Brevet FR2410817A1 — publié le 19790629

La présente invention.est relative aux moyens de contrôle et de détection du changement d'un produit liquide ou semi-liquide de nature quelconque en un produit partiellement au moins figé, gelé ou coagulé. Dans de très nombreux domaines d'application, il importe de pouvoir détecter le changement d'état d'un produit liquide ou semi-liquide de façon à pouvoir commander ultérieurement avec précision la succession de processus subséquents s 'inscrivant dans le déroulement d'un traitement ou d'une transformation, soit du produit lui-meme, soit d'un procédé de mise en oeuvre dont il est l'objet. A titre d'exemple, on peut, parexemple; citer la détection du temps de coagulation de liquides organiquesRnotamment de sang, pour l'appréciation du bon déroulement d'un processus de traitement tel que de dialyse dont il fait l'objet, la détection du moment de gélification d'un produit alimentaire devant etre soumis à une phase ultérieure de préparation, de cuisson ou meme d'apport d'un produit additionnel nécessaire ou encore, par exemple, la détection du durcissement de produits industriels dont il importe de pouvoir déterminer le taux de concentration relative des différents composants pour le début d'un cycle de transformation ultérieure ne pouvant intervenir qu'à partir du changement d'état constaté. Pour tenter de répondre à l'exigence ci-dessus, on a proposé un certain nombre de solutions techniques faisant intervenir différents procédés. L'une de ces solutions consiste à mettre en oeuvre un circuit magnétique plongé dans le produit à contrôler et à rendre mobile l'un des éléments du circuit magnétique de manière à mesurer les variations de flux selon les déplacements imposés à l'élément mobile,de façon à apprécier la variation dudit flux lorsque l'élément mobile est immobilisé au sein du produit durci.Une telle solution ne permet pas de donner pleinement satisfaction étant donné qu'elle est dépendante de la précision de la mesure magnétique, de l'obligation de faire tourner les pôles magnétiques par lesquels la mesure de variation de flux est effectuée, de l'influence du milieu liquide sur la perméabilité magnétique du circuit créé, ainsi notamment que de l'interférence nuisible entre des circuits proches, comme cela est le cas pour des chargeurs ou râteliers disposés côte-à-côte et/ou comportant chacun une pluralité de tubes à essai. On a proposé également de faire traverser le milieu à contrôler par un courant électrique amené par l'intermédiaire de deux électrodes. Une telle solution consiste à mesurer la variation de résistivité en fonction de la transformation ou du changement d'état du milieu. Une telle méthode ne permet pas d'obtenir des résultats particulièrement sûrs, étant donné que les expériences menées jusqu'à présent ont permis de constater que, pour un meme milieu, les essais effectués ne permettaient pas d'obtenir des relevés constants et qu'une certaine dispersion des résultats, en fonction de conditions difficilement maftrisables, pouvait, dans de nombreux domaines d'application, conduire à des résultats différents de ceux recherchés.Par ailleurs, une telle méthode est totalement dépendante du caractère conducteur du milieu liquide et ne peut etre mise en oeuvre pour des milieux liquides non conducteurs On a proposé aussi des dispositifs mettant en oeuvre une lecture optique de la variation d'opacité du milieu en fonction de son durcissement, de sa gélification ou de sa coagulation. Si une telle méthode peut parfois donner des résultats convenables, IL faut noter qu'elle nécessite la mise en oeuvre d'un appareillage relativement complexe, fragile et comateux qui ne peut que difficilement, sinon pas du tout, être adapté à la détection de changement d'état sur des râteliers ou chargeurs de tube à essai disposés parallèlement les uns aux autres en ne présentant qu'un très faible écartement entre eux. La présente invention vise à résoudre le problème ci-dessus en supprimant totalement les inconvénients connus des solutions techniques jusqutà ce jour retenues et en proposant un détecteur de changement d'état particulièrement simple, peu couteux, fiable et précis susceptible de fournir des résultats constants reproductibles et pouvant etre mis en oeuvre indifféremment pour des solutions ou des produits liquides de nature conductrice ou non. L'objet de l'invention est, en outre, conçu pour etre aisément adapté, d'une part, à la solution de détection du moment ou changement d'état du milieu liquide à contrôler, mais aussi pour permettre l'établissement de la mesure du temps intervenant entre l'état primaire et le changement d'état subi par