Brevet FR2012689A1 — publié le 19700320

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer la vitesse •d'écoulement d'un liquide dans un conduit en introduisant dans ce conduit une bulle d'un fluide qui présente un poids spécifique plus faible que celui du liquide et qui n'est pas mélangeable avec ce dernier, et en mesurant le temps 5 de passage de la bulle entre deux points fixes de mesure espacés-, le long dudit conduit. Lorsque l'on mesure la vitesse d'écoulement de liquides très délicats ou de liquides stériles, par exemple dans le circuit de sang extracorporel dans un appareil d'hémodialyse, le procédé qui consiste à utiliser une bulle présente 10 l'avantage, par rapport à d'autres méthodes de mesure telles que la méthode électrodynamique ou la méthode utilisant l'effet Doppler, que le liquide n'entre pas en contact avec une surface de mesure quelconque qui peut être difficile à stéréliser ou qui peut provoquer une précipitation indésirable des- constituants du liquide, par exemple la fibrine du sang qui, comme cela est connu, peut 15 provoquer la coagulation du sang. D'un autre côté, le procédé qui consiste à . utiliser une bulle d'air présente l'inconvénient qu'il est difficile de produire cette bulle dans le liquide d'une manière telle qu'elle remplisse totalement la section transversale dudit conduit. Selon l'art antérieur, on introduit manuellement une certaine quantité d'air dans le conduit au moyen d'une sonde ou d'une 20 canule, mais il est difficile d'éviter que cette quantité d'air se divise en plusieurs bulles qui sont trop petites pour remplir complètement la section du conduit, et il est également nécessaire d'interrompre l'écoulement de liquide pendant l'introduction de l'air, ce qui a pour effet de modifier l'écoulement stationnaire qui doit être mesuré. 25 Les inconvénients énumérés ci-dessus sont évités dans le dispositif selon la présente invention qui est caractérisé en ce qu'une prèmière et une seconde chambres ayant chacune une section' transversale plus grande que celle du conduit sont respectivement connectées dans ce conduit en amoriî et en aval des points de mesure, la seconde chambre étant située à un niveau inférieur à 30 celui de la première chambre}et en ce que la première chambre comprend un orifice d'entrée de liquide, un orifice de sortie de liquide situé à un niveau supérieur à celui dudit orifice d'entrée, et une cavité ouverte vers le bas et située à côté dudit orifice de sortie, le fond de ladite cavité présentant une ouverture qui est en communication avec la partie supérieure de la seconde cham-35 bre par l'intermédiaire d'un conduit séparé. Dans le dispositif selon'la présente invention, il est possible, sans troubler l'écoulement de liquide, de former continuellement des bulles de fluide et d'introduire ces bulles dans le liquide d'une manière telle que chaque bulle remplisse complètement la surface de la section transversale dudit 40 conduit dans la région des points de mesure. A partir de la seconde chambre ou 69 23552 2 2012689 chambre aval, la bulle de fluide qui est séparée dans cette chambre du liquide dont on mesure la vitesse, du fait de la différence des poids spécifiques, continue à s'écouler en retournant vers la première chambre ou chambre amont, dans.laquelle le fluide se rassemble dans la cavité en formant une bulle dont 5 le volume croit régulièrement jusqu'à ce que cette bulle à volume croissant atteigne une taille telle qu'elle s'échappe sous le bord de la cavité, sous l'influence de la pression différentielle positive statique, pour continuer ensuite son chemin avec le liquide et passer devant les points de mesure.Etant donné que la même quantité de fluide circule continuellement dans l'appareil, 10 il suffit de fournir une quantité convenable de fluide dans le système qui est rempli de liquide, et une telle quantité de fluide peut être introduite au moyen d'une sonde ou d'une cannule avant que l'opération de mesure commence. Le. dispositif selon l'invention présente une structure très simple et, par conséquent, il peut être produit à des prix de.revient si bas qu'il peut être 15 jeté après usage, et si nécessaire, il peut être facilement stérélisé, par exemple par irradiation, avant d'être utilisé. Afin de faciliter la formation d'une bulle de fluide, le bord inférieur de la cavité peut être substantiellement circulaire lorsqu'il est vu en plan. 20 Le diamètre de la cavité peut être approximativement égal à la moitié du diamètre de la première chambre, au même niveau horizontal de cette chambre. Dans ce cas, la bulle qui quitte la cavité, présente une dimension telle qu'elle peut remplir complètement la section transversale de l'orifice de sortie de la cavité. . 25 II s'est révélé avantageux de prévoir pour le bord de lai cavité un profil en coupe transversale légèrement arrondi. La valeur du rayon ou la courbure du bord,qui influence la stabilité de la bulle, dépend,entre autres,de la tension de surface à la surface de séparation entre la bulle de fluide et le liquide dont on mesure la température, et du diamètre et de la profondeur de la 30 cavité. La surface de la section de l'ouverture qui se trouve dans le fond de la cavité, peut être substantiellement plus petite que la surface de la section du conduit séparé qui y est relié. Dans ce cas, on empêche efficacement le liquide de couler dans le conduit séparé. 35 La première chambre ou chambre amont peut comporter une partie infé rieure convergeant vers le bas,dans le fond de laquelle est disposé l'orifice d'entrée de liquide, et une partie supérieure qui comprend un passage de sortie de liquide convergeant vers le haut dans une direction substantiellement verticale et ladite cavité, dont le bord inférieur est situé substantiellement dans 40 la région où la chambre présente une section transversale maximale. Cette l 69 23552 3 2012689 disposition assure une vitesse d'écoulement de liquide suffisamment basse dans la région de la chambre dans laquelle les bulles sont formées et entraînées par le liquide, de telle sorte que la bulle a moins tendance à se rompre en plusieurs bulles plus petites. Dans l'orifice de sortie convergent, le liquide est 5 accéléré de manière qu'il reprenne sa vitesse d'écoulement normale, et , en même temps, la bulle est comprimée latéralement de manière à s'assurer qu'elle remplit complètement la section transversale du conduit. On donnera maintenant à titre d'exemple une description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention en référence au dessin ci-annexé sur 10 lequel : La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif selon la présente invention, cette vue montrant également une partie de l'équipement de mesure y associé. . La figure 2 est une vue en coupe horizontale selon la ligne A-A de 15 la figure 1. • Le dispositif représenté sur le dessin est destiné à mesurer la vitesse d'écoulement dans le circuit de sang d'un appareil d'hémodialyse, dans lequel le sang d'un patient est purifié par écoulement le long d'un diaphragme tandis qu'un liquide de dialyse convenable s'écoule le long de la paroi opposée 20 du diaphragme. Le dispositif comporte un récipient 1 composé substantiellement de deux portions coniques ou convergentes > reliées l'une à l'autre dans un plan central horizontal. Dans le fond du récipient 1 est prévu une tubulure-d'entrée 2 qui peut être reliée à un tuyau non représenté,à travers lequel le sang s'écoule et arrive dans le dispositif dans la direction de la flèche .3. Dans sa 25 partie supérieure, le récipient 1 présente un orifice de sortie 4 excentré, qui est relié, par l'intermédiaire d'un tuyau transparent 5, à la partie supérieure d'un second récipient 6 muni {l'une ouverture ou tubulure de sortie 7 pour l'écc -lement du sang. En deux points de mesure convenablement espacés le long du tuyau 5 30 sont disposées deux sources de lumière 8 avec des collimateurs 9 et des détecteurs 10. Ainsi, que cela est décrit plus en détail ci-dessous, une bulle d'air est introduite à intervalles de temps réguliers dans le liquide qui s'écoule à travers le récipient 1 et, lorsque la bulle d'air passe successivement devant les deux points de mesure, elle engendre un signal dans les détecteurs respectifs 10. 