CN107850251B - 具有连接状态感测的流体连接器 - Google Patents

Abstract

描述流体连接器，其中提供一个或多个传感器用于感测流体连接器的连接状态。传感器指示：在启动第一流体***和第二流体***之间的流体流动之前，第一流体***的流体连接器连接到第二流体***。传感器感测涉及流体连接器与第二流体***的实际连接的快速连接流体连接器的一个或多个元件的运动。所感测的元件可以是例如连接器的一个或多个圆柱形套筒或连接器的活塞。因此，可以精确地确定流体连接器的连接状态。

Description

具有连接状态感测的流体连接器

技术领域

描述了快速连接流体连接器，其包括用于感测流体连接器的连接状态的传感器。

背景技术

已知快速连接流体连接器用于将流体***彼此连接以将流体从一个***传送到另一个***。在一个示例性应用中，在工业填充设备中，快速连接流体连接器被在填充站处被使用以连接到气瓶从而处理气瓶。气瓶是可以变化的，从例如用于个人医疗的相对较小的便携式氧气瓶到用于焊接的大型气瓶。一些快速连接流体连接器需要连接器的螺纹和非螺纹方式来实现连接，这可能会对操作员造成疲劳。另外，连接器的连接/断开越快，处理气瓶所需的时间就越少。另外，考虑到所涉及的高压力，需要避免在压力下使连接器断开。此外，在处理发生之前确保连接器实际连接是重要的，以避免一旦高压流体开始流动而意外断开。

美国专利8,844,979描述了快速连接流体连接器的示例，其可用于在第一流体***和第二流体***之间传送包括气体流体或液体流体的流体，例如用于填充气瓶。

美国专利7841357描述了一种流体连接器，其使用磁体和传感器以感测活塞的运动。基于所感测的活塞的运动，估计连接器的连接状态。在美国专利7841357中，假定基于活塞运动已经实现了连接。然而，即使活塞可能已经移动到完全打开位置，其中所描述的连接构件也可能没有实现与配合连接器的正确连接，例如由于连接构件的故障或者不正确的配合连接器的使用。因此，即使已经检测到活塞的完全移动，美国专利7841357中的流体连接器仍然可以在压力下断开。

发明内容

描述了快速连接流体连接器的示例，其可用于将第一流体***连接到第二流体***以在第一流体***和第二流体***之间传送流体。如本文所使用的，术语流体可以包括气体、液体或两者的混合物。在一个示例性应用中，所描述的快速连接流体连接器可以在用于填充气瓶的工业填充设备中的填充站处使用。然而，所描述的快速连接流体连接器可用于将第一流体***连接到第二流体***以在两个***之间传送流体的任何应用。

在所描述的流体连接器中，提供了一个或多个传感器用于感测流体连接器的连接状态。传感器指示：在启动第一流体***和第二流体***之间的流体流动之前，第一流体***的流体连接器连接到第二流体***。传感器感测涉及流体连接器与第二流体***的实际连接的快速连接流体连接器的一个或多个元件的运动。所感测的元件可以是例如连接器的一个或多个圆柱形套筒或连接器的活塞。因此，可以精确地确定流体连接器的连接状态。

在一个实施例中，本文所述的流体连接器在结构和操作上与在美国专利8844979中所述的流体连接器中的特征共享相似的一些特征，该专利的全部内容通过引用的方式并入本文中。

附图说明

图1是连接到气瓶的阀的快速连接流体连接器的一个实施例的透视图。

图2是图1的流体连接器的透视图，其中外套筒被制成透明的以更好地示出传感器，并且手柄向上处于流体连接器的连接状态。

图3是图1的流体连接器的透视图，其中为清楚起见移除了外套筒。

图4是示出前传感器和前磁体的位置的连接器的横截面图。

图5是图1的流体连接器的透视图，其中为了清楚起见去除了外套筒和前套筒。

图6是示出后传感器和后磁体的位置的连接器的横截面图。

图7是流体连接器的透视图，其中外套筒是透明的并且手柄向下处于流体连接器的连接状态。

图8是具有连接状态传感器的快速连接流体连接器的另一个实施例的透视图。

图9是图8的流体连接器的横截面图。

图10是图8的流体连接器的端视图。

图11是沿着图10的线11-11截取的横截面图。

图12是示出处于连接器的连接状态的密封件的流体连接器的横截面图。

图13是流体连接器的另一个实施例的透视图，其类似于图1至图7中的实施例，但在流体连接器的后面具有壳体。

具体实施方式

如本文所使用的，除非另外定义，术语流体可以包括气体、液体或二者的混合物。

所描述的快速连接流体连接器可以用于将第一流体***连接到第二流体***以在两个***之间传送流体的任何应用。流体连接器的一个示例性的非限制性应用是用于填充气瓶的工业填充设备中的填充站处。然而，所描述的流体连接器的许多其他应用也是可能的。