ledit milieu afin de rendre possible, le cas échéant, l'établissement d'une mesure comparative par rapport à une valeur de référence prédéterminée. Selon l'invention, le procédé, pour détecter le changement d'état d'un produit liquide ou semi-liquide mettanten oeuvre une dose de produit à contrôler dans une cellule de transformation dans laquelle on dispose un agitateur au moins partiellement conducteur et ma en rotation par un aimant tournant J consiste à créer, à l'intérieur de la cellule, un circuit électrique interne avec l'agitateur et traversant le milieu, à appliquer audit circuit-un courant électrique constant, puis à mesurer les variations cycliques de résistance électrique dudit circuit interne produites par la rotation-de l'agitateur pour détecter le changement brutal du signal cyclique de résistance due à l'immobilisation de l'agitateur par le -changement d'état de la dose de produit. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description ci-dessous faite en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique partie en coupe de l'objet de l'invention. La fig. 2 est un diagramme illustrant un exemple de détection et de mesure de changement d'état d'un produit liquide. La fig. 3 est un diagramme comparatif illustrant l'exploitation faite du signal de détection fourni par le détecteur de l'invention en vue de sa transformation en un signal de commande exploitable. Le détecteur conforme à l'invention comprend une cellule réceptrice 1 de transformation du produit liquide ou semi-liquide à contrôler. Cette cellule est, par exemple, constituée par un tube 2 fermé à son extrémité basse et ouvert à son extrémité haute pour permettre son remplissage de toute façon convenable. Le tube 2 est réalisé en une matière non conductrice de l'électricité et peut être produit de toute façon appropriée à la nature de la matière utilisée. Le tube 2 comporte, de préférence, à proximité de son fond 3 deux électrodes 4, par exemple diamétralement opposées, dont une partie de leur surface au moins est rendue accessible par rapport au volume intérieur délimité par le tube 2. Les électrodes 4 sont reliées par deux conducteurs 5 à un géné- rateur 6 de courant constant dont les caractéristiques particulières sont fonction du milieu à contrôler. Le tube 2 contient intérieurement un agitateur 7 qui est constitué par un corps libre pouvant affecter toute forme désirée. Par exemple, le corps libre comporte une base 8, de préférence de forme cylindrique dont le diamètre extérieur avoisine par défaut le diamètre intérieur du tube 2. La base 8 est disposée à proximité du fond 3 et dans l'exemple illustré sensiblement au moins en partie dans le plan des parties de surface des électrodes 4 accessibles à l'intérieur du volume du tube 2. Dans certains cas ou formes de réalisation, il peut etre avantageux de prolonger la base 8 par un appendice 9 formant un téton de centrage destiné à coopérer avec une dépression ou un trou borgne 10 correspondant ménagé à cet effet dans le fond 3 du tube 2.Le corps agitateur 7 est réalisé en une matière non conductrice et comporte dans sa base 8 un barreau 11 en matière conductrice occupant une orientation diamétrale par rapport à la base 8 et comportant deux extrémités affleurant la périphérie extérieure de ladite base en deux points diamétralement opposés. L'agitateur 7 est, de préférence, complété par une queue verticale 12 faisant saillie à partir de la base 8 en présentant une section inférieure à cette dernière. La queue 12, de forme polygonale ou à méplat, se termine par une tete 13 réalisée pour présenter toute forme convenable hormis celle de révolution et, dans l'exemple représenté, la forme d'une tete cruciforme. Le tube 2 est par ailleurs muni intérieurement d'au moins une butée 14 saillant à partir de la surface périphérique intérieure du tube pour etre de préférence placée au niveau de la queue 12 lorsque l'agitateur 7 repose sur le fond 3. La cellule de détection est complétée par un organe 15 d'entrainement en déplacement de l'agitateur 7. Cet organe 15 est constitué par un moto-réducteur électrique 16 dont l'arbre de sortie, situé dans l'axe du tube 2, porte perpendiculairement à sa direction un aimant 17 qui est placé parallèlement et au plus près de la face extérieure du fond 3 du tube 2. La cellule de détection est, par ailleurs, complétée par un appareil de mesure 18 de la résistivité du circuit électrique interne à la cellule et constitué par les électrodes 4 et au moins le barreau conducteur 11. Cet appareil de mesure est, par exemple, branché par des conducteurs 5a aux conducteurs 5 reliant le générateur 6 aux électrodes 4. La cellule