CN103534451A - 用于液体的储备容器和用于测量液体的电导率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液体的储备容器，其具有用于测量处于该容器中的液体的电导率的装置，其中，该装置具有第一接触件和第二接触件，第一接触件和第二接触件通过液体润湿并测量在第一接触件和第二接触件之间的电导率，其中，储备容器具有第一线匝，第一线匝具有与第一接触件电耦合的第一开放端部和与第二接触件电耦合的第二开放端部。

Description

用于液体的储备容器和用于测量液体的电导率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于液体的、具有用于测量处于容器中的液体的电导率的装置的储备容器和一种对此的方法。

背景技术

从现有技术水平中已知用于含水的尿素溶液的储备容器，其具有测量装置，利用该测量装置导电地测量处于其中的液体的电导率。含水的尿素溶液例如应用在SCR系统（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）中，以便在催化过程中减少柴油机组排出的废气中所含的氮氧化物部分。利用确定尿素溶液的电导率例如能够确定溶液的老化状态以及质量。实施对尿素溶液的电导率的测量也是为了计算液体在容器中的液位。

在已知的储备容器中，至少两个电极被引导穿过与液体处于导电接触中的壳壁。为防止液体在电极的引线处从容器中漏出，利用O型密封圈密封该引线。

为测量电导率，在储备容器的接触件间施加电压。只要液体是有电导能力的，接触件便会通过液体彼此导电地连接，并且基于电场而有电流在电极间流动。在此，电流强度代表液体的电导率。

为建立在储备容器和测量电子装置之间的电连接，应用插接系统或可拆卸的电缆连接装置。在需要进行修理或维修的情况下首先拆卸该连接装置并随后重新进行固定。

在已知的储备容器中存在的问题是在电极的穿孔处会出现例如通过机械负荷造成的不密封性以及泄漏。这种负荷例如通过容器的放置位置上的振动或电缆连接装置的多次拆卸而出现。

由于容器在SCR系统中承受着高强度的振动和电缆运动，在连接电缆中也可能出现材料老化的现象，这将导致不良接触或电缆断裂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于液体的、具有用于测量处于容器中的液体的电导率的装置的储备容器和一种用于测量电导率的方法，其中，该储备容器的构造特别简单和牢固，并且该方法能够简单和可靠地实施。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的储备容器实现。有利的设计方案形成从属权利要求的内容。

根据本发明的、用于液体的储备容器具有用于测量处于容器中的液体的电导率的装置，其中，该装置具有第一接触件和第二接触件，第一接触件和第二接触件通过液体润湿并且测量在第一接触件和第二接触件之间的电导率。储备容器具有第一线匝，该第一线匝具有与第一接触件电耦合的第一开放端部和与第二接触件电耦合的第二开放端部。只要接触件通过导电的液体润湿并连接，则利用施加电压而使电流在接触件之间流动。在此，接触件之间的电流强度取决于液体的电导率。通过评估电流强度能够推测出液体的电导率。

储备容器的第一线匝用于将电场传递至储备容器的接触件处，并且特别是借助于该第一线匝在接触件之间产生电压。在此，第一线匝的形状可以具有不同的几何形状。第一线匝可以是圆形的，即构成扇圆的、半圆的或全圆的形状。可以考虑的是，第一线匝是具有至少一个绕组的线圈。第一线匝的功能同样能够通过其它的形状实现。第一线匝例如可以具有四边形或多边形的形状。也可以考虑的是，第一线匝是直的或弯曲的导体。

第一线匝由开放导体构成，即其是不闭合的并具有两个开放端部。第一线匝的开放端部与储备容器的接触件电耦合。端部此外还能直接与接触件电连接。但是对于间接的耦合而言，也可以在开放端部和接触件之间应用其它的电子技术的组件，例如电容器或电阻器。

与传统的具有用于测量液体的电导率的装置的储备容器相反，在根据本发明的容器中，接触件不必具有穿过容器壳体到达外部的测量装置的通孔（Durchbohrungen）。即不必存在开口，以便建立与接触件和测量电子装置的连接。因此同样也不必利用O型密封圈对开口或通孔进行密封。