在下面进一步描述的流体连接器中，提供一个或多个传感器用于感测流体连接器的连接状态。这些传感器监测流体连接器的内部组件，以指示第一流体***的流体连接器在启动第一流体***和第二流体***之间的流体流动之前连接到第二流体***。传感器布置在流体连接器中以感测涉及流体连接器到第二流体***的实际连接的流体连接器的一个或多个元件的运动。这允许精确地确定流体连接器的连接状态。

首先参考图1至图7，将描述用于连接到气瓶的阀2的快速连接流体连接器10的第一实施例。阀2和气瓶的结构是常规的。阀2控制流体的进出，在这种情况下是气体往返于气瓶。该阀包括处理端口4，处理端口4经设计以与连接器10的连接机构接合，并且气体通过该处理端口4被引入气瓶中或从气瓶排出。

在流体连接器10中，流体连接器10内的两个单独的元件被监测以验证与阀2的连接。手柄12可手动地向上转动以释放连接，并且手柄12可手动向下转动而没有实现与阀2的连接。单独的这种移动不能触发正确的连接。而且，当进行正确的连接时以及当手柄12向上处于断开模式时，前套筒14缩回到连接器10中。单独的前套筒14的运动不能触发正确的连接。因此，提供了两个传感器16、传感器18(将在下面进一步论述)，分别检测容纳在前套筒14和外套筒24中的磁体20、磁体22。当传感器16、传感器18正确地检测到磁体的磁场时，信号可以被中继到连接完成的中央处理器，并且启动流体通过流体连接器的流动是安全的。在一些实施例中，安装在流体连接器10上的灯26，例如绿灯可以被照亮，向操作者显示已经实现连接的流体连接器10。来自传感器16、传感器18的信号可以经由流体连接器10的有线连接部27从连接器10引导出来。在其他实施例中，来自传感器16、传感器18的信号可以经由适当的传输机构无线地传输，例如收发器(transceiver)(未示出)。

参考图2和图4，连接器10包括限定纵向轴线的圆柱形外套筒24、主体28、活塞30、前套筒14、连接机构32和致动机构34。

主体28至少部分地设置在外套筒24中并且被外套筒24包围。在所示的实施例中，除了主体28的后端的一小部分之外，主体28几乎完全设置在外套筒24内，并且接头(nipple)36固定到主体28，该主体28限定流体端口并且突出超过外套筒24的外部，其中接头36相对于连接器10的纵向轴线大致以90度角设置。接头36也可以设置成使得由此限定的流动路径平行于纵向轴线直线地穿过连接器或者以不同于90度的角度设置。

如图1所见，有线连接部27可以被描述为位于接头36的前方；或者位于接头36和套筒24的前端之间；或者设置在主体28上，使得有线连接部27位于形成在套筒24中的槽37中，有线连接部27和接头36可以在槽37中行进；或者接头36位于有线连接部27和主体28的后端之间。无论怎样描述有线连接部27的位置，有线连接部27都由接头36保护，防止被流体连接器10的操作者意外损坏。

主体28和外套筒24可平行于纵向轴线相对于彼此滑动。主体28包括第一或前部主体端部区域38以及第二或后部主体端部区域40。另外，主体28限定流体通路42，该流体通路42与接头36的流体通路连通，使得流体可以在接头36和流体通路42之间流动。

进一步地，在邻近第二主体端部区域40的主体28中限定有致动槽44(参见图3)，其接收致动机构34的一部分，如下面进一步描述的。在所示的实施例中，致动槽44面朝下，其中槽的底部由外套筒24封闭。然而，致动槽的其他定向也是可能的。关于槽44的结构和操作的进一步的信息可以在美国专利8844979中找到，该专利的全部内容通过引用的方式并入本文中。

参考图4，活塞30是至少部分地设置在主体28内的圆柱形构件，并且活塞30可平行于纵向轴线相对于主体28滑动。活塞30包括：轴向突出超过第一主体端部区域38的第一活塞端部区域46、设置在主体28内的第二活塞端部区域48、以及从第一活塞端部区域46延伸并且与主体28的流体通路42流体连通的流体通路50。

