CN102714032B - 用于超声传感器的衰减质量、环氧树脂的使用 - Google Patents

Abstract

通过本发明首次说明了一种衰减质量，其在发动机中存在的温度情况下表现出的热稳定性以及在整个温度范围上的所需的稳定性。首次可用这种衰减质量，其允许在大约150℃的温度下的持续使用并且同时具有在低温度下的极好的超声衰减。

Description

用于超声传感器的衰减质量、环氧树脂的使用

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的用于超声传感器的衰减质量（Daempfungsmasse）以及衰减质量的使用。

背景技术

对于在流体中的料位测量存在许多测量方法，其全部具有特定的优点和缺点。稳定并且多方面的测量方法是经由超声的测量，在其中测量超声脉冲从发送器到界面（例如流体-空气界面）并且返回接收器的传播时间并且由已知的或当前确定的在介质中的声速来计算运行路程。

在许多情况下，产生相同超声的元件（通常是压电转换器）既用作发送器也用作接收器。用这种传感器最小可测量的路程（也称为块距离Blockdistanz）由此被确定，即在发出测量脉冲之后发送和接收元件多快重新平静，使得回波信号可以清楚地被探测。

该衰退时间受两个主要因素的影响：一方面受至测量介质的声学耦合影响，另一方面受元件的机械衰减影响。至介质的良好耦合通过如下方式缩短衰退时间，即声能的大部分可以被辐射并且不必在发送元件中通过内部摩擦或其他损耗机制被浪费。元件的机械衰减破坏或消除在衰减材料中的残余能量，使得该元件本身更快速地平静。在此，要注意的是，过量的机械衰减也可能对信号幅度和声探测的灵敏度产生负面影响。

在车辆中的应用情况下，尤其是在测量内燃机的油盘中的油位的情况下，通常要求将块距离以及由此将最小可探测的油位保持得尽可能小。为此，需要的是，强烈的衰减发送和接收元件的衰退，其中该衰减必须在极大的温度范围上起作用。

由于使用的脉冲回波方法，尤其是在衰减不够的情况下，形成干扰信号，干扰信号由在传感器背侧上的反射形成。为了抑制这些不希望的信号，在超声波源的背侧上设置有衰减质量。在此，使用被填充到塑料壳体中的浇注材料。

由DE 3431741 A1公开了一种用于测量液体的料位的装置和方法，其中在封闭的容器中，以平面的方式通过介质将安装在外部的超声传感器与平的或弯曲的容器底部耦合。优选使用环氧树脂胶作为介质。

但是迄今还未知在所要求的-40℃ 至 180℃的温度范围上表现出所要求的超声衰减的浇注材料。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种用于在-30℃ 至 150℃的温度范围中衰减超声传感器的浇注材料。

该任务的解决通过本说明书、附图和权利要求所公开的发明来说明。

相应地，本发明的主题是衰减质量，其在-30℃ 至 150℃的温度间隔中是柔软的并且是稳定的，包括环氧树脂和填料，其中所述填料以多模式的粒度分布存在，使得在树脂基质中存在颗粒的密度梯度。此外，本发明的主题是衰减质量在超声传感器中的应用。

根据一个有利的实施方式，直至 150℃或更高温度稳定的环氧树脂具有在室温之下、尤其是在 0℃之下、优选在（负）–10℃之下、优选在（负）-20℃ 之下并且尤其优选在（负）-35℃处的玻璃转变温度。

发现了：具有酸性的、也即或者路易斯酸或者布忍司特酸的、官能团、尤其是具有酸性酯基的环氧树脂具有较高的玻璃转变温度。

在分子上具有两个功能性也即酯和羧酸的半酯也被称为“酸酯（saure Ester）”，该酸酯是环氧树脂混合物的组成部分。这些组分例如通过预反应来产生并且例如在环氧化物系统加上酐中又用作反应性韧化组分。由此，例如可以产生长链的并且韧性的二羧酸，其用作硬化剂组分。

根据有利的实施方式，环氧树脂包括具有“酸酯”的组分作为韧化组分。在此，特别优选的是，韧化组分存在于两组分的环氧树脂中，既在A组分也即例如在环氧化物组分中、而且也在B组分也即例如在酐组分中。

在环氧树脂中有两种组分时存在“酸酯”的情况下，优选在A和B的混合物硬化之后得到模制材料，其是橡胶弹性的。例如，该环氧树脂也具有例如100℃或更高的宽温度范围，如例如Epoxonic 251所表现出来的一样，也即从 -40℃ 至 150℃，具有机械衰减。

在A和B的混合物硬化之后，由此得到。

所有未填充的柔性的、直至高度柔性的低应力的环氧树脂都是合适的，其中该环氧树脂是低粘度的。例如使用在25℃时大约 4000 至 9000 mPas、尤其是5000至8500 mPas 的环氧树脂粘度，并且特别优选使用具有粘度为7000 +/-1500 mPas的环氧树脂。

