對濃度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于校準(zhǔn)超聲傳感器的方法，超聲傳感器包括換能器、與換能器相距一已知距離的反射器，以及存儲器。水浴器被加熱至大約50攝氏度，并且超聲傳感器部分地浸沒在水浴器中。當(dāng)被浸沒時，超聲波被從換能器發(fā)射經(jīng)過水浴器的一部分。所述超聲波朝向反射器發(fā)射，并且反射回的超聲波在換能器處被接收。對超聲波的飛行時間進(jìn)行測量?；诔暡ǖ娘w行時間和超聲波的期望的飛行時間來確定校準(zhǔn)系數(shù)。所述校準(zhǔn)系數(shù)被加載到所述超聲傳感器的存儲器中。
【專利說明】
對濃度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，該傳感器被配置為確定流體的特性。特別地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及對傳感器的校準(zhǔn)，該傳感器用于確定柴油機(jī)廢氣流體 (DEF)的濃度?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]選擇性催化還原(SCR)是通過催化還原將柴油機(jī)氮氧化物(NOx)排放轉(zhuǎn)變?yōu)槎拥臒o害的氮?dú)?N2)和水(H20)的方法。在清潔的柴油引擎中，SCR系統(tǒng)幾乎不釋放NOx。
[0003]DEF用于還原柴油引擎的廢氣中的氮氧化物(NOx)氣體。DEF是純化的水和尿素的混合物。在典型的SCR系統(tǒng)中，DEF儲存在車輛的一容器中，并且以與正在燃燒的柴油燃料大約1:50的比例經(jīng)由一個或多個注射器注入廢氣中。注入的尿素(以霧的形式)與廢氣混合， 并且將廢氣中的NOx分解為氮?dú)狻⑺投趸肌?br/>【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了確保SCR系統(tǒng)的正確操作，重要的是感測DEF流體的質(zhì)量和數(shù)量。當(dāng)污染物(例如，柴油燃料、水，及乙二醇)與DEF混合時，DEF還原廢氣中的NOx的能力會減弱。被污染的 DEF還會引起對NOx還原系統(tǒng)的損害。同樣重要的是，對SCR系統(tǒng)來說有足量的DEF可用。在容器附近，一個或多個傳感器用于感測DEF的特定特性。傳感器可以包括但不限于:用于確定容器中的DEF的數(shù)量的水平傳感器；用于確定容器中的DEF的質(zhì)量的濃度傳感器；以及溫度傳感器。
[0005]在一些實(shí)施例中，單個傳感器測量DEF的水平、DEF的濃度，以及DEF的溫度。單個傳感器提供對于測量DEF的特性而言成本有效的解決方案。大體上，傳感器使用反射的超聲波和DEF的溫度來確定DEF中的音速。因?yàn)镈EF的音速與DEF的濃度和溫度成比例，所以傳感器可以通過測量DEF的音速和溫度來確定DEF的濃度。一旦確定了DEF的音速，傳感器可以進(jìn)一步基于音速和反射的超聲脈沖的飛行時間來計算儲存容器中的DEF的高度。當(dāng)已知儲存容器的尺寸時，DEF的高度被轉(zhuǎn)換為對儲存容器中存在的DEF的量(例如，加侖)的度量。
[0006]計算DEF的濃度依賴于由超聲傳感器的準(zhǔn)確的測量。然而，超聲傳感器中的制造公差導(dǎo)致傳感器的構(gòu)造中的微小差別。在使用中，這些微小的差別可導(dǎo)致超聲傳感器所測量的值中的變化。例如，第一個超聲傳感器可能會測量出與第二個超聲傳感器有微小不同的 DEF的音速值。所測量的音速中的差別會導(dǎo)致所計算的濃度值中的差別。在實(shí)踐中，所測量的值中的差別可以通過在測試方案中對超聲傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)而被最小化。
[0007]因此，在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于校準(zhǔn)超聲傳感器的方法，超聲傳感器包括換能器、與換能器相距一已知距離的反射器，以及存儲器。該方法包括:將水浴器加熱至預(yù)定的溫度，并且將超聲傳感器至少部分地浸沒在水浴器中。當(dāng)被浸沒時，超聲波被從換能器發(fā)射經(jīng)過水浴器的一部分。所述超聲波朝向反射器發(fā)射，并且反射回的超聲波在換能器處被接收。對超聲波的飛行時間進(jìn)行測量?；诔暡ǖ娘w行時間和超聲波的期望的飛行時間來確定校準(zhǔn)系數(shù)。所述校準(zhǔn)系數(shù)接著被加載到所述超聲傳感器的存儲器中。
