[**]

Устройство (100) для измерения качества раствора карбамида используют посредством введения по меньшей мере части упомянутого устройства в раствор карбамида. Устройство (100) включает конфигурацию датчиков (180, 190, 200) для измерения механических и электрических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены воздействию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида. Система (230) обработки данных устройства (100) выполнена с возможностью обработки упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида. Устройство (100) может быть также адаптировано для измерения качества растворов других типов.

(57) Реферат / Формула:

Устройство (100) для измерения качества раствора карбамида используют посредством введения по меньшей мере части упомянутого устройства в раствор карбамида. Устройство (100) включает конфигурацию датчиков (180, 190, 200) для измерения механических и электрических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены воздействию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида. Система (230) обработки данных устройства (100) выполнена с возможностью обработки упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида. Устройство (100) может быть также адаптировано для измерения качества растворов других типов.

---

Евразийское (21) 201290573 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. G01N33/00 (2006.01)
2013.09.30 F01N3/20 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки
2010.12.21
(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ КАЧЕСТВА
(31) 0922464.3; 20100047
(32) 2009.12.21; 2010.01.12
(33) GB; NO
(вв) PCT/NO2010/000481
(87) WO 2011/078692 2011.06.30
(71) Заявитель:
ВЕМА СИСТЕМ АС (NO)
(72) Изобретатель: Фривик Бьёрн (NO)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(57) Устройство (100) для измерения качества раствора карбамида используют посредством введения по меньшей мере части упомянутого устройства в раствор карбамида. Устройство (100) включает конфигурацию датчиков (180, 190, 200) для измерения механических и электрических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены воздействию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида. Система (230) обработки данных устройства (100) выполнена с возможностью обработки упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида. Устройство (100) может быть также адаптировано для измерения качества растворов других типов.
PCT/NO2010/000481
УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ КАЧЕСТВА Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам измерения качества для транспортных средств, например, дорожных и внедорожных транспортных средств, а также для промышленных и морских установок, включающих двигатели внутреннего сгорания, причем упомянутое устройство выполнено с возможностью контроля качества раствора карбамида (жидкости для очистки дизельного выхлопа) (например, AdBlue, "Adblu", DEF) в системах очистки выхлопа упомянутых транспортных средств или установок. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам применения упомянутых устройств измерения качества. Также, настоящее изобретение относится к транспортным средствам, промышленным и морским объектам, включающим устройство измерения качества.
Предпосылки создания изобретения
При функционировании современных двигателей внутреннего сгорания топливо сгорает в одной или более камерах сгорания этих двигателей с очень высокой температурой для более эффективной работы двигателя. Однако эксплуатация двигателя с высокими температурами сгорания топлива сопряжена с формированием таких продуктов сгорания, как сажа и оксид азота, например, оксиды азота (NOx). Упомянутые продукты сгорания являются вредными для окружающей среды веществами. Для снижения концентрации выбрасываемых в атмосферу загрязнителей до законодательно разрешенных пределов, например, допускаемых современными европейскими законодательными актами, относящимися к эмиссии вредных газов, производители транспортных средств обычно применяют в своей продукции избирательное каталитическое восстановление (Selective Catalytic Reduction, SCR) и/или рециркуляцию выхлопных газов (Exhaust Gas Recirculation, EGR). SCR эффективно для поглощения оксидов азота, в то время как EGR гарантирует более полное окисление оксидов азота, содержащегося в выхлопных газах.
Эффективность SCR может быть повышена за счет применения химических реагентов, которые доставляют и/или хранят на транспортных средствах, морских или промышленных объектах. Например, "AdBlue" и "DEF" являются торговыми марками химических реагентов, практически соответствующих водному раствору карбамида с концентрацией 32,5%. Данный раствор вводят в выхлопные газы современных дизельных двигателей в процессе дожигания для очистки выхлопных газов с целью снижения содержания в них вредного оксида азота (NOx), содержащегося в упомянутых газах. AdBlue, DEF, "Adblu" используют только в сочетании с SCR. Кроме того, транспортные средства, оснащенные SCR, могут иметь в своем составе, помимо топливного резервуара, резервуар для хранения AdBlue, DEF или "Adblu". При функционировании AdBlue, DEF или "Adblu" подают из резервуара-хранилища и вводят под давлением в выхлопные газы, где происходит серия химических реакций, представленных в Таблице 1, приведенной ниже.
По существу, процесс, происходящий в выхлопной системе 10, включает подачу смеси AdBlue на нагретую до высокой температуры
На фиг. 1 выхлопная система двигателя 15 внутреннего сгорания в общем обозначена числовым обозначением 10. Система 10 включает, последовательно, впуск 20 для приема газообразных продуктов сгорания от двигателя 15, катализатор 30 окисления, область 40 ввода AdBlue, катализатор 50 гидролиза, катализатор 60 SCR, катализатор 70 окисления и, в завершение, выпуск 80.
пористую керамическую головку катализатора 60 AdBlue, где деионизированная вода испаряется, а оставшийся от впрыскиваемого AdBlue карбамид проходит дальше как реагент, который обладает способностью практически полностью расщеплять компоненты оксидов азота (NOx) на азот и воду. Все загрязнители, содержащиеся в AdBlue накапливаются на катализаторе 60 SCR, что приводит к его загрязнению и отказу. Таким образом, необходимо гарантировать, чтобы AdBlue был свободен от загрязняющих примесей на всех стадиях производства, хранения и подачи в систему.
Крайне желательно иметь возможность определения составляющих AdBlue, DEF или "AdBlue"; определение упомянутых составляющих следует понимать как измерение качества, а не просто измерение концентрации карбамида, что является другой задачей. Сельскохозяйственные марки карбамида предназначены для использования в сельском хозяйстве, например, для повышения качества почвы, при этом промышленные марки карбамида, например, AdBlue, DEF, предназначены для использования в дорожных транспортных средствах, например, в грузовиках или автобусах. При том, что сельскохозяйственный карбамид является менее дорогостоящим, из-за наличия большего количества загрязнителей, по сравнению с промышленным AdBlue, пользователи могут попытаться - в нарушение законодательства - применять сельскохозяйственный AdBlue для очистки выхлопных газов при эксплуатации грузовиков или автобусов; при этом загрязняющие примеси в сельскохозяйственных марках карбамида потенциально способны испортить катализаторы выхлопных систем, а также создают риск возникновения атмосферного загрязнения, включающего, например, тяжелые металлы. Кроме того, имеется потенциальный риск загрязнения промышленных AdBlue, DEF посторонними веществами -вследствие условий их хранения, например, в неочищенных резервуарах, которые ранее использовались для хранения других веществ, например, инсектицидов.
