Brevet FR2328950A1 — publié le 19770520

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure de volume de fluide. Pour la mesure précise d'un volume de fluide dans les laboratoires, on ne dispose actuellement que de pompes doseuses transformées. Ce matériel n'est pas adapté à une telle utilisation et présente de plus, certains problèmes d'étanchéité et de rattrapaqe de fuites. Le procédé de mesure de volume suivant l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Conformément à l1invention on utilise un procédé dans lequel on sépare par une barrière constituée par une colonne de fluide deux parois déformables, dont au moins l'une est motrice et dont au moins l'autre est réceptrice pour le déplacement d'un volume déterminé de fluide, le déplacement de la barrière fluide contrôlant l'admission et l'échappement du volume déterminé de fluide à mesurer. Le procédé suivant l'invention permet la réunion de deux éléments fondamentaux pour la mesure des débits, c'est-a- dire, d'une part l'obtention d'uneétanchéité absolue grâce une barrière liquide protégée par des parois déformables et ceci sans utilisation d'aucun joint sur une pièce mobile et d'autre part, une proportionnalité rigoureuse entre les débits mesurés ou provoqués et des déplacements linéaires, ceux de la barrière liquide, aisément mesurables et contrlables. Les dispositifs mesureurs, doseurs, ou les pompes doseuses réalisées suivant ce procédé sont rigoureusement volumétriques dans toutes les conditions du fait qu'aucune fuite n'est possible. Les débits de fluide sont mesurés facilement de façon exacte et parfaitement reproductible avec une grande précision notamment + 1% dans les cas les plus défavorables. Par ailleurs, ces débits peuvent être extrêmement faibles ; par exemple le microlitre peut être aisément mesuré ou pompé a + 3 p. mille près. Les dispositifs de mesure ou les pompes sont susceptibles de recevoir des liquides pouvant contenir sans inconvénient des particules solides, ce qui n'est pas le cas pour la plupart des pompes doseuses existantes. Enfin, tous les éléments en contact avec le liquide étant en verre, en téflon ou autre, la résistance aux attaques de produits chimiques de l'ensemble est quasi-universelle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se reférant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de mesure d'un débit de fluide comportant deux robinets à trois voies - la figure 2 est une même vue d'un dispositif de mesure de débit comportant un seul robinet à quatre voies - la figure 3 est une vue schématique d'une pompe doseuse simple - la figure 4 est une vue schématique d'une pompe doseuse double. A la figure 1 on a représenté un mesureur de débit pour laboratoires qui comprend conformément au procédé suivant l'invention, un organe tubulaire 1 en forme de U qui est relié à chacune de ses extrémités à une enceinte 2, 2a séparée par une paroi déformable 3, 3a constituée notamment par un soufflet divisant ladite enceinte en deux chambres 4, 5 et 4a, Sa. Dans l'organe tubulaire 1 est disposée une barrière de liquide 6 notamment de mercure, se déplaçant dans ledit organe tubulaire comme un piston libre, et s'étendant dans les branches 7, 7a de l'organe tubulaire 1 en U. Deux organes détecteurs de la position des extrémités 8, 8a de la colonne liquide 6 sont disposés en regard de chaque branche 7, 7a de l'organe tubulaire 1 à une même hauteur audessus du niveau de la colonne liquide 6. Dans le cas présent, on utilise des organes détecteurs qui sont constitués par deux couples émetteur-récepteur optoélectroniques dont on a reorésen- té à la figure 1 une source lumineuse 9, 9a et une cellule photo-électrique 10, lOa excitée par un rayon lumineux il, lla émis par la source 9, 9a. L'espace existant entre les parois déformables 3, 3a et les extrémités 8, 8a de la colonne de liquide 6 est complétement rempli d'un liquide intermédiaire transparent non agressif 12, 12a. Bien que l'on ait représenté des organes détecteurs constitués par des couples optoélectroniques, il est possible d'utiliser d'autres moyens tels que des organes de contacts électriques disposés dans les branches de l'organe tubulaire et une colonne 6 de liquide conducteur de l'électricité, l'espace 12, 12a étant rempli d'un liquide non conducteur Les chambres 4, 4a disposées