对浓度传感器进行校准的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于校准超声传感器的方法，超声传感器包括换能器、与换能器相距一已知距离的反射器，以及存储器。水浴器被加热至大约50摄氏度，并且超声传感器部分地浸没在水浴器中。当被浸没时，超声波被从换能器发射经过水浴器的一部分。所述超声波朝向反射器发射，并且反射回的超声波在换能器处被接收。对超声波的飞行时间进行测量。基于超声波的飞行时间和超声波的期望的飞行时间来确定校准系数。所述校准系数被加载到所述超声传感器的存储器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及对传感器进行校准的方法，该传感器被配置为确定流体的特性。特别地，本专利技术的实施例涉及对传感器的校准，该传感器用于确定柴油机废气流体(DEF)的浓度。
技术介绍
选择性催化还原(SCR)是通过催化还原将柴油机氮氧化物(NOx)排放转变为二原子的无害的氮气(N2)和水(H2O)的方法。在清洁的柴油引擎中，SCR系统几乎不释放NOx。DEF用于还原柴油引擎的废气中的氮氧化物(NOx)气体。DEF是纯化的水和尿素的混合物。在典型的SCR系统中，DEF储存在车辆的一容器中，并且以与正在燃烧的柴油燃料大约1:50的比例经由一个或多个注射器注入废气中。注入的尿素(以雾的形式)与废气混合，并且将废气中的NOx分解为氮气、水和二氧化碳。
技术实现思路
为了确保SCR系统的正确操作，重要的是感测DEF流体的质量和数量。当污染物(例如，柴油燃料、水，及乙二醇)与DEF混合时，DEF还原废气中的NOx的能力会减弱。被污染的DEF还会引起对NOx还原系统的损害。同样重要的是，对SCR系统来说有足量的DEF可用。在容器附近，一个或多个传感器用于感测DEF的特定特性。传感器可以包括但不限于：用于确定容器中的DEF的数量的水平传感器；用于确定容器中的DEF的质量的浓度传感器；以及温度传感器。在一些实施例中，单个传感器测量DEF的水平、DEF的浓度，以及DEF的温度。单个传感器提供对于测量DEF的特性而言成本有效的解决方案。大体上，传感器使用反射的超声波和DEF的温度来确定DEF中
的音速。因为DEF的音速与DEF的浓度和温度成比例，所以传感器可以通过测量DEF的音速和温度来确定DEF的浓度。一旦确定了DEF的音速，传感器可以进一步基于音速和反射的超声脉冲的飞行时间来计算储存容器中的DEF的高度。当已知储存容器的尺寸时，DEF的高度被转换为对储存容器中存在的DEF的量(例如，加仑)的度量。计算DEF的浓度依赖于由超声传感器的准确的测量。然而，超声传感器中的制造公差导致传感器的构造中的微小差别。在使用中，这些微小的差别可导致超声传感器所测量的值中的变化。例如，第一个超声传感器可能会测量出与第二个超声传感器有微小不同的DEF的音速值。所测量的音速中的差别会导致所计算的浓度值中的差别。在实践中，所测量的值中的差别可以通过在测试方案中对超声传感器进行校准而被最小化。因此，在一个实施例中，本专利技术提供一种用于校准超声传感器的方法，超声传感器包括换能器、与换能器相距一已知距离的反射器，以及存储器。该方法包括：将水浴器加热至预定的温度，并且将超声传感器至少部分地浸没在水浴器中。当被浸没时，超声波被从换能器发射经过水浴器的一部分。所述超声波朝向反射器发射，并且反射回的超声波在换能器处被接收。对超声波的飞行时间进行测量。基于超声波的飞行时间和超声波的期望的飞行时间来确定校准系数。所述校准系数接着被加载到所述超声传感器的存储器中。应当注意到，本专利技术的实施例可用于多种超声传感器的校准，而不限于在DEF中使用的超声传感器。所述多种超声传感器可以测量多种流体中的音速，包括但不限于，汽油燃料、柴油燃料、机油、液压流体和变速箱流体。因此，在制造过程中对多种传感器的校准带来了音速测量的准确性的提高，以及基于音速测量而确定的浓度测量的准确性的提高。通过考虑具体实施方式和附图，本专利技术的其他方面将是显而易见的。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的超声传感器的立体图。图2是图1的超声传感器的截面图。图3是示出了图1的超声传感器的控制系统的框图。图4是用图1的超声传感器执行测量的方法的流程图。图5是对图1的超声传感器进行校准的方法的流程图。图6A和图6B示出了水的音速关于水温的图以及水的音速对水温的导数的图。具体实施方式在详细解释本专利技术的任何实施例之前，要理解的是，本专利技术并不将其应用限制为下文的描述中所列或者附图中所示的部件的结构和安排的细节。本专利技术能够有其他实施例并且能够以多种方式实施或执行。应当理解的是，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可以用于实现本专利技术。此外，应当理解的是，本专利技术的实施例可以包括硬件、软件，以及电子部件或模块，出于讨论的目的，所述电子部件或模块可以被示出和描述为，就像大部分部件在硬件中单独实现一样。然而，本领域技术人员基于阅读本详细说明将会意识到，在至少一个实施例中，本专利技术的基于电子的方面可以在可由一个或多个处理器执行的软件(例如，存储在非易失性计算机可读介质中)中实现。这样，应当注意的是，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可以用来实现本专利技术。例如，说明书中描述的“控制单元”或“控制器”可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器模块(包括非易失性计算机可读介质)、一个或多个输入/输出接口以及连接这些部件的多个连接器(例如，系统总线)。本文描述的本专利技术的实施例是参照对用于DEF(在SCR系统中所使用)的传感器的校准来描述的。然而，在此描述的本专利技术可以应用于多种流体(例如，汽油燃料、柴油燃料、机油、液压流体、变速箱流体等)或者与所述多种流体结合使用。图1示出了超声传感器100的立体图。在示出的示例中，超声传感器100包括基部105、水平聚焦管110、反射器115和换能器120(例如
