專利名稱：用于確定容器液位的傳感器裝置及具有傳感器裝置的容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權利要求的類型的用于確定包含在一容器中的液體的液位 的傳感器裝置及涉及具有用于確定液位的傳感器裝置的容器及涉及一制造方法。
背景技術：
在設有內(nèi)燃機的機動車上必需根據(jù)將在今后年度中出臺的更嚴格的廢氣排放立 法以增強的度量主要減少有害的氮氧化物。為此所使用的一種方法是選擇及催化的還原方 法，在該方法中借助一種液態(tài)還原劑、例如尿素水溶液使有害物質(zhì)即氮氧化物還原成氮及 水。在此情況下該液態(tài)還原劑被儲放在一個容器中及借助一個泵通過管路由該容器輸送到 計量點。這里用一個液位傳感器以適合的方式指示容器的液位。由DE 10162269公知了一種用于確定液體的液位的裝置，該裝置具有不同長度的 注塑在塑料中的測量電極。此外由US 6，063，350公知了一個通過一個公共的多極插頭來接觸用于尿素容器 的溫度傳感器及液位傳感器。
發(fā)明內(nèi)容
相比之下具有獨立權利要求特征部分的特征的用于確定液位的傳感器裝置或按 本發(fā)明的具有傳感器裝置的容器或按本發(fā)明的制造方法具有其優(yōu)點，即能保證液體還原劑 的防故障及防腐蝕的儲存架或液位檢測裝置，它們能成本有利及簡單的制造方法得到。此 夕卜，該傳感器裝置或容器相對在持續(xù)工作中出現(xiàn)的大的溫度波動能防止失效。通過從屬權利要求中所述的措施可得到獨立權利要求中給出的容器或傳感器裝 置或制造方法的有利的進一步構(gòu)型及改進。尤其有利及尤其是被看做有效的措施的是，在 測量電極上設置圓周槽作為鎖定裝置，這些鎖定裝置使這些測量電極在一側(cè)上在軸向上鎖 定，使得這些測量電極在一側(cè)上取得確定的位置，以及另一方面，用于保證對溫度波動的公 差的補償運動能通過保持裝置被捕獲。此外有利的是，傳感器裝置的載體通過用塑料壓力包封注塑測量電極來制造，因 為以這種方式不僅載體，而且保持裝置能在一個制造工序中制造，此外還導致緊湊的結(jié)構(gòu)。此外有利的是，借助傳感器裝置的背離容器內(nèi)部的一側(cè)上的二次壓力包封注塑區(qū) 域來設置一個二次壓力包封部分，該二次壓力包封部分保護傳感器裝置在電極的電接觸側(cè) 上不受化學上有害的影響。此外有利的是，在液位傳感器中組合一個溫度傳感器，該溫度傳感器能以緊湊的 結(jié)構(gòu)、對液體密封地、實時反應溫度變化地組合在容器中。如果溫度傳感器設置在載體內(nèi)部并且被澆注一材料或澆注在一材料中，該材料與 二次壓力包封部分一體連接，則以簡單的方式保證溫度傳感器的確定的位置以及與位于容 器中的液體的良好的熱耦合，并且提供穩(wěn)定且緊湊的結(jié)構(gòu)。通過其它從屬權利要求中及說明書中所述的其它措施可得到另外的優(yōu)點。
在附圖中表示出本發(fā)明的實施例及在以下的說明中對其詳細地描述。附圖表示圖1 一個設有液位傳感器的容器，圖2 第二液位傳感器，