réceptrice de transformation décrite ci-dessus présente, lorsqu'elle est remplie d'une dose de produit liquide ou semi-liquide à contrôler, une résistance électrique de valeur déterminée pour un courant électrique appliqué aux conducteurs 5 et devant traverser l'ensemble de la cellule et du milieu liquide entre les électrodes 4. Cette résistance électrique dépend, bien entendu, de la position relative du barreau métallique 11 de l'embase 8, c'està-dire de l'orientation angulaire relative qu'il possède par rapport à l'axe diamétral joignant les électrodes 4. I1 s'ensuit que si le moteur 15 est alimenté pour faire tourner l'aimant 17, ce dernier entraide, par effet magnétique, le barreau conducteur 11 qui, par conséquent, fait tourner l'agitateur 7.Pour chaque tour de rotation, le barreau conducteur Il est donc amené à se présenter deux fois par tour, exactement dans l'axe diamétral joignant les électrodes 4 et, par conséquent, à former avec ces dernières, ainsi éventuellement qu'avec la fraction résiduelle de produits liquides séjournant aux interfaces, un circuit interne dont la résistance électrique dé croit deux fois par tour en prenant, au contraire, entre chaque décroissance, des valeurs croissantes successives. Ces variations de résistance électrique sont illustrées par la fig. 2 qui montre que le tracé présente des variations successives du meme ordre pour un fonctionnement de la cellule dans des conditions constantes correspondant à une rotation non entravée de l'agitateur 7 à l'intérieur du milieu liquide ou semi-liquide à contrôler. Lorsque ledit milieu change d'état, c'est-à-dfre se durcit, se fige, se gèle ou se coagule, soit en fonction du mouvement d'agitation qui lui est imprimé par l'agitateur 7, soit en résultat de l'homogénéisation d'un produit additionnel durcissant ou gélifiant introduit ou faisant partie des composants du milieu liquide, l'agitateur 7 est emprisonné dans la masse plus compacte qui se forme et qui se trouve elle -méme immobilisée angulairement par la butée 14.Dans un tel état, le barreau conducteur -11 occupe une position relative pouvant etre considérée comme fixe par rapport aux électrodes 4 et de la position angulaire faite par son axe longitudinal par rapport au diamètre joignant les électrodes 4 dépend la valeur de résistivité du circuit électrique interne à la cellule. 1l s'ensuit que malgré la rotation de l'aimant 17, le base reau 11 est immobilisé et que, par conséquent, la résistance électrique du circuit interne en est modifiée et se traduit, comme représenté à la fig. 2, par une variation sensible et remarquable de la courbe telle qu'illustrée à partir du point P.Au-delà de ce point, la fig. 2 montre que la courbe présente des variations d'amplitudé et de fréquence qui sont, - en réalité, dues à un effet sle battement ou d'oscillation affectant l'agitateur 7 en déplacements angulaires alternés lors de chaque passage de l'aimant 17, tant que la masse qui l'immobilise lui autorise une telle plage angulaire d'oscillation. L'examen de la fig. 2 montre que, dans tous les cas cependant, la courbe de résistance du circuit interne de la cellule 1 subit une variation sensible pouvant être parfaitement détectée de façon indubitable à partir de moyens d'enregistrement graphiques commandés par l'appareil 18 de mesure de résistivité. Dans ce qui précède, il est indiqué que le barreau conducteur 11 affleure la surface périphérique de la base 8 de manière à pouvoir établir une liaison électrique avec les électrodes 4 lors de la rotation. Une telle solution trouve une application préférée dans le cas où le milieu ou le produit semi-liquide est de nature non conductrice, comme cela peut etre le cas par exemple d'un produit colloidal ne subissant pas, a proprement parlé, un changement d'état. Dans d'autres domaines d'application, il peut etre envisagé d'utiliser toujours un barreau métallique conducteur ll dont les extrémités sont toutefois disposées en retrait de la surface périphérique de la base 8 lorsque le milieu ou le produit liquide à contrôler est, au contraire, un milieu conducteur. Dans un tel cas, le milieu contribue à l'établissement du circuit électrique interne au tube 2 dont la variation de résistance est influencée par l'orien- tation relative du barreau conducteur 11. Dans le cas envisagé ci-dessus, il peut aussi etre prévu de noyer totalement le barreau dans la base 8 dont la position relative modifie quand meme la résistance du circuit électrique comprenant les électrodes et le milieu. La mise en oeuvre d'un milieu conducteur permet aussi d'envisager de placer les électrodes 4 ailleurs qutà la base du tube et meme selon un plan différent