Brevet FR2270459A1 — publié le 19751205

L'invention est relative à une pompe aspirante-refoulante à piston de commande. Elle concerne plus particulièrement de telles pompes qui comprennent des moyens moteurs pour déplacer le piston de façon alternative et des moyens de commande pour faire varier le débit de cette pompe. L'invention s'applique de préférence, mais non exclusivement, aux pompes dont le débit doit avoir une valeur bien déterminée. Dans les pompes aspirantes-refoulantes du genre mentionné ci-dessus, on prévoit un volume variable en communication avec des ouvertures d'aspiration et de refoulément. Le susdit piston a pour rôle de fermer ce volume et de le rendre variable. L'aspiration du liquide est effectuée lorsque ledit volume variable a sa plus grande valeur et l'étape de refoulement se réalise lorsque ledit volume variable a ses dimensions les plus faibles. Dans les pompes connues de ce genre, la course du piston a une valeur importante de sorte que la réalisation mécanique de cette pompe est relativement complexe ; ainsi, par exemple, cette pompe connue comporte un ressort de rappel du piston de commande. En outre, la variation du débit de cette pompe est obtenue en faisant varier la course du piston.On conçoit que de tels moyens de commande propres à faire varier la course du piston compliquent également la réalisation de ladite pompe. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et, en particulier, de fournir une pompe aspiranterefoulante qui soit de réalisation particulièrement simple et économique. Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'une telle pompe qui, pour un débit donné, ait des dimensions relativement plus faibles que celles connues jusqu'à ce jour. Un autre but, enfin, de ltinvention est de fournir une pompe du type susmentionné dont le débit peut être varié dans des proportions importantes. Une pompe aspirante-refoulante, conforme à l'invention - qui comprend, un volume variable en communication avec les ouvertures d'aspiration et de refoulement, un piston fermant ce volume variable, des moyens moteurs pour déplacer ledit piston de façon alternative et des moyens de commande pour faire varier le débit de cette pompe - èst caractérisée en ce que les moyens de commande comportent un organe de commande des moyens moteurs agencés pour faire varier la fréquence dudit déplacement alternatif du Nston, la course de ce piston étant au plus égale à son diamètre. Selon un autre de ses aspects la pompe aspirante-refoulante conforme à l'invention - qui comprend, un volume variable en communication avec les ouvertures d'aspiration et de refoulement, un piston fermant ce volume variable, des moyens moteurs pour déplacer ledit piston de façon alternative et des moyens de commande pour faire varier le débit de cette pompe - est caractérisée en ce que la course du piston est au plus égale au tiers de son diamètre. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention les moyens moteurs comprennent un moteur, avantageusement électrique, disposant d'un arbre tournant, une pièce circulaire entraînée par cet arbre, cette pièce circulaire étant excentrée par rapport à l'axe de l'arbre du moteur, et une pièce d'entraînement solidaire du piston et comportant une ouverture de largeur, considérée dans la direction de l'axe du piston, égale au diamètre extérieur de la pièce circulaire, cette pièce d'entraînement étant guidée de façon '~ne pouvoir se déplacer que selon la direction de l'axe du piston ; ledit organe de commande est agencé, dans ce cas, pour faire varier la vitesse de rotation du moteur. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, cette description étant faite en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue partiellement arrachée d'une pompe conforme à l'invention, et - la figure 2 illustre un circuit de commande, conforme à l'in vention, du moteur d'une pompe selon l'invention. L'exemple de réalisation de pompe selon l'invention que ron va décrire en relation avec les figures est relatif à une pompe d'élution destinée à être utilisée dans un ensemble d'analyse d'échantillons par chromatographie. Une telle pompe d'élution envoie au sommet d'une colonne de chromatographie (non représentée) des solvants liquides, ou éluants, à un débit (ou vitesse d'élution) qui est déterminé. Un tel ensemble d'analyse d'échantillons par chromatographie est utilisé plus particulièrement pour séparer et détecter les divers types d'acides aminés dans des échantillons médicaux. La pompe représentée sur la figure 1 comprend, tout d'abord, un corps 1 à l'intérieur duquel est prévu un conduit 2 qui pré sente un volume variable. Ce conduit 2 est relié, par l'une de ses extrémités 3, à un clapet ou vanne d'aspiration 4 (non représentée en détails) ; ce conduit 2 est également relié, par son autre extrémité 5, à un clapet ou vanne de refoulement 6 (également non représentée en détails). La