CN112114035A - 一种超声波传感器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波传感器及其制备方法和应用，所述超声波传感器的发射/接收面和反射面上均涂覆有水溶性树脂层。本发明在超声波传感器的发射/接收面和反射面涂覆水溶性树脂层，虽然仍有气泡附着在涂有水溶性树脂的发射/接收面和反射面上，但是随着水溶性树脂在尿素溶液中的溶解，气泡失去附着点，因质量较轻，上升至液面表面，然后破裂。从而实现了气泡快速的脱离超声波传感器发射/接收面和反射面，消除了气泡对传感器测量的影响，提高了测量精度。此外，水溶性树脂层仅有微量的金属元素，符合行业标准，不影响超声波信号的发送和接收。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种超声波传感器及其制备方法和应用。
背景技术
在使用超声波探测器探测尿素溶液品质时，往往容易受到气泡的影响。在第一次往尿素箱中加注尿素溶液时，尿素溶液中会产生大量的气泡，由于在加注尿素溶液前，传感器是干燥状态，所以气泡很容易附着在传感器的发射/接收面和反射面，且很长时间不会脱离和消散，影响超声波探测器的测量精度，使得探测器无法准确测量尿素液品质。
CN108535408A公开了一种尿素传感器保护组件，用于保护尿素传感器***的至少一个流体传感器不受气泡和/或颗粒的影响。为了提供有效地保护流体传感器、易于制造和组装并减小了流体传感器上的应力的尿素传感器保护组件，该发明的组件包括内部笼架和外部笼架，所述内部笼架用于支撑所述至少一个流体传感器，所述外部笼架包括用于阻挡气泡和/或允许流体通过的至少一个过滤器构件，其中，所述内部笼架在组装状态下至少部分地布置在所述外部笼架的内部容积部中。该发明为了解决气泡的问题，但是单独设置外部笼架使传感器的结构更加复杂，工艺难度增大，成本升高。
CN211116212U公开了一种尾气后处理***及其尿素传感器，该尿素传感器具有用于与尿素泵连接的吸液管路，吸液管路由外部接头管和内部尿素管两部分组成，且位于吸液管路全长范围内任意两个位置的流通截面相同，内部尿素管的接近外部接头管的一端具有圆弧形状的拐弯段，拐弯段的圆心角为90°。该实用新型提供的尿素传感器采用了结构设计更为合理的吸液管路，能够有效降低尿素在流动过程中产生气泡的风险，从而避免尿素泵因吸入过多气泡而产生压力波动。同样的，该传感器的结构复杂，成本升高。
为了解决这个问题，本领域亟待研究如何使得气泡快速脱离固体壁面，且操作简单，成本低廉。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种超声波传感器，尤其在于提供一种用于探测尿素溶液品质的超声波传感器。所述超声波传感器可以使发射/接收面和反射面上的气泡自动脱离，保证了传感器的探测精度，且无需复杂的制备工艺，成本低廉。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种超声波传感器，所述超声波传感器的发射/接收面和反射面上均涂覆有水溶性树脂层。
本发明中，发射/接收面和反射面上的水溶性树脂层的具体种类可以相同也可以不同。
因为超声波传感器的结构，发射/接收面是发出超声波的一面，超声波传输到反射面后，反射回到发射/接收面，发射/接收面既有发射的功能，也有接收的功能，所以在本领域内，称为发射/接收面。
本发明在超声波传感器的发射/接收面和反射面涂覆水溶性树脂层，加入尿素溶液的过程中，虽然仍有气泡附着在涂有水溶性树脂的发射/接收面和反射面上，但是随着水溶性树脂在尿素溶液中的溶解，气泡失去附着点，因质量较轻，上升至液面表面，然后破裂。从而实现了气泡快速的脱离超声波传感器发射/接收面和反射面，消除了气泡对传感器测量的影响，提高了测量精度。
此外，水溶性树脂层仅有微量的金属元素，符合行业标准，不影响超声波信号的发送和接收。
优选地，所述发射/接收面和反射面均为不锈钢材质。
优选地，所述水溶性树脂包括水性丙烯酸树脂、水溶性聚乙烯醇树脂、水性聚氨酯树脂、水性改性聚丁二烯树脂或聚环氧乙烷树脂中的任意一种或至少两种组合，优选水性丙烯酸树脂和/或聚乙烯醇树脂。
优选地，所述水溶性树脂层在尿素溶液中溶解的时间为3-10min，例如4min、5min、6min、7min、8min、9min等，优选5-10min。
在本发明的优选技术方案中，为了保证超声波传感器的正常使用，水溶性树脂需在第一次加注尿素溶液完成后快速完全溶解，优选在3-10min的时间内完全溶解。保证在第一次加注尿素溶液完成后快速溶解，不影响加注完成后传感器对尿素溶液的检测。溶解时间过长，未溶解的树脂层会影响传感器的正常工作，若在第一次加注尿素溶液完成之前完全溶解，会导致发射/接收面和反射面上重新吸附气泡。