圖3:第三液位傳感器，圖4 用于確定液位的傳感器裝置的部分視圖，及圖5 具有組合的溫度傳感器的傳感器裝置的一個概要視圖。具體實施形式圖1表示一個容器5與設置在該容器內(nèi)的一個液位傳感器3，該液位傳感器基本上 與容器側(cè)壁4平行地從容器底部9 一直延伸到在容器中可達到的尿素水溶液(“Ad Blue") 的最高液位7。在該容器的設有容器的一個可封閉的孔6的上側(cè)，液位傳感器3借助一個與 容器上側(cè)連接的覆蓋區(qū)域18保持在垂直位置中。液位傳感器3具有一個構(gòu)造成金屬探針 的第一測量電極14及一個也構(gòu)造成金屬探針的第二測量電極16。兩個測量電極被埋入在 一個載體8中，該載體除各一個測量窗外完全地包圍這些電極。在此情況下一旦液位7超 過一個確定的最大值時，第一測量電極14可通過由載體8中相應缺口構(gòu)成的上測量窗12 與位于容器中的液體形成電接觸。第二測量電極16-以下也稱為參考電極_設有一個下測 量窗10，該下測量窗被設置在容器底部附近。在向著容器上側(cè)11的一側(cè)上兩個測量電極各 與一個電接觸裝置20連接，其中測量電極在該位置上由載體8伸出，但它們與電接觸裝置 20的向著測量電極的部分一起被覆蓋區(qū)域18包圍。液位傳感器3可實現(xiàn)不連續(xù)的液位測量。如果兩個測量電極與位于容器中的液 體形成電接觸，因為兩個測量窗至少部分地浸入在液體中，則在電接觸裝置20上施加電壓 時，通過液體及測量電極流過一個電流。該流過的電流即為容器已滿的信號。如果液體位 于兩個相同長度的注塑在塑料殼體中的金屬探針的兩個測量窗12與10之間，則電流回路 中斷，即無電流流過，這意味著，容器未滿。這同樣適用于液位下降到測量窗10以下的情 況。在此情況下防護電接觸裝置免于液體影響的及使液位傳感器保持在其垂直位置中的覆 蓋區(qū)域18作為由塑料制作的二次包封注塑件設置在構(gòu)造為一次包封注塑件的載體8上；它 即使在使用化學侵蝕的材料、例如尿素水溶液時也可保證液位傳感器的可靠工作。圖2表示用于徑向地安裝在容器中的液位傳感器的一個變型。這里在一個垂直的 容器壁4中對液體密封地組合了一個載體部件28。該載體部件將兩個測量探針相互平行地 保持在水平位置中。這里第一測量探針24被設置在第二測量探針26的上面。電接觸裝置 20由載體部件28穿出，用于液位傳感器在容器的外部的電接觸。與根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)相似地，一旦兩個測量探針基于容器中足夠高的液位與位于容 器中的液體形成接觸就在兩個測量探針24與26之間接通一個電流回路。圖3表示一個用于確定一個還原劑容器中的Ad Blue的液位的液位傳感器或傳感 器裝置30。它具有一個第一測量電極34及一個平行布置的、長的第二電極36，它們被作成 金屬探針，其中長電極被用作參考電極。兩個參考電極由一個載體32保持，該載體通過以 塑料來部分地包封注塑所述電極來制造。兩個測量電極在以下稱為鎖定側(cè)17的一側(cè)上設 有構(gòu)成圓周槽38的鎖定裝置，該圓周槽完全地被(一次)塑料注塑包封區(qū)域或載體32包圍。傳感器裝置30以與根據(jù)圖1的傳感器類似的方式設置來與容器側(cè)壁平行地垂直安裝在容器或部分容器的內(nèi)部。測量電極的鎖定側(cè)17則位于容器的上側(cè)11附近。當兩個測量 電極伸入到容器中的不同深度時，圓周槽38大約處于相同的高度上；在此情況下長的第二 測量電極36用作參考電極。短的測量電極34僅在其向著鎖定側(cè)17的一半上被載體32保 持，而其背著鎖定側(cè)17的一半向下自由地伸出，以致當容器中相應液位的情況下在該區(qū)域 中其整個圓周上可被液體浸濕。參考探針36不僅在鎖定裝置38的區(qū)域中由塑料包封注塑， 而且在其中間區(qū)域40中附加地在半面上被一次塑料包封注塑區(qū)域32包圍。在參考電極36 背著鎖定側(cè)17的一側(cè)19上載體32具有一個保持裝置42，用于局部地在徑向上固定參考 電極。