Brevet FR2027960A1 — publié le 19701002

La présente invention est relative d'une façon générale à des systèmes de mesure de débit et, plus particulièrement , à des perfectionnements à des systèmes qui chronomètrent l'intervalle entre deux impulsions représentant des phénomènes successifs dans une série répétitive de tels phénomènes. Les techniciens concernés par le développement de systèmes de mesure de débit pour des phénomènes périodiques revenant régulièrement dans une série ont depuis longtemps reconnus la nécessité de disposer d'un dispositif de mesure de débit relativement simple, compact, économique , sûr et facile à faire fonctionner. A titre d'exemple,iletde pratique courante dans les hopitaux que des infirmières contrôlent périodiquement les débits goutte à goutte de plusieurs stations d'alimentation intraveineuses ou d'infusion parentérale. Un tel contrôle de débit goutte à goutte est un processus complexe et prenant du temps r sujet aumerreurs et auxquelles s'associent d'éventuelles conséquences sérieuses, tout en ayant pour résultat une réduction du temps disponible de personnel médical qualifié pour d'autres fonctions importantes.D' une façon typique,l'infirmière contrôlant un débit goutte à goutte utilisera une montre pour chronométrer le nombre de gouttes s'écoulant dans un intervalle d'une ou plusieurs minutes et elle exécutera ensuite mentalement des=opérations mathématiques nécessaires pour transformer le nombre de gouttes par unité de temps en un débit approprié,par exemple en centimètrcubeSpar heure.Il est évident que chaque mesure et les calculs qui s'y associent prendront habituellement plusieurs minutes , ce qui après multiplica tion par le nombre de stations à contrôler et le nombre de fois où l'on contrôle chaque station par jour, peut atteindre un pourcentage important du temps de personnel total disponible.En outre, sous la pression d'un horaire chargé, les calculs mentaux exécutés par une infirmière pressée pour le calcul d'un débit peuvent ne pas toujours se révéler parfaitement sûrs et, par conséquent, des débits d'infusion indésirables et quelquefois dangereux peuvent se produire par inadvertance. Il sera évident que l'un des problèmes les plus critiques aaquels se heurte un personnel d'hôpital devant faire face à un-horaire de travaux énorme tout en ayant un nombre d'heures de personnel disponible limité, réside dans le problème de contrôler rapidement, aisément et d'une façon sûre des débits goutte à goutte. Bien que plusieurs systèmes de contrôle continus relativement compliqués aXrtété suggérésdans la technique antérieure, par exemple avec des détecteurs à cellules photo-électriques ou à electrodes offrant des signaux d'entrée à des compteurs et des débitmètres, ces dispositifs se sont généralement révélés être tellement encombrants et onéreux quYsne sont pas pratiques du point de vue de l'utilisation de ces dispositifs dans chaque station à contrôler. Le système de mesure de débit suivant la présente invention élimine les désavantages précités des appareillages de la technique antérIeure gracie à un nouVeau dispositif particulièrement bien adapté,bien que n'y étant pas limité ,à des applications médicales. En bref et d'une façon généralerla présente invention apporte un nouveau débitmètre perfectionné donnant une indication de débit basée sur la mesure de la période s'écoulant entre deux phénomènes successifs pris dans une série de phénomènes répétitifs, par exemple l'intervalle de temps entre deux gouttes dans la chambre de ruissellement d'un système d'infusion. Dans une forme de réalisation préférée,à titre dlexemple, l'invention prévoit un chronorégleur électronique à déclenchement manuel dont le signal de sortie est automatiquement transformé en un débit en prenant pratiquement la réciproque dé la période s'écoulant entre deux impulsions représentant des phénomènes survenant successivement dans une série répétitive. La mesure du temps est réalisée électroniquement en chargeant rapidement et en amorçant une décharge lente d'un condensateur dont la tension est contrôlée. La mesure du temps est arrêtée en arrêtant la décharge du condensa teur et en maintenant le niveau de charge restant pour la mesure, cette dernière mesure étant convenablementmise en rapport avec le débit sur une échelle de l'appareil de mesure de sortie ou un élément analogue.L'amorçage de la mesure du temps,lors de l'observation d'un premier phénomène contrôlé ,et de préférence réa lisé en- conditionnant manuellement une commande d'univibrateur déséquilibré utilisé pour assurer une apparition correcte de l'état de départ-pour le réseau de mesure de temps chaque fois que le premier phénomène d'une paire choisie est détecté.Lacessation de la mesure du temps est de même réalise manuellement , lors de l'observation du second phénomène contrôle , en conditionnant la commande d'univibrateur à son second état stable, après quoi le signal de sortie de débit peut être lu. Le système de mesure de débit suivant la présente invention est relativement simple, compact, économique, sûr et facile à utiliser ,en il exigeant que quelques secondes pour une mesure de débit. Le système de mesure fait appel aux caractéristiques les plus sûres de l'opérateur humain, à savoir sa capacité d'observer avec précision et de réagir vis-à-vis de l'apparition des phénomènes contrôlés, tout en réduisant au minimum les aspects prenant le plus de temps et les plus sujets à l'erreur du contrôle humain, grâce à une mesure de temps et à un calcul de débit exécutés par voie électronique. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés,dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme dé blocs d'un système de mesure de débit suivant la présente invention. La figure 2 est une vue en élévation frontale d'une configuration de montage typique d'un système suivant la présente invention La figure 3 est un schéma sous forme de blocs et d'un schéma électrique combiné et plus détaillé d'une forme de réalisation préférée d'un système de mesure de débit suivant l'-invention. En se référant à présent aux dessins et en particulier à la figure l,on y a représenté un système de mesure de débit 10 suivant l'invention.Il comprend un sous-système de déclenchement manuel ll , un système de chronométrage électronique 12 et un sous- système de lecture de débit 13. Le déclencheur manuel 11 est utilisé pour fournir des signaux de "départ" et " d'arrêt" qui conditionnent convenablement le chronomètre 12 au cours de chaque cycle de mesure. Le chronomètre 12 engendre une fonction du temps par rapport à la période (T) s' écoulant entre une paire de phénomènes choisis contrôlés et il coopère avec le sous-système de lecture 13 pour donner une indication de sortie convenable pratiquement proportionnelle- à la réciproque de la période (1/T). Lors de l'apparition du premier phénomène choisi dans une série de phénomènes répétitifs , le déclencheur 11 fournitun -signA de "départ" afin d'amorcer le fonctionnement du chronomètre 12 et le déclencheur fournit un signal "d'arret" afin d'arrêter le fonctionnement du chronomètre lors de l'apparition du second phénomène contrôlé. Bien évidemment, on. se rendra compte qu'à la -place d'un opérateur humain actionnant le déclencheur manuel 11, on peut faire appel à des dispositifs de détection équivalents pour contrôler -l'apparition des phénomènes et engendrer des signaux de conditionnement appropriés pour le chronomètre, sans modifier en aucune façon la coopération particulière prévue. suivant l'invention entre le sous-système de chronomètre 12 et le sous-système de lecture 13. En se référant à présent à la figure 2,on y a représenté un dispositif de mesure de débit 15 comprenant les caractéristiques précitées du système 10 de la figure l,enfermé dans un carter ou boîtier 16 suffisamment compact et de forme appropriée pour être maintenu aisément dans la main d'un opérateur humain. Le boîtier 16 peut être fait d'une matière appropriée quelconque , telle que du métal ou une matière plastique et il comprend une partie d'indication supérieure 16a et une partie de commande et de prise inférieure I6b. La partie supérieure 16a comprend un appareil de mesure de sortie convenable 17 offrant une échelle convenablement calibrée en unités de mesure de débit désiréesquel conques par exemple des centimètres cubes par heure lorsque l'on contrôle un débit goutte à goutte. La partie inférieure 16b du boîtier 16 comprend un commutateur à bouton-poussoir 18 qui est utilisé pour exciter sélectivement l'ensemble du système de mesure de débit et elle comprend également un second commutateur à bouton-poussoirl9 qui est utilisé en tant que déclencheur manuel par l'opérateur au cours de chaque cycle de mesure afin de conditionner sélectivement le soussystème de mesure de temps contenu dans le boîtier. Lors de l'utilisation du dispositif de mesure de débit 15 pour une application typique, comme par exemple la détermination rapide d'un débit goutte à goutte dans un système d'alimentation intraveineuse ou analogue, le bouton îa est d'abord enfoncé afin d'exciter le système électroniqueOL'appareil de mesure de temps électronique est alors mis en route en enfonçant le bouton 19 lorsque la première goutte tombe,ce qui amorce le cycle de mesure et on enfonce à nouveau le bouton 19 pour arrêter le chronomètre lorsque la goutte suivante tombe.Le débit goutte à goutte peut alors être lu directement sur l'appareil de mesure 17. I1 sera évident pour les techniciens en la matière que le dispositif 15 peut également être utilisé pour mesurer le débit ou la cadence de n'importe quels phénomènes répétitifs survenant régulièrement t comme par exemple une cadence de respiration, en mesurant le temps s'écoulant entre deux inhalations ou exhalations successives. Le dispositif 15 est extrêmement compact , sûr, facile à utiliser et il fournit des mesures de débit extrêmement rapidement. La mesure du débit ou de la cadence est réalise très simplement et rapidement en ne contrôlant qu'une seule paire de phénomènes successifs choisis dans une série de phénomènes répétitifs , le système de mesure faisant appel à la capacité de l'opérateur humain d'observer avec précision les phénomènes contrlés et de répondre convenablement en enfonçant le bouton de déclencheur 19,tout en réduisant au minimum l'appel aux capacites de chronométrage et de calcul beaucoup plus lentes eut moins sûres de l'opérateur. La figure 3 illustre-tes circuits électriques d'une forme de réalisation préférée d'un système de mesure de débit ou de cadence suivant la présente invention Une puissance électrique en courant continu est offerte au système de la figure 3 à partir d'une source de puissance appropriée quelconque , d'une façon typique une pile 20 connectée à une ligne 21 par un interrupteur de puissance à bouton-poussoir 22, du type à maintenir enfonce:'. Par conséquent, chaque fois que l'interrupteur 22 est maintenu fermé,un potentiel de fonctionnement normal, de façon typique de + 9 volts , est appliqué à la ligne 21 pour eciter le système électrique. Des transistors NPN TI et T2 , conjointement avec des résistances Rl à R8, des condensateurs Cl et C2 et des diodes D1 et D2 sont connectés ensemble de façon à définir un univibrateur pratiquement classique bis table. Cet univibrateur est utile sé pour commander l'amorçage et la cessation de la phase de mesure de temps de chaque cycle de mesure. Pour cette raison, il est im portant de s'assurer que l'univibrateur démarre toujours dans le même état stable chaque fois que le système électrique est excité par la fermeture d'un interrupteur 22.Sans cela, l'univibrateur pourrait prendre au hasard l'un ou l'autre de ses deux états stables, de telle sorte que le cycle de mesure pourrait ne pas toujours commencer par une phase de "démarrage" du chronomètre et on pourrait éventuellement obtenir des indications de débit erronées ou confuses. Afin d'amener l'univibrateur à préférer l'un de ses états stables par rapport à l'autre lors de l'application primitive d'un potentiel par l'intermédiaire de la ligne 21, un petit condensateur C3 est connecté en parallèle avec une résistance R9 dans le circuit de collecteur du transistor T1, afin de modifier la syméf trie de la constante de temps et ainsi de désquilibrer l'univi- brateur. I1 en résulte que l'application primitive d'un potentiel de courant continu positif par la ligne 21 amène systématiquement l'univibrateur à son état stable offrant le transistor T2 conducteur et le transistor T1 bloqué En outre, une diode de découplage D3 est connectée au collecteur du transistor T1 de l'univibrateur afin de permettre à la tension de collecteur de ce dernier d'atteindre le potentiel d'alimentation total sur la ligne 21 lorsque le transistor T1 est bloqué. Un commutateur de déclenchement à bouton-poussoir 23,actionné manuellement et du type à contact momentané , est utilisé pour faire passer sélectivement l'univibrateur dun état stable à l'autre sous l'effet de l'observation des phénomènes successifs contrlés.Chaque fois que le commutateur de déclencheur 23 est ferme,une impulsion positive est envoyée par une ligne 24 afin d'inverser la commande d'univibrateur ,l'amplitude de l'impulsion de commutation étant déterminée par un diviseur de tension formé par les résistances R1O et Rîl en série entre la ligne 21 et la masse. Une petite résistance série R12 est prévue entre ce dernier diviseur de tension et le commutateur de déclencheur 23 afin d'assurer une stabilité contre les transitoires. Le sous-système de mesure du temps de la période comprend un transistor PNP T3 , des résistance *13 à R17 , des condensa teurs C4 et C5 et des diad D4 t D5 Lors du fonctionnement, le système de mesure est d'abord excité en enfonçant le bouton-poussoir du commutateur 22 et en le maintenant fermé pour appliquer un potentiel positif total à la ligne 21.Le transistor T2 dans l'univibrateur est immédiatement rendu conducteur, tandis que le transistor T1 est maintenu bloqué. Par conséquent, le collecteur du transistor T1 et la ligne 25 ar rivetrapidement au même potentiel positif que la ligne 21, c'est-àdire apprDximativement + 9 volts. Le transistor T3 dans le sous-système de mesure de temps reste bloqué et aucune charge du condensateur C4 n'a lieu , à cause de l'égalité des potentiels sur les lignes 21 et 25. En outre, le condensateur C5 ne peut pas se charger à partir de la ligne 21 tandis que le transistor T3 est bloqué,pas plus que le condensateur C5 ne peut être chargé à partir de la ligne 25 à cause de la présence de la diode de blocage D5. Lors de l'apparition du premier phénomène contrôlé, le commutateur de déclencheur 23 est fermé afin d'engendrer une impulsion positive sur la ligne 24,ce qui inverse l'univibrateur. Le transistor T2 est alors bloqué,tandis que le transistor T1 devient conducteur.Lorsque le transistor Tl deviens conducteur,son collecteur et la ligne 25 tombetrapidement de + 9 volts au potentiel de la masse. Avec la ligne 25 mise à la masse,le condensateur C4 se charge à partir de la ligne 21 par l'intermédiaire des résistances série R13 et R14 ,ce qui amène le potentiel au point 26 et à-la base du transistor T3 à diminuer de façon à rendre ce dernier transistor conducteur. Le condensateur C4 se charge alors plus rapidement par l'intermédiaire du transistor T3 et de la résistance R14. Le transistor T3 se sature rapidement et son collecteur passe pratiquement au même potentiel positif que la ligne 21 tandis que le condensateur C5 se charge par l'intermédiaire du transistor T3 à une tension , d'une façon typique, de + 6 volts, qui est déterminée par les -résistances série R15 et R16 qui forment un réseau diviseur de tension. Les constantes de temps des circuits de charge pour les condensateurs C4 et C5 sont sélectionnées de telle sorte que le condensateur C5 se charge beaucoup plus rapidement que le conden sateur C4 , la constante de temps de charge pour le condensateur C4 étant d'une façon typique de 20 millisecondes , tandis que la constante de temps de charge pour le condensateur C5 ;t d'une façon typique de 0,7 milliseconde. Par conséquent, le condensateur C5 est complètement chargé à son niveau maximum predéterminé avant que le condensateur C4 n'atteigne un niveau de charge qui amène le transistor T3 à se bloquer.A ce suj et, lorsque le condensateur C4 atteint son état complètement chargé , la circulation du courant dans les résistances R13 et R14 diminue et le potentiel au point 26 et à la base du transistor T3 s'élève finalement à un niveau suffisant pour bloquer ce transistor T3. Lorsque le transistor T3 se bloque,le condensateur C4 reste à l'état chargé, tandis que le condensateur C5 se décharge lentement par l'intermédiaire de la résistance R17 et de la diode D5. Par conséquent , le transistor T3 assure essentiellement la commutation du condensateur C5 et de son réseau résistant associé du mode de charge au mode de décharge. La résistance R17 est de relativement grande valeur,de telle sorte que le condensateur C5 se décharge très lentement par comparaison avec sa période de charge. En outre, le condensateur C5 est empêché de se décharger par l'intermédiaire de la relativement faible résistance R16 , grace à la présence de la diode de blocage D4. La valeur de la résistance R17 est choisie de façon à adapter la fonction de diminution exponentielèdu condensateur CX se déchargeant aussi étroitement que possible par rapport à une fonction représentant approximativement la réciproque de la période entre les phénomènes contrôlés.De ce fait, lorsque le système de la figure 3 est utilisé pour contrôler un débit goutte à goutte dans un système d'infusion parentérale , la valeur de la résistance R17 peut être choisie conformément à la dimension des gouttes dans le système contrôlé, afin de mettre convenablement en rapport le signal de'sortie electrique-provenånt du condensateur de mesure de temps C5 avec le débit en volume.A ce sujet, le niveau de charge ou la tension du condensateur C5 est contrôlée grâcé à un système indicateur approprié 27. Lors de l'apparition du second phénomène d'une paire choisie parmi les phénomènes à contrôler, le commutateur de déclencheur 23 est à nouveau fermé et une seconde impulsion positive est engendrée sur la ligne 24 pour inverser à nouveau l'univibrateur. Lorsque ceci a lieu,le transistor T2 passe à l'état conducteur et le transistor T1 est bloqué. Le blocage du transistor T1 ramène la ligne 25 au potentiel positif total de la ligne 21 et empêche immédiatement une décharge supplémentaire du condensateur C5 par l'intermédiaire de la résistance R17,étant donné que le potentiel de la ligne 25 est supérieur à celui du condensateur C5.De plus, étant donné que la diode de blocage D5 empêche toute circulation de courant inverse, le condensateur de mesure de temps C5 est maintenu à son niveau de tension qui est une mesure de fonction décroissante de la période entre deux impulsions représentant les phénomènes contrôlés successivement. D'une façon typique, le système indicateur 27 peut prendre la forme d'un circuit à charge cathodique convenable ou analogue excitant un appareil de mesure d'indication approprié,tel qu'un galvanomètre ou un appareil analogue. L'échelle indicatrice de 1' appareil de mesure de sortie peut être mise en rapport avec les caractéristiques de décharge du condensateur de réglage de temps C5 et la résistance R17 afin d'adapter la fonction de sortie totale d'une façon telle que l'indication de débit s'approche étroitement de la réciproque désirée de la période (1/T) pour la paire sélectionnée de phénomènes successifs.On se rendra compte que le système de mesure de débit, à cause de la fonction de sortie décroissante, compte essentiellement en diminuant à partir d'un maximum pour donner une indication de sortie en rapport avec la réciproque de la période, plutôt qu'en comptant en croissant pour donner une mesure et une indication directes de la période écoulée elle-même. Pour résumer, chaque cycle de mesure est amorcé en excitant tout d'abord le système grâce à la fermeture du commutateur 22 et ensuite en fermant le commutateur de déclencheur 23 pour chacun des deux phénomènes survenant successivement qui sont contrôlés. La première fois que le commutateur 23 est fermé, le condensateur de e- sure de temps C5 est rapidement chargé et il peut ensuite se décharger lentement par l'intermédiaire de la résistance R17,avec pour résultat une indication de débit ou de cadence maximum suivie par une indication de débit ou de cadence se réduisant lentement.La seconde fois que le commutateur de déclencheur 23 est fermé,la dé charge du condensateur C5 est arrêtée et l'indication réduite finale est proportionnelle à la réciproque de la période qui s'est écoulée entre le premier et le second actionnement du commutateur de ddelencheur 23. Des valeurs typiques pour les éléments constitutifs des circuits électriques illustrés à la figure 3 sont les suivantes: T1 et T2 - transistDrs Fairchild Type 2N3565 T3 - transistors Fairchild Type 2N3638 R1,R2 - 10 kilohms chacune R3,R4 - 1 mégohm chacune R5,R6,R7,R8 - 22 kilohms chacune R9 - 4,7 kilohms R10 - 1 mégohm Rîl - 3 mégohms R12 - 1 kilohm R13 - 10 kilohms R14 - 4,7 kilohms R15 - 1 kilohm R16 - 2,2 kilohms R17 - variable, suivant la dimension des gout tes contrôlées,p.ex. pour 10 gouttes/c.c. - 6,2 mégohms pour 15 gouttes/c.c. - 3,9 mégohms pour 20 gouttes/c.c - 3,0 mégohms C1,C2 - 0,01 microfarad chacun C3 - 100 picofarads C4 - 5 microfarads C5 - 1 microfarad Toutes les diodes D1-D5 sont typiquement du type 1N914 Le système de mesure de débit ou de cadence suivant la présente invention satisfait un besoin existant depuis longtemps pour un dispositif relativement simple, compact, économique,sûr et facile à faire fonctionner,capable de réaliser des déterminations de débit ou de cadence rapides et précises. Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation c-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Système de mesure de débit ou de cadencé, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens destinés à offrir un signal de sortie sous la forme d'une fonction qui diminue avec 1' accroissement d'une période entre une paire de phénomènes contrôlés et des seconds moyens, sensibles aux premiers moyens précités, destinés à transformer automatiquement ce signal de sortie en une indication de débit ou de cadence. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'indication de débit ou de cadence est pratiquement proportionnelle à l'inverse de la période. 3. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens manuels pour faire démarrer rt arrêter la production de la fonction par les premiers moyens précités. 4. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de commande àmivibra.teur pour amorcer et arrêter le fonctionnement des premiers moyens. 5. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens comprennent un condensateur de mesure de temps ,un circuit électrique de charge rapide pour ce condensateur, un circuit électrique de décharge plus lente pour ce condensateur et des moyens pour mettre en service automatiquement ce circuit de décharge lorsque le circuit de charge est mis hors d'action. 6. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande à univibrateur pour permettre sélectivement la charge du condensateur et pour mettre sélectivement hors d'action le circuit de décharge. 7. Système suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens manuels pour commuter sélectivement les moyens de commande à univibrateur. 8. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit électrique de charge rapide comprend une première résistance , ledit circuit électrique de décharge plus lente comportant une seconde résistance de valeur nettement supérieure à celle de la première résistance , les moyens de mise en action automatique comportant des moyens de commutation destinés à charger rapidement le condensateur de mesure de temps à partir de la source de courant par l'intermédiaire de la première résistance et pour permettre ultérieurement une décharge lente de ce condensateur par l'intermédiaire de la seconde résistance, les premiers moyens comportant des moyens de conditionnement pour mettre exaction sélectivement les moyens de commutation et pour bloquer ensuite sélectivement une décharge supplémentaire du condensateur , et en ce que les seconds moyens comprennent des moyens indicateurs sensibles au niveau de charge du condensateur de mesure de temps 9. Système suivant la revendication 8, caractérisé en ce les moyens de conditionnement comprennent un univibrateur bistable. 10. Système suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens électriques destinés à déséquilibrér l'univibrateur afin que celui-ci prenne toujours le même état stable lors de l'application primitive de la puissance électrique. 11. Système suivantla revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens manuels pour commuter sélectivement l'univibrateur d'un état stable à l'autre.