Brevet FR2368034A1 — publié le 19780512

La présente invention concerne un détecteur de bulle passant dans un tuyau de matière isolante rempli de liquide, du type comprenant une électrode émettrice reliée à un générateur de signal électrique périodique, une électrode réceptrice, des moyens pour maintenir un tronçon de tuyau à surveiller entre lesdites électrodes, un circuit de détection relié à ltélectrode réceptrice et fournissant un signal dit de détection dont le niveau est fonction du niveau de rayonnement reçu par l'électrode réceptrice. Avec un tel détecteur, on peut détecter des bulles passant entre les électrodes en comparant le niveau du signal de détection avec un niveau de référence. L'expérience montre cependant que le système est mis en défaut lorsque l'on cherche à détecter des bulles au sein de liquides de conductivité variée. En effet, le niveau de référence doit être choisi suffisamment élevé pour rester toujours supérieur au niveau du signal de détection lors de l'utilisation d'un liquide peu conducteur (eau distillée avec corps neutre dissous par exemple). Tant que le tube est neuf (tube en PVC par exemple), ses parois ne sont pas mouillées par le liquide et l'ensemble fonctionne correctement. Lorsque le tube vieillit, sa mouillabilité augmente. Quand une bulle apparaît, un film de liquide reste sur la paroi. Si ce film est constitué de liquide non conducteur, l'effet d'écran reste négligeable et la transmission du rayonnement électromagnétique entre les électrodes est suffisante pour dépasser le niveau de référence. Par contre, si le liquide est conducteur (H20 + ions par exemple) le film restant sur la paroi engendre un effet d'écran résiduel important, supérieur à l'effet d'écran obtenu avec le tube rempli de liquide peu conducteur I1 est donc impossible d'adapter simultanément le détecteur à l'utilisation de liquides peu et très conducteurs. L'invention a notamment pour but d'éliminer cet inconvénient. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que le détecteur de bulle comporte en outre un détecteur d'accroissement du signal de détection. Avantageusement, un blindage métallique entoure les électrodes et le tronçon de tuyau à surveiller. Avantageusement, le détecteur d 'accroissement du signal de détection comprend une mémoire pour enregistrer le niveau bas du signal de détection et un comparateur comparant ce niveau bas avec le niveau réel du signal de détection et fournissant un signal de commande dès que ledit niveau réel dépasse ledit niveau bas d'un certain incrément. Avantageusement, le détecteur d'accroissement comprend un circuit dérivateur RC monté en série entre la sortie du circuit de détection et une entrée d'un comparateur dont l'autre entrée est à un potentiel stable, le condensateur dudit circuit RC étant adjacent audit circuit de détection, un interrupteur étant branché en parallèle aux bornes de la résistance du circuit dérivaçeur. Avantageusement, le détecteur d'accroissement comprend un circuit intégrateur RC monté en série entre la sortie du circuit de détection et une entrée d'un comparateur, le condensateur dudit circuit RC étant adjacent audit comparateur, un interrupteur étant branché en parallèle aux bornes de la résistance du circuit intégrateur, l'autre entrée du comparateur étant reliée au circuit de détection par l'intermédiaire d'un abaisseur de tension. Avantageusement, les valeurs de la résistance et du condensateur du circuit RC sont choisies de manière à réaliser une constante de temps supérieure au temps de passage d'une bulle entre les électrodes, mais inférieure à une certaine valeur, afin de permettre à l'appareil de s'adapter à des changements de conductivité du liquide circulant dans le tuyau. Avantageusement, l'interrupteur est à temporisation. Avantageusement, dans le cas où ledit détecteur de bulle est appliqué aux appareils de perfusion à pompe de circulation, il comprend des moyens de mise en service de la pompe commandant également la fermeture de l'interrupteur associé au circuit RC. L'invention réalise donc un détecteur de bulle de construction simple et adaptable à tout liquide conducteur ou non, quel que soit l'état d'usure du tuyau utilisé. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre en perspective une cellule de détection selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une coupe schématique suivant le plan Il-Il de la figure 1 ; - la figure 3 est un diagramme en fonction du temps du signal de détection au moment du passage d'une bulle - les figures 4a et 4b montrent des diagrammes en fonction du temps du signal de détection respectivement dans le cas d'un tuyau neuf et d'un tuyau vieux - la figure 5 est le schéma d'un détecteur de bulle selon un premier mode de réalisation ; et - la figure 6 est le schéma d'un détecteur de bulle selon un second mode de réalisation. Le détecteur de bulle représenté aux dessins est destiné à détecter des bulles passant dans un tuyau en matière isolante 1 dans lequel circule un liquide. Le tuyau 1 fait partie de la tubulure d'un appareil de perfusion et le liquide contenu dans ce tuyau est mis en circulation au moyen d'une pompe, par exemple du type pEristaltique, Le tuyau l-est engagé dans un boitier métallique 2 par une fente latérale 3 de ce dernier. Dans le bottier 3 et de part et d'autre du tuyau ï, sont disposées deux plaques 4 et 5 électriquement conductrices et parallèles entre elles. Un oscillateur 6 alimente en signal électrique haute fréquence, par exemple de 1 z sous 100 Volts, la plaque 4. Le bottier 3 est relié à la terre par la liaison 7. La plaque 4, dite électrode émettrice, émet un rayonnement électrique de haute fréquence qui atteint l'autre plaque dite électrode réceptrice 5 après avoir traversé le tronçon de tuyau 1 situé dans le bottier 2. Le bottier 2 empêche tout rayonnement électrique extérieur d'atteindre la plaque réceptrice. Un circuit de détection 8 relié à la plaque réceptrice 5 fournit un signal,dit de détection, dont le niveau est fonction du niveau de rayonnement reçu par ladite plaque 5. Lorsque le tuyau 1 est vide, la transmission du rayonnement haute fréquence d'une plaque à l'autre est relativement bonne. En revanche, lorsque ce tuyau 1 est rempli de liquide électriquement conducteur, ce liquide fait écran entre les plaques 4 et 5 et s'oppose au passage d'une partie du rayonnement d'une plaque à l'autre. On peut ainsi détecter le passage de bulles dans le tuyau I en comparant, dans un comparateur 9, le niveau du signal fourni par le circuit de détection 8 avec un niveau de référence judicieusement choisi amené par le conducteur 10. La figure 3 montre que le niveau de référence choisi A doit être situé entre des niveaux B et C du signal de détection correspondant, respectivement, à l'absence et à la présence d'une bulle dans le tuyau 1 entre les plaques 4 et 5. Ainsi, comme le montre la figure 3, le diagramme en fonction du temps 11 du signal de détection au moment du passage d'une bulle dans le,tuyau 1 comprend une première partie horizontale lla de niveau bas B s'étendant pendant le temps précédant le passage de la bulle et une deuxième partie horizontale llb de niveau haut C s'étendant pendant la durée du passage de la bulle. I1 faut noter que le niveau B dépend fortement de la conductivité électrique du liquide se trouvant dans le tuyau 1. Les figures 4a et 4b montrent chacune deux diagrammes ll et ll correspondant à l'utilisation, respectivement, d'un liquide 2 peu conducteur (par exemple eau distillée contenant un corps neutre en solution) et d'un liquide conducteur (par exemple eau + ions). I1 faut également noter que la mouillabilité d'un tuyau - c'est-à-dire l'aptitude de ses parois à être mouillées par le liquide - augmente au fur et à mesure que ledit tuyau vieillit, notamment lorsque ce tuyau est en matière plastique telle que le PVC. La figure 4a correspond à un tuyau neuf et la figure 4b correspond à un tuyau vieux Un examen comparatif des figures 4a et 4b permet de voir que, tant que le tuyau 1 est neuf, il est toujours possible de choisir une fois pour toute un niveau de référence A qui soit situé entre les niveaux bas et haut des signaux de détection correspondant à l'utilisation de liquides de conductivités variées. En revanche, lorsque le tuyau I est vieux, au moment de l'apparition d'une bulle, un film de liquide reste appliqué sur la paroi du tuyau. Si le liquide est conducteur (cas du diagramme 112), le film resté sur la paroi réalise un effet d'écran résiduel important, supérieur à celui correspondant à l'utilisation d'un liquide peu conducteur (cas du diagramme 111). Dans ces conditions, il n'est pas possible de trouver un niveau de référence fixe A convenant à la fois à un liquide conducteur et à un liquide peu conducteur. Pour résoudre cet inconvénient, on propose, conformément à l'invention, de disposer un détecteur d'accroissement de signal à la sortie du circuit de détection 8. Ce détecteur d'accroissement de signal doit être adapté pour ne détecter que les accroissements rapides de signal correspondant au passage d'une bulle entre les électrodes 4 et 5. Les figures 5 et 6 donnent deux versions possibles de ce circuit détecteur d'accroissement de signal, mais il doit être entendu que l'invention ne se limite pas à ces deux versions. Selon le mode de réalisation de la figure 5, le circuit comprend:un condensateur 12 branché entre la sortie du circuit 8 et une entrée 13a d'un comparateur de niveau à haute impédance d'entrée 13 ;un interrupteur 14 branché entre l'armature aval 12a du condensateur 12 et la terre, et une résistance de haute valeur 15 branchée en parallèle sur l'interrupteur 14. Ce dernier est un interrupteur électronique à temporisation. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant : au moment de la mise en route de l'appareil de perfusion, le liquide est mis en circulation dans le tuyau 1 au moyen de la pompe mentionnée plus haut. Simultanément, l'interrupteur électronique 14 est fermé et sa fermeture est maintenue durant un temps de l'ordre d'une seconde par la temporisation. La fermeture de l'intexrup- teur 14 permet de charger le condensateur 12 à la tension du signal de détection correspondant à l'absence de bulle dans le troncon observé du tuyau 1. Ceci équivaut à une mise en mémoire du niveau bas B du signal de détection. L'autre entrée 13b du comparateur 13 est mise, par l'intermédiaire du conducteur 16, à un potentiel légèrement positif dont le niveau définit la sensibilité du détecteur de bulle. Après l'ouverture de l'interrupteur 14, lorsqu'une bulle apparat entre les electrodes 4 et 5, le niveau du signal de détection monte. La polarisation du condensateur 12 restant constante, la tension de l'armature 12a montera de la même quantité & V que le niveau du signal de détection. Si cette quantitéV V est supérieure à la valeur du potentiel de l'entrée 13b1 le comparateur 13 se déclenche et met un signal commandant une alarme non représentée. Ce signal peut également arrêter le moteur de la pompe afin d'empêcher tout passage d'air dans le liquide injecté en perfusion. La résistance 15 définit avec le condensateur 12 une constante de temps RC dont les valeurs typiques sont généralement de quelques minutes. Cette constante de temps doit être supérieure au temps de passage d'une bulle entre les électrodes. Mais cette constante de temps doit être suffisamment faible pour permettre à l'appareil de s'adapter à des changements éventuels de conductivité du liquide en cours d'injection. Alors que le circuit de la figure 5 utilise le principe de la dérivation, le condensateur 12 et la résistance 15 formant un circuit dérivateur, le circuit de la figure 6 utilise le principe de l'intégrateur. Selon la figure 6, le circuit détecteur d'accroissement de signal comprend : un condensateur 17 dont l'une des armatures 17a est reliée à la terre et dont l'autre armature 17b est reliée, d'une part, à une entrée 18a d'un comparateur à forte impédance d'entrée 18 et, d'autre part, à la sortie du circuit de détection 8, par l'intermédiaire d'un interrupteur 19. La sortie du circuit 8 est également reliée à la borne extrême 2Oa d'un diviseur de tension 20 dont la borne médiane 20b est con nectée à l'autre entrée 18b du comparateur 18, l'autre borne extrême 20c du diviseur 20 étant à la terre. Une résistance de grande valeur 21 est branchée en parallèle sur l'interrupteur 19 ; ce dernier est du type électronique à temporisation. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant Au moment de la mise en route de l'appareil de perfusion, le moteur de la pompe est alimenté et le liquide est mis en circulation dans le tuyau 1. Simultanément, l'interrupteur 19 est fermé et maintenu dans cet état durant une seconde par la temporisation. La fermeture de l'interrupteur 19 permet la charge du condensateur 17 à la tension du signal de détection correspondant b l'absence de bulle dans le tronçon obsérvé du tuyau 1. Ceci équivaut à une mise en mémoire du niveau bas B du signal de détection. Après l'ouverture de l'interrupteur 19, lorsqu'une bulle apparaSt entre les électrodes 4 et 5, le niveau du signal de détection monte. La polarisation du condensateur 17,et donc celle de l'entrée 18a du comparateur 15, reste constante. La tension de l'entrée 18b va en revanche monter d'une fraction de l'accroissement du niveau du signal de détection, cette fraction étant déterminée par le coefficient du diviseur 20. La montée du potentiel de l'entrée 18b déclenche le comparateur 18 qui fournit alors un signal commandant l'alarme et provoquant l'ar rêt de la pompe. Comme dans le cas précédent, la résistance 21 détermine avec le condensateur 17 une constante de temps RC qui doit être supérieure au temps de passage d'une bulle entre les électrodes 4 et 5, mais qui doit être suffisamment faible pour permettre l'adaptation de l'appareil à des changements de la conductivité du liquide en cours de perfusion. Le diviseur 20 détermine le niveau du déclenchement du comparateur 18, et donc la sensibilité de la détection des bulles. Ce détecteur 20 peut être remplacé par tout autre moyen d'abaissement de la tension du signal de détection. Il est à