該保持裝置與載體32—體地連接及類似一個軸向軸承完全沿其圓周包圍參考電極。 在鎖定側(cè)17、中間區(qū)域40及保持裝置42的那一側(cè)，參考電極的端部自由向下伸出，類似于 第一測量電極背著鎖定側(cè)的一半地。這里載體32的構(gòu)成保持裝置42的區(qū)域43可在測量 電極的一個適當實施的壓力包封注塑的范圍中的工序中用塑料來制造。載體32具有一個 閉合邊緣46，其作為另外的與載體32 —體連接的載體組成部分，在該閉合邊緣上施加一個 作為蓋區(qū)域48的由塑料作的二次注塑包封部分。此蓋區(qū)域48以與根據(jù)圖1的傳感器裝置 相似的方式用于在容器上側(cè)上對液體密封地覆蓋測量電極的在圖3中未示出的電觸頭。在 布置在容器底部附近的傳感器裝置的下側(cè)47上可選擇地設有一個用于測量位于容器中的 液體的溫度的溫度傳感器44。為了避免用于液位或溫度的傳感器的故障及內(nèi)部的腐蝕，測量部件必需相對化學 侵蝕的Ad Blue適當?shù)孛芊?。這里設置了構(gòu)造成金屬探針的測量電極的一次壓力包封注塑 部分32及接著的、構(gòu)成傳感器端頭的二次壓力包封注塑部分48。設置一次及二次壓力包封 注塑部分的措施是必要的，因為插入部分或測量電極或與其連接的電接觸部分可以非自由 懸置地被注塑。在一次與二次壓力包封注塑部分之間可形成縫隙，在溫度改變時由于鋼作 的插入部分(測量電極)與包圍的塑料的不同熱膨脹系數(shù)，這些縫隙會增大。并且在持續(xù) 工作中金屬探針與壓力注塑包封的塑料殼體32之間也會形成間隙。由例如特種鋼制造的 金屬探針或測量電極34及36具有比塑料體32顯著小的熱膨脹系數(shù)。根據(jù)圖3的傳感器 裝置的結(jié)構(gòu)原理就是針對此問題的。測量電極僅在上部區(qū)域、即在鎖定側(cè)17上各通過圓周 槽38軸向上被固定在塑料中，而金屬探針在中間的半包封注塑區(qū)域40或在保持裝置42或 在它們的那一側(cè)上軸向可運動，尤其探針的端部、即向著傳感器裝置的下側(cè)47的一側(cè)由塑 料伸出。該結(jié)構(gòu)保證了金屬探針相對塑料體32不同的軸向膨脹。傳感器裝置也可變換地具有多于兩個的測量電極，這些電極也是相對地布置，但 具有在最短的電極34的長度與作為參考電極使用的最長電極36的長度之間分級的長度。 因此借助相應的測量探針與參考電極36之間的導電性就可推斷出達到或未達到容器中 多于一個的液位。也可變換地，取消溫度傳感器44。在另一變換的實施形式中參考電極或 其在中間區(qū)域中半邊被嵌在載體32中的電極在它們向著容器內(nèi)部的一側(cè)上被薄塑料層覆 蓋，該薄塑料層基本上使金屬探針的膨脹性能不受影響。蓋區(qū)域48也可不是二次壓力注塑 包封部分，而被作成殼體，該殼體被安裝在載體32的閉合邊緣46上。圖4表示用于確定液位的傳感器裝置的部分視圖51。圖中表示傳感器端頭的未 被浸入液體中的區(qū)域，通過該區(qū)域使測量電極34或36電接觸。與以上所描述的相同或相 似的組成部分使用相同的標號表示及對其不再贅述。測量電極在背著容器內(nèi)部的一側(cè)上在圓周槽38的那一邊由載體32伸出。在那里它們各與一個電接觸裝置64相連接，該電接觸 裝置彼此相對絕緣地過渡到一個共同的圓形電纜68。該圓形電纜68導向一個求值電路或 導向一個電控制裝置，該控制裝置也可由發(fā)動機控制裝置構(gòu)成。測量電極在載體的上端部 上借助構(gòu)成O型密封圈的密封件56或58來密封。