Еще одним риском является ненамеренные ошибки при заправке персоналом резервуаров, входящих в состав транспортного средства, при этом в резервуар для Adblue, DEF может быть случайно заправлено дизельное топливо, стеклоомыватель и т.п. Еще одним риском может быть
попытка замены персоналом Adblue, DEF в соответствующем резервуаре на другие вещества, например соляной раствор, для экономии денежных средств. Многие фермеры сталкиваются с крайними экономическими трудностями, которые могут приводить к попыткам сэкономить на чем угодно.
Наличие нежелательных примесей в Adblue, DEF может иметь и другие последствия, например, аварийные ситуации, такие как полный отказ SCR. Попытка эксплуатации транспортных средств с неисправной SCR может являться уголовным преступлением. Adblue, DEF в значительной степени подвержены загрязнению как чужеродными веществами, так и загрязнениям в результате неправильного выбора материалов. Основной фактор воздействия связан с деионизированной водой, являющейся компонентом раствора, которая забирает ионы из веществ, с которыми она взаимодействует; это меняет химический состав Adblue, DEF и приводит к образованию солей, которые, в свою очередь, загрязняют керамическую головку на катализаторе 60 SCR. Наиболее часто преждевременные отказы катализатора 60 SCR происходят либо в результате случайного попадания частей поврежденного насоса в резервуар AdBlue, либо в результате неправильного выбора материалов. Для работы с AdBlue всегда должны использоваться инертные материалы.
Таким образом, низкое качество AdBlue может приводить к повышенному загрязнению атмосферы транспортным средством, а также к повреждению выхлопной системы двигателя. Водители транспортных средств не всегда могут быть уверены в происхождении Adblue, DEF, применяемых в их транспортных средствах, что может в результате приводить, например, к ненамеренному опасному загрязнению из-за наличия примесей в Adblue, DEF. Однако известны устройства для измерения концентрации раствора карбамида, например, устройство, соответствующее описанию заявки US 2005/0011183А1. Упомянутое устройство включает блок датчиков для контроля одной или более переменных физического состояния раствора карбамида, не содержащего энзимов. Упомянутый блок датчиков разработан для определения рН, диэлектрической постоянной раствора карбамида и/или проводимости раствора карбамида, не содержащего энзимов. Электроды упомянутого датчика выполнены, например, в виде наложенной гребенчатой структуры. При этом упомянутый блок датчиков
включает генератор вибрации для тестирования механических свойств раствора карбамида, причем упомянутый генератор вибрации включает кварцевый вибратор и/или пьезоэлектрический кристалл. Следует понимать, что устройство, описанное в US 2005/0011183А1, является по существу устройством измерения концентрации раствора карбамида, которое значительно отличается от устройства измерения качества раствора карбамида.
Однако такие известные устройства измерения концентрации раствора карбамида не являются достаточно чувствительными и/или точными для различения растворов карбамида разного качества для его использования в транспортных средствах, например, такие устройства непригодны для различения сельскохозяйственных марок карбамида и марок карбамида, пригодных для использования в транспорте, вследствие того, что остаточные соли металлов едва ли могут послужить причиной заметного изменения в концентрации раствора карбамида. Качество раствора карбамида в соответствующем резервуаре транспортного средства пространственно неоднородно, а известные датчики осуществляют измерения в фиксированной точке пространства, что потенциально не отражает общее качество раствора карбамида в резервуаре; следовательно, упомянутое выше устройство, описанное в заявке US 2005/0011183А1, не подходит для создания устройства контроля качества карбамида.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление устройства измерения качества, выполненного с возможностью более точного различения разного качества раствора карбамида в резервуаре для карбамида.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство по пункту 1 формулы изобретения: устройство для измерения качества раствора карбамида, в который по меньшей мере часть упомянутого устройства вводят (погружают) в раствор при его работе,
отличающееся тем, что
упомянутое устройство включает конфигурацию датчиков для измерения механических и электрических свойств в объеме раствора
карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида, и
систему обработки данных для обработки упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных, указывающих на качество упомянутого раствора карбамида.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что качество раствора карбамида поддается измерению с большей точностью и надежностью.
Опционально, в упомянутом устройстве упомянутая конфигурация датчиков включает акустические датчики и датчики проводимости для измерения механических и электрических свойств соответственно, при этом упомянутые датчики при установке в упомянутом устройстве пространственно разносят друг от друга.
Опционально в упомянутом устройстве упомянутые датчики включают термометр для измерения температуры (7) раствора карбамида, а также для обеспечения упомянутой системы обработки данных данными, соответствующими температуре (7), для использования при вычислении качества раствора карбамида.
Опционально в упомянутом устройстве упомянутая конфигурация датчиков включает датчик электрической проводимости для измерения электрической проводимости раствора карбамида, при этом упомянутый датчик проводимости включает конфигурацию электродов, расположенных в проточном туннеле для приема раствора карбамида, при этом упомянутый проточный туннель выполнен с возможностью электрического экранирования упомянутой конфигурации электродов от внешних воздействий из пространства вне упомянутого туннеля. Также, опционально, в упомянутом устройстве упомянутая конфигурация электродов имеет линейную схему расположения вдоль упомянутого поточного туннеля. Также, опционально, в упомянутом устройстве внешний набор электродов (P-i), расположенный вблизи концов упомянутого поточного туннеля, выполнен с возможностью быть возбужденным для формирования исследующего электрического поля в туннеле, а также внутренний набор электродов (Рг), расположенный вблизи центральной области упомянутого поточного туннеля, выполнен с
возможностью формирования принятого сигнала для передачи его в систему обработки данных. Опционально в упомянутом устройстве упомянутая конфигурация электродов (P-i, Р2) включает по меньшей мере одно из следующего: электроды из нержавеющей стали, электроды из углерода, серебряные электроды. Опционально в упомянутом устройстве упомянутая система обработки данных выполнена с возможностью приложения переменного сигнала (переменный ток) и/или статичного сигнала (постоянный ток) к упомянутой конфигурации электродов во время работы для определения статической проводимости и/или комплексной проводимости раствора карбамида для использования при определении его качества.
Опционально, в упомянутом устройстве упомянутая конфигурация датчиков включает акустический датчик, включающий систему акустического преобразователя, расположенную на расстоянии от соответствующего акустического рефлектора, при этом упомянутая система преобразователя выполнена с возможностью формирования одного или более акустических импульсов, распространяющихся через раствор карбамида и отражающихся от упомянутого рефлектора, а затем принимаемых обратно в упомянутой системе преобразователя с целью формирования принятого сигнала для упомянутой системы обработки данных для обработки с целью определения плотности упомянутого раствора карбамида.