压电超声换能器)。超声传感器100被设计为至少部分地浸没在储存容器125内的流体中。换能器依赖于所述流体，以作为发射超声波的工具。因为超声波的发射和接收确定流体的特性，所以超声传感器100仅在流体的高度足以覆盖换能器120和反射器115时确定流体的特性。如果流体没有覆盖换能器120，则超声传感器100输出一信号，该信号表明不足的流体在储存容器125中进行测量(例如，“空的”)。应当注意，在一些实施例中，反射器115可以是超声传感器外部的独立部件。在这样的实施例中，超声传感器100和反射器115定位为彼此间有一预定的距离。图2示出了超声传感器100的截面图。如图所示，该截面沿着超声传感器100的长度截取，从而水平聚焦管110、反射器115和换能器120被一竖直平面切开。超声传感器100包括印刷电路板(PCB)230和多个传感器。在示出的实施例中，所述多个传感器包括浓度传感器135、水平传感器240和温度传感器245。在其他实施例中，超声传感器100可以包括比示出的实施例更多或更少的传感器。所述多个传感器中的每一个电联接至PCB 230。PCB 230包括控制系统(图3)，除了别的方面以外，该控制系统向所述多个传感器供电，分析来自所述多个传感器的数据，并且向其他部件(例如，外部计算机)输出分析后的数据。浓度传感器135测量储存容器125中的流体的浓度，进而测量流体的质量(quality)。流体的质量可以基于流体的所需的浓度水平(例如，32.5％的尿素和67.5％的去离子水)来确定。流体的浓度还可以表明流体的密度。因此，通过确定流体的浓度和流体的温度，可以通过已知的关系确定密度。此外，流体中的杂质可以通过处于预定的范围之外的流体浓度测量值而被检测到。浓度传感器135包括反射器115和换能器120。换能器120充当超声波的发射器和接收器。在操作中，换能器120朝向反射器115发射经过流体的超声波。超声波经反射器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校准超声传感器的方法，所述超声传感器包括换能器和存储器，所述换能器被配置为输出超声波，所述方法包括：将水浴器加热至预定的温度；至少部分地将所述超声传感器浸没在所述水浴器中；朝向一反射器发射所述超声波经过所述水浴器的一部分，所述反射器与所述超声传感器相距一已知的距离；接收经所述反射器反射的所述超声波；测量所述超声波的飞行时间；基于所述超声波的飞行时间及一期望的飞行时间确定校准系数；将所述校准系数加载到所述超声传感器的所述存储器中。

【技术特征摘要】
2015.05.01 US 14/702,3931.一种用于校准超声传感器的方法，所述超声传感器包括换能器和存储器，所述换能器被配置为输出超声波，所述方法包括：将水浴器加热至预定的温度；至少部分地将所述超声传感器浸没在所述水浴器中；朝向一反射器发射所述超声波经过所述水浴器的一部分，所述反射器与所述超声传感器相距一已知的距离；接收经所述反射器反射的所述超声波；测量所述超声波的飞行时间；基于所述超声波的飞行时间及一期望的飞行时间确定校准系数；将所述校准系数加载到所述超声传感器的所述存储器中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水浴器包含纯化的水。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定的温度在大约30摄氏度到大约70摄氏度之间。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定的温度是大约50摄氏度。5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述水浴器加热至预定的温度进一步包括：感测所述水浴器的温度；当所述水浴器的温度等于一较低的温度阈值时，激活所述加热元件；以及当所述水浴器的温度等于一较高的温度阈值时，停用所述加热元件。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述较低的温度阈值被设定为大约40摄氏度，而所述较高的温度阈值被设定为大约60摄氏度。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声传感器被配置为确定柴油机废气流体的浓度。8.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述校准系数还包括：计算所述超声波的飞行时间与期望的飞行时间之间的时间差；以及将所述校准系数设定为与所计算的时间差成比例。9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·穆尔斐，
申请(专利权)人：SSI技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US