在向著容器內(nèi)部的一側(cè)上這些密封件由 載體32限定，而在背著容器內(nèi)部的一側(cè)上它們借助一個施加在載體32上的隔板60與傳感 器端頭的其它結(jié)構(gòu)分開。這里隔板60具有肋62，它們嵌入載體32中及用于安裝期間隔板 的徑向固定。在此情況下測量電極穿過隔板60，以便可在背著圓周槽38的一側(cè)上與電接 觸裝置64形成連接。隔板60具有一個中心孔63，來自圓形電纜68的、簡化表示的雙導線 72穿過該中心孔向著容器底部的方向延伸。該雙導線72用作一個未示出的溫度傳感器的 電接觸裝置。這里電的雙導線72位于一個管形區(qū)域52中，該管形區(qū)域用與被作成二次壓 力包封注塑部分的蓋區(qū)域48的材料相同的材料43作成。在此情況下蓋區(qū)域48與管形區(qū) 域53相互形成一體的連接及可在一個單一的適當設計的壓力包封注塑工序中制造。這里 可使用與組成載體32的材料相同的材料或相同的塑料，變換地，可使用具有與載體32的材 料相似的熱膨脹系數(shù)的其它材料。電接觸裝置64可通過釬焊、熔焊或壓配合來制成；圓形 電纜68借助電纜支架66來固定，該電纜支架固定在隔板60的邊緣上。
在二次壓力包封注塑或蓋區(qū)域48進行制造前，借助所述的隔板或安裝板60使剛 才所述的0形密封圈56或58相對二次壓力包封注塑部分密封。這些通過肋62鉤入載體 32中的安裝板通過在金屬探針區(qū)域中及外圍側(cè)的緊密導向，在制造蓋區(qū)域48時防止液態(tài) 塑料進入0型密封圈的空間中。在此情況下這些細的肋62支持0型密封圈空間的軸向密 封。電纜支架66將保證在二次壓力包封注塑時使電纜固定在其位置中。在根據(jù)圖4的 裝置中，由圖3已知的載體32的閉合邊緣46通過一次壓力包封注塑部分上的環(huán)繞的圈構(gòu) 成，該環(huán)繞的圈上面具有一個構(gòu)造成鉤54的熔化邊緣。該圈與該熔化邊緣在上面被二次壓 力包封注塑部分環(huán)澆。在制造過程中通過二次壓力包封注塑部分在冷卻時的收縮使二次壓 力包封注塑部分張緊地貼合在環(huán)繞的圈上及由此使熔化邊緣在力方面卸載，該熔化邊緣在 壓力注塑期間通過熔化形成了局部的密封位置。由二次壓力包封注塑部分48伸出的圓形 電纜68借助由彈性體材料作的密封件69及一個罩蓋的夾緊部件70通過機械密封來密封。 密封件69、例如一個0型密封圈是一個徑向密封裝置，該徑向密封裝置通過借助罩蓋的夾 緊部件70的附加軸向力分量來增強。該例如構(gòu)造成塑料套筒的夾緊部件70通過塑料焊接 與二次壓力包封注塑部分連接。圖5表示一個設有組合的構(gòu)造成NTC電阻的溫度傳感器74的液位傳感器的部分 概要視圖。一些細節(jié)，諸如用于液位測量所需的測量電極及這些測量電極的電接觸裝置在 圖5中未示出；該圖僅用于說明溫度傳感器在用于確定液位的傳感器裝置中的構(gòu)造或組 合。概要表示在圖4中的電的雙導線72延伸到傳感器裝置的下側(cè)47，在這里它與NTC電 阻、即具有負溫度系數(shù)的電阻電接觸。這里管狀區(qū)域52由蓋區(qū)域48—直延伸到傳感器裝 置的下側(cè)及基本上被二次壓力包封注塑部分完全填滿。向著下側(cè)地，管狀區(qū)域借助一個封 閉件76對容器中的液體密封，其中該封閉件通過周圍側(cè)的焊接區(qū)域78與載體32連接。一個液位傳感器與一個溫度傳感器的組合，即將兩個測量元件設置在一個設有共 同電纜輸出的殼體內(nèi)可實現(xiàn)一個緊湊的且抗化學腐蝕材料的結(jié)構(gòu)。以合適的方式在容器底 部附近來測量溫度，即在最低的、仍可測量的液位附近或其高度上進行測量。