Опционально, упомянутое устройство включает также крепежный фланец для крепления устройства к резервуару для раствора карбамида, систему нагрева - для нагрева раствора карбамида и систему измерения уровня раствора карбамида для измерения высоты поверхности раствора карбамида относительно упомянутого устройства.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ измерения качества раствора карбамида путем применения устройства, включающий:
(a) выполнение по меньшей мере части упомянутого устройства с возможностью погружения при работе в упомянутый раствор карбамида;
(b) измерение с использованием конфигурации датчиков упомянутого устройства для измерения механических и электрических свойств в объеме раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и
(a)
электрических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида; и
(с) обработку, с использованием системы обработки данных, упомянутых измерений механических и электрических свойств с целью формирования выходных данных, указывающих на качество упомянутого раствора карбамида.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен программный продукт, записанный на машиночитаемом носителе, при этом упомянутый программный продукт допускает исполнение на вычислительном оборудовании для реализации способа согласно второму аспекту настоящего изобретения.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предложено устройство для измерения качества раствора карбамида, в который по меньшей мере часть упомянутого устройства погружают при работе,
отличающееся тем, что
упомянутое устройство включает конфигурацию датчиков для измерения механических и электрических свойств в объеме раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида, и
систему обработки данных для обработки упомянутых измерений механических и электрических свойств с целью формирования выходных данных, указывающих на качество упомянутого раствора карбамида.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения предложен способ измерения качества раствора карбамида путем применения устройства, включающий:
(a) размещение по меньшей мере части упомянутого устройства введенной, при его работе, в упомянутый раствор карбамида;
(b) измерение с использованием конфигурации датчиков упомянутого устройства для измерения механических и электрических свойств в объеме раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида; и
(a)
(с) обработку, с использованием системы обработки данных, упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных, указывающих на качество упомянутого раствора карбамида.
Следует понимать, что признаки настоящего изобретения могут сочетаться в различных комбинациях без выхода из его объема.
Описание чертежей
Далее, исключительно в качестве примера, будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на следующие чертежи:
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение выхлопной системы транспортного средства, выполненной с возможностью применения AdBlue ("Adblu"), т.е. раствора карбамида, для снижения концентрации NOx в выхлопных газах, проходящих через выхлопную систему;
Фиг. 2А-2С представляют собой схематические изображения вариантов осуществления устройства измерения качества в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение характеристик плотности раствора карбамида;
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение измерений проводимости раствора карбамида;
Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение акустического датчика устройства фиг. 2;
Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение датчика проводимости устройств фиг. 2А-2С; и
Фиг. 7 представляет собой конфигурацию электрических цепей для использования совместно с датчиком проводимости фиг. 6.
На приложенных чертежах числовые обозначения, выделенные подчеркиванием, использованы для обозначения элементов, на которых они расположены, или прилегающих к ним элементов. Числовые обозначения без подчеркивания связаны с элементами, указанными линией, соединяющей числовые обозначение без подчеркивания с элементом. Если числовое обозначение неподчеркнуто и имеет связанную с ним стрелку, то
упомянутое обозначение без подчеркивания используют для обозначения общего элемента, на который указывает упомянутая стрелка.
Описание вариантов осуществления изобретения
Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства измерения качества для измерения качества раствора в репрезентативной пространственной области раствора, например, раствора карбамида, находящегося в резервуаре для хранения, путем использования распределенной в пространстве комбинации датчиков, интегрированных в конструкцию устройства; упомянутое устройство выполнено с возможностью измерения характеристик раствора в значительном объеме раствора. Упомянутое устройство противопоставляется существующим устройствам для измерения концентрации раствора карбамида, которые реализуют измерения в конкретной точке внутреннего объема резервуара с раствором карбамида в работе. Предпочтительно, измерения качества раствора карбамида осуществляют путем определения скорости распространения акустического излучения в пространственном объеме раствора и, более предпочтительно, используя отраженное акустическое излучение для повышения эффективной длины пути распространения. Кроме того, предпочтительно, реализуют измерение электрической проводимости раствора карбамида с использованием конфигурации электродов с протяженной пространственной конфигурацией, дающей повышенную точность измерений за счет задействования значительной пространственной области раствора. Опционально, выполняют измерения с использованием переменного тока для облегчения определения свойств, указывающих на качество упомянутого раствора карбамида. Также, опционально, упомянутые измерения с использованием переменного тока выполняют на частотах, соответствующих дипольным моментам ионов, находящихся в растворе, что позволяет определить тип ионов и, следовательно, идентифицировать типы загрязняющих примесей, имеющихся в упомянутом растворе. Опционально, выполняют измерения с использованием постоянного тока для упрощения определения свойств, указывающих на качество раствора карбамида. Опционально, для измерения качества раствора применяют комбинации измерений с использованием постоянного и переменного тока. Как плотность
раствора карбамида, так и его электрическая проводимость являются функцией температуры раствора карбамида, контроль которой также осуществляется в рассматриваемом устройстве измерения качества. Измерения плотности и электрической проводимости раствора карбамида, опционально - как функции температуры, используют в качестве входных параметров для функции отображения, выходным параметром которой является показатель качества раствора карбамида; упомянутый показатель качества не следует путать с измерением концентрации, что является другой задачей. Упомянутую функцию отображения реализуют, предпочтительно, с использованием одного или более программных продуктов, хранимых на машиночитаемых носителях, при этом упомянутые продукты, выполнены с возможностью исполнения на вычислительном аппаратном обеспечении упомянутого устройства для обеспечения упомянутой функции отображения. При этом упомянутую функцию отображения опционально реализуют в виде таблицы поиска, интерполированного полиномиального представления и/или в виде математической модели, которая реализует формулы, представляющие процедуры измерений, применяемые в упомянутом устройстве. Опционально, упомянутую функцию отображения реализуют в виде нейросетевой функции, реализуемой в виде программного обеспечения.
Далее, варианты реализации устройства описаны на примере фиг. 2А, фиг. 2В и фиг. 2С. На фиг. 2А устройство в целом обозначено числовой позицией 100, при этом оно имеет в своем составе фланец 110, включающий электрический соединитель 120 для приема электропитания, а также для передачи входных сигналов в устройство 100 и выходных сигналов от него. Кроме того, устройство 100 включает соединительные муфты 130 для приема шлангов для нагревающей воды для нагрева раствора карбамида, в который по меньшей мере частично погружают нагревательную катушку или нагревательный контур 140 устройства 100 при работе. Фланец 110 предназначен для обеспечения возможности установки устройства 100 в отверстии, выполненном в резервуаре для раствора карбамида (не показан на чертеже). Опционально, упомянутый резервуар устанавливают на дорожном транспортном средстве, при этом резервуар выполнен с возможностью хранения раствора карбамида, впрыскиваемого в выхлопную
систему упомянутого транспортного средства для очистки продуктов сгорания, выделяемых при работе двигателя внутреннего сгорания. Фланец 110 снабжен также одной или более соединительной муфтой и связанные трубки, обозначенные числовым обозначением 240, проходящие через фланец 110 для подачи, удаления и/или рециркуляции раствора карбамида, а также для отвода газов.