[0008]應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明的實(shí)施例可用于多種超聲傳感器的校準(zhǔn)，而不限于在DEF中使用的超聲傳感器。所述多種超聲傳感器可以測量多種流體中的音速，包括但不限于，汽油燃料、柴油燃料、機(jī)油、液壓流體和變速箱流體。因此，在制造過程中對多種傳感器的校準(zhǔn)帶來了音速測量的準(zhǔn)確性的提高，以及基于音速測量而確定的濃度測量的準(zhǔn)確性的提高。
[0009]通過考慮【具體實(shí)施方式】和附圖，本發(fā)明的其他方面將是顯而易見的?！靖綀D說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的超聲傳感器的立體圖。
[0011]圖2是圖1的超聲傳感器的截面圖。
[0012]圖3是示出了圖1的超聲傳感器的控制系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖4是用圖1的超聲傳感器執(zhí)行測量的方法的流程圖。
[0014]圖5是對圖1的超聲傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法的流程圖。
[0015]圖6A和圖6B示出了水的音速關(guān)于水溫的圖以及水的音速對水溫的導(dǎo)數(shù)的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，要理解的是，本發(fā)明并不將其應(yīng)用限制為下文的描述中所列或者附圖中所示的部件的結(jié)構(gòu)和安排的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例并且能夠以多種方式實(shí)施或執(zhí)行。
[0017]應(yīng)當(dāng)理解的是，多個基于硬件和軟件的設(shè)備以及多個不同的結(jié)構(gòu)部件可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括硬件、軟件，以及電子部件或模塊，出于討論的目的，所述電子部件或模塊可以被示出和描述為，就像大部分部件在硬件中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)一樣。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于閱讀本詳細(xì)說明將會意識到，在至少一個實(shí)施例中，本發(fā)明的基于電子的方面可以在可由一個或多個處理器執(zhí)行的軟件(例如，存儲在非易失性計算機(jī)可讀介質(zhì)中)中實(shí)現(xiàn)。這樣，應(yīng)當(dāng)注意的是，多個基于硬件和軟件的設(shè)備以及多個不同的結(jié)構(gòu)部件可以用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。例如，說明書中描述的“控制單元”或“控制器”可以包括一個或多個處理器、一個或多個存儲器模塊(包括非易失性計算機(jī)可讀介質(zhì))、一個或多個輸入/輸出接口以及連接這些部件的多個連接器(例如，系統(tǒng)總線)。
[0018]本文描述的本發(fā)明的實(shí)施例是參照對用于DEF(在SCR系統(tǒng)中所使用)的傳感器的校準(zhǔn)來描述的。然而，在此描述的本發(fā)明可以應(yīng)用于多種流體(例如，汽油燃料、柴油燃料、 機(jī)油、液壓流體、變速箱流體等)或者與所述多種流體結(jié)合使用。
[0019]圖1示出了超聲傳感器100的立體圖。在示出的示例中，超聲傳感器100包括基部 105、水平聚焦管110、反射器115和換能器120(例如壓電超聲換能器)。超聲傳感器100被設(shè)計為至少部分地浸沒在儲存容器125內(nèi)的流體中。換能器依賴于所述流體，以作為發(fā)射超聲波的工具。因?yàn)槌暡ǖ陌l(fā)射和接收確定流體的特性，所以超聲傳感器100僅在流體的高度足以覆蓋換能器120和反射器115時確定流體的特性。如果流體沒有覆蓋換能器120,則超聲傳感器100輸出一信號，該信號表明不足的流體在儲存容器125中進(jìn)行測量(例如，“空的”)。 應(yīng)當(dāng)注意，在一些實(shí)施例中，反射器115可以是超聲傳感器外部的獨(dú)立部件。在這樣的實(shí)施例中，超聲傳感器100和反射器115定位為彼此間有一預(yù)定的距離。