與此相應地溫度傳感器74大約被布置在最長的測量電極的接觸區(qū)域的高度上，該接觸區(qū)域允許該測量電極與容器中的液體電接觸。為此液位傳感器的一次壓力包封注塑部分32在中心部分包 含在其中可插入NTC電阻的管狀區(qū)域52。以上所述的隔板60具有一個中心孔63，溫度傳 感器的電纜通過該中心孔被導入蓋區(qū)域中。在此情況下如所述地符合目的地注塑溫度傳感 器，以致它可快速且無誤地檢測容器底部附近的直接溫度，如果它被設置在載體32內(nèi)的一 個僅注有空氣的管中，則它一方面僅測量空氣管中的溫度及另一方面非常延遲地響應容器 中的溫度變化。但容器中溫度的快速檢測是值得期望的，以便及早地通過容器中液體的加 熱防止凍結(jié)或及時地關斷加熱器，以避免位于容器中的液體的提前老化。這里在制造過程 期間，二次壓力包封注塑部分通過安裝板的孔被壓入到連續(xù)的管52中及由此包圍溫度傳 感器。最后這些管通過焊接工序由一個蓋或封閉件76來封閉。因此可保證溫度傳感器可 相對Ad Blue完全密封地工作在液位傳感器的下面的區(qū)域中。
權利要求
用于確定包含在容器(5)中的液體(7)的液位的傳感器裝置，該液體尤其為用于內(nèi)燃機的廢氣除氮的還原劑，在該傳感器裝置中至少兩個不同長度的導電的測量電極(14，16)基本上相互平行地設置，其中，所述測量電極被設置來基本上垂直地布置在所述容器中，其中，所述測量電極至少部分地嵌入在一個由非導電材料作的載體(8，32)中，其特征在于所述測量電極在以下稱為鎖定側(cè)的側(cè)(17)上借助鎖定裝置(38)相對所述載體(32)剛性地固定，所述測量電極中的至少一個測量電極在其背離所述鎖定側(cè)的一側(cè)(19)上借助所述載體(32)的一徑向的保持裝置(42)這樣地在徑向上被保持，使得所述至少一個測量電極(14，16)相對所述載體的由熱作用引起的長度變化能通過所述測量電極(14，16)在背離所述鎖定側(cè)的側(cè)(19)上相對所述保持裝置(42)的軸向的補償運動被補償。
2.根據(jù)權利要求1的傳感器裝置，其特征在于所述載體(32)由塑料組成。
3.根據(jù)權利要求1或2的傳感器裝置，其特征在于所述測量電極(14，16)中的至少 一個測量電極在所述鎖定側(cè)(17)與所述背離所述鎖定側(cè)的側(cè)(19)之間在該至少一個測量 電極的圓周上僅部分地被所述載體(32)包圍，尤其是該至少一個測量電極在半面上是暴 露的。
4.根據(jù)以上權利要求之一的傳感器裝置，其特征在于所述鎖定裝置(38)通過所述測 量電極(14，16)上的圓周槽形成。
5.根據(jù)以上權利要求之一的傳感器裝置，其特征在于所述載體(8)通過用所述非導 電材料壓力包封注塑所述測量電極(14，16)來制造。
6.根據(jù)以上權利要求之一的傳感器裝置，其特征在于所述保持裝置(42)由所述載體 的一個用作支撐的區(qū)域構(gòu)成，尤其是由完全包圍所述測量電極的圓周的區(qū)域(43)構(gòu)成。
7.根據(jù)以上權利要求之一的傳感器裝置，其特征在于所述測量電極(14，16)在所述 鎖定側(cè)(17)上借助一蓋區(qū)域(48)、尤其是一與所述載體(32)鉤接(54)的壓力注塑包封覆 蓋區(qū)域被密封，以免所述液體的影響。
8.根據(jù)權利要求7的傳感器裝置，其特征在于在蓋區(qū)域(48)與載體(32)之間設有 一個隔板(60)，用于覆蓋對所述測量電極(14，16)密封的密封件(56，58)。
