发明内容

本发明基于提供至少可以减少上述缺点的选项的目的。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的改进在从属权利要求中具体说明。

本发明的第一方面涉及一种用于分析液体的超声波传感器装置，其具有布置在发射器保持元件上的超声波发射器和布置在接收器保持元件上的超声波接收器，其中超声波发射器和超声波接收器相对于彼此以不变的距离布置。

超声波发射器和超声波接收器分别优选地布置在发射器保持元件或接收器保持元件的一端。保持元件用于将超声波发射器或超声波接收器定位在超声波传感器装置内。同时，它们可以用于超声波发射器或接收器的信令连接。保持元件可以在与超声波发射器或接收器相对的端部处具有连接单元，使用该连接单元可以实现在壳体上的固定和/或将处理单元连接到超声波发射器或接收器。

超声波传感器装置可以具有壳体，在该壳体中布置该装置的单元，即，例如包括保持元件的超声波发射器和超声波接收器。待分析的液体可以通过壳体中的开口流入和流出超声波传感器装置，其中液体的主要流动方向取决于特定的安装情况。通常，超声波发射器和超声波接收器以这样的方式被布置，即通过液体的在超声波发射器和超声波接收器之间距离小于通过保持元件的距离。

根据本发明提供的是，发射器保持元件、接收器保持元件或发射器保持元件以及接收器保持元件两者都以蜿蜒或螺旋形状成形。

保持元件可以例如以例如由防锈钢制成的纵长金属丝的形式成形。

蜿蜒成形意味着保持元件具有多个弯曲部，从而得到环、折叠结构等等。螺旋成形意味着保持元件具有匝，优选地至少两匝。

蜿蜒以及螺旋形的成形都具有这样的效果，即在保持元件的布置有超声波发射器或接收器的一端和保持元件的可以用于连接到处理单元的另一端之间的线性距离明显短于保持元件沿着蜿蜒或螺旋形结构的长度。因此，通过保持元件被超声波覆盖的路线明显长于保持元件的传统线性成形的路线，因此相应地需要通过保持元件覆盖路线的更多时间。

根据本发明的一个或多个保持元件的成形有利地实现超声波传感器装置的小型化，因为由于蜿蜒或螺旋形的成形，可以减少线性距离而不缩短通过保持元件覆盖路线的持续时间。相比于传统超声波传感器装置，材料要求和建造成本可以被降低。

超声波传感器装置可以用于分析液体，例如，例如车辆的气候控制系统的制冷回路的制冷剂。例如，可以确定制冷剂的油含量(OIC)或其他物质的含量。油含量与预定值的偏差可以表示制冷回路的故障。例如，在大体上一致的外部条件的情况下，例如在几毫秒到几分钟内的一段时间内，油含量的标准偏差大于平均值的10％时，可以推定故障。此外，存在确定制冷剂的过冷状态的选项。如果过冷不存在，则会形成气泡，从而导致变化的声速并且可以被相应地检测。过冷是在当前压力下制冷剂温度和汽化温度之间的温度差。

例如，如果确立OIC含量的标准偏差大于10％，并且在高于20℃的环境温度下以车辆的恒定速度未确立制冷剂的过冷，则这可以表示缺乏制冷剂。

相比之下，在稳定操作条件下进行充分过冷的情况下，大于10％的标准偏差可以表示制冷剂受到污染。如果含油量在一定时期内变化缓慢，则这可以表示制冷回路中有水。如果油含量突然变化，则这可以表示存在压缩机问题或其他污染物。

由于小型化的选项，超声波传感器装置不仅可以用于测试目的，例如测试台研究，而且可以用于在线分析，即，对制冷回路的渐进式或定期监控。例如，可以将超声波传感器装置安装为保留在每个车辆中。可用测量值(例如，制冷剂的油含量)可以用于调节制冷回路(例如，压缩机、膨胀阀等)，从而可以实现更高的性能并且可以增加运行可靠性且可以减少损害。

根据不同的实施例变体，超声波传感器装置可以具有稳定元件，该稳定元件被设计用于固定保持元件。

例如，通过稳定元件，可以减少或防止保持元件的振动，从而可以抵消测量值的影响，并且可以获得更可靠的测量结果。稳定元件可以优选地以这样的方式被设计和布置，即通过超声波传感器装置的待分析的液体的流速和流动受到尽可能小的影响。湍流将被大体上避免。

例如，可以使用另外的稳定元件将环形稳定元件径向地连接到超声波传感器装置的壳体，该环形稳定元件垂直于待分析液体的主要流动方向居中地布置在超声波传感器装置中。

选择稳定元件的材料，以使所发射的超声波通过稳定元件到达超声波接收器不会比通过液体的路径更快。可行的材料可以是塑料，例如聚乙烯或复合材料。此外，稳定元件和保持元件之间的连接点可以分离。

根据另外的实施例变体，保持元件和/或稳定元件可以布置在一个平面中。该平面优选地垂直于待分析液体的主要流动方向被定向。该平面由保持或稳定元件的主要延伸方向限定。

因此，有利地，尽可能少地影响待分析液体的流速和流动，从而获得更可靠的测量结果。此外，超声波发射器和/或超声波接收器也可以布置在与保持元件或稳定元件相同的平面中。

超声波传感器装置可以优选地以这样的方式被设计，即超声波传感器装置上的压降尽可能小，从而对制冷剂的过冷影响尽可能小。由于各种制冷剂的材料特性非常不同，所以特定可容许的压降尤其取决于制冷剂。

使用制冷剂R744，超声波测量装置上的压降可以达到15·10⁴Pa。对于基于碳氢化合物的制冷剂，例如R134a、R1234yf、R290等，压降不能大于5·10⁴Pa。