该树脂优选具有在120 ℃ 至 190℃、优选在140℃ 至180℃并且特别是在150℃的情况下的持续耐热性。

所使用的环氧树脂的硬度应该在25℃时处于20至70 Shore A，优选在30和50 Shore A之间并且特别是在35至45 Shore A之间。

非常普遍地追求树脂的高密度，因为实现背侧衰减。这尤其如此，因为按照本发明应该避免被超声源（通常是具有高密度的陶瓷）在不希望的方向上被发射出去、然后被反射并且接着在不希望的方向上传播并且因此干扰实际测量信号的信号。

未被填充的环氧树脂的密度应当处于大约 0.8至 1.8 g/cm³、 优选处于1.0 至1.5 g/cm³， 并且尤其优选处于1.1 g/cm³。环氧树脂的密度与填料相匹配，从而实现所希望的衰减。衰减质量也即被填充的环氧树脂的密度处于1.5 至 4 g/cm³、优选处于2.0至 3.0 g/ cm³并且尤其是处于 2.5 g/cm³，从而该衰减材料的密度优化地适配于超声源的密度。

硬化应当在150℃下大约1小时之后进行。在填充树脂之后，才进行环氧树脂的硬化，从而在硬化期间进行填料的沉降并且产生所希望的在树脂基质内的密度梯度。

环氧树脂在150℃下1500H之后优选具有小于15％的质量损失，优选小于12％并且尤其优选小于10％。

根据一个有利的实施方式，环氧树脂在25℃下具有在从80％至120％范围中的断裂伸长率，优选90％至110％并且尤其优选为大约100％。

使用市场上常见的、以Epoxonic® 251的名称可获得的环氧树脂是特别有利的。

关于由失水甘油醚和脂环族的环氧化物构成的混合物，存在可能致癌的提示，因此这种混合物不是有利的。

作为填料优选使用氧化物，特别优选使用氧化铝或氧化钛。尤其是，颗粒化的填料是合适的，以便提高衰减质量的密度。

粒度分布是任意的，其中按照一个有利的实施方式，粒度分布处于波长的数量级，从而除了衰减也实现了散射。

下面，还借助唯一的实施例进一步阐述本发明。

环氧树脂配方

将颗粒化的氧化铝作为填料添加给环氧树脂，以便提高衰减质量的密度。填料颗粒具有在硬化期间保证在树脂基质中的颗粒的沉降的粒度分布。为此，也使用了不同粒度分布的混合。

硅酮弹性体颗粒的添加不是必须的，因为按照本发明的反应树脂仅仅在低温的情况下是易碎的，否则是橡胶弹性的并且由此不需要附加的冲击改性。

附图说明

唯一的附图示意性示出了超声传感器的结构。

具体实施方式

可以看出一个浸渍管1，其例如由钢制成。该浸渍管1如已经由名称所述地那样浸入要测量的液体也即例如油中。波浪线2这里示出了油位。浸渍管1具有两个处于浸渍管1的相同高度的凹口3作为用于信号传播时间参考信号。浸渍管1被安置在塑料壳体4上，该塑料壳体例如由例如具有30%玻璃纤维的PA 66、 GF30、 PA 6、 PBT、 PET、 PPS、 PSU 和 PES制成。

载体7被设置在中心地处于在壳体4中，按照本发明的衰减质量6处于该载体上。在该衰减质量6上是超声发送器5，超声发送器5测量通过其传播时间可计算料位2的高度的信号。

为了实现所希望的衰减，超声信号首先被耦合输入。这通过选择填料来实现，所述填料一方面将密度提高到1.5 至 4 g/cm的值并且同时在沉降时在填充高度上产生密度梯度。借助处于波长数量级的粒度分布，除了机械衰减外也可实现散射。

通过机械衰减的特征，该机械衰减在整个温度范围上延伸，与温度有关的衰减的问题可以被解决。

通过本发明首次说明了一种衰减质量，其表现出在发动机中存在的温度情况下的热稳定性以及在整个温度范围上的所需的柔软度和稳定性，也即衰减能力。首次可用具有这种宽温度间隔的衰减质量，其允许在大约150℃的温度下的持续使用并且同时具有在低温度下的极好的超声衰减。

Claims (7)

1.一种用于超声传感器的衰减质量，其特征在于，该衰减质量在从-30℃ 至 150℃的温度间隔中是柔软的并且是稳定的，包括环氧树脂和填料，其中所述填料以多模式的粒度分布存在，使得在树脂基质中存在颗粒的密度梯度，其中颗粒化的氧化铝或氧化钛被用作填料。

2.根据权利要求1所述的衰减质量，其中，所述环氧树脂具有在 0℃之下的玻璃转变温度。

3.根据上述权利要求之一所述的衰减质量，其具有在25℃时为4000 至 9000 mPAS的环氧树脂粘度。

4.根据权利要求1或2所述的衰减质量，其中，所述衰减质量的密度通过填料被提高到1.5 至 4 g/cm³。

5.根据权利要求1或2所述的衰减质量，其中，所述环氧树脂具有酸性官能团。

6.根据权利要求1或2所述的衰减质量，其中，所述环氧树脂具有酯基。

7.根据权利要求1至6之一所述的衰减质量在超声传感器中的应用。