一种带可溶涂层的尿素超声波传感器的制作方法

1.本发明涉及柴油机后处理技术领域。更具体地说，本发明涉及一种带可溶涂层的尿素超声波传感器，利用超声波来探测尿素水溶液浓度(品质)与液位的传感器。


背景技术：

2.当前柴油机后处理系统普遍采用超声波来探测尿素水溶液(以下简称尿素)浓度和尿素液位。但是尿素在加注或者车辆行走过程中会产生气泡。其中一些气泡会附着在传感器上，因而导致探测错误。研发出一项技术可以最大限度减少气泡在传感器上附着。但是实践中发现，这种传感器在首次使用时，由于其注塑表面不湿润，导致大量气泡附着，影响尿素加注后最初几分钟的正常使用。
3.人们发现注塑件在空气中长期放置后会脱水。很多工程中常用的注塑材料在脱水之后，尿素(水溶液)对其表面不湿润。如果将该塑料件放置在尿素中或者水中浸泡几分钟，待其充分吸水之后，尿素就能对其表面湿润。
4.上述现象就会导致以下问题：当放置在尿素箱底部的尿素超声波传感器在首次使用时，即尿素箱内第一次加注尿素时，传感器表面的注塑材料因为还没有来得及吸水，尿素不湿润，导致大量气泡在其表面产生附着，从而影响尿素加注过程中以及加注完成后几分钟的时间内，传感器受到气泡影响而无法正常工作。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种带可溶涂层的尿素超声波传感器，使得尿素超声波传感器在首次使用时，尿素箱内首次加注尿素的过程中，避免气泡在传感器表面长期附着，达到减少因首次尿素加注而产生大量气泡对此时尿素传感器的影响。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种带可溶涂层的尿素超声波传感器，包括：在传感器的超声波收发方向的表面涂覆有可溶于尿素水溶液的涂层，其在尿素水溶液中的溶解速度为1分钟之内完全溶解，所述传感器采用注塑制作。
7.优选的是，所述涂层为固体尿素，比如尿素水溶液干涸后形成的固态尿素或者尿素与水的结晶。
8.优选的是，所述涂层以可溶于尿素水溶液的铵盐为材料制作而成。
9.优选的是，所述涂层以可溶于尿素水溶液的无毒无害的材料制作而成。
10.优选的是，所述涂层为一层。
11.优选的是，所述涂层为多层相同材料依次涂覆而成的涂层。
12.优选的是，所述涂层为多层不相同材料依次涂覆而成的涂层。
13.优选的是，所述传感器还包括基座、第一超声波收发器、第二超声波收发器、超声波反射屏、温度传感器和电子单元，所述基座固定于尿素箱底部，所述基座具有尿素流通的开口，所述第一超声波收发器和超声波反射屏相对位于所述基座开口的两侧，所述第二超声波收发器和温度传感器设置于所述基座开口的底面，所述电子单元与所述第一超声波收
发器、第二超声波收发器、温度传感器分别电连接，上述可溶于尿素水溶液的涂层涂覆于所述基座开口的侧面及底面。
14.优选的是，所述超声波反射屏采用固液表面能比固气表面能低以使得尿素能够对其充分湿润的材料制作反射体或者涂覆在反射体表面或者制作薄膜粘贴在反射体表面，其中固液的液体为尿素水溶液，固气的气体为空气。
15.优选的是，所述反射体为硅酸盐类或者氧化硅类玻璃，以及与上述玻璃材料的固液和固气表面能相同等级或者类似材质的材料制成的反射体。
16.本发明至少包括以下有益效果：
17.1、本发明的涂层设置可以在尿素箱内首次加注尿素时，在较短的时间，比如几十秒中内被尿素溶解。这样，在尿素加注过程中产生并附着在传感器表面涂层上的气泡会因为涂层的溶解而离开传感器表面，上浮至尿素液面，从而避免这些尿素加注过程中形成的气泡在上述外壳表面塑料材料在充分吸水之前的几分钟内一直附着在传感器表面，使得传感器能够较快(几十秒内)进入正常工作状态，达到消除首次加注尿素对传感器的影响。
18.2、本发明采用一种固液(尿素水溶液scr反应剂)表面能比固气(空气)表面能低使得尿素能够对其充分湿润的材料来制作超声波反射体，可以有效减少气泡在超声波收发器和反射屏表面的产生或滞留。
19.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
20.图1为本发明尿素(浓度 液位)传感器表面涂层示意图；
21.图2为本发明尿素浓度传感器表面涂层示意图；
22.图3为本发明图2的俯视图；
23.图4为本发明超声波反射屏的一种形式：多片玻璃组合示意侧视图；
24.图5为本发明流体设计示意图：有分流导向器。
25.附图标记说明：
26.100、基座，200、第一超声波收发器，300、第二超声波收发器，400、超声波反射屏，500、温度传感器，600、玻璃块，700、分流导向器，800、涂层，900、电子单元。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
28.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.为了解决首次尿素加注时这几分钟时间的尿素探测困难，在传感器的外壳材料充
分吸水之前的几分钟内，能够及时将首次加注尿素所产生的气泡消除，使传感器不受气泡影响，进入正常工作状态，本发明公开了采用一种能够较快(比如几十秒内)可溶于尿素的涂层涂敷在传感器的外表面。该涂层可以在尿素箱内首次加注尿素时，在较短的时间，比如几十秒中内被尿素溶解。这样，在尿素加注过程中产生并附着在传感器表面涂层上的气泡会因为涂层的溶解而离开传感器表面，上浮至尿素液面，从而避免这些尿素加注过程中形成的气泡在上述外壳表面塑料材料在充分吸水之前的几分钟内一直附着在传感器表面，使得传感器能够较快(几十秒内)进入正常工作状态，达到消除首次加注尿素对传感器的影响。