Устройство 100 включает также измеритель уровня раствора карбамида, включающий трубку 150 датчика, оснащенную соответствующим поплавком 160. Упомянутый поплавок 160 способен удерживаться на поверхности объема раствора карбамида. При этом поплавок 160 включает один или более постоянных магнитов, а трубка 150 датчика включает множество герконов, разнесенных в пространстве и расположенных по ее длине, которые избирательно включаются при работе в ответ на прохождение поплавка 160 по трубке 150 датчика, что продемонстрировано стрелкой 170. Дополнительно, устройство 100 включает один или более датчиков 180А, 180В температуры, реализованных, например, в виде термопары и/или термистора. Датчик 180А температуры расположен, предпочтительно, в непосредственной близости к датчикам 190, 200 устройства 100, а датчик 180В температуры устанавливают, предпочтительно, на трубке 150 датчика.
На нижнем конце нагревательной катушки или нагревательного контура 140 устанавливают акустический датчик 190 для измерения плотности раствора карбамида, а также датчик 200 электрической проводимости. На фиг. 2В датчики 190, 200 расположены на дальнем конце протяженного L-образного нагревательного контура 140. Датчик 190 и датчик 200 электрической проводимости пространственно разделены или, опционально, расположены впритык, при этом они выполнены с возможностью определения характеристик раствора карбамида путем выполнения измерений в значительной части объема резервуара раствора карбамида в отличие от устройств измерения раствора карбамида в данном уровне техники, которые выполняют измерения лишь в небольшой окрестности какой-либо точки пространства. Выходные сигналы с датчиков 180А, 180В, 190, 200 передают по сигнальным кабелям 210, 220 в блок 230 обработки данных, включающий вычислительное аппаратное обеспечение,
например, микроконтроллер, выполненный с возможностью исполнения одного или более программных продуктов, хранимых на машиночитаемых носителях, например, в твердотельной памяти данных с возможностью чтения и записи, для обеспечения возможности обработки упомянутым вычислительным аппаратным обеспечением упомянутых выходных сигналов, передаваемых по кабелям 210, 220 для формирования выходных данных измерений, доступных на электрическом соединителе 120. На фиг. 2С нагревающий контур 140 реализуют в виде спиральной структуры, включающей один или более витков; спираль потенциально является более компактной и обеспечивает большую площадь поверхности нагрева, что дает более быстрый нагрев раствора карбамида. В свою очередь, реализация с использованием протяженной L-образной петли фиг. 2В обеспечивает нагрев большего пространственного объема.
В соответствии с предшествующим кратким описанием плотность р и электрическая проводимость S раствора карбамида описываются, в общем виде, уравнениями 1 и 2 (Ур. 1 и Ур. 2):
р = Fi(T,K,q) S = F2(T,K,q)
Ур. 1 Ур. 2
где
Т= температура;
К= концентрация раствора карбамида в резервуаре;
<7= концентрация загрязняющих примесей в резервуаре;
Fi= первая функция, дающая на выходе плотность;
F2= вторая функция, дающая на выходе электрическую проводимость.
На фиг. 3 показано с помощью графика, в целом обозначенного числовой позицией 300, включающего ось 320 абсцисс, обозначающую рост температуры слева направо, и ось 310 ординат, обозначающую рост плотности снизу вверх, изменение плотности р в зависимости от различных концентраций карбамида К и температуры Т раствора карбамида. Ниже переходной температуры TF карбамид вымораживается из раствора и объем замороженного раствора увеличивается. Выше переходной температуры TF раствор карбамида демонстрирует свойства, более сходные с простой водой. Концентрация Ki соответствует большей концентрации карбамида в
воде, по сравнению с концентрацией Кг, аналогично, концентрация Кг соответствует большей концентрации карбамида в воде, по сравнению с концентрацией Кз. Плотность р определяют в устройстве 100 путем измерения задержки распространения пачки импульсов ультразвукового излучения через раствор карбамида в резервуаре; для заданного пути распространения с длиной L в растворе карбамида в упомянутом резервуаре, задержка At распространения обратно пропорциональна скорости v распространения акустического импульса, а именно, в соответствии с уравнением 3 (Ур. 3):
L Ур. 3
At = - v
Предпочтительно, учитывая относительно компактные размеры устройства 100, для включения достаточного количества колебаний с целью точного определения импульса в пространстве Фурье, упомянутая пачка импульсов предпочтительно включает несколько циклов акустического излучения с частотой в диапазоне от 300 кГц до 10 МГц, более предпочтительно - в диапазоне от 700 кГц до 3 МГц, и наиболее предпочтительно по существу 1 МГц. В случае если применяют одиночный импульс, длина этого импульса составляет, предпочтительно, порядка 1 мкс. Зная температуру Ти задержку At распространения, плотность р может быть вычислена согласно уравнению 4 (ур. 4):
р = F3(T, At) Ур. 4
Комбинация уравнений 3, 4 и 1 может быть использована для определения суммарного вклада концентрации К карбамида и показателя q загрязняющих примесей. Эти функции могут быть выведены на основе теоретического анализа, или определены численно, например, в виде таблицы поиска с интерполяцией или в виде полиномиального представления, на основе результатов экспериментов с использованием различных калибровочных растворов карбамида.
На скорость распространения звука в негазообразной среде влияет ненулевая жесткость, как для объемных, так и для сдвиговых деформаций. Соответственно, есть возможность формирования звуковых волн с
различными скоростями в зависимости от применяемого типа деформации. Звуковые волны, порождающие объемные деформации, а именно - сжатия, и сдвиговые деформации, называют, соответственно, продольными и поперечными волнами. В области сейсмографии соответствующие сейсмические волны называют, соответственно, Р-волнами и S-волнами. Скорости распространения звука для волн этих двух типов приведены в уравнениях 5 и 6 (ур. 5 и ур. 6):
Ур. 5
Ур. 6
Кв и G модуль объемной деформации и модуль сдвиговой деформации соответственно;
ср = скорость распространения объемной волны; Cs = скорость распространения поперечной волны; Е = модуль Юнга; и v = коэффициент Пуассона.
Следует понимать, что одной только характеристики плотности раствора карбамида недостаточно, чтобы охарактеризовать качество раствора карбамида при наличии также других примесей, например, солей металлов. Упомянутые соли металлов могут представлять собой угрозу загрязнения окружающей среды при выбросе из выхлопной системы транспортного средства, а также могут приводить к порче катализаторов выхлопной системы транспортного средства. Упомянутые катализаторы могут включать благородные металлы, замена которых является дорогостоящей. Следовательно, важно определять, когда применяется AdBlue, DEF низкого качества, создающие риск порчи катализаторных компонентов системы очистки выхлопа в транспортном средстве.
