Brevet FR2277332A1 — publié le 19760130

L'invention a pour objet une burette à piston entratnée par un moteur à courant oontinu, alimenté par un dispositif d'asservissement tel que la vitesse dudit moteur soit rigoureusement proportionnelle à la tension du signal à courant continu de commande. Les burettes à piston sont utilisées chaque fois qu'il est nécessaire de délivrer, à vitesse constante ou variable, une quantité connue d'un liquide, gé- néralement un réactif chimique. Une application usuelle de ces dispositifs con- cerne les titrations chimiques, notamment les titrations automatiques, à vitesse d'addition de réactif constante ou asservie. I1 est évident que la précision des nitrations ainsi effeotuées ent fonction directe de la précision aveo laquelle est connu le volume du réactif délivré. I1 est dono nécessaire, d'une part, que le cylindre calibré constituant le corps de la burette soit rectifié avec une grande précision, et d'autre part, que soit déterminé, également avec une grande précision, le déplacement effectif du piston poussant le liquide dans la burette. Les burettes connues sont normalement équipées, soit d'un moteur à courant continu ou alternatif entratné directement par le signal de commande, soit d'un moteur du type dit "pas-à-pas", alimenté par des impulsions de courant ou de ter > - sion. Le volume du réactif délivré est connu, dans le premier cas, soit par lecture directe de graduations sur le corps du cylindre, ce qui n'assure qu'une mé diocre précision, soit psr mesure du déplacement du piston, ce qui peut procurer une- précision satisfaisante.Toutefois, la commande précise de la vitesse d'ad ditica du réactif est difficile en ce sent que, pour un signal de commande déterminé, la vitesse de rotation du moteur d'entratiement est fonction du couple résistant, et notamment du frottement entre piston et cylindre, lequel frottement peut naturellement présenter des irrégularités. Cet inconvénient n'existe pas dans les burettes entratnées par un moteur du type "pas-à-pas", puisque, de par construction, un tel moteur tourne d'un angle bien défini pour chaque impulsion de courant qui lui est appliquée. La dé- termination du volume de réactif est généralement, dans un tel Oas, effectuée par le comptage du nombre d'impulsions fournies au moteur. Le procédé assure en prinoipe une précision satisfaisante, à condition, toutefois, que chaque impulsion de commande produise effectivement la rotation de l'angle correspondant du moteur.Or, les moteurs de ce type ont un oouple relativement limité, de sorte qu'il arrive en pratique que, par suite d'un accroissement momentané du couple résistant, un certain nombre d'impulsions de commande ne soient pas suivies d' effet. I1 est évident que la préoision globale de la mesure souffre grandement d'un tel phénomène. Par ailleurs, la vitesse maximale d'un moteur pas-à-pas étai généralement limitée à une valeur relativement peu élevée, il est pratiquement nécessaire d'adjoindre à la burette un ou deux moteurs d'un autre type pour les manoeuvres à vitesses plus rapides exigées, par exemple, pour la vidange rapide ou le remplissage du cylindre.La présence de ces moteurs entratrie la nécessité de dispositifs de couplage mecanique tels que différentiels ou embrayages, le tout aocroissant grandement l'encombrement, la fragilité et le-prix de revient de l'ensemble. La burette selon l'invention met en oeuvre un moteur ordinaire à courant continu, par exemple un modèle à aimant permanent, type simple, str et économique, dont la puissance et la vitesse maximale de rotation peuvent autre aussi grandes que l'application le demande, sous réserve des possibilités actuelles de la technique. Ce moteur est entratrié par l'intermédiaire d'un dispositif électronique d'asservissement tel que celui décrit par le brevet n 1 552 188 du meme auteur, ayant pour titre : "Régulateur électronique de vitesse" et déposé le 22 novembre 1967, quititilise la force contre-éleotromotrice du moteur comme signal tachymétrique.Ce dispositif est un des plus simples et économiques parmi ceux qui permettent de lier de façon rigoureusement proportionnelle la vitesse de rotation du moteur et la tension du signal continu de commande, et cela quelle que soi la valeur du couple résistant, dans les limites des caraO- téristiques du moteur. Un tel asservissement présente encore l'avantage de rester rigoureux pour un rapport de vitesses pouvant atteindre des valeurs de tordre de un à mille, dloù la possibilité d'un excellent fonctionnement à de très basses vitesses, ce qui est essentiel dans le domaine des titrations chimiques, et n'est pas réalisable de manière aussi stre dans les systèmes faisant appel à un moteur pas-àpas asservi par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique, dont la linéarité et la reproductibilité de conversion varient de manière inversement proportionnelle à la valeur de la tension d'entrée. I1 est évident que d'autres solutions, conduisant au m8merésultatt peuvent être utilisées. La détermination du volume de réactif délivre est assurée par un des moyens suivants : comptage du nombre de tours du moteur ou d'un arbre lui étant mécaniquement lié ; détermination- du déplacement linéaire du piston ; etc. Quelle que soit la solution adoptée, le déplacement du piston dans-le cylindre de la burette est traduit sous forme d'impulsions, dont le nombre est exactement proportionnel à ce déplacement, et le volume débité est indiqué par des signaux de comptage numérique, convertis, s'il y a lieu, sousforme analogique. On acquiert de la sorte la certitude que le signal de sortie représentant le volume de réactif délivré est bien conforme à la quantité de liquide effectivement délivrée, cette dernière étant par ailleurs bien proportionnelle au signal de commande en raison de l'asservissement du moteur. La réunion de ces trois caractéristiques et l'avantage découlant de l'emploi d'un seul moteur pour les déplacements rapides ou lents du piston, qui devient possible grace à l'asser- vissement de vitesse électronique, rsprésente l'intérêt prinoipal de l'invention par rapport à l'état antérieur de ltart. Le signal de sortie délivré par la ourette se présente normalement sous forme numérique, ce qui, d'une part, est favorable à la commande d'organes péri preriques tels qu'imprimantes, enregistreurs numériques, ordinateurs, etc., et d'autre part, permet l'entraînement par commande directe d'un enregistreur à moteur pas-à-pas.L'enregistrement ainsi obtenu bénéficie alors de toute la rigueur due, à la fois, aux caractéristiques ae ce type d'enregistreur et à la non-neces- sité de aire appel, pour le circuit de commande, à une conversion analogique/nu mérique, dont on a rappele plus haut une des causes d'imprécision, ou à un couplage mécanique incommode, et imprécis à cause du jeu des différentes pièces en mouvement. L'invention présente, de ce point de vue, un avantage manifeste en ce sens que ce sont les impulsions délivrées par la burette, dont le nombre est proportionnel au déplacement réel du piston, qui déterminent la produotion des impulsiens de commande du moteur de l'enregistreur, de sorte que le déplacement du papier est laitage rigoureuse du déplacement du piston, les opérations "commande du piston déplacement du piston#déroulement du papier" s'effectuant ',en série", c'est-à-dire que chacune dépend Sa la précédente et ne peut avoir lieu si cette dernier, a pes Si menée à bien, alors que dans les réalisations antérieares, la commande s'effectue "en parallèle", ce qui ne permet pas d'assurer la séourité et la fiabilité indispensables pour La mine en oeuvre de tels processus. Un convertisseur numérique/analeggique, d'un type présentant une précision satisfaisante pour toute la gamme des signaux à traiter, sera adjoint pour les applications demandant un signal de sorte analogique. Ce convertisseur pourra entre, soit de type électronique, soit de type électromécanique. L'invention autorise encore us mode d'asservissement global du moteur basé sur l'utilisation du signal numérique délivré par le dispositif de mesure du réactif délivré, et cela par contage ou comptage des impulsions. Cet asserviesement peat titre effectué - par fonctionnement incrésentiel : on compte les impulsions de sortie cor- respondant au déplacement du piston et on décode le nombre qui correspond à la fraotion 1/n de la capacité totale du cylindre.Le facteur de division n peut être, soit préréglé (n=100 ou n=1000, par exemple), soit adapté aux oonditions d'utilisation (au moyen d'un circuit de division électronique numérique réglables - par fonctionnement avec prédétermination du volume de réactif à débiter on inscrit dans un compteur comptant/décomptant le nombre correspondant au volume déciré de réactif, et l'on alimente le moteur tant que la différence entre ce nombre et le nombre d'impulsions délivrées à la sortie de la burette n'est pas nulle; - par fonctionnement avec commande par impulsions : les impulsions de commande sont appliquées à l'entrée décomptante du même compteur ; l'asservissement est obtenu en maintenant nul le contenu dudit compteur, dont le signal de sortie est traduit en signal continu, puis appliqué au moteur à l'aide d'un convertisseur numérique analogique. La burette selon l'invention est complétée d'un certain nombre de dispositions destinées à en accrottre la précision, la fiabilité et la commodité d'usage. C'est ainsi que sont prévus - des organes indicateurs de fin de course haute et basse du piston, indicateurs réalisés de préférence par voie optique, et assurant des fonctions de commande : par exemple d'arrêt du moteur d'entraRnement et/ou de manoeuvre élco- trique d'un robinet permettant de relier le cylindre de la burette, soit au réservoir du réactif, soit au récipient receveur;; - un dispositif de rattrapage automatique de jeu, saivant lequel, apyres remplissage du cylindre par une manoeuvre descendante du piston, ce dernier est automatiquement remis en marche dans le sens ascendant jusqu'à libération de 1' indicateur de fin. de course correspondant, libération qui commande automatiquement l'arrêt du piston, ainsi qu'éventuellement la remise à zéro du dispositif de comptage et/ou l'orientation du robinet en direction du récipient receveur; - un dispositif de démontage rapide du stand perte-seringue, de manière à faciliter. l'entretien de la burette et à permettre de passer rapidement et oom- modément d'un volume de cylindre à un antre, ou d'un réactif à un autre.Dans une variante préférée de l'invention, le verrouillage de ladite platine est effeo- tuée par des électro-aimants, mis sous tension pendant le fonctionnement de la burette, et mis hors tension au moment de l'enlèvement ou de l'échangge du stand; - un embrayage électromagnétique, intercalé entre l'arbre du moteur et l'ar- bre du pignon d1 entratnement de la crémaillère solidaire du piston, embrayage faisant, d'une part, fonotion de limiteur de oouple destiné à protéger l'appareillage dans le cas d'un blocage accidentel, et d'autre part, fonction de roue libre pour le dégagement du piston au moment du démontage de la platine portecylindre, cette fonotion tant simplement obtenue par ooupure du contact du courant d'excitation de l'embrayage. Une forme de réalisation va être donnée à titre d'exemple non limitatif, avec références aux figures 1 à. 3. La figure i représente une coupe schématique simplifiée de la burette, aveo vue de face de son mécanisme moteur ; la figure 2 est une vue de profil simpli- fiée dudit mécanisme ; la figure 3 est une vue de dessus simplifiée du même mécanisme. On voit clairement dans la figure 1 que la burette selon l'invention présente deux parties bien distinctes : un corps principal t et un stand amovible 2 suoportant une seringue composée principalement d'un cylindre calibré 3 dans lequel quel coulisse un piston 4 mû par une tige 5. La seringue comporte encore un robinet 6, normalement du type à deux voies, pour le remplissage avec le réactif titrant (ou tout autre liquide), et son refoulement lorsque le moteur reçoit les signaux de commande appropriés. Elle est fixée sur le stand par un moyen cornu tel qu'une bague filetée ou à baïonnette 7, permettant notamment de monter des seringues de divers calibres.L'amovibilité du stand présente plusieurs avanta- ges, et en particulier une grande commodité pour le nettoyage et l'entretien, ainsi que la possibilité de passer très rapidement d'un type de réactif à un autre par simple changement d'ensembles stand-seringue. L'invention prévoit, dans une variante préférée, d'accálérer les manoeuvres de stands en assurant le verrouillage du stand sur le corps principal au moyen d'un ou plusieurs nlectro-ai- mentis, commandés, soit par un interrupteur spécial, soit par un jeu de contacts incorpores à un des commutateurs de fonctions de la burette, soit encore par une tension continue disparaissant automatiquement lors de la mise hors tension générale de l'appareil. La tige 5 d'entranement du piston, cylindrique, possède un plat 5 dans lequel est taillée une crémaillère 9. La partie du piston qui est usinée en cré mailler pénètre dans le mécanisme moteur réalisé sous la forme d'un souz-ensem- ble 10 dont l'ossature principale est constituée de deux flasques Il et 12 solidarisés par des entretoises, non représentées pour la clarté des dessins. Le mécanisme comporte un embrayage, de préférence électromagnétique 13, mis hors tension de manière manuelle ou, de préférence, automatique au moment où le stand est désolidarise du corps principal, afin que la tige du piston se trouve libérée du mécanisme d'entraînement et puisse rester solidaire du stand porte-seringue. Le moteur 14 entrasse l'arbre menant de l'embrayage 13, par l'intermédiaire des couples de roues dentées démultiplicatrices : 1516 ; 17-18 ; 19-20. L'arbre mené de l'embrayage 13 commande, par l'intermédiaire des couples de roues dentées réductrices 21-22 et 23-24, un pignon 25 en prise avec la crémaillère 9 de la tige 5 entraînant la piston 4. La tige 5 est maintenue contre le pignon 25 par une roue folle à jante concave 26. our l'arbre du moteur 14 est également calé un disque 27 usiné dans un métal ou une matière optique et portant à sa périphérie une pluralité (cent, Par 50 exemple ) de fentes/ou de trous équidistants capables de laisser passer le rayon lumineux ou infrarouge issu de l'émetteur et allant vers le récepteur photosensible d'un compteur, dans ce cas, opto-électronique, 28. Le disque peut consister en une pellicule photographique maintenue par deux flaques transparents (par exemple en verre ou en résine acrylique). Il peut encore être obtenu par gravures photochimique ou électrochimique d'un disque de métal mince, ou encore par usinage à laide d'un rayon laser.La rotation de la roue 27 découpe ledit rayon o une fréquence rigoureusement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur ; les impulsions électriques délivrées par le compteur 28 constituent de la sorte un signal permettant la détermination exacte de la course du piston, donc du volute de réactif délivré par la burette. Ce signal commande un dispositif afficheur installé sur le panneau avant de la burette; ce signal également est disponible our une utilisation extérieure, comme indiqué précédemment. Des dispositifs auxiliaires non retrésentés dans les figures 1 à 3, permettent - de provoquer l'arrêt automatique du moteur en fin de course basse du piston (par détection optique, par exemple); - de provoquer l'arrêt automatique du moteur en vin de course haute du piston - de rattraper les jeux mécaniques entre moteur (donc compteur) et piston, par exemple en déclenchant au moyen du détecteur ae fin de course basse7 non 1' arrêt du moteur, mais l'inversion de son nus de rotation, l'arrêt réel étant provoqué par la libération, ou désoccultation dudit détecteur, et les quelques tours de moteur ainsi effectués dans le sens correspondant à la montée du piston ayant rattrapé les jeux;; - de déclencher éventuellement la remise automatique à zéro de l'afficheur lié au compteur 28, immédiatement après la manoeuvre de rattrapage de jeu suscitée; - d'obtenir l'affichage direct, par exemple en microlitres ou millilitres, du volume réel de réactif délivré, quel que soit le calibre de la seringue montée sur le stand 2, en modifiant automatiquement le rapport de la division numérique opérée entré le compteur 28 et le dispositif afficheur. Le rapport en question peut être commandé par les signaux de reconnaissance issus d'un dispositif de codage comportant un ou plusieurs éléments "récepteurs" disposés dans le corps principal t et un ou plusieurs éléments "émetteurs" mécaniques, optiques ou magnétiques disposés, par exemple, dans la bague occupant l'espace compris entre l'intérieur de ltécrou 7 et l'extérieur - dont le diamètre est ?onction du Ca- libre - de embase de la seringue, le changement du couple "seringue + bague assortie" entraidant automatiquement la transmission du code correspondant au calibre de la seringue. Dans le cas de la solution optique, une variante, préférée, consiste disposer du côté du corps principal 7 l'émetteur ou les émetteurs de lumière ou dtinfrarouge, pointés vers le haut, ainsi que le récepteur ou les précepteurs pnotosensibles, également pointés vers le haut, leur couplage étant effectué par des zones réfléchissantes ou diffusantes ménagées ou non, selon le code, à la face inférieure, supposée absorbante, de la rondelle sus-citée, comprise entre l'écrou 7 et l'embase de la seringue, et la transmission de la lumière s'effec tuant, si nécessaire, par des guides de lumière dé toute forme et type convenables. Ces divers dispositifs, dont la réalisation est du domaine de l'homme de llartZ ne seront pas décrits, oar d'innombrables variantes peuvent en être imaginées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS i - Dispositif destiné à débiter un liquide, caractérisé en ce que le débit peut être variable dans un rapport au moins égal à 1 à 1000, ce débit étant rendu variable au moyen de l'asservissement électronique" de vitesse d'un moteur autre que pas à pas , entraSnant sur un piston qui coulisse dans un tube calibré, tandis que la mesure du déplacement du piston s'effectue, soit par comptage électronique du nombre de tours du moteur ou d'un des engrenages de la channe cinématique, soit par mesure électronique du déplacement de la tige ou crémaillère entratnant le piston, alors qu'enfin le même et unique moteur peut être utilisé, grâce à la commande électronique de sa vitesse, pour assurer les mouvements rapides du piston (rewplissage ou vidange rapides du tube dans lequel coulisse le piston) et l'écoulement du liquide dont est rempli le tube, à une vitesse fixe ou variable qui peut être très faible. 2 - Procédé pour la mesure de quantités de liquide à l'aide d'un dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions qui assurent la mesure par comptage électronique du déplacement effectif du piston sont utilisées pour la commande d'organes périphériques tels que enregistreur à entratnement par moteur pas à pas, imprimantes, enregistreurs numériques, ordinateurs, compteurs autres que celui pouvant généralement être inclus dans l'appareil. 