au-dessus de la paroi déformable 3, 3a sont destinées à recevoir le liquide à mesurer et elles sont reliées par deux robinets à trois voies 13, 14 à des conduits d'admission 15 et d'échappement 16 du fluide dont on veut mesurer le débit. Le fluide à mesurer peut être constitué par un liquide ou un gaz à pression constante. Les robinets 13 et 14 sont commandés par des moyens connus notamment un ensemble électromécanique, à partir des impulsions électriques émises par les organes détecteurs 9, 10 et 9a, lOa, lesdites impulsions étant en même temps, envoyées sur un compteur électromécanique ou électronique non représenté au dessin qui enregistre ainsi chaque volume de liquide traversant les chambres 4, 4a. Le dispositif suivant l'invention fonctionne de la manière suivante La chambre 4a est en communication avec le conduit d'échappement 16 de telle sorte que le liquide se trouvant dans ladite chambre s'écoule par le conduit 16. La chambre 4 étant reliée au conduit d'admission 15 le liquide pénètre dans la chambre 4 et repousse la paroi déformable 3 qui agit par l'intermédiaire du liquide intermé- diaire 12, sur la colonne de liquide 6 qui monte dans la branche 7a de telle sorte que l'extrémité 8a de ladite colonne vient interrompre le faisceau lumineux lla du couple optoélectronique 9a, 10a ; Celui-ci actionne alors par un circuit de commande électromagnétique, les robinets 13, 14, inversant ainsi les communications établies à l'origine et reliant la chambre 4 au conduit d'échappement 16 alors que la chambre 4a est reliée au conduit 15. En même temps une impulsion en provenance de l'organe détecteur 9a, 10a est envoyée au compteur qui enregistre ainsi le volume de liquide évacué de la chambre 4a. Ensuite le cycle recommence par une nouvelle phase å la fin de laquelle l'organe détecteur 9, 10 est actionné par la montée de la colonne liquide 6 dans la branche 12 de l'organe tubulaire. Dans le cas de micro-débits, l'organe tubulaire 1 en U présente un très faible diamètre et le liquide de la colonne 6 est dispose seulement dans la partie horizontale où ii sert d'index. A la figure 2 on a représenté un mode de réalisation simplifié ne comportant qu'un seul robinet à quatre voies 17 reliant les chambres 4, 4a aux conduits 15 d'admission et 16 d'échappement. Dans ce cas les chambres 4, 4a, sont munies respectivement d'un robinet de dégazage à une voie 18, 18a pour faciliter l'évacuation de l'air, lors de la première mise en service ou d'un changement de liquide. Pour la réalisation d'un doseur discontinu permettant de délivrer des doses prédéterminées, on utilise le même dispositif représenté aux figures 1 et 2 et décrit ci-dessus auquel est adjoint un prédéterminateur au compteur d'impulsions. Dans ce mode de réalisation le circuit de fluide à mesurer notamment les conduits 15 et 16 sont obturés lorsque le nombre d'impulsions enregistrées par le compteur est égal au nombre affiché sur le prédéterminateur. Par ailleurs, il est également possible de faire varier le volume cyclique par déplacement en hauteur des organes de détection 9, 10 et 9a, 10a ; ce qui permet un réglage en continu des doses à délivrer. Il est également possible de réaliser un dispositif de dosage continu en utilisant le dispositif décrit précédemment et représenté aux figures 1 et 2, dans lequel l'inversion des robinets 13, 14 s'effectue à une fréquence déterminée au moyen d'un cadenceur. Les organes détecteurs :9, 10 et 9a, 10a permettent alors de couper le circuit 15, 16 si les volumes de mesure sont remplis dans un temps plus court que la cadence imposée. A la figure 3 on a représenté une pompe doseuse qui est réalisée conformément au procédé suivant l'invention et qui comprend un organe tubulaire 1 en forme d'U renfermant une barrière de liquide 6 et muni à l'une de ses extrémités d'une enceinte 19 fermée par une paroi déformable 20 ou soufflet actionnée par un piston 21 dont la tige 22 est reliée a un organe moteur susceptible de lui communiquer un mouvement alternatif suivant la flèche F. A son autre extrémité l'organe tubulaire 1 est muni d'une enceinte 23 divisée par une paroi déformable 24 en deux chambres 25, 26 ainsi qu'il a déjà été décrit ci-dessus Comme dans l'exemple précédent l'espace compris entre les parois déformables 20 et 24 et l1extrémité 8, 8a de la colonne de liquide 6 est rempli d'un liquide intermédiaire 12, 12a qui est transparent et non agressif. De même des organes détecteurs 9, 10 et 9a, lOa de la position de la colonne de liquide 6 sont disposés en regard de chaque branche 7, 7a et sont constitués de couples optoélectro- niques. La chambre 25 de l'enceinte 23 est reliée par un robinet à trois voies 27 à un conduit d'admission 28 et à un conduit de refoulement 29 du fluide à pomper et à doser. La pompe doseuse suivant l'invention fonctionne de la manière suivante Lors du déplacement du piston 21 vers le bas, la paroi déformable 20 agit par le liquide intermédiaire 12 sur la colonne de liquide 6 qui se déplace vers la droite et repousse la paroi déformable 24 qui provoque le refoulement du liquide de la chambre 25 vers le conduit de refoulement 29 lorsque le robinet est dans la position représentée en trait interrompu. L'organe détecteur 9a, lOa fixe placé au plus haut niveau de la colonne de liquide 6 en fin de course, est actionné lorsque ladite colonne 6 viens en regard du faisceau lumineux lla provoquant la mise en communication de la chambre 25 avec le conduit d'admission 28 et la fermeture vers le conduit de refoulement 29. Ensuite le piston 21 se déplace en sens inverse vers le haut provoquant par 1' intermédiaire de la paroi déformable 20 et la colonne de liquide 6, le déplacement de la paroi déformable 24 vers le bas pour l'aspiration du liquide par le conduit 28 d'admission. Le second organe détecteur 9, 10 est monté de manière variable en position par rapport à la branche 7 de l'organe tubulaire I, toutefois, son fonctionnement est différent de l'organe détecteur 9a, loua, et il provoque la rotation en sens inverse du robinet 27 seulement lorsque l'extrémité 8 de la colonne de liquide 6 en s'abaissant dégage le faisceau lumineux ll de l'organe détecteur 9, 10. Jusqu'à cet instant, le liquide de la chambre 25 est refoulé par le robinet vers le conduit d'aspiration 28, bien que le piston 21 recommence une nouvelle course vers le bas pour le refoulement, et il ne peut donc y avoir aucun débit. Le volume de liquide refoulé à chaque coup de piston est donc déterminé par la position variable du second organe détecteur 9, 10, qui entraîne la variation réglable du débit. En variante et surtout pour les micro-débits, il est possible d'utiliser le montage décrit précédemment, c'est-à-dire un index de liquide se déplaçant horizontalement dans un tube de très faible diamètre. La variation de débit est alors obtenue par une variation de la vitesse de l'organe moteur entraînant le piston 21 et il est nécessaire dans ce cas de doubler le circuit 28, 29 d'aspiration et de refoulement afin d'obtenir un débit pratiquement continu. A la figure 4 on a représenté une pompe doseuse double basée sur le même procédé et qui comporte deux organes tubulaires 1, la en U dans lesquels sont disposées deux barrières liquides 6, 6a, lesdits organes tubulaires étant munis chacun à leurs extrémités comme décrit précédemment d'une paroi déformable 20, 24 et 20a, 24a, lesdites parois déformables 20, 20a étant actionnées en sens inverse par des pistons 21, 21a. Par ailleurs, les membranes 24, 24a délimitent des chambres 25, 25a destinées à recevoir le liquide à mesurer et à véhiculer, et, qui sont reliées à un conduit 31 d'admission et à un conduit 30 de refoulement par l'intermédiaire de vannes à trois voies 27, 27a. Le fonctionnement est identique à celui du dispositif de pompe doseuse représenté à la figure 3, toutefois les membranes 24, 24a fonctionnent en opposition de telle sorte que la chambre 25 est reliée au conduit d'admission 31 alors que la ciiarrtbre 25a est reliée au conduit 30 de refoulement et vice versa. Cette disposition permet de supprimer le temps mort de l'aspiration lors de l'utilisation de la pompe pour des micro-débits, car le réglage du débit s'effectue par la variation de la vitesse d'un moteur pas à pas actionnant les pistons 21, 21a. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportés par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de volume caractérisé en ce qu'on sépare par une barrière constituée par une colonne de fluide deux parois déformables, dont au moins l'une est motrice et dont au moins l'autre est réceptrice pour le déplacement d'un volume déterminé de fluide, le déplacement de la barrière fluide contrôlant l'admission et l'échappement du volume déterminé de fluide à mesurer. 