浓度测量仪器制造技术

提供一种浓度测量仪器，其采用腔体共振方法、能够被缩小尺寸并且容易地测量溶液浓度。浓度测量仪器（100A）被提供有压电振动器（11）、温度传感器（18）、相位比较电路（44）、频率检测电路（微型计算机20）、包括驱动电路和相位比较电路的PLL电路以及浓度检测电路（微型计算机20）。温度传感器（18）测量腔体共振器（10）的腔体中的溶液的温度。相位比较电路（44）执行驱动信号与检测信号之间的相位比较。频率检测电路（微型计算机20）监测来自相位比较电路（44）的相位比较结果，同时扫描频率以检测要测量的共振模式的共振频率。PLL电路使驱动信号的频率跟随所检测的共振频率。浓度检测电路（微型计算机20）基于共振频率和温度测量结果来检测溶液浓度。

Concentration measuring instrument

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】浓度测量仪器
本专利技术涉及用于测量溶液中的溶质的浓度的浓度测量仪器。
技术介绍
按照常规，已知尿素SCR（选择性催化减少）系统作为用于汽车的废气净化系统。该尿素SCR系统是用于通过向废气中喷洒含有尿素作为溶质的水溶液来减少柴油发动机的废气中的氮氧化物NOx的系统。采用该尿素SCR系统的汽车安装有含有尿素水溶液的箱。如果该箱中水溶液中尿素的浓度太低，则NOx的去除率减小，而如果浓度太高，则来源于尿素的氨被直接排放。因此，在汽车运行时要求不断监测并且严格管理该箱中的水溶液中尿素的浓度。按照常规，采用声速测量方法作为该尿素SCR系统中的水溶液中尿素的浓度的测量方法（参见PTL1）。该声速测量方法是利用超声波的速度随水溶液中溶质（尿素）的浓度而变化的事实的测量方法。在该声速测量方法中，压电振动器和反射器被这样定位以便彼此面对，具有介于其间的水溶液。然后，驱动压电振动器来将超声脉冲传送到水溶液中，并且测量直到所传送的超声脉冲从反射器反射回来的延迟时间。通过使用水溶液的温度来校正所测量的延迟时间，能够检测尿素的浓度。然而，在该声速测量方法的情况下，存在以下问题：1.因为必须确保延迟时间测量的分辨率，所以压电振动器与反射器之间的距离无法缩短，并且因此难以缩小尿素SCR系统的尺寸。2.超声波在水溶液中行进期间的衰减率取决于频率而变化。因此，如果传送其中具有多个频率的超声波混合在一起的超声脉冲，则超声脉冲波形被扰乱，这导致延迟时间的测量误差增加。为了防止这种情况，要求这样的复杂电路以便生成和传送正弦波脉冲，这可以导致成本增加。3.要求用于分离所传送的超声波和所接收的超声波的切换电路。因此，响应性可能降低。本文中，为了解决该声速测量方法的问题，关注于腔体共振（cavityresonance）方法，它是针对腔体中含有的溶液中的介质的浓度测量方法（参见Non-PTL1和2）。该腔体共振方法是利用共振频率随溶质的浓度变化的事实的测量方法。在该腔体共振方法中，超声波作为连续波被传送到含有溶液的腔体中。然后，捕捉通过作为连续波的该超声波而在腔体中发生的多个共振模式中的一个共振模式，并且检测这一个共振模式的共振频率。因为该共振频率随溶质的浓度而变化，因此可通过使用溶液的温度来校正所检测的共振频率从而检测溶质的浓度。对于该腔体共振方法的研究在其原理方面已经进展。然而，直至现在，腔体共振方法已经停滞于在实验室或类似的地方中通过连接大型测量仪器以便成功捕捉共振点处的分钟变化来执行测量实验的水平。即，该腔体共振方法是未被采用作为用于容易地测量溶液中溶质的浓度的测量方法的测量方法。也就是说，该腔体共振方法是未在这样的小尺寸中体现以便可供汽车中安装的尿素SCR系统采用并且此外未作为自动和连续测量方法而被采用的测量方法。引文列表专利文献PTL1：JP2012-47593A非专利文献Non-PTL1：Konno,T.