活塞端部区域48的内部被挖空以具有比流体通路50更大的直径，并且挖空的端部区域48容纳弹簧52，例如螺旋弹簧，弹簧52在一端部抵靠在活塞30内所限定的肩部54上，并且在其相对端部处抵靠在主体28中所限定的肩部56上。弹簧52沿图4中的右方向，即朝向阀2的方向或者远离主体的端部区域40的方向偏压活塞30。在活塞30的外表面和主体28的内表面之间设置密封件58，例如滑动密封件和O形密封件，以防止活塞30与主体28之间的流体泄漏。

活塞30的端部区域46包括设置在其上的密封件60，例如弹性体O形环密封件，用来与处理端口4内的内表面的密封。

连接机构32安装到第一主体端部区域38，并被设计用于连接到处理端口4。连接机构32可以是常规用于与处理端口4连接的快速连接流体连接器的任何类型的连接机构。在图示的示例中，连接机构32包括多个夹头62，夹头62在其端部具有外螺纹64，用于夹持处理端口4中的内螺纹。夹头62的相对端部通过周向保持环66固定到端部区域38。夹头62可围绕其靠近端部区域38的后端部枢转，并且可通过将活塞30的端部区域46缩回到连接器10中而径向向外地迫使其与端口4的内部夹紧接合。夹头62的这种构造和操作是常规的，并且将被本领域的普通技术人员很好地理解。

内套筒67是圆柱形的，围绕主体28，并设置在圆柱形套筒24内且被圆柱形套筒24包围。内套筒67安装成可独立于圆柱形套筒24和主体28移动。在内套筒67的内表面和活塞30的外表面之间设置有多个球(不可见)，并且该活塞30的外表面限定了容纳球的周向凹部。套筒24包括与内套筒67抵靠的内肩部68。套筒24的肩部68可与将内套筒67拉回的内套筒67接合。当内套筒67被拉回时，其接合与活塞30接合的球，从而将活塞拉回。关于内套筒67和球的结构和操作的进一步信息可以在美国专利8,844,979中找到，该专利的全部内容通过引用的方式并入本文中。

致动机构34经配置以将夹头62从断开位置致动到连接位置。如上所论述的，致动机构34与主体28中的槽44相互作用，用于相对于外套筒24来致动主体28，以使主体28相对于套筒24缩回。当发生这种情况时，夹头62被活塞30的前端区域46径向向外推动到其连接位置。

致动机构34包括一对圆柱体70和使圆柱体70互连的偏心安装的滚柱机构72。手柄12例如提环手柄(bail handle)在其每一端处连接到圆柱体70，用于使圆柱体转动。关于圆柱体70和滚柱机构72的构造和操作的进一步的信息可以在美国专利8,844,979中找到，该专利的全部内容通过引用的方式并入本文中。

参考图3和图4，前套筒14是圆柱形的并且围绕夹头62和保持环66，并且套筒14的至少一部分被套筒24包围。前套筒14可相对于套筒24并相对于主体28轴向地或纵向地前后移动。前套筒14是对准套筒，其有助于将连接器10引导到处理端口4上并且使连接器稳定地靠在处理端口4上以便正确地连接。关于前套筒14的结构和操作的进一步信息可以在美国专利8,844,979中找到，该专利的全部内容通过引用的方式并入本文中。

前套筒14包括连接到其上的磁体20。磁体20被示出为连接到前套筒14的后端部80。传感器16安装在固定到主体28的支撑结构82上。当前套筒14相对于主体28移动时，传感器16感测磁体20的位置。如图3最佳所见，支撑结构82可以经由一个或多个机械紧固件84，例如螺钉固定到主体28，该一个或多个机械紧固件84穿过在支撑结构82中所形成的轴向槽86设置。通过松开允许支撑结构82的位置的调节的紧固件84，紧固件84和轴向槽86允许传感器16相对于磁体20位置的轴向或纵向调节，并且紧固件84然后可以被拧紧以固定支撑结构的位置。

参考图5和图6，套筒24包括连接到其上的磁体22。磁体22被示为连接到套筒24的后端部90。例如，磁体22可以设置在形成在套筒24的厚度中的轴向或纵向螺纹孔92内，并且延伸穿过后端部90。磁体22磁性地附接到拧入孔92中的固定螺钉96。当固定螺钉96相对于孔92拧入和拧出时，磁体22与固定螺钉96一起移动，使得磁体22的位置可以向前和向后调节。