压降例如可以受到保持元件和可能的稳定元件的横截面、数量以及布置的影响。特定压降可以例如通过流动模拟来确定。

根据另外的实施例变体，超声波传感器装置可以具有压力传感器。

待分析液体的压力可以通过压力传感器在超声波传感器装置的内部直接地确定。由于需要压力作为用于计算声速的参数，因此可以通过超声波传感器装置内的压力确定来特别准确地计算声速。

压力传感器可以优选地垂直于待分析液体的主要流动方向布置，此外优选地在超声波发射器和超声波接收器的上游。垂直于主要流动方向的布置是优选的，因为这时不必考虑动压。上游布置是优选的，因为在这种情况下不必考虑超声波传感器装置上的压降。因此，可以减少由于例如由超声波发射器和超声波接收器以及相应的保持元件引起的流动现象对压力测量的影响。

根据另外的实施例变体，温度传感器可以布置在超声波发射器和/或超声波接收器的区域中。

除了压力之外，温度也影响声速，并且被合并到其计算中。通过将一个或多个温度传感器布置在超声波发射器和/或超声波接收器的区域中，可以在将要确定声速的区域中(即在超声波发射器和超声波接收器之间的液体中)实施温度测量。因此可以特别准确地计算声速。

根据另外的实施例变体，超声波发射器可以被设计为发射具有相移和/或频率调制的声波，以便消除具有在可听范围内的波长的声波。这种消除也可以被称为“有源噪声消除”。

如果检测到例如具有16Hz到20Hz之间的频率的在可听范围内的声波，该声波例如可以通过制冷回路的压缩机引起，则超声波发射器可以发射具有相移(例如，180°的相移)和合适频率调制的声波，以便消除可听范围内的声波。

可以避免在超声波传感器的运行期间的可听噪声生成。因此可以增加用户接受度。

在可听范围内的声波的检测可以例如通过超声波接收器来实施，该超声波接收器除了检测超声波之外，还可以被设计用于检测在可听范围内的声波。如果检测到在可听范围内的声波，则可以生成并且输出控制信号，该控制信号导致发出具有相移的声波以消除在可听范围内的声波。

本发明的另一方面涉及一种制冷回路，其具有压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。根据本发明提供的是，制冷回路此外具有根据以上描述的超声波传感器装置。因此，超声波传感器装置的上述优点相应地链接到根据本发明的制冷回路。

制冷回路此外可以可选地具有内部热交换器，该内部热交换器具有用于液体制冷剂的腔室和用于气态制冷剂的腔室。

制冷回路另外具有例如以软管、管道等形式的管路，使用该管路连接制冷回路的上述单元。在运行状态下，制冷剂(例如R1234yf、R134a或R744)流过制冷回路。制冷剂的特性(例如油含量)可以通过超声波传感器装置容易且可靠地确定。可以进行在线分析，即超声波传感器装置是制冷回路的永久部件，因此制冷剂的分析可以渐进地或定期地进行，而无需采集制冷剂样品或对制冷回路实施更换。

根据各种实施例变体，超声波传感器装置可以布置在冷凝器的下游和膨胀阀的上游。

制冷剂在该区域中有利地是液体，从而可以获得稳定且可靠的测量结果。

根据另外的实施例变体，制冷回路可以具有内部热交换器，该内部热交换器具有用于液体制冷剂的腔室和用于气态制冷剂的腔室，其中超声波传感器装置被布置在用于内部热交换器的液体制冷剂的腔室的上游或下游。例如，超声波传感器装置可以被布置在冷凝器的下游且在用于液体制冷剂的腔室的上游，其中用于液体制冷剂的腔室相应地布置在膨胀阀的上游。

用于液体制冷剂的腔室的下游的布置的优点在于，制冷剂以液态形式存在于该区域中的可能性更高，并且因此可以获得稳定且可靠的测量结果。然而，上游的布置在正常条件下也起作用。

根据另外的实施例变体，收集和干燥单元可以与冷凝器相关联，其中相对于制冷回路中的安装情况，超声波传感器装置被布置在收集和干燥单元的下部区域中。例如，超声波传感器装置可以被集成在收集和干燥单元的过滤器中。

如果已经提供了收集和干燥单元，则这有利地实现超声波传感器装置的节省空间的壳体。此外，收集和干燥单元的干燥筒易于更换，从而可以用超声波传感器装置简单地改装制冷回路，并且可以简单地维护超声波传感器装置。

本发明的另一方面涉及一种具有根据以上描述的制冷回路的车辆。因此，制冷回路和超声波传感器装置的优点相应地链接到这种车辆。

车辆在这里应该被理解为任何移动的交通工具，即陆地车辆以及水上或空中车辆，例如乘用车。该车辆可以被设计为电动或混合动力电动车辆，例如被设计为轻度混合动力电动车辆或完全混合动力电动车辆。

制冷回路可以是车辆的气候控制系统的一部分。由于通过根据本发明的超声波传感器装置实现的在线分析的选项，可以实施对气候控制系统的改进调节，从而可以在整个生命周期中降低功耗。特别是在电动车辆中，这可以起到积极的作用，因为用于气候控制系统的电池需要消耗的能量更少，并且因此可以扩展范围。

改进调节可以另外导致更长的使用寿命和更可靠的运行条件。可以及早确立制冷剂损失，并且可以相应地调节或关闭气候控制系统或制冷回路。

通过本发明实现的超声波传感器装置的小型化另外在车辆区域中具有特别积极的作用，因为车辆中的安装空间通常非常有限，并且传统超声波传感器装置由于它们的大尺寸不适合于批量生产安装永久保留在车辆中的超声波传感器装置。