Несмотря на то, что акустический датчик 190 допускает его использование для определения плотности р раствора карбамида путем измерения скорости распространения звука, только этих измерений недостаточно для определения наличия других остаточных примесей,
которые также могут присутствовать в растворе карбамида, например, солей различных металлов. С целью получения дополнительной информации об упомянутых остаточных примесях в устройстве 100 используют датчик 200 электрической проводимости. Проводимость S раствора, как правило, растет с ростом температуры Т, поскольку повышение температуры Т приводит к увеличению диссоциации между ионами в растворе карбамида, в соответствии с изображением фиг. 4; на фиг. 4 показан график, обозначенный в целом числовым обозначением 400, включающий ось 420 абсцисс, обозначающую рост температуры Т слева направо, и ось 410 ординат, обозначающую рост проводимости S снизу вверх. При этом электрическая проводимость S раствора карбамида также зависит от концентрации карбамида в растворе, наряду с концентрацией примесей, например, солей металлов, присутствующих в растворе. Заданная концентрация раствора карбамида при заданной температуре должна иметь соответствующую плотность р и соответствующую электрическую проводимость S; а если упомянутая плотность р и проводимость S, как функция температуры Т отличается от прогнозируемой, подобное отклонение указывает на присутствие загрязняющей примеси q.
Проводимость S может быть измерена с использованием сигналов переменного тока, например, посредством емкостной связи. Опционально, могут применяться сигналы постоянного тока, как отдельно, так и в комбинации с применением сигналов переменного тока. В зависимости от типа электродов, используемых для осуществления контакта с раствором карбамида, осуществляют либо омический контакт, либо электропотенциальный (переход) контакт с раствором карбамида. Например, углеродные или серебряные электроды могут обеспечивать омический контакт с раствором, тогда как металлы, к примеру, нержавеющая сталь, показывают способность образовывать электропотенциальный контакт с раствором. Омические контакты дают постоянное сопротивление, как функцию разности потенциалов между тестовыми электродами для измерения проводимости раствора карбамида, в то время как электпропотенциальные контакты дают переменное сопротивление, как функцию разности потенциалов, прикладываемых к упомянутым электродам. Упомянутое переменное сопротивление, как функция разности потенциалов,
подвержено влиянию остаточных примесей в виде солей металлов, имеющихся в растворе карбамида, и может опционально использоваться для определения концентрации остаточных солей в растворе карбамида, то есть для вычисления показателя качества раствора карбамида. Если для измерения проводимости раствора карбамида используют сигналы переменного тока, и используют при этом относительно высокие электродные потенциалы, значительно превышающие любой электрический потенциал (перехода) контакта, влияние упомянутых электропотенциалов становится менее значительным.
Определение проводимости раствора карбамида с использованием сигналов переменного тока учитывает комплексный импеданс, изменяющийся в зависимости от частоты. Опционально, измерения проводимости с использованием переменного тока выполняют в устройстве на частотах в диапазоне от 100 Гц до 10 кГц, предпочтительно, по существу 5 кГц, что оптимально для обработки электронными схемами малой мощности. Например, оптимально применять частоту переменного тока, равную 5,1 кГц. Если частота переменных сигналов находится в диапазоне от 100 кГц до 10 МГц, то дипольные моменты ионов в растворе карбамида становятся значительными и отчетливо детектируемыми в измеренном комплексном импедансе, как функции температуры. Упомянутые комплексные импедансы описаны в научной статье "Частотная зависимость ионной проводимости растворов электролитов" ("Frequency dependence of ionic conductivity of electrolyte solutions", Chandra & Bagchi совместно с исследованиями, проводимыми при поддержке Департамента науки и технологий (Department of Science and Technology, DST) Совета по научным и промышленным исследованиям (Council of Scientific and Industrial Research, CSIR), а также правительством Индии и Национальной академии наук Индии). На упомянутый комплексный импеданс раствора карбамида также оказывают влияние примеси, например, соли металлов, присутствующие в растворе.
Таким образом, устройство 100 посредством датчика 200 проводимости способно измерять проводимость раствора карбамида по постоянному току и/или по переменному току в резервуаре, как функции температуры Т, что отражено в уравнении 2 (ур. 2):
S = F2(T,K,q) Ур. 2
где
K= концентрация раствора карбамида;
Т= температура раствора карбамида;
<7= концентрация загрязняющих примесей в резервуаре;
Как отмечалось ранее, уравнения 1 и 2 представляют систему из двух уравнений с двумя неизвестными - концентрацией К карбамида и концентрацией q загрязняющих примесей, дающих вклад в проводимость S и плотность р, что позволяет вычислить упомянутые неизвестные. Измерение проводимости на частотах переменного тока и/или определение проводимости с помощью электродов, дающих электропотенциальные измерения, обеспечивает возможность установить дополнительные системы уравнений, что позволяет более точно определять переменные К и q. И загрязняющая примесь q, и концентрация К обеспечивают возможность контроля общего качества раствора карбамида в резервуаре и пригодности его к использованию. Упомянутые системы уравнений решают, предпочтительно, с помощью по меньшей мере одного из следующего: таблиц поиска, полиномиальных представлений.
Далее, на примере фиг. 5 и фиг. 6, соответственно, будут более подробно описаны акустический датчик 190 и датчик 200 проводимости. На фиг. 5 акустический датчик 190 включает протяженную опорную панель 500, несущую акустический рефлектор 510, находящийся по существу у первого конца панели 500. У второго конца панели 500, удаленного от упомянутого первого конца, установлена система преобразователя, включающая корпус 520 с отверстием, направленным в сторону от рефлектора 510, в соответствии с иллюстрацией. Упомянутая система преобразователя включает также пьезоэлектрический элемент 530, выполненный в виде диска из керамического материала, кварцевого диска и/или диска из органического полимерного материала. Элемент 530 связан с раствором карбамида при работе посредством корпуса 520. Опционально, корпус 520 выполняют из металла, прочного полимерного материала, например, полиуретана, PTFE и т.п., или из керамического материала. При этом элемент 530 герметизирован и защищен в корпусе 520 областью химически инертного, поглощающего акустическую энергию материала 550, например, выполненной из
подходящей марки эпоксидной смолы или иного полимерного материала. При работе импульсный сигнал, посредством одного или более электродов SD, прикладывают к элементу 530 для формирования серии 600 исходящих акустических импульсов, распространяющихся вдоль протяженной оси панели 500 для попадания на рефлектор 510 и для последующего отражения от него в виде серии 610 отраженных акустических импульсов, распространяющихся обратно в систему преобразователя для формирования эхо-сигнала в одном или более электродов SD- Опционально, элемент 530 снабжают по меньшей мере парой электродов; при этом разность потенциалов, приложенная между упомянутой парой электродов формирует электрическое поле в элементе 530, вызывающее (механическое) напряжение, которое приводит к деформации под упомянутым напряжением элемента 530 и к формированию соответствующего акустического излучения; напряжение, приложенное к элементу 530, способно также формировать в элементе 530 электрическое поле, которое может регистрироваться как разность потенциалов между упомянутой парой электродов. Также, опционально, элемент 530 снабжают независимыми электродами для приема возбуждающих сигналов и для вывода принятых эхо-сигналов. Блок 230 обработки данных выполнен с возможностью формирования возбуждающего сигнала для одного или более электродов SD И приема отраженных сигналов с целью обработки. Акустический датчик 190 должен обеспечивать многолетнюю надежную работу в контакте с раствором карбамида, способным вызывать коррозию. Необходимо, соответственно, понимать, что акустический датчик 190 не является простым в проектировании узлом, и материалы, используемые для его производства, необходимо тщательным образом отбирать для достижения надежной работы при многолетнем применении. Например, снижают напряжения в акустическом датчике 190, которые в противном случае могли бы привести к растрескиванию элемента 530; упомянутое снижение напряжений может быть обеспечено, например, путем применения поперечно подвижных поверхностей для взаимодействия с элементом 530.