de celui du barreau. La cellule de détection et de transformation peut etre mise en oeuvre pour des produits liquides de toute nature et meme pour des produits organiques tels que du sang et, dans un tel cas, il est avantageux d'appliquer aux électrodes 4 un courant constant alternatif de manière à éviter 1'hémolyse qui résulterait de l'application d'un courant continu pouvant etre utilisé pour d'autres produits. Dans un tel exemple d'application, il est avantageux d'utiliser un courant constant alternatif de fréquence comprise entre 1000 et 10 000 hertz ayant par exemple une intensité de l'ordre de 100 micro-ampères. Par tailleurs, de manière à ne pas perturber le processus de coagulation par la rotation de l'agitateur 7 à l'intérieur du tube, il est préférable de régler la vitesse de rotation de l'aimant 17 entre trois à dix tours par minute et, de préférence, à six tours par minute. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'objet de l'invention consiste donc à créer un circuit interne électrique dans la cellule 1 et à mesurer la variation de résistance électrique découlant de la rotation d'un élément mobile contribuant à l'établissement du circuit interne pour détecter le changement significatif, précis, indubitable et certain de la variation de résistance électrique du circuit interne lorsque la prise, la gélification, le figement ou la coagulation du milieu ou produit liquide ou semi-liquide à contrôler a en traîné l'immobilisation de l'organe mobile.Une telle mise en oeuvre permet de disposer d'une grande précision de détection pour un appareil de faible en combrement qui ne présente aucun des inconvénients accompagnant les solu tions actuellement retenues et qui sont généralement notamment ceux de com plexité de construction, de problème- de contact ou de frottement entre les éléments constitutifs de la cellulé et d'interférence entre deux cellules voi sines ou contigus devant donner lieu à des mesures séparées indépendantes de produits liquides ou semi-liquides de nature identique ou différente. Si l'objet de l'invention peut étre mis en oeuvre indépendamment pour des pro duits conducteurs ou non, il faut noter que ces produits peuvent aussi être opaques ou non. La mise en oeuvre du détecteur selon l'invention consistant à utiliser, en tant que moyen de détection, la variation de résistance électrique d'un circuit interne à la cellule de détection -et de transformation, permet, de façon sup plémentaire, de pouvoir disposer d'un moyen commode pour bénéficier de l'obtention d'un signal électrique exploitable pour la commande ou pour le déclenche ment de tout appareil ou processus devant prendre en compte le chan gement d'état du milieu à contrôlés. En effet, l'appareil de mesure 18 peut être relié à une chaise d'exploitation 19.Dans un tel cas, la variation de la résistance électrique du circuit interne de la cellule 1, est mesurée par l'ap- pareil 18 qui fournit un signal de sortie, du type de celui de la courbe A de la figure 3, dans laquelle est figuré le- point P correspondant à la modification de la résistance électrique résultant de l'immobilisation de l'agitateur 7.Le si gnal électrique du type de la courbe A est appliqué à un dispositif de mise en forme 20, par exemple, du type connu dans la technique sous la dénomination de Trigger de Schmitt, chargé de mettre en forme le signal reçu pour lui donner, par exemple, Il conformation ilhlstrée par la courbe B, Le signal issu du dispositif 20 est ensuite rappliqué à un générateur d'impulsion mono stable 21 destiné à engendrer, tel que cela apparat sur la courbe C, la for mation d'impulsions qui sont fournies" pour ce qui concerne la partie de la courbe de la fig. 2 en amont du point P, à intervalles constants t' La sor tie du générateur d'impulsions monos tables 21 est appliquée à l'entrée d'un détecteur 22 d'absence d'impulsion fournissant, lors du fonctionnement normal correspondant à la partie de la courbe située en amont du point P, un signal de sortie continu du type de celui représenté par la courbe D. La comparaison des courbes A et D permet de constater qu'au moment de la variation brutale de résistance électrique, c'est-à-dire de la naissance du point P, la courbe d'impulsions C présente une rupture dans sa continuité et cette rupture, d'une durée T supérieure à la période t' entre deux impulsions successives, interrompt le fonctionnement continu du détecteur 22 qui fournit alors un signal correspondant à l'absence d'impulsion perçue. Le signal fourni par le détecteur 22 peut alors être exploité pour commander toutes opérations successives subséquentes pouvant etre envisagées et correspondant à la mise en oeuvre du produit contrôlé. Selon un développement de l'invention, il peut être avantageux de compléter la channe de transformation décrite ci-dessus par une chaine 23 de comptage, également représentée à la fig. 1. Dans une telle chaume, il est possible d'utiliser la tension de sortie du dispositif de mesure 18 et d'appliquer cette tension à un compteur-décompteur 25 auquel est également appliqué le signal de sortie du détecteur d'absence d'impulsion 22. Lors de la mise en fonctionnement du dispositif ci-dessus, le compteur 25 est déclenché automatiquement des le remplissage de la cellule 1 dont le circuit électrique interne présente une résistance qui varie alors de l'infini lorsque le tube est vide, à une valeur finie lorsque le tube est plein. La variation de résistance électrique résultant du remplissage est mesurée par le dispositif 18 puis appliquée au compteur 25 qui est alors déclenché de manière à marquer et à déterminer l'origine de la durée du processus de changement d'état présenté par le produit. Lors de la détection d'absence d'impulsion par le détecteur 22, le signal de sortie de ce dernier est alors appliqué au compteur 23 dont le fonctionnement est interrompu pour déterminer le second terme de la durée de la mesure du changement d'état et permettre un relevé ultérieur ou une appréciation immédiate lorsque le compteur est du type à affichage automatique. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail car diverses modifications peuvent y etre apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de détection du changement d'état d'un produit liquide ou semiliquide mettant en oeuvre une dose de produit à contrôler dans une cellule de transformation dans laquelle on dispose un agitateur au moins partiellement conducteur et mu en rotation par un aimant tournant, caractérisé en ce qu'on crée à l'intérieur de la cellule un circuit électrique interne avec l'agitateur et'traversant le milieu, en ce qu'on applique audit circuit un courant-éle ctrique constant, puis en ce qu'on mesure les variations cycliques de résistance électrique dudit circuit interne produites par la rotation de l'agitateur pour détecter le changement brutal du signal cyclique de résistance due à l'immobilisation de l'agitateur par le changement d'état de la dose du produit. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait tourner l'agitateur à une vitesse comprise entre trois et dix tours par minute. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on applique un courant continu constant au circuit interne de la cellule. 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on applique un courant alternatif constant au circuit interne de la cellule. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant alternatif constant a une fréquence comprise entre 1000 et 10 000 hertz. 6 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, du type comprenant une cellule tubulaire à fond fermé en matière isolante et contenant un agitateur susceptible d'être mu en rotation par l'intermédiaire d'un barreau aimanté tournant sous le- fond de la cellule, caractérisé en ce que ladite cellule contient un agitateur formé par un corps non conducteur comportant intérieurement un barreau conducteur occupant une position diamétrale à l'intérieur de la cellule qui est munie de deux électrodes formant avec ledit barreau un circuit électrique interne à ladite cellule, lesdites électrodes étant connectées à un générateur d'un courant constant par des conducteurs reliant également le circuit interne à un dispositif de mesure de la variation de résistance électrique dudit circuit interne. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'agitateur comprend une base dans laquelle est logé le barreau conducteur qui occupe une position diamétrale par rapport à la cellule et dont les extrémités affleurent la surface périphérique de la base. 8 - Appareil selon la revendication6, caractérisé enlace que l'agitateur comprend une base dans laquelle est logé le barreau conducteur qui occupe une position diamétrale par rapport à la cellule et dont les extrémités sont situées en retrait de la surface périphérique de la base. 9 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de mesure des variations de la résistance électrique du circuit interne est associé à une chafne de transformation aboutissant à un détecteur d'absence d'impulsion délivrant un signal électrique exploitable. 10 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le détecteur d'impulsion commande en arret un compteur décompter dont la mise en marche est placée sous la dépendance du dispositif de mesure des varia tions de résistance électrique.