
33.为了避免尿素结晶、保证尿素正常的喷射，本技术提供了一种水加热的实施例，具体，请继续参照图1，水加热的组成属于上述管子总成的一部分，包括与尿素加热管14连通的加热入水管21、加热水管11以及加热出水管18，冷却水(热水)从加热入水管21流入，流经尿素加热管14、加热水管11后由加热出水管18流出。当然本发明的保护范围并不限于此，其中还可采用电加热的方式避免尿素结晶。
34.另外，在尿素喷射在排气管中时，尿素泵将尿素溶液抽出，抽出的尿素溶液从尿素溶液抽取管19流出，多余的尿素溶液可以从尿素溶液回流管20流入经回流管16返回尿素罐。
35.尿素抽取管13的抽取端设置有过滤部件12，该过滤部件12可以是过滤网，在抽取的过程中用于过滤尿素溶液中的杂质，同时用作连接器9和物体10的导向机构。
36.优选的，还包括连接线17，该连接线17连接尿素传感器电器接口。
37.优选的，该尿素传感器还包括用于测量尿素溶液温度的温度传感器23。
38.优选的，顶座5内的电路板上设置有加速度传感器7和大气压力传感器6，加速度传感器7安装在顶座5内，大气压力传感器6安装在顶座5内。顶座5与顶盖22密封成一个整体，其中，加速度传感器7检测车辆加速度或从检测的车辆速度计算车辆加速度；其中，大气压力传感器6通过检测大气压力来间接测量海拔高度。
39.作为本实施例的优选方案，上述中的电机1可以是有刷直流电机、交流电机、无刷直流电机或步进电机，也可以使用电磁铁。
40.通过上述具体实施方式的阅读理解，所属技术领域的技术人员可容易地实现本发明。但是应当理解，本发明不限于这种具体实施方式。在所公开实施方式的基础上，所述基础领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案，其上也可与不同形式的附加功能结合而形成其他技术方案。因此，本技术的保护范围仅由所附权利要求的范围来限定。
41.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

技术特征：
1.一种尿素传感器，包括顶座总成、管子总成以及电子测量模块总成，其特征在于，所述的管子总成包括有尿素抽取管(13)；所述的电子测量模块总成包括尿素液位测量传感器模组、尿素溶液浓度测量传感器模组以及相对应的测量机构；其中，所述的尿素液位测量传感器模组包括微差压压力传感器(4)、测量导管(8)以及金属电极(15)，所述测量导管(8)和金属电极(15)固定在顶座(5)内并与测量电路连接，用于分别测量尿素溶液液位的最小值电极和最大值电极；所述的尿素溶液浓度测量传感器模组包括由称重传感器(3)、物体(10)、电机(1)或电磁铁与结构件(2)组成的升降装置，所述称重传感器(3)的一端固定在顶座(5)上。2.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述管子总成还包括尿素加热管(14)，所述管子总成的尿素加热管(14)、尿素抽取管(13)、电子测量模块总成及测量机构分别安装在所述顶座(5)内或与所述顶座(5)连接。3.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述测量导管(8)为金属管，其底部为斜口，底部开有径向通孔。4.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述的物体(10)通过连接器(9)与结构件(2)连接，所述连接器(9)由称重传感器(3)一端的孔洞穿过，所述电机(1)或电磁铁与所述结构件(2)组成的升降装置可以控制使该物体(10)的重力加载于所述称重传感器(3)上或从该称重传感器(3)上卸载。5.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述顶座(5)内的电路板上设置有加速度传感器(7)。6.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述顶座(5)内的电路板上还设置有大气压力传感器(6)。7.根据权利要求1或4所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述的电机(1)可以是有刷直流电机、交流电机、无刷直流电机或步进电机。8.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述管子总成还包括与所述尿素加热管(14)连通的加热入水管(21)、加热水管(11)以及加热出水管(18)。9.根据权利要求1所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述管子总成还包括与所述尿素抽取管(13)连通的尿素溶液回流管(20)、尿素溶液抽取管(19)。10.根据权利要求9所述的一种尿素传感器，其特征在于，所述尿素抽取管(13)的抽取端部设置有过滤部件(12)。

技术总结
本发明公布了一种尿素传感器，包括顶座总成、管子总成以及电子测量模块总成，管子总成包括有尿素抽取管；电子测量模块总成包括尿素液位测量传感器模组、尿素溶液浓度测量传感器模组以及相对应的测量机构；尿素液位测量传感器模组包括微差压压力传感器、测量导管以及金属电极；尿素溶液浓度测量传感器模组包括称重传感器、物体、电机或电磁铁与结构件；本发明提出一种尿素传感器，其目的是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，对汽车尾气的处理提供了准确的参考依据，可以更好的保护环境，减低了整车制造商的生产成本，使产品更具有竞争力。使产品更具有竞争力。使产品更具有竞争力。


技术研发人员：黄志辉 王海峰 尹定红 盘祝英
受保护的技术使用者：深圳市昊岳科技有限公司
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/3/8