noter que l'on peut définir chacun des circuits RC (dérivateur ou intégrateur) des figures 5 et 6 comme une mémoire qui reçoit en permanence le signal de détection, mais qui ne retient la valeur de ce signal que si cette valeur reste constante au moins pendant une certaine durée égale 8 la constante de temps RC de ce circuit. Cette mémoire fournit d un circuit de comparaison et de commande la valeur de signal de détection qu'elle a retenue afin que ledit circuit compare cette valeur à la valeur instantanée du signal de détection et gXnbre un signal de commande dès que la différence entre ces deux valeurs dépasse un certain seuil. On peut remarquer que ce seuil est constant dans le cas de la figure 5, alors que, dans le cas de la figure 6, il est fonction de la valeur instantanée du signal de détection. Ainsi, dans les modes de réalisation des figures 5 et 6, la technologie mise en oeuvre est simple et l'appareil n'est pas gêné par l'existence d'éventuelles souillures conductrices pouvant s'interposer entre les électrodes 4 et 5. De plus, il ne nécessite aucun réglage. L'appareil peut être couplé à un circuit de bascule de façon à retenir le passage d'une bulle. I1 peut être aisément associé au système mécanique fixant la tubulure dans le stator d'une pompe péristaltique de perfusion non représentée. Le détecteur de bulles conforme à l'invention commande le fonctionnement d'une alarme non représentée et le blocage du moteur de la pompe afin d'empêcher tout passage d'air dans la perfusion du sujet. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur de bulle passant dans un tuyau de matière isolante rempli de liquide, du type comprenant un capteur comprenant : un élément d'émission,un élément de réception recevant un rayonnement émis par l'élément d'émission, des moyens pour maintenir un tronçon de tuyau à surveiller entre lesdits éléments, un circuit de détection relié à l'élément de réception et fournissant un signal dit de détection dont le niveau est fonction du niveau de rayonnement reçu par l'élément de réception, et un circuit détecteur de variation du signal de détection comprenant une mémoire recevant le signal de détection et ne retenant la valeur de ce signal que si cette dernière reste constante pendant une durée prédéterminée supérieure au temps de passage d'une bulle entre les éléments du capteur mais inférieure à une certaine valeunafin de permettre à l'appareil de s'adapter à des changements progressifs de propriété du liquide et un comparateur comparant cette valeur retenue avec le niveau réel instantané du signal de détection et fournissant un signal de commande dès que ledit niveau réel dépasse ladite valeur diminuée d'un certain incrément, caractérisé en ce que l'élément d'émission du capteur comprend une électrode dite émettrice reliée à un générateur de signal électrique pér-iodique, en ce que l'élément de réception comprend une électrode dite réceptrice reliée audit circuit de détection et en ce que des moyens sont prévus pour relier à la terre le liquide se trouvant dans le tronçon de tuyau à surveiller. 2. Détecteur de bulle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise à la terre comprennent une troisième électrode reliée à la terre et placée à l'extérieur du tuyau. 3. Détecteur de bulle selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un blindage métallique entoure les électrodes et le tronçon de tuyau à surveiller. 4. Détecteur de bulle selon la revendication 3, caractérisé en ce que le blindage métallique constitue la troisième électrode du capteur. 5. Détecteur de bulle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit détecteur de variation de signal comprend un circuit dérivateur RC monté en série entre la sortie du circuit de détection et une entrée d'un comparateur dont l'autre entrée est à un potentiel stable. 6. Détecteur de bulle selon la revendication 1, caract & sé en ce que ledit détecteur de variation comprend un circuit intégrateur RC monté en série entre la sortie de circuit de détection et une entrée d'un comparateur, l'autre entrée du compa rateur étant reliée au circuit de détection par I'intermediaire d'un abaisseur de tension. 7 Détecteur de bulle selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un interrupteur branché en parallèle sur la résistance du circuit RC. 8. Détecteur de bulle selon la revendication 7, caracté risé en ce que l'interrupteur est à temporisation. 9. Détecteur de bulle selon la revendication 8, caracté risé en ce que, dans le cas où ledit détecteur de bulle est appli qué aux appareils de perfusion à pompe de circulation, il comprend des moyens de mise en service de la pompe commandant également la fermeture de l'interrupteur associé au circuit RC.