传感器18安装在主体28上。当套筒24相对于主体28移动时，传感器18感测磁体22的位置。导线(未示出)从传感器18延伸出有线连接部27。类似地，导线98从传感器16延伸出有线连接部27。当连接器10连接到阀2时，前套筒14和外套筒24中的磁体20、磁体22分别移动到传感器16、传感器18可以读取的位置。信号从传感器16、传感器18发出，经由有线连接部27到适当的控制器。当控制器确定传感器16、传感器18两者都检测到磁体20、磁体22的磁场时，控制器可以发送允许流体在连接器10和阀2之间流动的信号。可选地，灯26也可以被照亮。如果只检测到一个磁体，则控制器不启动流体流动。在一个可选实施例中，适当的控制器可以安装在连接器10上，来自传感器16、传感器18的信号可以发送到该连接器10上。

图13是类似于图1至图7中的流体连接器10的流体连接器200的另一个实施例的透视图。如同流体连接器10一样，在流体连接器200中，流体连接器200内的两个单独的元件被监测以验证与阀2的连接。连接器200包括圆柱形外套筒24、主体28、活塞30、前套筒14、连接机构32、致动机构34、传感器16、传感器18以及磁体20、磁体22，所有这些都是相对于流体连接器10所论述的。

流体连接器200与流体连接器10的不同之处在于，壳体202设置在流体连接器200的后面。壳体202容纳有线连接部27并容纳用于连接状态的即时反馈的灯26，并且容纳电子器件以将来自传感器16、传感器18的反馈转换为可用输出。

图8至图12示出了具有连接状态传感器的流体连接器100的另一个实施例。在连接器100中，气动致动活塞挤压橡胶密封件以将橡胶密封件挤压到配合部件上，从而使流体连接器100抓握配合部件。当空气压力被引入到连接器中的先导端口时，活塞被激励并挤压橡胶密封件直到其接触配合部件。监测活塞的运动，使得可以确定何时连接器100完全致动并与配合部件保持接触。为了达到这个目的，设置了一个磁体，该磁***于一个弹簧加载的推销的顶上，并且跨接在移动的活塞上。当磁体移动时，检测到磁通线并且它们的角位移与活塞行程相关联。

参考图8和图9，流体连接器100包括具有前端部104和后端部106的外圆柱形壳体102。先导端口108形成在后端部106中，空气或其他活塞致动流体可以通过该先导端口108与活塞112的一侧上的腔110连通，用于以朝前方向或朝向前端部104致动活塞112，如由图9中的双头箭头所指示的。活塞112的返回运动(或在向后方向上的运动)由返回到其默认形状的密封件(下面论述)提供。

活塞112可滑动地设置在壳体102的内部。活塞112包括圆柱形本体114，圆柱形本体114限定穿过本体114的流体通路116。直径较大的圆周轮缘118一体地形成在本体114上，并且从那里径向向外突出。轮缘118的周边与壳体102的内表面紧密相邻，并且密封件120，例如弹性体O形环，可以设置在形成于轮缘118的边缘中的通道122中，以与壳体102的内表面密封并且防止流体通过轮缘118泄漏到腔110外面。此外，本体114的外表面与壳体102的内表面以及前套筒124的内表面紧密相邻，并且密封件126、密封件128，例如弹性体O形环，可设置在形成在本体114的相对端部处的通道130、通道132中，以与内表面密封并防止流体泄漏通过密封件126、密封件128。

形成在后端部106中的流体端口134通过本体114与流体通路116流体连通，以允许流体在通路116和端口134之间通过。

前套筒124部分地设置在壳体102内，其中套筒124的前端部从壳体102的前端部104延伸。套筒124形成用于将流体连接器100连接到配合部件140，诸如例如管(参见图12)的连接机构的一部分，流体可以通过该配合部件140流入和流出流体连接器100。

连接机构还包括密封件142，例如设置在一对垫圈144、垫圈146之间的橡胶密封件。垫圈144设置在密封件142的前端部与从套筒124径向向内突出的凸缘148之间。垫圈146设置在密封件142的后端和本体114的端部之间。

当活塞112被致动到图9中的左侧时，活塞112推动垫圈146，挤压垫圈144、垫圈146之间的密封件142。密封件142由足够弹性的材料制成，以允许当密封件142被挤压在垫圈144、垫圈146之间时可如图12所示那样被径向向内挤出。当密封件142被挤出时，其与配合部件140密封并夹紧。