partie centrale 7 du conduit 2 est raccordée à un autre conduit 8 dans lequel peut se déplacer, selon l'axe de ce conduit 8, un piston 9. Ce piston 9 forme le volume formé par le conduit 8. Le fonctionnement de cette partie active de la pompe d'aspiration et de refoulement, représentée sur la figure 1, est, de façon en soi connue, le suivant. Lorsque le piston 9 est déplacé dans le sens inverse de celui de la flèche F le volume délimité par les conduits 7 et 8 augmente et la vanne 4 s'ouvre de façon à laisser passer le liquide que l'on désire refouler par la vanne 6 ; au cours de cette phase, la vanne 6 est fermée. Lorsque le piston 9 est déplacé dans le sens de la flèche F une pression est exercée sur le liquide qui a été introduit dans le volume délimité par les conduits 7 et 8 et la vanne 4 est fermée tandis que la vanne 6 est ouverte de façon à refouler ledit liquide. Selon une première disposition de l'invention, la course du piston 9 est relativement faible. Dans un exemple de réalisation, cette course du piston est choisie égale à 0,5 mm alors que le diamètre de ce piston est de 3,2 mm. En d'autres termes, la course du piston 9 est faible par rapport à son diamètre. L'inventeur a, da effet, constaté, s en effet, constaté, au cours d'expériences effectues e cadre de l'invention que le fonctionnement d'une pompe à piston n'était pas perturbé lorsqu'on réduisait, même de façon importante, la course du piston. En outre, cette disposition est particulièrement avantageuse car les déplacements mécaniques à l'intérieur du corps 1 de pompe et les déplacements des pièces d'entraînement du piston 9 sont faibles ; ainsi la réalisation d'une telle pompe est grandement simplifiée. L'inventeur a, de plus, constaté que, pour garder l'avantage de simplicité de réalisation mécanique de la pompe, il est nécessaire que la course du piston soit au plus égale au diamètre de celui-ci, et, de préférence, inférieure au tiers de ce diamètre. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le piston 9 est une simple tige cylindrique qui obture le conduit 8 sur toute sa longueur. Selon une autre disposition de l'invention, qui a pour but de permettre la variation du débit du liquide refoulé par la pompe, on prévoit des moyens de commande du débit de ladite pompe qui sont constitués par des moyens de commande de la fréquence de déplacement du piston 9. En effet, comme la course dudit piston 9 est constante, à chaque aller et retour dudit piston une quantité déterminée de liquide est refoulée par la vanne 6 et, ainsi, si on désire faire varier le débit (c'est-à-dire la quantité de liquide refoulé ou transmis par la pompe par unité de temps) il sera alors nécessaire de faire varier la fréquence de déplacement du piston 9. Les moyens de commande propres à faire varier la fréquence de déplacement du piston 9 comprennent essentiellement le circuit qui est représenté sur la figure 2 et qui sera décrit plus loin. Toutefois, avant de décrire ce circuit il convient d'indiquer que celui-ci permet de faire varier la vitesse de rotation d'un moteur électrique (non représenté sur la figure 1) entrainant une pièce 10 qui est excentrée par rapport à l'axe de l'arbre dudit moteur. La pièce 10, qui est circulaire, est représentée sur la figure 1. Sur cette figure, on a fait apparaître ledit excentrement de l'axe Il de cette pièce par rapport à l'axe 12 de l'arbre du moteur. Dans l'exemple de réalisation, pour lequel la course du piston est de 0,5 mm, cette distance entre les axes Il et 12 est de 0,25 mm. La pièce circulaire 10 a pour but d'entrainer un organe 13 solidaire du piston 9 et qui est guidé par une glissière 14 de façon à ne pouvoir se déplacer que selon la direction de l'axe 9a du piston. L'organe guidé 13 comprend une ouverture 15 dans laquelle est introduite la pièce circulaire 10. Dans la direction de l'axe 9a la largeur de l'ouverture 15 est égale au diamètre extérieur de la pièce 10. Dans la direction perpendiculaire à l'axe 9a cette ouverture 15 a des dimensions plus importantes. L'ouverture 15 a, dans l'exemple, une forme sensiblement elliptique dont le petit axe s'étend dans la direction de l'axe 9a. L'organe 13 est prolongé par une tige cylindrique 16 qui forme une pièce d'un seul tenant avec ledit organe guidé 13. L'extrémité libre 17 de cette tige 16 est solidaire du piston 9. A cet effet, cette extrémité libre 17 est percée d'un trou borgne 18 dans lequel est disposée l'extrémité libre 19 de la tige du piston 9. Comme représenté sur la figure 1 le trou borgne 18 présente, en son fond, une première partie 18a qui n'est pas d ér et dont le diamètre est légèrement supérieur à celui de l'extrémité 19. La seconde partie 18b du trou borgne 18 - cette seconde partie étant celle qui débouche à l'extrémité libre 17 - est taraudée. L'extrémité libre 19 de la tige du piston a un diamètre sensiblement supérieur à celui de ladite tige du piston. Entre cette extrémité 19 et la tige 9 du piston proprement dit est prévue, toujours selon le même axe 9a, une autre partie 20 de diamètre intermédiaire entre celui de la tige 9 et celui de l'extrémité 19. Cette disposition a pour but de permettre l'introduction d'une pièce filetée 21 dans la partie taraudée 18b du trou borgne 18, de façon à maintenir solidaire l'extrémité libre 19 du piston 9 de ladite tige 1-6 - formant une pièce d'un seul tenant avec l'or- gane guidé 13 -. Cette disposition permet également de changer aisément le piston 9- tout en conservant l'organe guidé 13 et les moyens d'entrainement de cet organe ainsi que la glissière 14 et la pièce de guidage 22 de la tige 16. Ce changement de piston 9 sera utile notamment lorsqu'on changera le corps 1 de pompe contre un autre corps pour lequel le diamètre du conduit 8 est différent. - - de la tiae 16. La pièce de guidage 2ardont il a été question ci-dessus est percée d'une ouverture 23 dans-laquelle est introduit un coussinet 24 sur lequel peut coulisser la tige 16. Enfin, entre la partie 20 de la tige 9 et l'extrémité active de cette tige est enfilé un élément ou bague 25 de guidage qui coulisse dans l'ouverture 23 par l'intermédiaire d'un joint torique (non représenté). On va maintenant décrire, en relation avec la figure 2, un circuit de commande de la vitesse du moteur d'entraînement de la pièce circulaire 10 (excentrée par rapport à l'arbre du moteur). Avant de décrire ce circuit il convient de noter qutil permet de faire varier la vitesse de rotation dudit moteur dans une large gamme tout en gardant constant le couple fourni sur l'arbre dudit moteur. Le circuit représenté sur cette figure 2 est destiné à fournir un courant électrique d'intensité déterminée à l'induit du moteur 30 dont le rôle est d'entraîner la pièce 10 (figure 1). Dans l'exemple, le moteur électrique 30 est un moteur à courant continu du type à circuit imprimé et vendu sous la marque "Axem". Il la àvintoetsese de rtation (F9M4 > de moteur utilisé peut atteindre 3.000 tours par minute ; du fait de cette vitesse de rotation élevée on prévoit un réducteur (non représenté) entre l'arbre de ce moteur et la pièce 10. Le point de consigne ou vitesse désirée pour le moteur 30 est affiché sous forme numérique grâce à un tableau 31 comportant des ensembles commutateur - résistance en série. Ces ensembles commutateurs 32 - résistance 33 sont tous en parallèle. Une borne de ces commutateurs est reliée à un point ou borne 34 auquel on applique un potentiel déterminé. Cet affichage numérique par le tableau 31 a ici la forme binaire, un ensemble commutateur - résistance correspondant à 1 bit, et, pour la commodité de l'affichage, les groupes de quatre ensembles commutateur - résistance en série sont séparés les uns des autres. A la sortie 35 du tableau 31 on obtient ainsi un potentiel dont la valeur est proportionnelle à la vitesse désirée pour le moteur 30. Ce potentiel apparaîssant sur ladite sortie 35 du tableau 31 est appliqué sur l'entrée d'un montage 36 à amplificateur opérationnel 37 destiné à convertir la tension apparaissant sur son entrée en un signal électrique dont l'intensité a une valeur suffisante pour être utilisée par le montage de régulation. Un tel montage 36 à amplificateur opérationnel 37 est en soi connu et il n'est donc pas utile de le décrire en détails. I1 convient cependant de noter que dans la boucle de contre-réaction de l'amplificateur opérationnel 37 est disposé un potentiomètre 39 permettant de régler le courant débité par la sortie 38 de ce montage 36 de façon que ce courant ait une intensité qui soit proportionnelle au potentiel fourni par le tableau 31 sur l'entrée du montage 36. Le montage ou circuit de régulation comporte un étage comparateur 40 comprenant également un amplificateur opérationnel 41. Le courant fourni sur la sortie 38 du montage 36 est appliqué sur l'entrée positive 42 de l'amplificateur opérationnel 41. L'entrée négative 43 dudit amplificateur 41 reçoit un courant qui est fonction de l'intensité du courant circulant dans l'induit du moteur 30. Pour produire ledit courant représentatif de l'intensité parcourant l'induit du moteur 30 on installe une résistance 44 en série avec ledit moteur 30, cette résistance 44 ayant la valeur de la résistance interne dudit moteur ; dans l'exemple cette résistance 44 a la valeur 0,47L. C'est le point commun 45 à la résistance 44 et au moteur 30 qui est relié, par l intermédiaire d'une résistance 46 à l'entrée 43 de l'amplificateur opérationnel 41. L'étage comparateur 40 à amplificateur opérationnel 41 est, lui aussi, classique et il n'est donc pas nécessaire de le décrire. Il faut cependant mentionner que le potentiomètre 47 installé dans la boucle de contre réaction de l'amplificateur opérationnel 41 permet de régler le couple du moteur à sa valeur maximale ; ce réglage du couple du moteur est, bien entendu, effectué une fois pour