30.一种实施方式中，所述涂层为固体尿素(尿素水溶液干涸后即形成固态尿素)或者尿素与水的结晶。由于尿素具有吸湿作用，可以吸收空气中的水分，从而能为传感器外壳塑料提供所需吸收的水分，在尿素水溶液中固定尿素溶解后，传感器能马上进入工作状态。
31.另一种实施方式中，所述涂层为某种以溶于尿素(水溶液)的铵盐为基础材料制作成，例如氯化铵，这样铵盐可以与水反应或者在高温下分解成氨，氨则是scr反应才需要的物质，可以在scr反应中消耗掉，不产生环境副作用。
32.另一种实施方式中，所述涂层为某种以溶于尿素(水溶液)的其他无毒无害为基础材料制作成，这样不会对环境和柴油机后出处理催化剂造成任何损害。
33.上述涂层也可以是任何可溶于尿素水溶液的材料。由于使用量极小，而且只是一次性使用，因此，在工程应用中实际上不会对环境和后处理设备造成明显负面影响。
34.上述涂层的溶解速度可以根据尿素加注过程的要求来设计，并通过调整涂层的厚度、材料配方与涂敷工艺来实现。事实上，上述涂层可以是一层，也可以是多层。多层涂层涂敷可以使用同样一种涂料，也可以采用多种不同的涂料。涂层的溶解速度设置为在尿素水溶液中1分钟之内溶解。
35.本技术还可以有效减少气泡在超声波收发器和反射屏表面的产生或滞留，主要采用：1)一种固液(尿素水溶液scr反应剂)表面能比固气(空气)表面能低使得尿素能够对其充分湿润的材料来制作超声波反射体，比如硅酸盐类或者氧化硅类玻璃，包括但不限于添加al2o3，la2o3，cao，mgo等表面改性的玻璃，以及与上述材料的固液表面能相同等级或者类似材质材料；2)超声波收发器与反射屏采用适当流体设计增加超声波收发器与反射屏之间的尿素流动；3)在上述超声波收发器与反射屏之间增加分流导向器，增加流体对超声波收发器与反射屏表面的冲刷作用。
36.实施例1
37.如图1所示，传感器基座100侧边上布置有一个用于探测尿素浓度(品质)的第一超声波收发器200，基座100底部布置一个用于探测尿素液位(高低)的第二超声波收发器300，基座100上与第一超声波收发器200相对的侧面布置一个超声波反射屏400，上述基座100的外表面，尤其是上述超声波收发器的外超声波收发方向的外表面，涂覆有一种可以溶于尿素水溶液的涂层800，第一超声波收发器200与第二超声波收发器300、温度传感器500都通过电线与电子单元900连接，电子单元900即为现有技术中的控制芯片，用于控制超声波收发器和温度传感器500工作，为常规手段，在此不在赘述。
38.上述涂层800的设置能在尿素超声波传感器首次投入使用即尿素首次加注时有助于消除或者驱离尿素超声波传感器与尿素接触表面附着的气泡，使得传感器能够尽早进入
正常工作状态。
39.上述提到的玻璃等材质的材料可以使尿素在超声波反射屏400的反射体表面充分湿润，避免气泡形成或者减少气泡在其表面的附着力。除了采用上述材料制作反射体外，还可通过在反射体表面涂有上述材料以及在反射体表面贴有上述材料薄膜实现。
40.本技术的传感器在正常工作时布置在尿素箱(未显示)底部，并浸泡在尿素水溶液(未显示)中。基座100设置开口以使得在车辆晃动等过程中尿素水溶液能从开口中流通，也能减小气泡的附着。基座100的形状不限于图中所示的形状，只要能合理地布置上述各关键器件实现相应地功能即可。基座100，优选地，采用注塑制作。
41.第一超声波收发器200向超声波反射屏400发送并回收超声波，根据其传输速度来测算尿素浓度。第二超声波收发器300向上方发送超声波，并接受从上部液面(未在图中显示)(液气界面)反射回来的超声波，从而能测算出该液面至第二超声波收发器300的距离，即液位高度。温度传感器500则探测传感器四周尿素的温度，不限于设置在底面，并为上述尿素浓度与液位测算提供温度辅助数据。
42.如图4所示，超声波反射屏400由多块独立的反射体单元，比如玻璃块600，组合构成一个完整的超声波反射屏400。图1中所示的一整块玻璃在尿素结冰或者受到较大外来冲击力时容易破碎。而多块组合可以显著降低超声波反射屏400破碎的风险。
43.超声波收发器表面与超声波反射屏400可以设计成如图5所示形状，这样可以促使更多尿素穿过第一超声波收发器200与超声波反射屏400表面，将其表面可能存在的气泡带走，达到清除气泡、减少气泡滞留的效果。超声波反射屏400中间的反射体必须是平面，因此只能设置为外凸的棱面，而第一超声波收发器200可以设置为图5所示的外凸曲面或外凸棱面。
44.如图5所示，实施例1中的第一超声波收发器200与超声波反射屏400之间增加分流导向器700，为v型的导向叶片或者u型流线型结构的导向叶片，将尿素流体导向上述收发器与反射屏表面，在增加尿素流动时对第一超声波收发器200与超声波反射屏400表面的冲刷作用，进一步增加清除气泡、减少气泡滞留的效果。
45.实施例2
46.如图2和图3所示，与实施例1完全相同，唯一不同地是少了探测液位的第二超声波传感器300，而且基座100不是圆形而是为长方形或者圆柱形，因此涂层800只设置在基座100开口的侧面。实施例2为另外一种尿素超声波传感器结构的涂层设置方式。
47.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。