如图8以及图10至图11所示，在壳体102的后端部106中形成槽150，并且将传感器芯片152***到槽150中。传感器芯片152包括磁通量传感器154，该磁通量传感器154感测来自磁体156的磁通线。磁体156可移动地设置在形成于壳体102中的孔中。推销158设置在活塞112和磁体156之间，使得活塞112的运动被传递到磁体156。设置在磁体156和孔的端部之间的偏置构件160，例如螺旋弹簧，将偏压磁体156与推销158接合，并且继而保持推销158和活塞112之间的接合。因此，随着活塞112的前后移动，磁体156随之移动。磁体156的移动可以由传感器154通过检测磁通线和其相对于传感器154的角位移来感测。使用传感器来感测磁体的磁通量并由此确定传感器和磁体之间的相对位置在本领域中是已知的。

来自传感器154的信号由传感器芯片152上的逻辑来解释，以确定磁体156(进而是活塞112)相对于传感器154的相对位置。可以确定连接状态或连接质量信号的信号由传感器芯片152上的逻辑生成，以基于所感测的相对位置来指示良好的或不好的连接，并且该信号被中继到连接器100外部的监视装置(未示出)。

在流体连接器100的操作中，配合部件140被***到连接器100中(或者连接器100被***到配合部件140上)。然后，加压流体通过先导端口108被引入腔110中，以将活塞112推向图9和图12中的左侧，由此挤压垫圈144、垫圈146之间的密封件142，其挤出密封件142以与配合部件140密封并夹紧，如图12所示。一旦密封件142和配合部件140之间实现良好的密封，则然后可以允许流体在流体连接器100和配合部件140之间流动，例如流体通过连接器100并进入配合部件140流动，或从配合部件140通过连接器100流动并通过端口134流出。如果加压流体从腔110中移除，密封件142恢复到其默认状态时的弹性，密封件142的弹性将迫使活塞112回到其原始位置。

另外，一旦确定密封件142和配合部件140之间实现了良好的密封，则用户可以基于磁体156和传感器154的相应的相对定位以及由传感器154输出的结果信号来使连接器100归零，以限定良好的连接状态。归零可以以任何合适的方式完成。随着连接器100随后被一次又一次地致动，一旦从传感器154接收到正确的预期信号，就可以确定连接器100何时连接到配合部件140。如果密封件142磨损，并且活塞112的行程过头和/或活塞没有由密封件142的弹性返回到其初始起始位置时，来自传感器154的预期信号将变差，表示密封能力存在问题。于是用户将知道何时更换密封件142。

附加的实施例包括以下内容。

实施例1：一种流体连接器，其可拆卸地将第一流体***连接到第二流体***以在第一流体***和第二流体***之间传送流体，包括连接到第一流体***的壳体；连接到壳体的连接机构，该连接机构将流体连接器可拆卸地连接到第二流体***，该连接机构包括相对于壳体在纵向方向上移动的可移动部件；连接到可移动部件的磁体；以及安装在壳体上的至少一个传感器，其在可移动部件移动时感测磁体的移动，以确定流体连接器与第二流体***的连接状态。

实施例2：根据实施例1所述的流体连接器，其中可移动部件包括连接机构的圆柱形套筒或连接机构的活塞。

实施例3：根据实施例1所述的流体连接器，其中壳体包括外套筒以及至少部分地处于外套筒中并且被外套筒包围的主体。

本申请中所公开的示例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示；并且在权利要求的等同的含义和范围内的所有改变都被规定为包括在其中。

Claims (4)

1.一种可拆卸地连接到流体***的流体连接器，包括：

主体(28)；

活塞(30)，所述活塞至少部分地设置在所述主体内，并且相对于所述主体是能滑动的；

第一套筒(14)，所述第一套筒围绕所述活塞，并且相对于所述主体是能滑动的；

第一磁体(20)，所述第一磁体连接到所述第一套筒；

第一传感器(16)，所述第一传感器安装到所述主体以用于感测所述第一磁体；

第二套筒(24)，所述第二套筒围绕所述主体、所述活塞以及所述第一套筒，并且相对于所述主体是能滑动的；

第二磁体(22)，所述第二磁体连接到所述第二套筒；

第二传感器(18)，所述第二传感器安装到所述主体以用于感测所述第二磁体；

连接机构(32)，所述连接机构安装到所述主体，以用于可拆卸地将所述流体连接器连接到所述流体***。

2.根据权利要求1所述的流体连接器，其中所述第一传感器被可调节地安装到所述主体，以允许所述第一传感器的位置相对于所述主体进行调节。

3.根据权利要求1所述的流体连接器，其中所述第二磁体被可调节地安装，以允许所述第二磁体在所述第二套筒上的位置相对于所述第二套筒进行调节。

4.根据权利要求1所述的流体连接器，其中所述连接机构围绕所述活塞，并且被至少部分地设置在所述第二套筒内；所述第一套筒围绕所述连接机构。

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