本發(fā)明涉及一種電加熱式尿素液位傳感器，應(yīng)用于柴油機(jī)尾氣后處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著商用車國Ⅳ排放法規(guī)的實(shí)施，整車必須加裝氮氧化物(NOx)排放后處理裝置。
中國中重型柴油機(jī)普遍采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)路線，即將標(biāo)準(zhǔn)車用尿素水溶液噴射到排氣中，使用其分解產(chǎn)生的氨氣(NH3)對NOx進(jìn)行選擇性催化還原，生成無害的氮?dú)?N2)和水(H2O)。
尿素噴射系統(tǒng)需要尿素箱及尿素液位傳感器，尿素液位傳感器功能不僅是用于測取尿素液位，同時(shí)還集成加熱結(jié)構(gòu)用于在冬季解凍尿素液，集成尿素溫度傳感器用于測取尿素液溫度。
專利文獻(xiàn)1(CN203858011U)公開了一種熱端加熱式熱電偶液位傳感器,包括加熱絲、差分熱電偶和絕緣材料與鎧裝套管,差分熱電偶的一個(gè)結(jié)點(diǎn)位于加熱絲的中間位置,另一個(gè)結(jié)點(diǎn)距加熱絲一定的距離,加熱絲、差分熱電偶和絕緣材料鎧裝在鎧裝套管內(nèi),鎧裝套管加熱端的表面設(shè)置溝槽,鎧裝套管加熱端外設(shè)置防濺罩。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、慣性小、反應(yīng)迅速,抗干擾能力強(qiáng),能在惡劣環(huán)境中能長期可靠地工作,可廣泛用于核場等高可靠性要求的場合。
專利文獻(xiàn)2(CN202033072U)公開一種帶PTC加熱體的液位傳感器,包括有固定座、電子控制板、用于伸入載液箱內(nèi)對其液體進(jìn)行加熱的PTC加熱體、用于伸入載液箱體內(nèi)的吸液管和電子管,其中,該固定座上設(shè)置有出液口,該出液口與前述吸液管相通,該電子控制板安裝于固定座上,該P(yáng)TC加熱體通過導(dǎo)線連接于電子控制板上。藉此,通過將PTC加熱體應(yīng)用于液位傳感器上以形成一種新型加熱功能及方式的液位傳感器,該P(yáng)TC加熱體配合應(yīng)用于液位傳感器的吸液管內(nèi)或其外部,該P(yáng)TC加熱體具有加熱功率大、熱效率高、節(jié)能省電、自動(dòng)恒溫、不易損壞、使用壽命長、工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn),以及,該P(yáng)TC加熱體的定位方式簡單且穩(wěn)固。
專利文獻(xiàn)3(CN204388979U)公開了一種電加熱磁性浮子液位計(jì),包括外套管以及置于外套管內(nèi)的內(nèi)套管,內(nèi)套管的上下兩端分別與儲(chǔ)液罐連通,所述外套管的軸線與內(nèi)套管的軸線平行,在所述內(nèi)套管的外圓周上安裝有多個(gè)保護(hù)管,外套管的頂端開有與保護(hù)管相匹配的通孔,加熱絲穿過通孔置于保護(hù)管內(nèi)。本實(shí)用新型通過采用雙層套管和插入式電加熱方式對待測液體進(jìn)行加溫,并且外套管的軸線與內(nèi)套管的軸線平行,使得外套管的內(nèi)壁與內(nèi)套管的外壁緊靠,提高浮子與翻柱之間的磁感應(yīng)效率以保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
對于專利文獻(xiàn)1，每個(gè)液位位置都需要一個(gè)熱電偶，因而成本高、精度低。
專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3均采用專用的浮子和磁性開關(guān)配合作為液位傳感器，加熱結(jié)構(gòu)與液位結(jié)構(gòu)分離，成本高、精度低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種電加熱式尿素液位傳感器，相比目前普遍采用的磁性開關(guān)式液位傳感器，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、輸出連續(xù)的液位信號等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：
一種電加熱式尿素液位傳感器，包括底座、加熱管、尿素溫度傳感器、處理器，加熱管、溫度傳感器、處理器均安裝在底座上，處理器與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通訊連接；加熱管包括加熱管外殼，加熱管外殼內(nèi)安裝有內(nèi)層PTC加熱片和外層PTC加熱片，在加熱管下部設(shè)有加熱溫度傳感器，在加熱管上部設(shè)有通氣孔。
進(jìn)一步地，所述內(nèi)層PTC加熱片發(fā)熱功率低于外層PTC加熱片發(fā)熱功率。
進(jìn)一步地，所述控制器內(nèi)設(shè)置電流測量模塊。