在一种设计方案中，储备容器具有用于使电压感应进入第一线匝中的第二线匝。该第二线匝用于产生磁场，利用该磁场能够使电压感应进入第一线匝中。为此利用输入电压激励第二线匝。由于输入电压的振幅根据时间发生变化，利用第二线匝产生变化的磁场。如果第一线匝被该磁场贯穿，这将致使电压感应进入第一线匝中。与第一线匝类似，对于第二线匝而言也可以考虑不同的形状。第二线匝例如可以设计为具有至少一个绕组的线圈。

在储备容器的另一种设计方案中，为确定液体的电导率将第二线匝耦合在测量电子装置上。耦合意味着第二线匝和测量电子装置能够直接电连接，例如通过电缆连接装置，但第二线匝也能够可替换地以另外地方式、例如电感地或电容地耦合在测量电子装置上。

该测量电子装置能够满足两项功能。在其第一项功能中，测量电子装置用于将输入电压输入第二线匝中，以便由此利用第二线匝产生磁场。输入电压例如可以是交流电压或者是电压脉冲序列。在其第二项功能中，测量电子装置用于确定和评估第一线匝中的、通过使电压感应进入该第一线匝中而产生的电流量。

为了测量电导率能量的感应式耦合导致不必在供给容器的壳体中布置附加的能量源、例如蓄电池。线匝之间的感应式耦合的优势还在于，在需要时，不仅储备容器而且测量电子装置以及第二线匝均能够简单地更换，而不必拆卸用于测量电导率的装置和测量电子装置之间的电缆连接装置或插拔连接装置。

由于不使用电缆连接装置，也就排除了电导体的机械性故障，例如不良接触或电缆断裂。

在另一种设计方案中，第二线匝集成在壳体中，其中，该壳体能够与储备容器的壳体分离。例如可以考虑将第二线匝浇铸在保护性的材料中。壳体例如能够嵌入车辆中或是SCR系统的构成部分。在此不必将测量电子装置布置在第二线匝的附近。可以考虑的是将测量电子装置集成在SCR系统的系统电子装置中。相对于在SCR系统中的传统的储备容器而言，根据本发明的容器的或测量电子装置的简单的可更换性在进行简单快速的服务任务或维修任务方面具有巨大优势。

在另一种设计方案中，储备容器具有第一引导件并且壳体具有第二引导件，以用于将第二线匝在预设的装置中相对于第一线匝定位。因此能够调整第二线匝相对于第一线匝的运行位置，该运行位置能够引起线匝之间的最优的感应式耦合。

在另一种设计方案中，接触件伸入液体中并且与其处于导电接触中。接触件也能够在不限制其功能的情况下平面地处于容器壁所处的平面中或设计在容器壁的凹进处中。但无论如何最根本的是，接触件通过液体润湿。接触件可以布置在容器的底部或储备容器的侧壁上。

在另一种设计方案中，第一线匝嵌入储备容器的壁中。第一线匝的嵌入一方面用于保护导体材料不与容器中的液体接触，并且另一方面用于将第一线匝固定在预设的位置上。通过嵌入保护第一线匝例如免受腐蚀和短路之害。第一线匝能够处于平面中或与储备容器的壳体的轮廓相适应。第一线匝在容器壁中的集成能够例如在制造容器时以喷射浇铸的方法实施。第一线匝也能够以压制的电子装置的形式在制造容器时集成在壁中。此外还可以考虑将第二线匝也集成在储备容器的壁中。

如果第一线匝的部分与液体接触，则可以应用合适的绝缘材料以保护第一线匝不受短路或腐蚀之害。

不必将第一线匝布置在接触件的附近。例如可以考虑将接触件布置在储备容器的底部并且将第一线匝布置在侧壁中。

在一种设计方案中，储备容器的壁在第一线匝的区域内具有电导率，该电导率小于液体的电导率，应对该液体的电导率进行测量。特别是其可以小10倍或更多。应测量其电导率的液体是这样的液体，即对于该液体而言设计在其应用中的储备容器。该液体的电导率例如可以是2mS/cm。特别是含水的尿素溶液的电导率在正常条件下（室温、未老化）为约2mS/cm。