9.根據(jù)以上權利要求之一的傳感器裝置，其特征在于組合了一個溫度傳感器(44)， 尤其一個用作溫度傳感器的具有負溫度系數(shù)的電阻(74)。
10.根據(jù)權利要求9的傳感器裝置，其特征在于所述溫度傳感器(44)在所述背離所 述鎖定側(cè)的側(cè)(19)的高度上設置在所述載體(32)的內(nèi)部。
11.根據(jù)權利要求10的傳感器裝置，其特征在于所述載體(32)具有一尤其是中心地 布置的管狀區(qū)域(52)，所述溫度傳感器(44)設置在所述管狀區(qū)域內(nèi)部，所述管狀區(qū)域與所 述蓋區(qū)域(48) —體地連接。
12.容器(5)，用于一液體，尤其是用于內(nèi)燃機的廢氣除氮的還原劑，該容器具有用于 確定所述液體的液位的傳感器裝置(30)，在該傳感器裝置中至少兩個不同長度的導電的測 量電極(14，16)基本上相互平行地設置，其中，所述測量電極被設置來基本上垂直地布置 在所述容器中，其中，所述測量電極至少部分地嵌入在一個載體(8，32)中，其特征在于所 述測量電極在以下稱為鎖定側(cè)的側(cè)(17)上借助鎖定裝置(38)相對所述載體(32)剛性地 固定，所述測量電極在其背離所述鎖定側(cè)的一側(cè)(19)上借助所述載體(32)的徑向的保持 裝置(42)這樣地在徑向上被保持，使得所述測量電極(14，16)相對所述載體的由熱作用引起的長度變化能通過所述測量電極(14，16)在所述背離所述鎖定側(cè)的側(cè)(19)上相對所述 保持裝置(42)的軸向的補償運動被補償。
13.用于制造根據(jù)以上權利要求之一的傳感器裝置或具有一個這種傳感器裝置的容器 的方法，該傳感器裝置用于確定包含在容器中的液體的液位并且具有至少部分地嵌入在一 載體中的測量電極，其特征在于所述測量電極剛性地固定在一鎖定側(cè)上，所述載體這樣地 構(gòu)造有一個徑向的保持裝置，使得所述測量電極中的至少一個測量電極這樣地在徑向上被 保持，使得所述至少一個測量電極相對所述載體的由熱作用引起的長度變化能通過所述測 量電極(14，16)在背離所述鎖定側(cè)的側(cè)(19)上相對所述保持裝置(42)的軸向的補償運動 被補償。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于確定包含在容器(5)中的液體(7)的液位的傳感器裝置，該液體尤其為用于內(nèi)燃機的廢氣除氮的還原劑，在該傳感器裝置中至少兩個不同長度的導電的測量電極(14，16)基本上相互平行地設置，其中，所述測量電極被設置來基本上垂直地布置在所述容器中。所述測量電極至少部分地嵌入在一個由非導電材料作的載體(8，32)中，所述測量電極在側(cè)(17)上借助鎖定裝置(38)相對所述載體(32)剛性地固定，所述測量電極在另一側(cè)上借助所述載體的徑向的保持裝置(42)這樣地在徑向上被保持，使得所述測量電極(14，16)相對所述載體的由熱作用引起的長度變化能通過所述測量電極(14，16)在背離所述鎖定側(cè)的側(cè)(19)上相對所述保持裝置(42)的軸向的補償運動被補償。還提出該傳感器裝置的制造方法。
文檔編號G01F23/24GK101868700SQ200880117356
公開日2010年10月20日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權日2007年11月23日
發(fā)明者B·黑澤, G·克倫茨, M·烏爾里希, M·格拉赫, R·黑貝爾, V·巴比克, V·施特勞斯, W-I·拉策爾 申請人:羅伯特·博世有限公司