Датчик 200 проводимости более подробно показан на фиг. 6, он включает протяженный корпус 700 в виде туннеля, выполненный из изолирующего пластикового материала, и имеющий открытые концы для
приема потока раствора карбамида через корпус 700, как обозначено стрелками для первого направления потока; поток через корпус 700 может при работе устройства проходить и в направлении, противоположном показанному. Корпус 700 устанавливают на основе 710, также выполненной из изолирующего пластикового материала. Вдоль основы 710 расположен набор из четырех электродов 720, обозначенных Pi для внешних электродов и Рг для внутренних электродов. Опционально, электроды 720 реализуют с использованием нержавеющей стали.
Во время работы, при выполнении измерений проводимости S с использованием переменного тока, ток 1в возбуждения сигнала от модулируемого источника тока устанавливают с помощью блока 230 обработки данных между электродами Pi для формирования электрического поля вдоль корпуса 700, которое регистрируется электродами Рг как разность VA потенциалов, при этом электроды Рг соединены через резисторы R-i, R2 с операционным усилителем 800 для формирования дифференциального сигнала SE, который подают на вход дискретизации аналогового сигнала блока 230 обработки данных. Поскольку проводимость раствора карбамида в корпусе 700 неоднородна, ток, протекающий между электродами Pi в результате наличия тока 1в, изменяется вместе с пространственным распределением в корпусе 700, которое модулируется как функция проводимости раствора карбамида, что соответственным образом влияет на упомянутый дифференциальный сигнал. Таким образом, сигнал SE представляет собой представление концентрации К карбамида в растворе карбамида. Блок 230 обработки данных выполнен с возможностью приема сигнала SE ДЛЯ преобразования его в данные и для последующего использования этих данных с целью определения проводимости раствора карбамида, а, следовательно, и меры его качества.
Опционально, ток 1в смещения включает составляющую в виде сигнала переменного тока, и/или представляет собой сигнал переменного тока. При этом упомянутая составляющая переменного тока и/или сигнал переменного тока порождает переменное электрическое поле в корпусе 700, взаимодействующее с дипольными моментами ионов в растворе карбамида. Как следствие, разность VA потенциалов представляет собой переменный сигнал, усиливаемый усилителем 800, который затем подвергается
синхронной демодуляции в блоке 230 обработки данных для определения комплексного импеданса раствора карбамида. Предпочтительно, упомянутая синхронная демодуляция синхронизирована с колебательным сигналом, приложенным к электродам P-i, для формирования синфазной и квадратурной составляющих сигнала из упомянутой разности VA потенциалов, отношение амплитуд которых может быть использовано в блоке 230 обработки данных для более точного определения количества загрязняющих примесей q. Подобные измерения проводимости S раствора карбамида с использованием переменного тока обеспечивают достоверную информацию о загрязняющих примесях, например, о солях металлов, находящихся в растворе карбамида, в соответствии с дальнейшим более подробным описанием. Опционально, датчики 190, 200 используются с чередованием по времени для исключения перекрестных помех между ними, таким образом достигается повышение точности измерений устройства 100.
Устройство 100 отличается от известных способов измерения характеристик раствора карбамида высокой точностью измерений, высокой надежностью и простотой использования устройства. За счёт обеспечения измерений в большом пространственном объеме, устройство 100 выполнено с возможностью обеспечения более репрезентативного показателя качества раствора карбамида, по сравнению с существующими подходами. Устройство 100 может быть использовано для измерения качества растворов карбамида с содержанием энзимов, так и свободных от энзимов растворов карбамида. Опционально, устройство 100 может быть дополнительно или альтернативно адаптировано для измерения качества растворов другого типа.
Несмотря на то, что выше устройства 100 описано в связи с измерением качества раствора карбамида в дорожных транспортных средства, внедорожных транспортных средствах, в промышленных применения, например, в стационарных генераторных установках, в авиационных и морских применениях, устройство 100 может быть адаптировано для измерения растворов других типов и соответствующих характеристик их качества, например, в нефтяной промышленности, химической промышленности, фармакологической промышленности, в промышленности, связанной с очисткой воды, рыбоводческой
промышленности и т.п. В упомянутых промышленностях измерение комплексного импеданса, выполняемое блоком 230 обработки данных совместно с датчиком 200 проводимости, также будет очень полезно. Опционально, устройство 100 снабжают другими типами химических датчиков, например, электрохимическим датчиками и/или оптическими датчиками, например, связанных с блоком 230 обработки данных для выполнения более сложных задач контроля качества раствора.
Блок 230 обработки данных выполнен с возможностью выполнения функции отображения между сигналами, принимаемыми им от датчиков 180, 190, 200, и обеспечиваемыми им выходными сигналами, указывающими на качество раствора, в который устройство 100 по меньшей мере частично погружено. Упомянутую функцию отображения, предпочтительно, реализуют в блоке 230 обработки данных посредством одного или более исполняемых программных продуктов, записанных на машиночитаемых носителях данных, например, на твердотельной памяти данных. Упомянутые программные продукты выполнены с возможностью выполнения упомянутой функции отображения:
(a) посредством таблицы поиска;
(b) посредством одной или более полиномиальных функций, чьи коэффициенты записаны в упомянутую память данных; и/или
(c) посредством нейросетевой функции отображения.