通常为该类型的储备容器应用不导电的或传导性差的材料，例如塑料。然而可能有利的是，储备容器或其部件具有导电材料、例如导电塑料、金属或合金。通过这种方式克服容器的或其部件的静电充电。也能够为能传导的、例如由铝或其它金属制成的储备容器在第一线匝的区域内设有由具有较小电导率的金属制成的插入件（Einsatz）。

克服静电充电的另一种可行性在于，利用导电材料将储备容器整体地或部分地包裹或包围。

储备容器的材料在第一线匝的区域内的较小的电导率能够利于第一和第二线匝之间的感应式耦合。

在另一种设计方案中，第一和第二线匝分别具有纵轴线，该纵轴线在运行位置上基本上彼此平行地布置。每一纵轴线均是相应的线匝的对称轴、特别是相应的线匝的绕组绕其缠绕的轴。其能够与由电流在相应的线匝中产生的磁场的主方向一致。该布置保证了两个线匝的尽可能优良的感应式耦合。一般来说，为实现良好的感应式耦合而设计为，在运行位置上，利用第二线匝产生的磁场的场线（Feldlinien）基本垂直立于导体上或由第一线匝围绕的平面上。线匝的轴的倾斜的或成角度的位置也是可以考虑的，前提是在该位置上还能够实现感应式耦合。

在一种设计方案中，第一和第二线匝在运行位置上彼此同轴地布置。该布置保证了线匝的最优的感应式耦合。第二线匝能够平行于第一线匝地布置或布置在第一线匝的内部。这能够例如这样实现，即在储备容器的壳体内形成相应的凹进处以及轮廓或通孔，第二线匝在处于其运行位置上时被布置在其中。第一线匝为此例如与壳壁中的这一凹进处以及轮廓或通孔邻接地布置。

在一种设计方案中，储备容器是车辆中的罐。也可以设想的是，储备容器被应用在仓库中或填充站上。

在另一种设计方案中，储备容器应用在SCR系统中。例如为含水的尿素溶液应用储备容器并且该储备容器用于确定和评估尿素溶液的电导率或其它的与之相关的特性。

前面所述目的同样通过具有权利要求12所述特征的方法来实现。该方法的有利的设计方案在紧接着的从属权利要求中给出。

该方法用于测量在具有前面所述特征的储备容器中的液体的电导率。该方法具有以下步骤：

-使电压感应进入第一线匝中，

-通过评估第一线匝中的感应电流确定液体的电导率。

在根据本发明的方法中，电压通过这样的方式感应进入第一线匝中，即第一线匝或由其围绕的面被磁场贯穿。电导率例如可以作为数字值或作为相对值确定。也能够通过确定电导率仅确定对于超过或低于预设的边界值的代表值。也能够考虑是，取代确定液体的电导率而确定其电阻。

与SCR系统中的传统方法相反，能够利用根据本发明的方法确定液体的电导率，而不必建立评估单元和储备容器之间的电缆连接。此外，对于该方法而言，在第一线匝上不需要任何主动的元器件，例如晶体管或集成电路。在该装置中和在采用该方法时也不需要直接地、即借助于电导体与第一线匝连接的能量源、例如蓄电池。测量液体的电导率或其它特性，以便监控液体的或容器的边界值或液位。

测量装置的感应式耦合在已知的方法方面一方面实现了安全性以防止通过电缆断裂或材料老化产生的机械性故障，并且另一方面也排除了测量装置的错误连接的危险。该方法和该装置由此提供了防止发生极性反转的保护。