35 Par conséquent, l'intervalle de temps entre les deux signaux est représentatif de la vitesse d'écoulement du liquide dans le tuyau 5. Ainsi que cela est représenté dans la figure 1, le récipient 6 est disposé à un niveau inférieur à celui du récipient.1 et la différence de hauteur est telle que la pression différentielle statique qui en résulte soit plus 40 grande que la chute de pression due à l'écoulement de liquide du récipient 1 au 69 23552 4 2012689 récipient 6. Ce récip-'-nt 6 possède un volume d'une valeur telle que l'intérieur de ce récipient: :i 'est pas complètement rempli par le liquide quL le traverse, de telle sor-te qu'un espace d'air 11 est formé'au-dessus du niveau du liquide dans ce récipient 6. Par l'intermédiaire d'un tuyau 12, l'espace d'air 11 est 5 mis en communication avec la partie supérieure du récipient 1, au voisinage de son orifice de sortie 4. A cet endroit, la paroi du récipient 1 présente une surépaisseur 13 percée d'un trou vertical .auquel est relié le tuyau 12. La partie inférieure 14 du trou présente un diamètre inférieur à celui du tuyau 12 et elle s'ouvre dans la surface du fond d'une cavité circulaire 15 dont la cir-10 conférence est définie par un rebord 16, qui est circulaire dans une vue en plan (voir la figure 2) et dont le bord tourné vers le bas est arrondi. Lorsque le liquide qui s'écoule à travers le dispositif contient une certaine quantité d'air, qui remplit l'espace d'air 11 dans le récipient 6 et le tuyau i2, la pression différentielle statique sus-mentionnée entre les récipients 15 6 et 1 tend à provoquer un écoulement d'air vers le haut à partir de l'espace 11, à travers le tuyau 12 et le trou 14 en direction de la cavité 15. La vitesse d'écoulement de l'air peut être contrôlée au moyen d'un organe d'étranglement ajustable 17 monté sur le tuyau 12. Cet organe 17 peut être constitué tout simplement par une pince permettant d'étrangler ou de presser plus ou moins,mécanique-20 ment, le tuyau 12. Du fait de la présence du rebord 16, la quantité d'air qui arrive à l'intérieur de la cavité 15 ne peut pas poursuivre immédiatement son chemin dans le liquide qui s'écoule à travers le récipient 1, mais l'air se rassemble de manière à former une bulle dont le volume croît régulièrement, ainsi que cela est montré en 18 dans la figure 1. Lorsque la bulle a atteint 25 une taille telle qu'elle remplit substantiellement la cavité 15 et qu'elle commence à grossir vers le bas en dépassant le bord du rebord 16, ce qui est possible du fait de la pression positive Sus-mentionnée à l'intérieur de la bulle, celle-ci est entraînée à un certain moment par le courant de liquide et s'échappe latéralement sous le bord du rebord 16. Lorsque la bulle s'est dégagée 30 de la cavité, elle suit le liquide vers le haut à travers l'ouverture de sortie 4, au niveau de laquelle sa section transversale est progressivement réduite ainsi que cela est représenté en 18' dans la figure 1. Dans cette même figure, on peut également voir une bulle 18" qui remplit complètement la section transversale du tuyau 5 dans la région des détecteurs 10 au niveau des deux points 35 de mesure. Les dimensions de la cavité 15 et le profil ou le contour du rebord 16 dépendent entre autres de la tension de surface à la surface limite entre la bulle et le liquide. Un arrondi ou une cour-bure convenable du bord du rebord 16 s'est révélé' particulièrement avantageux pour éviter que la bulle ne se rompe 40 en plusieurs bulles de plus petites dimensions, lorsqu'elle s'échappe - de la 69 23552 5 2012689 cavité en direction du liquide s'écoulant à travers le récipient 1. Comme cela a déjà été mentionné, la fréquence de formation des bulles peut être contrôlée au moyen de l'organe d'étranglement 17. La double forme convergeante du récipient 1 réduit en outre le risque de rupture de la bulle, du fait que la vitesse 5 d'écoulement du liquide est relativement faible dans la région voisine de la section transversale maximale du récipient, au niveau de laquelle la bulle est introduite dans le liquide. Le dispositif représenté peut être facilement et entièrement réalisé à partir de matières plastiques, et il peut être stérélisé par irradiation avant 10 son utilisation. Etant donné que ce dispositif peut être produit à des prix très bas, rien ne s'oppose à ce qu'il soit jeté après son utilisation, plus