Например, измерение комплексного импеданса с использованием датчика 200 в диапазоне частот от 100 кГц до 10МГц формирует последовательность измерений импеданса как функции частоты. Потенциально, ионы загрязняющей примеси, возникающие из-за наличия солей металлов в растворе карбамида, могут оказывать влияние на комплексный импеданс на нескольких фиксированных частотах из упомянутого диапазона частот. Интерпретация упомянутых комплексных импедансов может быть осложнена, особенно если имеются помехи из-за движения транспортного средства, в котором устройство 100 установлено. Путем использования измерений комплексного импеданса на различных фиксированных частотах в качестве входных данных для нейросетевого алгоритма, этот алгоритм может быть адаптирован для распознавания различных типов раствора карбамида и их качества. Предпочтительно,
упомянутый алгоритм обеспечивают также данными от одного или более датчиков 180А, 180В, 190. Параметры, используемые в блоке 230 обработки данных для осуществления упомянутого выше отображения, предпочтительно, могут динамически меняться с помощью данных управления, передаваемых в блок 230 обработки данных. Упомянутая функциональность, допускающая изменение параметров, обеспечивает возможность динамического обновления устройства 100 с использованием параметров, позволяющих ему наиболее точно определять различные типы загрязняющих примесей. Например, в сельскохозяйственных применениях возможно массовое появление случаев, когда некоторые типы недостаточно чистого низкокачественного карбамида используют вместо AdBlue, DEF с целью экономии денежных средств, однако, с причинением непредсказуемого ущерба окружающей среде из-за выбросов двигателей через их системы очистки выхлопа. Устройство 100, предпочтительно, должно быть выполнено с возможностью адаптации для наиболее эффективного обнаружения подобных массовых случаев ненадлежащей эксплуатации. Опционально, рабочие параметры устройства 100 могут обновляться путем подачи внешних данных в блок 230 обработки данных для обеспечения возможности динамической адаптации устройства 100 к различным типам растворов.
Если устройство 100 установлено в резервуаре транспортного средства, то перемещение транспортного средства при его работе оказывает влияние на жидкость в резервуаре, например, вызывает ее колебание, и следовательно, измерения, осуществляемые датчиками 190, 200 меняются во времени. Соответственно, устройство 100 опционально выполняют с возможностью усреднения измерений в нем за определенный период времени. Опционально, упомянутый период времени, за который выполняют усреднение, допускает динамическое изменение в ответ на данные управления, передаваемые в блок 230 обработки данных устройства 100.
Возможны модификации описанных выше вариантов осуществления изобретения без выхода за пределы его объема, которые определены пунктами формулы изобретения. Выражения "включающий", "содержащий", "имеющий в своем составе", "состоящий из", "имеющий", "представляющий собой", использованные для описания настоящего изобретения и пунктов его
формулы, не следует понимать как исключающие, они допускают также наличие не упомянутых явно компонентов или элементов. Упоминание единственного числа также подразумевает возможность множественного числа. Числовые обозначения, приведенные в скобках в пунктах приложенной формулы изобретения, предназначены для облегчения понимания упомянутых пунктов и не должны считаться каким-либо образом ограничивающими изобретение, определенное упомянутыми пунктами формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (100) для измерения качества раствора карбамида, в который вводят по меньшей мере часть упомянутого устройства при его работе,
отличающееся тем, что
упомянутое устройство (100) включает конфигурацию датчиков (180, 190, 200), причем упомянутые датчики (180, 190, 200) интегрируют в упомянутое устройство (100) в пространственно разнесенной комбинации, для измерения механических и электрических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида, которые оказывают влияние на качество раствора карбамида, и
систему (230) обработки данных для обработки упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида.
2. Устройство (100) по п. 1, в котором упомянутая конфигурация датчиков (180, 190, 200) включает акустические датчики и датчики проводимости (190, 200) для измерения механических и электрических свойств соответственно, при этом упомянутые датчики (190, 200) располагают с пространственным разнесением внутри упомянутого устройства (100).
3. Устройство (100) по п. 1 или 2, в котором упомянутые датчики (180, 190, 200) включают термометр для измерения температуры (7) упомянутого раствора карбамида, а также для обеспечения упомянутой системы (230) обработки данных данными, соответствующими упомянутой температуре (7), для использования при вычислении качества упомянутого раствора карбамида.
2.
4. Устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутая конфигурация датчиков (180, 190, 200) включает датчик электрической проводимости для измерения электрической проводимости раствора карбамида, при этом упомянутый датчик проводимости включает конфигурацию электродов (720), расположенных в проточном туннеле (700, 710) для приема раствора карбамида, при этом упомянутый проточный туннель (700, 710) выполнен с возможностью электрического экранирования упомянутой конфигурации электродов от внешних воздействий снаружи упомянутого туннеля (700, 710).
5. Устройство (100) по п. 4, в котором упомянутая конфигурация электродов (720) включает линейное расположение электродов вдоль упомянутого проточного туннеля (700, 710).
6. Устройство (100) по п. 5, в котором внешний набор электродов (P-i), вблизи концов упомянутого проточного туннеля (700, 710), выполнен с возможностью его возбуждения для формирования исследующего электрического поля в упомянутом туннеле (700, 710), и внутренний набор электродов (Рг), вблизи центральной области упомянутого поточного туннеля (700, 710), выполнен с возможностью формирования принятого сигнала для передачи в систему (230) обработки данных.
7. Устройство (100) по любому из п.п. 4, 5 или 6, в котором упомянутая конфигурация электродов (P-i, Рг) включает по меньшей мере одно из следующего: электроды из нержавеющей стали, электроды из углерода, серебряные электроды.
8. Устройство (100) по любому из п.п. 4, 5 или 6, в котором упомянутая система (230) обработки данных выполнена с возможностью приложения переменного сигнала (переменный ток) и/или статичного сигнала (постоянный ток) к упомянутой конфигурации электродов во время работы для определения статической проводимости и/или комплексной проводимости раствора карбамида для использования при определении качества упомянутого раствора.
2.
9. Устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором
упомянутая конфигурация датчиков (180, 190, 200) включает акустический
датчик (180), включающий систему (530) акустического преобразователя,
расположенную на расстоянии от соответствующего акустического
рефлектора (510), при этом упомянутая система (530) преобразователя
выполнена с возможностью формирования одного или более акустических
импульсов, которые распространяются через раствор карбамида и
отражаются от упомянутого рефлектора (510), и затем принимаются обратно
в упомянутой системе (530) преобразователя для формирования принятого
сигнала для упомянутой системы (230) обработки данных для обработки для
определения плотности упомянутого раствора карбамида.
10. Устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутое устройство (100) также включает крепежный фланец (110) для крепления упомянутого устройства (100) к резервуару для раствора карбамида, систему (130, 140) нагрева для нагрева раствора карбамида и систему (150, 160) измерения уровня раствора карбамида для измерения высоты поверхности раствора карбамида относительно упомянутого устройства (100).