toutes avant la mise en route du circuit représenté sur la figure 2. Le signal fourni sur la sortie 48 de l'étage comparateur 40 est un signal d'erreur qui permet de ramener l'intensité du courant fourni à l'induit du moteur 30 à la valeur désirée (affichée par le tableau 31). A cet effet, la sortie 48 de l'étage 40 est reliée à la base du premier transistor 49 dont l'émetteur est relié à la base dtun second transistor 50 de même type de conductivité. Le collecteur du transistor 49 est relié au collecteur du transistor 50 ; ces deux collecteurs sont connectés à la borne positive 51 d'une source (non représentée). L'émetteur du transistor 50 est relié à la borne du moteur 30 qui est opposée à la borne 45. Dans l'exemple, les deux amplificateurs opérationnels 37 et 41 sont des amplificateurs du type nA 709. Le circuit de commande que l'on vient de décrire en relation avec la figure 2 permet de faire varier la vitesse de rotation du moteur 30 dans des proportions voisines de la valeur 20. Dans la réalisation particulière de pompe conforme à l'invention, réalisation déjà mentionnée et pour laquelle le diamètre du piston est de 3,2 mm, sa course de 0,5 mm et la vitesse v de rotation du moteur 30 peut atteindre 3.000 t/min., un réducteur de rapport 1/5 étant installé entre le moteur et la pièce excentrée 10 on a obtenu des débits d de liquide suivants d = 0,057 cm3/min. pour v = 100 tZmin. d = 0,285 cm3/min. pour v = 500 t/min. et d = 0,57 cm3/min. pour v = 1.000 tfmin. Comme mentionné plus haut, la pompe et son circuit de commande que l'on vient de décrire en relation avec les figures 1 et 2 est destinée à être utilisée de préférence dans un ensemble d'analyse d'échantillons par chromatographie. Il est à noter que cette pompe peut être utilisée dans un tel ensemble qui comprend des moyens de commande du type numérique en raison, notamment, de la nature du tableau d'affichage 31. Outre l'application aux pompes d'élution pour ensembles d'analyse il va de soi qu'une telle pompe peut se prêter à de nombreuses autres applications. Elle sera utilisée plus parti culièrement dans le cas où l'on désire pouvoir faire varier le débit du liquide injecté par une pompe dans une large gamme et avec une précision importante. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Pompe aspirante-refoulante comprenant un volume variable en communication avec les ouvertures d'aspiration et de refoulement, un piston fermant ledit volume variable, des moyens moteurs pour déplacer ledit piston de façon alternative et des moyens de commande pour faire varier le débit de cette pompe, caractériséeen ce que lesdits moyens de commande comportent un organe de commande des moyens moteurs agencé pour faire varier la fréquence du déplacement alternatif du piston, la course de ce piston étant au plus égale à son diamètre. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens moteurs comprennent un moteur disposant d'un arbre tournant, une pièce circulaire entrainée par ledit arbre, cette pièce étant excentrée par rapport à l'axe de cet arbre, et une pièce d'entrainement solidaire du piston et comportant une ouverture de largeur, considérée dans la direction de l'axe du piston, égale au diamètre extérieur de la pièce circulaire, cette pièce d'entraînement étant guidée de façon à ne pouvoir se déplacer que selon la direction de l'axe du piston, ledit organe de commande étant agencé pour faire varier la vitesse de rotation du moteur. 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston est solidaire de la pièce d'entraînement par l'intermédiaire de moyens de liaison démontables. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens moteurs comprennent un moteur électrique et en ce que ledit organe de commande comporte un circuit d'alimentation dudit moteur, ce circuit comprenant un moyen d'affichage de la vitesse désirée propre à fournir un signal représentatif de ladite vitesse désirée et un comparateur dont la première entrée est propre à recevoir ledit signal et dont la seconde entrée est agencée pour recevoir un signal représentatif de l'intensité du courant circulant dans l'induit du moteur, la sortie dudit comparateur étant propre à commander l'intensité du courant fourni au moteur. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation est agencé pour que la vitesse de rotation dudit moteur puisse varier dans un rapport sensiblement égal à 20. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséeen ce que les moyens moteurs comprennent un moteur et un réducteur. 7. Pompe aspirante-refoulante comprenant un volume variable en communication avec les ouvertures d'aspiration et de refoulement, un piston fermant ledit volume variable, des moyens moteurs pour déplacer ledit piston de façon alternative et des moyens de commande pour faire varier le débit de cette pompe, caractérisée en ce que la course du piston est au plus égale au tiers de son dia mètre