“KantannachōonpakansyoukeinoShisaku(PrototypeofSimpleUltrasonicInterferometer)”,FukushimaDaigakuRikaHoukoku(ScienceReportsofFukushimaUniversity),No.5,pp.1-5Non-PLT2：Wada,Y.,Shinbo,T.andOda,M.“Chōonpakanshoukeiniyoruekitainoonsokusokuteijounoni,sannomondai(CoupleofProblemsinSonicSpeedMeasurementofLiquidbyUltrasonicInterferometer)”,OYOBUTSURI,vol.18,Nos.10-12,pp.351-352。
技术实现思路
技术问题鉴于这些情况，本专利技术的目标是提供采用腔体共振方法、能够被缩小尺寸并且能够容易地测量溶液的浓度的浓度测量仪器。问题的解决方案实现以上目标的本专利技术的浓度测量仪器被提供有压电振动器，所述压电振动器用于将超声波传送到腔体中含有的溶液中并且还检测经反射的超声波，温度传感器，所述温度传感器用于测量腔体中的溶液的温度，驱动电路，所述驱动电路用于生成用于驱动压电振动器的驱动信号以通过驱动信号驱动压电振动器，使得压电振动器传送超声波；相位比较电路，所述相位比较电路用于执行驱动信号与通过检测压电振动器处的经反射的超声波而获得的检测信号之间的相位比较，频率检测电路，所述频率检测电路用于使驱动电路生成具有按顺序不同的频率的驱动信号，并且还监测压电振动器正在被驱动信号驱动时来自相位比较电路的相位比较结果来检测要测量的共振模式的共振频率；PLL电路，所述PLL电路包括驱动电路和相位比较电路，用于使驱动信号的频率跟随在频率检测电路处检测的共振频率；以及浓度检测电路，所述浓度检测电路用于在正在操作PLL电路时的驱动信号的频率以及由温度检测器进行的温度测量的结果的基础上检测溶液中溶质的浓度。根据本专利技术的浓度测量仪器，采用电路配置，其中在上面的频率检测电路处检测要测量的共振模式的共振频率，并且之后在上面的PLL电路处使驱动信号跟随所检测的共振频率。由此，配置能够被缩小尺寸并且能够容易地测量溶液中溶质的浓度的浓度测量仪器。在该上下文中，在本专利技术的浓度测量仪器中，频率检测电路可以是第一频率检测电路，所述第一频率检测电路用于通过检测第一共振模式的共振频率来检测要测量的共振模式的共振频率。即使在要测量的溶质的浓度未知时，在其中第一共振模式的共振频率区别于其他模式的共振频率而被唯一地确定的情况下，也能够采用该第一频率检测电路。该第一共振模式可以是与要测量的共振模式不同的共振模式。要求该第一共振模式是具有区别于其他模式的共振频率而唯一确定的共振频率的共振模式。另一方面，优选的是，要测量的共振模式具有随溶质的浓度而变化很大的共振频率。共振频率随溶质的浓度变化很大的事实意味着，即使在溶质的浓度未知时，如果检测到一个共振频率，则所检测的共振频率属于哪个共振模式可能不被唯一地确定。因此，通常，该第一频率检测电路优选地在其中第一共振模式和要测量的共振模式不同的情况下被采用。备选地，在本专利技术的浓度测量仪器中，频率检测电路可以是第二频率检测电路，所述第二频率检测电路用于检测第二共振模式的共振频率并且还检测与第二共振模式不同的第三共振模式的共振频率以在第二共振模式的共振频率和第三共振模式的共振频率中的至少一个以及第二共振模式的共振频率与第三共振模式的共振频率之间的差频的基础上检测要测量的共振模式的共振频率。在其中提供该第二频率检测电路的情况下，如果要测量的溶质的浓度未知，即使在可能存在对应于一个共振频率的多个共振模式时，也能够检测这一个共振频率属于哪个共振模式，并且另外能够从差频检测浓度。