优选地，所述尿素溶液的浓度为32.5％。
优选地，所述水溶性树脂层的厚度为10-50μm，例如11μm、12μm、13μm、 14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、 24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、 34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、 44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm等。
在本发明的优选技术方案中，通过设定树脂层的厚度为10-50μm，保证水溶性树脂层具有合适的溶解时间。
在本发明的一个具体实施方式中，所述超声波传感器的结构如图1所示。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的超声波传感器的制备方法，所述制备方法包括：将水溶性树脂喷涂在超声波传感器的发射/接收面和反射面上，干燥，得到发射/接收面和反射面上均涂覆有水溶性树脂层的超声波传感器。
优选地，所述干燥的温度为20-40℃，例如21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、 26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、 38℃、39℃等。
优选地，所述干燥的时间为10-45min，例如11min、12min、13min、14min、 15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、 33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、 42min、43min、44min等。
本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的超声波传感器的应用，所述超声波传感器用于尿素溶液的检测。
本发明的目的之四在于提供一种目的之一所述的超声波传感器的使用方法，所述使用方法包括：将所述超声波传感器放置于尿素箱中，加注尿素溶液，使所述超声波传感器中的水溶性树脂层溶解。
优选地，所述尿素溶液的加注体积为所述尿素箱体积的20-40％，例如21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、 34％、35％、36％、37％、38％、39％等，优选30％。
优选地，所述加注尿素溶液的时间为1-5min，例如1min、2min、3min、4min等。
优选地，所述水溶性树脂层溶解的时间≥所述加注尿素溶液的时间。
在本发明的优选技术方案中，为了保证超声波传感器的正常使用，水溶性树脂需在第一次加注尿素溶液完成之后快速完全溶解，优选在3-10min的时间内完全溶解。保证在第一次加注尿素溶液完成后快速溶解，不影响加注完成后传感器对尿素溶液的检测。溶解时间过长，未溶解的树脂层会影响传感器的正常工作，若在第一次加注尿素溶液完成之前完全溶解，会导致发射/接收面和反射面上重新吸附气泡。
优选地，所述水溶性树脂层溶解的时间为3-10min，优选5-10min。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明在超声波传感器的发射/接收面和反射面涂覆水溶性树脂层，虽然仍有气泡附着在涂有水溶性树脂的发射/接收面和反射面上，但是随着水溶性树脂在尿素溶液中的溶解，气泡失去附着点，因质量较轻，上升至液面表面，然后破裂。从而实现了气泡快速的脱离超声波传感器发射/接收面和反射面，消除了气泡对传感器测量的影响，提高了测量精度。
此外，水溶性树脂层仅有微量的金属元素，符合行业标准，不影响超声波信号的发送和接收。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施方式中提供的超声波传感器示意图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种超声波传感器，所述超声波传感器的发射/接收面和反射面均涂覆有厚度为1μm水性丙烯酸树脂(成分：丙烯酸树脂，含量为55.5％，水，含量为44.5％)。
具体制备方法如下：将水性丙烯酸树脂涂在超声波传感器的发射/接收面和反射面上，10℃干燥40min，得到发射/接收面和反射面上均涂覆有水性丙烯酸树脂的超声波传感器。
实施例2-7
与实施例1的区别分别仅在于，水性丙烯酸树脂的厚度分别为5μm(实施例2)、10μm(实施例3)、30μm(实施例4)、50μm(实施例5)、60μm(实施例6)、70μm(实施例7)。
实施例8
与实施例3的区别在于，将发射/接收面和反射面上的水性丙烯酸树脂替换为相同厚度的水性聚乙烯醇树脂(成分：聚乙烯醇，含量为13.4％，水，含量为 86.6％)。
实施例9-11
与实施例8的区别分别仅在于，水性聚乙烯醇树脂的厚度分别为20μm(实施例9)、30μm(实施例10)、50μm(实施例11)。
对比例1
与实施例1的区别在于，超声波传感器的发射/接收面和反射面上未涂覆水溶性树脂层。
性能测试
将上述实施例和对比例制备得到的超声波传感器置于尿素箱中，加注浓度为32.5％的尿素溶液至尿素箱体积的30％，加注时间为5min。
(1)观察并记录水溶性树脂层的溶解时间；
(2)观察加注尿素溶液过程中发射/接收层和反射层的气泡变化情况，并记录0min(刚开始加注尿素溶液)和5min(结束加注尿素溶液)时以及10min (加注尿素溶液完成后静置5min)的气泡情况；有大量气泡记为×，少量气泡记为□，无明显气泡记为○。
上述测试结果如表1所示。
表1
由表1可知，本发明提供的超声波传感器能够有效的解决发射/接收面和反射面上吸附气泡的问题，使其随着水溶性树脂的溶解而分离，在加注尿素溶液后几乎无气泡或仅有少量气泡，且无需复杂的工艺，成本低廉。
通过对比实施例1-7可知，当水溶性树脂层的溶解时间在3-10min之内时 (实施例3-5)，既能够有效的消除发射/接收面和反射面的气泡，又能够保证传感器具有较高的精度。溶解时间过短(实施例1-2)，会导致发射/接收面和反射面重新吸附气泡，溶解时间过长(实施例6-7)，水溶性树脂未完全溶解，仍粘有气泡，而且会影响传感器的精度。
(3)金属离子含量测试
针对上述实施例中所使用的水性丙烯酸树脂和水性聚乙烯醇树脂进行金属离子含量测试(参照标准：JIS K0119-2008)；结果如表2所示。
表2
由表2可知，本发明的水溶性树脂层中仅含有微量的金属元素，符合行业标准(GB29518-2013)，不影响超声波信号的发送和接收。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器的发射/接收面和反射面上均涂覆有水溶性树脂层。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述水溶性树脂包括水性丙烯酸树脂、水溶性聚乙烯醇树脂、水性聚氨酯树脂、水性改性聚丁二烯树脂或聚环氧乙烷树脂中的任意一种或至少两种组合，优选水性丙烯酸树脂和/或聚乙烯醇树脂。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述水溶性树脂层在尿素溶液中溶解的时间为3-10min，优选5-10min；
优选地，所述尿素溶液的浓度为32.5％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的超声波传感器，其特征在于，所述水溶性树脂层的厚度为10-50μm。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的超声波传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将水溶性树脂喷涂在超声波传感器的发射/接收面和反射面上，干燥，得到发射/接收面和反射面上均涂覆有水溶性树脂层的超声波传感器。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为20-40℃。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的时间为10-45min。
8.一种根据权利要求1-4中任一项所述的超声波传感器的应用，其特征在于，所述超声波传感器用于尿素溶液的检测。
9.一种根据权利要求1-4中任一项所述的超声波传感器的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：将所述超声波传感器放置于尿素箱中，加注尿素溶液，使所述超声波传感器中的水溶性树脂层溶解。
10.根据权利要求9的使用方法，其特征在于，所述尿素溶液的加注体积为所述尿素箱体积的20-40％，优选30％；
优选地，所述加注尿素溶液的时间为1-5min；
优选地，所述水溶性树脂层溶解的时间≥所述加注尿素溶液的时间；
优选地，所述水溶性树脂层溶解的时间为3-10min，优选5-10min。
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