進(jìn)一步地，處理器分析加熱管加熱功率并結(jié)合加熱管溫度傳感器以及尿素溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，可以精確得出尿素液位信號：
當(dāng)車輛需要測取尿素液位信號時(shí)，處理器控制內(nèi)層PTC加熱片工作；內(nèi)層PTC加熱片上部在空氣中，下部浸入尿素；
設(shè)尿素液位為L1，PTC加熱片總長L，供電電壓為U，根據(jù)單位長度電阻數(shù)據(jù)得到當(dāng)前內(nèi)層PTC加熱片的上部分單位長度電阻為ρ1，根據(jù)加熱管溫度傳感器信號可得內(nèi)層PTC加熱片的下部分單位長度電阻為ρ2，結(jié)合當(dāng)前內(nèi)層PTC加熱片的電流I1，則當(dāng)前尿素液位：
L1＝U/(ρ2-ρ1)/I1-Lρ1/(ρ2-ρ1)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
不采用目前普遍使用的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱方案，改為電加熱方案，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)到尿素箱的水管管路，能夠降低成本、提高車輛布置設(shè)計(jì)靈活性。
通過算法結(jié)合電加熱結(jié)構(gòu)和溫度傳感器得出尿素液位，從而取消專用的尿素液位傳感器，精度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
取消傳統(tǒng)的水加熱方式，改為電加熱方式，節(jié)省大量水管材料費(fèi)用和安裝費(fèi)用，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、整車布置設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
一種電加熱式尿素液位傳感器，由底座1、加熱管2、尿素溫度傳感器3、處理器4等構(gòu)成。
加熱管2、溫度傳感器3、處理器4安裝在底座1上。處理器4與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通訊連接，將尿素液溫度、液位信號傳輸給ECU，同時(shí)接收加熱尿素的指令以及環(huán)境溫度。
加熱管2包括內(nèi)層PTC加熱片201、外層PTC加熱片202、加熱管溫度傳感器203、加熱管外殼204和加熱管通氣孔205。加熱管外殼204內(nèi)安裝內(nèi)層PTC加熱片201、外層PTC加熱片202，加熱管溫度傳感器203布置在加熱管2下部，通氣孔205在加熱管2上部。
PTC(Positive Temperature Coefficient)材料電阻隨溫度升高而增加，并且可以設(shè)定最高溫度。內(nèi)層PTC加熱片201為高電阻材料，發(fā)熱功率低，僅用于液位測試，外層PTC加熱片202為低電阻材料，發(fā)熱功率高，用于尿素液加熱?？刂破?可分別控制內(nèi)層PTC加熱片201和外層PTC加熱片202的通斷。
將內(nèi)層和外層PTC材料各溫度下單位長度電阻值寫入控制器4，控制器4內(nèi)置電流測量模塊，可以測取PTC加熱片201的電流I。
實(shí)施例：
當(dāng)車輛需要測取尿素液位信號時(shí)，處理器4控制內(nèi)層PTC加熱片201工作。內(nèi)層PTC加熱片202上部在空氣中，下部浸入尿素。由于上部空氣熱容低、導(dǎo)熱差，上部PTC迅速加熱至設(shè)定的最高溫度。而下部尿素液熱容大、導(dǎo)熱好，同時(shí)內(nèi)層PTC加熱片201的功率較小，因此會(huì)熱平衡在一個(gè)較低的溫度。
設(shè)尿素液位為L1，PTC加熱片總長L，供電電壓為U，根據(jù)單位長度電阻數(shù)據(jù)得到當(dāng)前內(nèi)層PTC加熱片201的上部分單位長度電阻為ρ1，根據(jù)加熱管溫度傳感器203信號可得內(nèi)層PTC加熱片201的下部分單位長度電阻為ρ2，結(jié)合當(dāng)前內(nèi)層PTC加熱片201的電流I1，則當(dāng)前液位
L1＝U/(ρ2-ρ1)/I1-Lρ1/(ρ2-ρ1)。
通過以上算法，可以得到尿素液連續(xù)的液位。
當(dāng)車輛行駛存在顛簸時(shí)，由于測量的是加熱管2內(nèi)的尿素液位，而加熱管2為一細(xì)管結(jié)構(gòu)，所以充分限制了管內(nèi)尿素液位的波動(dòng)，可以得到較為精確的尿素液位。為保證加熱管2內(nèi)液位與尿素罐內(nèi)液位一致，在加熱管2上部設(shè)計(jì)通氣孔205。
冬季當(dāng)尿素液溫度低于-11℃，即尿素結(jié)冰時(shí)，車輛需要對尿素進(jìn)行解凍，控制器4控制外層PTC加熱片202加熱，根據(jù)尿素溫度傳感器3信號，控制尿素溫度在-5℃～5℃范圍內(nèi)。