3 - Burette suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les impulsions sont transformées en un signal analogique à l'aide d'un convertisseur numérique, analogique, d'un type électronique présentant une précision satisfaisante pour toute la gamme des signaux à traiter, cette conversion étant utilisée pour les applications demandant un signal de sortie analogique. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'en utilise le signal numérique délivré par le dispositif de mesure du réactif délivré pour réaliser un asservissement global du moteur basé sur le comptage ou le décomptage des impulsions, cet asservissement pouvant être effectué : - par fonctionnementincr démentiel : on compte les impulsions de sortie correspondant au déplacement du piston et on décode le libre qui correspond à la fraction 1/n de la capacité du cylindre, le facteur de division n pouvant êtres soit préréglé (n= 100 ou n: 1000, par exemple), soit adapté aux conditions d'utilisation (au moyen d'ut circuit de division électronique numérique riglable). - par fonctionnement avec prédétermination du volume de réactif à débiter : on inscrit dans un compteur comptant/ décomptant, le nombre correspondant au volu le désiré de réactif, et l'on alimente le moteur tant que la différence entre ce nombre et le nombre d'impulsions délivrées à la sortie de la burette n'est pas nulle - par fonctionnement avec commande par impulsions : les impulsions de commande sont appliquées à l'entrée décomptante du nez compteur ; l'asservissement est obtenu en maintenant nul le contenu dudit compteur, dont le signal de sortie est traduit en signal continu, puis appliqué au moteur à l'aide d'un convertisseur nu mérique/analogique. 5 - Burette obtenue par mise en application du procédé suivant l'une quel conque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un moteur électrique à moteur continu asservi suivant une méthode connue qui permet de lier de façon rigoureusement proportionnelle, à partir de la force contre-élec- tromotrice délivrée par le moteur, la vitesse de rotation de ce dernier et la ten sion du signal continu de commande, tandis que les Doyens sont prévus pour traduire sous forme d'impulsions, le déplacement du piston dans le cylindre de la burette. 6 - Burette suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens prévus pour traduire le déplacement du piston en impulsions, sont constitués par un disque entraîné par le moteur électrique et pourvu, sur 5a périphérie, de fentes ra diales ou de trous susceptibles de couper un rayon lumineux issu d'un dispositif électronique de comptage. 7 - Burette suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'on prévoit des organes Indicateurs de fin de course haute et basse du piston, indica tours réalisés de préférence par voie optique, et assurant des fonctions de commande conne par exemple l'arrêt du moteur d'entraînement et / ou la manoeuvre électrique d'un robinet permettant de relier le cylindre de la burette, soit au réservoir con tenant le réactif, soit au récipient receveur. 8 - Burette suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que l'on prévoit un dispositif de rattrapage automatique de jeu, suivant lequel, après remplissage du cylindre par manoeuvre descendante du piston, ce dernier est automatiquement remis en marche dans le sens ascendant jusqu'à libération de l'in dicateur de fin de course correspondant, libération qui commande automatiquement l'arrêt du piston, ainsi qu'éventuellement la remise à zéro du dispositif de comp tage et/ow l'orientation du robinet en direction du récipient receveur. 9 burette suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que l'on prévoit un dispositif de démontage rapide du stand porte-seriggue, de manière à faciliter l'nntretien de la burette et à permettre de passer rapide ment et commodément, d'un vozume de cylindre à un autre, ou d'un réactif à un autre, ee dispositif étant préférablement constitué par des électro-aimants, mis sous ten- sion pendant le fonctionnaient de la burette, et mis hors tension au moment de l'en- lavement ou de l'échange du stand. 10 - Burette suivant l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'un embrayage électromagnétique est intercalé entre l'arbre du moteur et l'ar bre du pignon d'entraînement de la crémaillère solidaire du piston, embrayage faisant d'une part, fonction de limiteur de couple destiné à protéger l'appareillage dans le cas d'un blocage accidentel et, d'autre part, fonction de roue libre pour le diga- gement du piston au moment du démontage de la platine porte-cylindre, cette fonction étant simplement obtenue par coupure du courait d'excitation de l'embrayage.