11. Способ измерения качества раствора карбамида путем применения устройства (100), включающий:
(a) размещение по меньшей мере части упомянутого устройства введенной, при его работе, в упомянутый раствор карбамида;
(b) измерение с использованием конфигурации датчиков (180, 190, 200) упомянутого устройства (100), причем упомянутые датчики (180, 190, 200) интегрируют в упомянутое устройство (100) в пространственно разнесенной комбинации, для измерения механических и электрических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения механических и электрических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в растворе карбамида; и
(a)
(с) обработку, с использованием системы (230) обработки данных, упомянутых измерений механических и электрических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида.
12. Программный продукт, записанный на машиночитаемом носителе, при этом упомянутый программный продукт исполняют на вычислительном аппаратном обеспечении для реализации способа по п. 11.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (100) для измерения физических свойств, указывающих на качество раствора карбамида, в который вводят по меньшей мере часть упомянутого устройства при его работе,
отличающееся тем, что
упомянутое устройство (100) включает конфигурацию датчиков (180, 190), причем упомянутые датчики (180, 190) интегрируют в упомянутое устройство (100) в пространственно разнесенной комбинации, для измерения физических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения физических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в упомянутом растворе карбамида, которые оказывают влияние на состав раствора карбамида, и
систему (230) обработки данных для обработки упомянутых измерений физических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида,
при этом упомянутые датчики (190, 200) располагают с пространственным разнесением внутри упомянутого устройства (100);
упомянутые датчики (180, 190) включают термометр для измерения температуры (7) упомянутого раствора карбамида, а также для обеспечения упомянутой системы (230) обработки данных данными, соответствующими упомянутой температуре (7), для использования при вычислении качества упомянутого раствора карбамида; и
упомянутая конфигурация датчиков (180, 190, 200) включает акустический датчик (180), включающий систему (530) акустического преобразователя, расположенную на расстоянии от соответствующего акустического рефлектора (510), при этом упомянутая система (530) преобразователя выполнена с возможностью формирования одного или более акустических импульсов, которые распространяются через раствор карбамида и отражаются от упомянутого рефлектора (510), и затем принимаются обратно в упомянутой системе (530) преобразователя для формирования принятого сигнала для упомянутой системы (230) обработки
данных для обработки для определения плотности упомянутого раствора карбамида; и
упомянутое устройство (100) также включает крепежный фланец (110) для крепления упомянутого устройства (100) к резервуару для раствора карбамида и систему (130, 140) нагрева для нагрева раствора карбамида.
2. Устройство (100) по п. 1, в котором упомянутая конфигурация датчиков (180, 190, 200) включает датчик электрической проводимости для измерения электрической проводимости раствора карбамида, при этом упомянутый датчик проводимости включает конфигурацию электродов (720), расположенных в проточном туннеле (700, 710) для приема раствора карбамида, при этом упомянутый проточный туннель (700, 710) выполнен с возможностью электрического экранирования упомянутой конфигурации электродов от внешних воздействий снаружи упомянутого туннеля (700, 710).
3. Устройство (100) по п. 2, в котором упомянутая конфигурация электродов (720) включает линейное расположение электродов вдоль упомянутого проточного туннеля (700, 710).
4. Устройство (100) по п. 3, в котором внешний набор электродов (Р0, вблизи концов упомянутого проточного туннеля (700, 710), выполнен с возможностью его возбуждения для формирования исследующего электрического поля в упомянутом туннеле (700, 710), и внутренний набор электродов (Р2), вблизи центральной области упомянутого поточного туннеля (700, 710), выполнен с возможностью формирования принятого сигнала для передачи в систему (230) обработки данных.
5. Устройство (100) по любому из п.п. 2, 3 или 4, в котором упомянутая конфигурация электродов (Р1( Р2) включает по меньшей мере одно из следующего: электроды из нержавеющей стали, электроды из углерода, серебряные электроды.
2.
6. Устройство (100) по любому из п.п. 2, 3 или 4, в котором упомянутая система (230) обработки данных выполнена с возможностью приложения переменного сигнала (переменный ток) и/или статичного сигнала (постоянный ток) к упомянутой конфигурации электродов во время работы для определения статической проводимости и/или комплексной проводимости раствора карбамида для использования при определении качества упомянутого раствора.
7. Способ измерения физических свойств, указывающих на качество раствора карбамида, путем применения устройства (100), включающий:
(a) включение в состав упомянутого устройства (100) конфигурации датчиков (180, 190, 200), причем упомянутые датчики (180, 190, 200) интегрируют в упомянутое устройство (100) в пространственно разнесенной комбинации, для измерения физических свойств в объеме упомянутого раствора карбамида, при этом упомянутые измерения физических свойств по-разному подвержены взаимному влиянию компонентов, содержащихся в растворе карбамида, которые оказывают влияние на состав раствора карбамида; и
(b) использование системы (230) обработки данных для обработки упомянутых измерений физических свойств для формирования выходных данных (120), указывающих на качество упомянутого раствора карбамида,
при этом упомянутые датчики (190, 200) располагают с пространственным разнесением внутри упомянутого устройства (100); упомянутые датчики (180, 190) включают термометр для измерения температуры (7) упомянутого раствора карбамида, а также для обеспечения упомянутой системы (230) обработки данных данными, соответствующими упомянутой температуре (7), для использования при вычислении качества упомянутого раствора карбамида; и
упомянутая конфигурация датчиков (180, 190, 200) включает акустический датчик (180), включающий систему (530) акустического преобразователя, расположенную на расстоянии от соответствующего акустического рефлектора (510), при этом упомянутая система (530) преобразователя выполнена с возможностью формирования одного или
более акустических импульсов, которые распространяются через раствор карбамида и отражаются от упомянутого рефлектора (510), и затем принимаются обратно в упомянутой системе (530) преобразователя для формирования принятого сигнала для упомянутой системы (230) обработки данных для обработки для определения плотности упомянутого раствора карбамида; и
упомянутое устройство (100) также включает крепежный фланец (110) для крепления упомянутого устройства (100) к резервуару для раствора карбамида и систему (130, 140) нагрева для нагрева раствора карбамида.
Фиг.1
140
Фиг.7
SE = (R2/R1)VA
(19)
Перевод формулы изобретения, измененной в соответствии со ст. 34(2) (b) РСТ
1/7
Устройство измерения качества
Устройство измерения качества
Фиг.2А
Устройство измерения качества
Фиг.2В
4/7
Устройство измерения
Фиг.2С
Устройство измерения качества
Устройство измерения качества
6/7
710
Фиг. 6
7/7
Устройство измерения качества
7/7
Устройство измерения качества