2. Dispositif de mesure d'un débit de fluide conformément au procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un organe tubulaire dans lequel est disposée la barrière constituée par une colonne de fluide dont les ex trémi tés sont séparées des deux parois déformables par un fluide intermédiaire, ledit organe tubulaire étant relié à chacune de ses extrémités à une enceinte séparée par une paroi déformable divisant ladite enceinte en deux chambres dont l'une est remplie du fluide intermédiaire et dont l'autre est reliée sélectivement à des conduits d'admission et d'échappement du fluide à mesurer, les extrémités de la colonne de fluide formant barrière coopérant avec deux organes de détection de la position de ladite colonne de fluide, reliés à un compteur d'impulsions qui correspondent chacune à une inversion de la position de la colonne de fluide formant barrière et à un volume déterminé de fluide à mesurer. 3. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide formant barrière est un liquide opaque et le fluide intermédiaire un liquide transparent non agressif. 4. Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les organes détecteurs d'admission et d'(-happement du fluide à mesurer sont constitués par des couples optoElectroniques reliés au circuit de commande d'organes obturateurs disposés sur les conduits. 5. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractE- risé en ce que le fluide formant barrière est un liquide conducteur de l'électricité alors que le fluide intermédiaire est un liquide isolant, les organes détecteurs,étant constitués par des organes de contact disposés a l'intérieur de l'organe tubulaire et reliés au circuit de commande des organes obturateurs disposés sur les conduits d'admission et d'échappement du fluide à mesurer. 6. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi déformable est constituée d'un soufflet ou d'une membrane en élastomère ou en métal de nature appropriée à celle du fluide intermédiaire et a mesurer ou à pomper. 7. Dispositif selon les revendications 1 et 2, pour la délivrance de doses prédéterminées, caractérisé en ce que le compteur d'impulsions est relié à un organe prédéterminateur, de telle sorte que le circuit du fluide à mesurer soit coupé lorsque le nombre d'impulsions enregistré dans le compteur est égal au nombre d'impulsions affiché sur le prédéterminateur. 8. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, pour la délivrance de doses réglables, caractérisé en ce que les organes de détection de la position de la colonne formant barrière sont montés de façon réglable par rapport au conduit tubulaire permettant une variation du volume cyclique 9. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, pour le dosage en continu, caractérisé en ce qu'un dispositif cadenceur est relié au compteur d'impulsions et contrôle la fréquence des impulsions correspondant à l'inversion de la position des organes obturateurs. 10. Dispositif de pompe doseuse conformément au procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'un organe tubulaire renfermant la barrière fluide est muni à l'une de ses extrémités d'une paroi déformable en contact avec le fluide intermédiaire et commandée par un piston relié à un organe moteur et à son autre extrémité d'une enceinte séparée par une paroi déformable en deux chambres dont l'une est remplie d'un fluide intermédiaire et dont l'autre est reliée sélectivement a des conduits d'admission et d'échappement du fluide à mesurer. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la course utile de la barrière fluide est réglée par un déplacement des organes détecteurs de position de ladite barrière. 12. Dispositif de pompe doseuse double suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend deux organes tubulaires comportant chacun une barrière de fluide coopérant avec deux organes de détection et deux parois déformables dont l'une est commandée par un piston et dont l'autre sépare une cavité en deux chambres contenant respectivement le fluide intermédiaire et le fluide à mesurer, les chambres de fluide a mesurer étant reliées à un conduit d'aspiration et à un conduit de refoulement du fluide à mesurer.