在本方法的一种设计方案中，电压感应进入第一线匝中通过利用第二线匝产生磁场而实现。

在根据本发明的方法的另一种设计方案中，对感应电流的评估借助于与第二线匝连接的测量电子装置来实现。

附图说明

后面通过实施例详细地阐述本发明。

唯一的附图示出根据本发明的、具有第一和第二线匝的储备容器的示意图。

在所有的图中，对于彼此相应的部件应用相同的参考标号。

具体实施方式

图1示出具有用于测量处于容器中的液体24的电导率的装置的储备容器10。储备容器10具有围绕液体24的壳体12，该壳体具有容器底部22和侧壁23。壳体12可以具有至少一个开口，该开口例如用于进行填充或实现储备容器10的压力平衡。开口也可用于排出或取出液体。在图1中示出了向上打开的壳体12，在另一种实施方式中，壳体12具有顶盖壁（未示出），该顶盖壁使储备容器10向上封闭。

为了例如使储备容器10的外观尺寸与预设的安装位置的安装尺寸相适应，壳体12的轮廓可以设计为不同的形状。壳体12能够具有用于将壳体12固定在邻近的结构上的装置或工具（未示出）。在壳体12的底部22中嵌入了第一线匝16，该第一线匝利用其第一开放端部18耦合在第一接触件20上并且利用其第二开放端部19耦合在第二接触件21上。第一线匝16在这里布置在底部22的中心处。第一线匝同样能够布置在侧壁23中的某一侧壁中或布置在液体24中（在这里未示出）。接触件20，21位于壳体12的底部22上并且伸入液体24中。

此外还具有布置在壳体12的下部的壳体14。第二线匝26集成在该壳体14中，第二线匝与同样布置在壳体14中的测量电子装置28连接。附属于壳体12的第一引导件30和附属于壳体14的第二引导件32共同作用，以便对壳体12和14在预设的装置中进行定位。在该装置中，第一线匝16与第二线匝26同轴地布置。

Claims (11)

1.一种用于液体的储备容器（10），所述储备容器具有用于测量处于所述容器中的液体的电导率的装置，其中，所述装置具有第一接触件（20）和第二接触件（21），所述第一接触件和所述第二接触件通过所述液体（24）润湿并测量所述第一接触件和所述第二接触件之间的电导率，其中，存在用于使电压感应进入第一线匝（16）中的第二线匝（26），其特征在于，所述储备容器（10）具有所述第一线匝（16），所述第一线匝具有与所述第一接触件（20）电耦合的第一开放端部（18）和与所述第二接触件（21）电耦合的第二开放端部（19），以及所述第二线匝（26）耦合在测量电子装置（28）上，以确定所述液体的所述电导率，所述测量电子装置用于确定和评估在所述第一线匝（16）中的电流量。

2.根据权利要求1所述的储备容器，其特征在于，所述第二线匝（26）集成在壳体（14）中，其中，所述壳体能够与所述储备容器（10）分离。

3.根据权利要求2所述的储备容器，其特征在于，所述储备容器（10）具有第一引导件（30）并且所述壳体（14）具有第二引导件（32），以用于将所述第二线匝（26）在预设的装置中相对于所述第一线匝（16）定位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述接触件（20，21）伸入所述液体中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述第一线匝（16）嵌入所述储备容器（10）的壁中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述储备容器（10）的壁在所述第一线匝（16）的区域内具有电导率，所述电导率小于液体的电导率，应对所述液体的电导率进行测量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述第一和所述第二线匝（16，26）分别具有纵轴线，所述纵轴线在运行位置上彼此平行地布置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述第一和所述第二线匝（16，26）在运行位置上彼此同轴地布置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述储备容器是车辆中的罐。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的储备容器，其特征在于，所述储备容器设置在SCR系统中。

11.一种用于测量在根据权利要求1所述的储备容器中的液体的电导率的方法，所述方法具有以下步骤：

-通过利用第二线匝（26）产生磁场从而使电压感应进入所述第一线匝（16）中，以及

-通过评估在所述第一线匝（16）中的感应电流确定所述液体（24）的电导率，其中，所述感应电流的评估借助于用于确定和评估在与所述第二线匝（26）连接的所述第一线匝（16）中的所述电流量的测量电子装置（28）实现。

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