spécialement s'il est utilisé avec un appareil d'hémodialyse. Un dispositif selon la présente invention peut être également utilisé pour d'autres mesures d'écoulement de liquide. Les bulles peuvent être formées par de l'air ou par n'importe 15 quel autre gaz qui est compatible avec le liquide, par exemple de l'argon. Dans certaines applications, les bulles peuvent être formées à partir d'un liquide qui ne se mélange pas avec le liquide dont on désire mesurer la vitesse d'écoulement, le liquide de formation des bulles étant spécifiquement plus léger que ledit liquide. Un tel dispositif peut être construit de manière similaire à 20 celle représentée, de façon à comprendre une chambre ou récipient dans laquelle les bulles sont formées, et une seconde chambre située en aval de la première chambre, grâce à quoi le liquide le plus léger peut être séparé du liquide à mesurer dans la seconde chambre. Dans cette chambre, il existera alors une pression positive suffisante pour ramener les bulles de fluide vers la chambre 25 à bulles et pour assurer la formation et l'introduction des bulles dans le li-. quide. Dans le mode de réalisation représenté, l'orifice de sortie de la chambre à bulles s'étend verticalement vers le haut, mais ceci n'est pas une condition ♦ absolue, étant donné que l'orifice de sortie peut avoir une inclinaison plus faible par rapport au plan horizontal. 30 II est du reste bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus a été donné à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif,et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 69 23552 6 2012689 REVENDICATIONS 1° - Dispositif pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un liquide dans un conduit en introduisant dans ce conduit une bulle de fluide qui présente un poids spécifique plus faible que celui du liquide et qui ne peut se mélanger avec ce dernier, et en mesurant le temps de passage de la 5 bulle entre deux points fixes de mesure espacés le long dudit conduit, caractérisé en ce qu'une première et une seconde chambres 1, 6 ayant chacune une surface de section transversale plus large que celle dudit.conduit 5, sont connectées dans ledit conduit respectivement en amont et en aval des points de mesure, la seconde chambre 6 étant située à un niveau inférieur à celui de 10 la première chambre 1, et en ce que .la première chambre 1 comporte un orifice d'entrée de liquide 2, un orifice de sortie de liquide 4 situé à un niveau ! supérieur à celui dudit orifice d'entrée, et une cavité 15 ouverte vers le bas et située à côté dudit orifice de sortie, le fond de ladite cavité présentant une ouverture 14 qui est reliée à la partie supérieure de la seconde cham-.15 bre 6, par l'intermédiaire d'un conduit séparé 12. 2° - Un dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bord inférieur de la cavité 15 est substantiellement circulaire dans une vue en plan. 3° - Un dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce 20 que le diamètre de la cavité est approximativement égal à la moitié du diamètre de la première chambre 1, au même niveau horizontal de cette chambre. 4° - Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord de la cavité présente en coupe transversale . un profil arrondi, 25 5° - Un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de la section transversale de l'ouverture 14, dans le fond de la cavité, est substantiellement plus faible que celle du conduit séparé 12 qui est connecté à cette ouverture 14. 6° - Un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 30 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dispositif d'étranglement ajustable 17 est prévu dans le conduit séparé 12 qui relie les première et seconde chambres, 7° - Un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première chambre 1 comporte une partie inférieure convergeant vers le bas, dans le fond de laquelle est formée ladite ouverture 35 d'entrée de liquide 2, et une partie supérieure qui comprend un passage de sortie de liquide convergeant vers le haut dans une direction sensiblement verticale ainsi que ladite cavité 15 dont le bord inférieur est situé substantiellement dans la région à section maximale de ladite chambre.