[0020]圖2示出了超聲傳感器100的截面圖。如圖所示，該截面沿著超聲傳感器100的長度截取，從而水平聚焦管110、反射器115和換能器120被一豎直平面切開。超聲傳感器100包括印刷電路板(PCB)230和多個傳感器。在示出的實(shí)施例中，所述多個傳感器包括濃度傳感器 135、水平傳感器240和溫度傳感器245。在其他實(shí)施例中，超聲傳感器100可以包括比示出的實(shí)施例更多或更少的傳感器。所述多個傳感器中的每一個電聯(lián)接至PCB 2301CB 230包括控制系統(tǒng)(圖3)，除了別的方面以外，該控制系統(tǒng)向所述多個傳感器供電，分析來自所述多個傳感器的數(shù)據(jù)，并且向其他部件(例如，外部計算機(jī))輸出分析后的數(shù)據(jù)。
[0021]濃度傳感器1 3 5測量儲存容器1 2 5中的流體的濃度，進(jìn)而測量流體的質(zhì)量 (quality)。流體的質(zhì)量可以基于流體的所需的濃度水平(例如，32.5%的尿素和67.5%的去離子水)來確定。流體的濃度還可以表明流體的密度。因此，通過確定流體的濃度和流體的溫度，可以通過已知的關(guān)系確定密度。此外，流體中的雜質(zhì)可以通過處于預(yù)定的范圍之外的流體濃度測量值而被檢測到。濃度傳感器135包括反射器115和換能器120。換能器120充當(dāng)超聲波的發(fā)射器和接收器。在操作中，換能器120朝向反射器115發(fā)射經(jīng)過流體的超聲波。 超聲波經(jīng)反射器115反射并且朝向換能器120傳播回來。濃度傳感器135測量超聲波的飛行時間。超聲波傳感器100使用下文描述控制系統(tǒng)來確定儲存容器125中的流體的特性。[〇〇22]水平傳感器240確定儲存容器125中的流體的水平(level)，進(jìn)而測量流體的數(shù)量 (quantity)。在示出的實(shí)施例中，水平傳感器240包括水平感測換能器(例如，壓電超聲換能器)250和水平聚焦管110。換能器250充當(dāng)發(fā)射器和接收器。水平傳感器240的一些實(shí)施例還包括浮子255。在示出的特定實(shí)施例中，水平傳感器240包括位于水平聚焦管110中的浮子 255。盡管示出為球體，然而浮子255可以是另一形狀，包括例如圓柱形。當(dāng)流體的水平在水平聚焦管110的頂部以下時，浮子255浮在容納于水平聚焦管110中的流體的表面260上。換能器250產(chǎn)生超聲波，該超聲波經(jīng)過容納于水平聚焦管110中的流體傳播。超聲波朝向流體的表面260(在浮子255的位置處)傳播。超聲波經(jīng)浮子255反射并且朝向換能器250傳播回來。[〇〇23] 在另一實(shí)施例中，水平傳感器240不包括浮子255。換能器250產(chǎn)生超聲波，該超聲波朝向流體的表面260,經(jīng)過容納于水平聚焦管110中的流體傳播。超聲波經(jīng)流體的表面260 反射，并且朝向換能器250傳播回來。在這兩個實(shí)施例中(有或者沒有浮子255)，換能器250 發(fā)送一信號，該信號表明超聲波在換能器250處被接收的時間。基于超聲波被發(fā)送和被接收之間的時間差計算超聲波的飛行時間。[〇〇24] 溫度傳感器245確定儲存容器125中的流體的溫度。在一個實(shí)施例中，溫度傳感器 245是熱電偶。在另一實(shí)施例中，溫度傳感器245是熱敏電阻器。在又一實(shí)施例中，溫度傳感器245是電阻式溫度傳感器。在又一實(shí)施例中，溫度傳感器245是紅外溫度傳感器。溫度傳感器245輸出表明感測的溫度的信號。在一些實(shí)施例中，水平傳感器240和溫度傳感器245組合為能夠感測水平和溫度的組合傳感器。在其他實(shí)施例中，水平傳感器240、溫度傳感器245和濃度傳感器135組合為能夠感測全部三個參數(shù)的組合傳感器。
[0025]圖3示出了控制系統(tǒng)300的框圖，該控制系統(tǒng)被配置為測量流體的特性且對超聲傳感器100進(jìn)行校準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，除了傳感器外，控制系統(tǒng)300安裝在超聲傳感器100的 PCB 230上。在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)300包括多個電氣和電子部件，所述多個電氣和電子部件向控制系統(tǒng)300和/或超聲傳感器100中的部件和模塊提供電力、操作控制，以及保護(hù)。例如，控制系統(tǒng)300包括(除了別的以外)控制器(例如，可編程微處理器、微控制器或類似器件)310、供電模塊315和輸入/輸出模塊320?？刂破?10包括(除了別的以外)處理器325和存儲器330。處理器325電連接至存儲器330,并且執(zhí)行能夠被存儲在存儲器330上的指令。控制器310被配置為，除了別的方面以外，從存儲器330檢索指令并且執(zhí)行指令，所述指令與本文描述的控制過程和方法相關(guān)。在其他實(shí)施例中，控制系統(tǒng)300包括附加的、更少的或不同的部件。
[0026]供電模塊315向控制系統(tǒng)300或超聲傳感器100的其他部件供應(yīng)標(biāo)稱電壓。在一個實(shí)施例中，供電模塊315提供標(biāo)稱直流電壓。供電模塊315由具有一標(biāo)稱電壓的電源供電，并且被配置為供應(yīng)較低的電壓，以操作控制系統(tǒng)300或超聲傳感器100中的電路和部件。[〇〇27]輸入/輸出模塊320從控制系統(tǒng)300向外部控制器340發(fā)射數(shù)據(jù)。輸入/輸出模塊320 還從外部控制器340接收數(shù)據(jù)。當(dāng)超聲傳感器100處于正常操作時，其操作在測量模式下，其中，其向外部控制器340發(fā)射數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表明所測量的和所確定的流體特性。外部控制器 340可以是，例如，位于柴油動力的車輛上的電子控制單元(ECU)。外部控制器340可以經(jīng)過車輛的通信總線(例如，CAN總線)上的通信模塊而被鏈接。在一些實(shí)施例中，輸入/輸出模塊 320通過協(xié)議進(jìn)行通信，例如J1939或者直接與外部控制器340通信的CAN總線。在其他實(shí)施例中，取決于具體應(yīng)用的需要，輸入/輸出模塊320在其他合適的協(xié)議(包括模擬或數(shù)字信號)下進(jìn)行通信。在一些實(shí)施例中，輸入/輸出模塊320通過脈寬調(diào)制信號進(jìn)行通信。[〇〇28]圖4示出的是測量方法400的一個實(shí)施例，通過該測量方法，超聲傳感器100確定 DEF的特性(例如，濃度)。在正常操作過程中(例如，當(dāng)浸沒在DEF中時)，由超聲傳感器100執(zhí)行測量方法400。換能器120發(fā)射指向反射器115的超聲波(步驟405)。換能器120從反射器 115接收反射的超聲波(步驟410)。控制器310從換能器120接收信號，該信號表明超聲波何時在換能器120處被接收?；谠撔盘枺刂破?10基于超聲波何時產(chǎn)生與超聲波何時被接收之間的時間差來計算超聲波的飛行時間(步驟415)?？刂破?10用濃度校準(zhǔn)系數(shù)對計算出的飛行時間進(jìn)行調(diào)節(jié)，正如圖5所示的校準(zhǔn)方法所確定的(步驟420)?？刂破?10基于所調(diào)節(jié)的飛行時間確定DEF的音速(步驟425)?？刂破?10輸入來自溫度傳感器245的溫度信號，該溫度信號表明DEF的溫度(步驟430)?；贒EF的溫度以及已調(diào)節(jié)的音速，控制器310確定DEF 的濃度(步驟435)。在一些實(shí)施例中，DEF的濃度可以從存儲于存儲器330中的查找表確定。 可替換地，控制器310可以利用算法，基于DEF的溫度和音速來計算DEF的濃度。最后，控制器 310經(jīng)由輸入/輸出模塊320向外部控制器340 (例如，車輛的控制系統(tǒng))輸出數(shù)據(jù)信號，該數(shù)據(jù)信號表明所確定的DEF的濃度(步驟440)。這里針對測量方法400描述的多個步驟能夠同時地、并行地，或者以不同于所示的串行方式的順序被執(zhí)行。測量方法400還能夠使用比所示的實(shí)施例中示出的方法更少的步驟執(zhí)行。
[0029]在超聲傳感器100的制造過程中，超聲傳感器100可以被校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)過程中，超聲傳感器100連接至外部控制器340。在一些實(shí)施例中，用于校準(zhǔn)的外部傳感器340不同于用于超聲傳感器100的正常操作的外部傳感器340。外部傳感器340可以包括配備有軟件的計算機(jī)，以與超聲傳感器100聯(lián)接。外部控制器340可以經(jīng)由連接電纜連接至輸入/輸出模塊320， 所述連接電纜插入位于超聲傳感器100上的多管適配器。外部控制器340可以被配置為啟動和終止校準(zhǔn)模式。外部控制器340還可以從超聲傳感器100接收數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表明由濃度傳感器135、水平傳感器240和溫度傳感器245所作的測量。[0〇3〇]圖5示出了校準(zhǔn)方法500的一個實(shí)施例。水浴器(water bath)被加熱至預(yù)定的溫度 (例如，30 °C、40 °C、50 °C、60 °C、70 °C、80 °C、90 °C、100 °C等)。在示出的實(shí)施例中，該水浴器被加熱至大約50°C的預(yù)定溫度(步驟505)。超聲傳感器100經(jīng)由通信電纜或其他通信鏈路連接至外部控制器340,并且超聲傳感器100至少部分地浸沒在水浴器中(步驟510)。外部控制器 340向超聲傳感器100發(fā)送啟動消息(S卩，校準(zhǔn)開始命令)以開始校準(zhǔn)(步驟515)?？刂破?10 向換能器(即，換能器120或換能器250)發(fā)送信號，且換能器120、250響應(yīng)于該信號而產(chǎn)生超聲波(步驟520)。超聲波被反射并且在換能器120、250處被接收。在一個實(shí)施例中，超聲波經(jīng)反射器115反射。在另一實(shí)施例中，超聲波經(jīng)與超聲傳感器100分開的外部反射器反射。在這樣的實(shí)施例中，外部傳感器可以是臨時的，例如僅在校準(zhǔn)過程中使用。在任一實(shí)施例中，反射器115和外部反射器中的每一個與換能器120、250相距已知的距離。
[0031]控制器310從換能器120、250接收響應(yīng)信號，該響應(yīng)信號表明反射的超聲波被接收的時間(步驟525)?；谙驌Q能器120、250發(fā)送信號與接收響應(yīng)信號(表明了反射的超聲波) 之間的時間差，控制器310確定超聲波的飛行時間(步驟530)?？刂破?10從存儲器330加載超聲波的預(yù)計的飛行時間(步驟535)。在一個實(shí)施例中，所述預(yù)計的飛行時間可以基于標(biāo)準(zhǔn)距離(換能器120和反射器115之間，或者換能器250和外部反射器之間)以及水浴器的預(yù)定溫度下的音速在校準(zhǔn)方法500之前被確定?？刂破?10將預(yù)計的飛行時間與測量的飛行時間進(jìn)行比較，并且計算差值(步驟540)?？刂破?10基于計算出的差確定校準(zhǔn)系數(shù)(例如，濃度校準(zhǔn)系數(shù)、水平校準(zhǔn)系數(shù)等)(例如，將校準(zhǔn)系數(shù)設(shè)定為等于計算出的差或者與計算出的差成比例)(步驟545)?？刂破?10將校準(zhǔn)系數(shù)加載到超聲傳感器100的存儲器330中(步驟 550)。與測量方法400類似，這里針對校準(zhǔn)方法500描述的多個步驟能夠同時地、并行地，或者以不同于所示的串行方式的順序被執(zhí)行。校準(zhǔn)方法500還能夠使用比所示的實(shí)施例中示出的方法更少的步驟執(zhí)行。[〇〇32] 應(yīng)當(dāng)注意的是，由于換能器120和反射器115之間以及換能器250和外部反射器之間的距離當(dāng)中的微小差別，測量的飛行時間和預(yù)計的飛行時間之間可能會出現(xiàn)差別。距離當(dāng)中的微小差別是制造過程的自然結(jié)果。例如，制造條件(包括加工、模制和組裝過程)下的制造公差和制造方差會引起真實(shí)距離中的微小變化。為了獲得超聲傳感器100的更準(zhǔn)確的測量，并且為了使制造出的各個超聲傳感器100之間更加一致，校準(zhǔn)組分針對距離當(dāng)中的變化(在制造過程中產(chǎn)生)進(jìn)行校正。
[0033]在另一實(shí)施例中，圖5所示的校準(zhǔn)過程還包括溫度傳感器245的校準(zhǔn)。在這樣的實(shí)施例中，控制器310從溫度傳感器245接收對水浴器感測的溫度，并且控制器310確定感測的溫度和水浴器的預(yù)定的溫度(例如50°C)之間的差值。控制器310基于感測的溫度和預(yù)定的溫度(例如50 °C )之間的差確定溫度校準(zhǔn)組分?？刂破?10接著將溫度校準(zhǔn)組分加載到存儲器330中。在這樣的實(shí)施例中，在步驟545中，控制器310可以要么基于感測的溫度連同溫度校準(zhǔn)系數(shù)，要么基于水浴器的預(yù)定的溫度(例如50°C)，來確定超聲波的預(yù)計的飛行時間。在一些實(shí)施例中，溫度傳感器245的校準(zhǔn)可以獨(dú)立于校準(zhǔn)方法500來執(zhí)行。[〇〇34]此外，在這樣的實(shí)施例中，控制器310可以在測量方法400中使用溫度校準(zhǔn)系數(shù)。例如，在步驟430,在已經(jīng)感測了 DEF的溫度之后，控制器310使用溫度校準(zhǔn)系數(shù)來調(diào)節(jié)感測的溫度。相應(yīng)地，在步驟435,基于已調(diào)節(jié)的溫度和音速，控制器310通過參照一查找表來確定 DEF的濃度。
[0035]通過在水浴器中保持一致狀態(tài)，校準(zhǔn)過程的一致性提高。應(yīng)當(dāng)注意的是，在一些實(shí)施例中，校準(zhǔn)過程中使用的水是純化的水(例如，去離子的或反滲透)。為了一致性(針對其物理特性)而使用純化的水。此外，在水浴器中保持一致的溫度確保了經(jīng)過水浴器的聲音的速度保持相對恒定。因此，校準(zhǔn)方法500還可以包括在水浴器的溫度范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確的控制。為了獲得溫度控制，通過使用溫度傳感器和超聲傳感器1〇〇外部的溫度控制器而激活加熱元件，水浴器的溫度可以維持在較低的溫度閾值和較高的溫度閾值之間。
[0036]如圖6A所示，水的音速隨溫度改變。隨著水的溫度上升，音速改變的量值減小。這一特性由圖6B示出的導(dǎo)數(shù)曲線所顯示。正如在校準(zhǔn)方法500中所描述的，水浴器的溫度升高到50°C。在50 °C附近及以上，音速在小的溫度改變范圍內(nèi)的改變并不明顯。因此，通過將水浴器的溫度保持在50°C以上，水浴器溫度的小的起伏不會有害地影響校準(zhǔn)的精確性。使用 50°C的水浴器對校準(zhǔn)方法500進(jìn)行描述是因?yàn)?0°C對于操作員來說是安全的操作溫度。 [〇〇37]然而，校準(zhǔn)方法500不限于50°C。校準(zhǔn)過程可以在其他溫度下執(zhí)行。為使由溫度起伏引起的音速的變化最小，水浴器溫度可以選擇為在圖6A的圖中的平坦區(qū)域內(nèi)的任意范圍內(nèi)變化。例如，50 °C至100 °C的范圍提供了曲線的相對平坦的部分605，該部分的音速變化可以最小。在這一方面，水浴器溫度可以保持在音速相對于溫度的導(dǎo)數(shù)小于2的溫度下。然而， 在溫度高于大約60 °C時，其他因素顯得比在曲線的平坦部分605處操作的益處更加重要;例如，隨著溫度的增加，超聲傳感器100的熱壓力、對操作員安全的關(guān)注，以及更高的能量消費(fèi)。因此，較低的溫度將是理想的。對此，40 °C至60 °C的范圍或者30 °C至70 °C的范圍可以提供曲線的相對平坦的區(qū)域，同時使其他因素最小化。
[0038]由此，除了別的方面以外，本發(fā)明提供了使用熱水浴器校準(zhǔn)超聲傳感器的方法，以獲得確定校準(zhǔn)系數(shù)方面的一致性。本發(fā)明的多個特征和優(yōu)點(diǎn)在下面的權(quán)利要求書中列出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于校準(zhǔn)超聲傳感器的方法，所述超聲傳感器包括換能器和存儲器，所述換能 器被配置為輸出超聲波，所述方法包括:將水浴器加熱至預(yù)定的溫度；至少部分地將所述超聲傳感器浸沒在所述水浴器中；朝向一反射器發(fā)射所述超聲波經(jīng)過所述水浴器的一部分，所述反射器與所述超聲傳感 器相距一已知的距離；接收經(jīng)所述反射器反射的所述超聲波；測量所述超聲波的飛行時間；基于所述超聲波的飛行時間及一期望的飛行時間確定校準(zhǔn)系數(shù)；將所述校準(zhǔn)系數(shù)加載到所述超聲傳感器的所述存儲器中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水浴器包含純化的水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的溫度在大約30攝氏度到大約70攝氏度 之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的溫度是大約50攝氏度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述水浴器加熱至預(yù)定的溫度進(jìn)一步包括:感測所述水浴器的溫度；當(dāng)所述水浴器的溫度等于一較低的溫度閾值時，激活所述加熱元件；以及 當(dāng)所述水浴器的溫度等于一較高的溫度閾值時，停用所述加熱元件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述較低的溫度閾值被設(shè)定為大約40攝氏度，而所 述較高的溫度閾值被設(shè)定為大約60攝氏度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲傳感器被配置為確定柴油機(jī)廢氣流體的 濃度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中計算所述校準(zhǔn)系數(shù)還包括:計算所述超聲波的飛行時間與期望的飛行時間之間的時間差；以及 將所述校準(zhǔn)系數(shù)設(shè)定為與所計算的時間差成比例。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述超聲傳感器電連接至一外部控制器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述超聲傳感器由所述外部控制器控制。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中計算所述校準(zhǔn)系數(shù)由所述外部控制器執(zhí)行。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述外部控制器經(jīng)由輸入/輸出模塊通信聯(lián)接至 所述超聲傳感器。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用超聲傳感器的溫度傳感器感測所述水 浴器的溫度。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括確定溫度校準(zhǔn)系數(shù)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中確定所述溫度校準(zhǔn)系數(shù)包括計算所感測的溫度 與預(yù)定的溫度之間的差。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的溫度在大約40攝氏度和大約100攝氏 度之間。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的溫度是大約50攝氏度。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的溫度是所述水浴器的音速對溫度的導(dǎo)數(shù)小于2的位置處的溫度。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲傳感器包括所述反射器。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲傳感器被配置為，基于所述校準(zhǔn)系數(shù)來 確定選自由以下內(nèi)容形成的組中的至少一個:流體的濃度、流體的密度，以及流體的質(zhì)量。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲傳感器被配置為，基于所述校準(zhǔn)系數(shù)來 確定經(jīng)過流體的聲音的速度。22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲傳感器被配置為，基于所述校準(zhǔn)系數(shù)來 確定流體的水平和流體的數(shù)量中的至少一個。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述校準(zhǔn)系數(shù)是濃度校準(zhǔn)系數(shù)。24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述校準(zhǔn)系數(shù)是水平校準(zhǔn)系數(shù)。
【文檔編號】G01N29/30GK106093192SQ201610248205
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月20日 公開號201610248205.0, CN 106093192 A, CN 106093192A, CN 201610248205, CN-A-106093192, CN106093192 A, CN106093192A, CN201610248205, CN201610248205.0
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