然而，与上面的第一频率检测电路相比，该第二频率检测电路要求复杂的处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浓度测量仪器，包括：/n压电振动器，所述压电振动器用于将超声波传送到腔体中含有的溶液中并且还检测经反射的所述超声波，/n温度传感器，所述温度传感器用于测量所述腔体中的所述溶液的温度，/n驱动电路，所述驱动电路用于生成用于驱动所述压电振动器的驱动信号以通过所述驱动信号驱动所述压电振动器，使得所述压电振动器传送所述超声波；/n相位比较电路，所述相位比较电路用于执行所述驱动信号与通过检测所述压电振动器处的经反射的所述超声波而获得的检测信号之间的相位比较，/n频率检测电路，所述频率检测电路用于使所述驱动电路生成具有按顺序不同的频率的驱动信号，并且还监测在所述压电振动器正在被所述驱动信号驱动时来自所述相位比较电路的相位比较结果来检测要测量的共振模式的共振频率；/nPLL电路，所述PLL电路包括所述驱动电路和所述相位比较电路，用于使所述驱动信号的所述频率跟随在所述频率检测电路处检测的所述共振频率；以及/n浓度检测电路，所述浓度检测电路用于在正在操作所述PLL电路时的所述驱动信号的所述频率以及由所述温度检测器进行的温度测量的结果的基础上检测所述溶液中溶质的浓度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170907 JP 2017-1718761.一种浓度测量仪器，包括：
压电振动器，所述压电振动器用于将超声波传送到腔体中含有的溶液中并且还检测经反射的所述超声波，
温度传感器，所述温度传感器用于测量所述腔体中的所述溶液的温度，
驱动电路，所述驱动电路用于生成用于驱动所述压电振动器的驱动信号以通过所述驱动信号驱动所述压电振动器，使得所述压电振动器传送所述超声波；
相位比较电路，所述相位比较电路用于执行所述驱动信号与通过检测所述压电振动器处的经反射的所述超声波而获得的检测信号之间的相位比较，
频率检测电路，所述频率检测电路用于使所述驱动电路生成具有按顺序不同的频率的驱动信号，并且还监测在所述压电振动器正在被所述驱动信号驱动时来自所述相位比较电路的相位比较结果来检测要测量的共振模式的共振频率；
PLL电路，所述PLL电路包括所述驱动电路和所述相位比较电路，用于使所述驱动信号的所述频率跟随在所述频率检测电路处检测的所述共振频率；以及
浓度检测电路，所述浓度检测电路用于在正在操作所述PLL电路时的所述驱动信号的所述频率以及由所述温度检测器进行的温度测量的结果的基础上检测所述溶液中溶质的浓度。


2.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述频率检测电路是用于通过检测第一共振模式的共振频率来检测要测量的所述共振模式的所述共振频率的电路。


3.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述频率检测电路是用于检测第二共振模式的共振频率并且还检测与所述第二共振模式不同的第三共振模式的共振频率以在所述第二共振模式的所述共振频率和所述第三共振模式的所述共振频率中的至少一个以及所述第二共振模式的所述共振频率与所述第三共振模式的所述共振频率之间的差频的基础上检测要测量的所述共振模式的所述共振频率的电路。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路是包括用于消除所述压电振动器的并联电容分量的电容器的电路。


5.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路是包括连接到所述压电振动器的第一电极的电容器、用于生成构成所述驱动信号且具有相互反转的相位的第一驱动信号和第二驱动信号、经由所述电容器通过所述第一驱动信号驱动所述第一电极并且还通过所述第二驱动信号驱动所述压电振动器的第二电极的电路。


6.根据权利要求5所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中豪，郑希元，长谷川和男，
申请(专利权)人：泰科电子日本合同会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP