Brevet FR2599515A1 — publié le 19871204

CAPTEUR DE CONDUCTIVITE DETECTANT A DISTANCE La présente invention concerne la détection à distance de la conductivité d'un fluide circulant dans un conduit, et elle porte en particulier sur la détection de la conductivité 5 d'un dialysat dans une machine de préparation et de distribution de dialysat. On mesure de façon caractéristique la conductivité d'un dialysat dans une machine de préparation et de distribution de dialysat à l'aide de capteurs qui sont immergés dans le 10 dialysat, dans un conduit, et qui sont sujets à une dérive à long terme, à cause de la formation d'une pellicule et de précipités sur les électrodes, et à d'autres inconvénients. On a utilisé dans le contrôle de la qualité et le traitement de l'eau des capteurs de conductivité sans électro15 des, par exemple ceux commercialisés par Great Lakes Instruments, Inc., Milwaukee, Wisconsin, E. U.A. Dans l'un de ces capteurs, on mesure à distance la conductivité d'un fluide circulant dans un conduit d'écoulement de fluide, en utilisant une boucle de fluide connectée au conduit et deux transformateurs 20 en couplage avec la boucle, en induisant un courant électrique dans la boucle de fluide au moyen d'un transformateur, en mesurant le courant induit dans l'autre transformateur par le courant dans la boucle de fluide, et en déterminant la conductivité du liquide en utilisant des relations de résistance, de 25 courant et de tension. De façon générale, un aspect de l'invention procure un couplage de fuite réduit entre les transformateurs d'exci- tation et de détection d'un capteur de conductivité fonctionnant à distance, du type comportant deux transformateurs et une boucle de fluide, par l'utilisation de tores de ferrite coplanaires dans les transformateurs d'excitation et de détec5 tion. Dans des modes de réalisation préférés, on établit avantageusement un rapport faible entre la longueur de la boucle de fluide et l'aire de section droite du fluide, au moyen d'un conduit d'écoulement de fluide ayant deux parties 10 circulaires qui traversent les deux aimants toriques et sont mutuellement raccordéespar des première et seconde parties de raccordement, les diamètres intérieurs des aimants toriques et des spires de fil autour d'eux étant approximativement égaux aux diamètres extérieurs des parties de conduit circulaires, 15 et les parties dé conduit de raccordement ayant une longueur approximativement égale aux diamètres des aimants toriques et des spires de fil situées autour d'eux; les parties de raccordement s'étendent en ligne droite au- delà des parties de conduit circulaires, vers l'entrée et la sortie, pour éviter 20 des coudes auxquels des bulles pourraient s'accumuler, et les parties de raccordement comportent des surfaces extérieures planes opposées destinées à maintenir en place les transformateurs toriques. Un autre aspect de l'invention porte de façon géné25 rale sur une technique pour attaquer de façon simple et économique le transformateur d'excitation d'un capteur de conductivité fonctionnant à distance, du type à deux transformateurs et à boucle de fluide, avec un signal d'excitation carré qui est produit par un temporisateur numérique et une bascule. Dans des modes de réalisation préférés, le transformateur d'excitation est bobiné de façon bifilaire et est connecté à la fois à la sortie directe et à la sortie complémentaire de la bascule; un convertisseur courant-tension, un amplificateur à courant alternatif et un détecteur synchrone 35 sont connectés au transformateur de détection; et des spires supplémentaires sont bobinées dans les transformateurs en vue de l'étalonnage du capteur. Un autre aspect de l'invention porte de façon générale sur l'utilisation d'un capteur de conductivité sans élec5 trodes pour détecter la conductivité d'un dialysat. Un autre aspect de l'invention porte sur une cellule pour détecter à distance la conductivité d'un fluide traversant cette cellule, caractérisée en ce qu'elle comprend: des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide desti10 nés à définir un chemin d'écoulement de fluide dans un conduit, ces moyens comportant une entrée et une sortie et deux chemins de fluide entre elles, pour définir ainsi une boucle de fluide; un transformateur d'excitation comprenant un premier tore qui est traversé par un trou et autour duquel se trouvent des spi15 res de fil, ce tore entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide et de la boucle de fluide se trouvant à l'intérieur; et un transformateur de détection comprenant un second tore traversé par un trou et autour duquel se trouvent des -pires de fil, ce tore entourant 20 une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide et de la boucle de fluide se trouvant à l'intérieur; le plan de symétrie du second tore qui est perpendiculaire à l'axe de son trou étant coplanaire par rapport au plan de symétrie du premier tore qui est perpendiculaire à l'axe de son 25 trou, pour réduire ainsi le couplage de fuite entre les deux transformateurs. Un autre aspect de l'invention porte sur un dispositif destiné à détecter à distance la conductivité d'un fluide le traversant, caractérisé en ce qu'il comprend: une cellule 30 comprenant des moyens destinés à définir un chemin d'écoulement de fluide présentant une boucle de fluide, et des transformateurs d'excitation et de détection comportant chacun un tore qui entoure une partie de la boucle de fluide; et un temporisateur numérique et une bascule connectés de façon à 35 appliquer un signal d'excitation carré au transformateur. Un autre aspect de l'invention porte sur dispositif de préparation et de distribution de dialysat, caractérisé en ce qu'il comprend: un conduit de distribution de dialysat; des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide 5 destinés à définir un chemin d'écoulement de fluide dans le conduit de distribution, ces moyens comprenant une entrée et une sortie, et deux chemins de fluide entre elles, pour definir ainsi une boucle de fluide; un transformateur d'excitation comprenant un premier circuit magnétique traversé par un 10 trou et autour duquel se trouvent des spires de fil, ce circuit magnétique entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide et de la boucle de fluide; et un transformateur de détection comprenant un second circuit magnétique traversé par un trou et autour duquel 15 se trouvent des spires de fil, ce circuit magnétique entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide et de la boucle de fluide qui se trouve à l'intérieur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 20 description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexes sur lesquels: La figure i est une vue en perspective d'une cellule de conductivité conforme à l'invention, La figure 2 est une vue en plan, partiellement en coupe, de la cellule de la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation de la cellule de la figure 1. La figure 4 est une coupe verticale de la cellule 30 de la figure 1, selon la ligne 4-4 de la figure 2. La figure 5 est une représentation en coupe schématique éclatée de la cellule de la figure 1. La figure 6 est un schéma électrique des composants électriques du circuit d'excitation et de détection qui est 35 connecté à la cellule de la figure 1. En considérant les figures 1 à 5, on voit une cellule de conductivité 10, comprenant un conduit d'écoulement de fluide 12, en matière plastique, un transformateur d'excitation 14 et un transformateur de détection 16. Le transfor5 mation d'excitation 14 et le transformateur de détection 16 comportent chacun un tore 18 et des fils 20 bobinés autour du tore. La cellule 10 est montée dans un chemin de circulation de dialysat d'une machine de préparation et de distribution de dialysat du type général décrit dans le brevet des10 E.U.A. no 4 371 385, en une position sur le conduit de distribution de dialysat qui se trouve en aval de la position de mélange du produit concentré avec l'eau, et cette cellule est connectée à un dispositif de traitement destiné à commander l'ajout de produit concentré à l'eau. Le conduit 12 comporte une entrée 22, une sortie 24, des parties de conduit circulaires 26, 28 (traversant les transformateurs 14, 16) et des parties de raccordement 30, 32 entre elles. Un prolongement 31 est aligné avec la partie de raccordement 30 et s'étend au-delà de la partie de conduit 20 circulaire 26, jusqu'à l'entrée 22. Un prolongement 35 est aligné avec la partie de raccordement 32 et s'étend au-dela de la partie de conduit circulaire 28, jusqu'à la sortie 24. Les parties de raccordement 30, 32 comportent des surfaces extérieures planes et des surfaces intérieures circulaires 25 33, définissant à l'intérieur des conduits d'écoulement de fluide (figure 4). Comme la figure 4 le montre le mieux, le diamètre extérieur de la partie de conduit circulaire 26 est voisin du diamètre intérieur du tore 18 et des spires de fil bobinées sur lui, ce qui procure la plus grande aire de sec30 tion droite possible en pratique pour le chemin d'écoulement du fluide, compte tenu des dimensions des tores. De plus, la hauteur de la partie de conduit circulaire n'est que légèrement supérieure à l'épaisseur du tore 18 et des spires de fil qu'il porte, et il existe une petite différence entre les transformateurs 14, 16 (ce qui fait que la longueur des par- 25995 '15 ties de raccordement entre les parties de conduit circulaires n'est que légèrement supérieure au diamètre des tores et des spires de fil qu'ils portent). Ces deux facteurs procurent une valeur faible pour le rapport entre la longueur de la boucle d'écoulement de fluide 38 (en trait interrompu sur la figure 3) que forment les parties de raccordement 30, 32 et les parties circulaires 26, 28, et l'aire de section droite du chemin d'écoulement, ce qui procure une bonne sensibilité. Bien qu'il soit possible de rapprocher legèrement les trans10 formateurs, au point de vue physique, jusqu'à ce que les spires se trouvant sur un tore chevauchent celles se trouvant sur l'autre tore et viennent même en contact avec l'autre tore, on ne le fait pas, du fait que ceci aurait tendence à augmenter la probabilité d'un couplage de fuite entre les 15 transformateurs. Comme le montre la figure 5, le conduit 12 est constitué par deux pièces identiques 34, 36, qui sont collees ensemble au moyen d'un solvant, après insertion des transformateurs 14, 16 entre elles. En considérant la figure 6, on voit le circuit électronique qui applique des signaux d'excitation au transformateur d'excitation 14 et qui reçoit du transformateur de détection 16 le signal lié à la conductivité du fluide. Le transformateur 14 est connecté de façon à recevoir un signal 25 d'excitation carré à 10 kHz provenant de l'oscillateur 39 et du circuit d'attaque 40, du'côté gauche du schéma. Du côté droit, le transformateur de détection 16 est connecté à un convertisseur courant- tension 42, à un amplificateur à courant alternatif 44, à un détecteur synchrone 46 et à un fil30 tre/amplificateur d'isolation 48, comprenant respectivement des amplificateurs 58, 60, 62, 64 (LF347). L'oscillateur 39 comprend un temporisateur 41 (7555) et une bascule 42 (74HC74). La sortie directe et la sortie complémentaire de la bascule 43 sont connectées à une 35 interface d'attaque 45 (75451) dont les sorties directe et 2'.99515 complémentaire sont connectées au transformateur 14. La sortie directe (Q) de la bascule 43 est également connectée par la ligne 50 au détecteur synchrone 46. Le transformateur d'excitation 14 est un transforma5 teur bobiné de façon bifilaire, comportant -43 spires. Le transformateur de détection 16 comporte 89 spires. Des spires de fil uniques 52, 54, connectées à des broches d'étalonnage 56, sont également enroulées autour de chacun des transformateurs d'excitation 14 et de détection 16, et ces spires sont 10 destinées à être connectées à une résistance qu'on utilise dans l'étalonnage du dispositif. Les valeurs ou les références des composants restants de la figure 6 sont les suivantes: Composant Valeur ou référence Condensateurs C8 0,0056 PF ClO 0,001 pF Cl, C2, C5, C6, C13, C14, C15 0,1 yF C9 0,47 pF C12, C16 1,0 pF C3, C4, C7 10,0 PF Cll 10,0 PF Resistances R6 13,0.R13 100,0.L R10 0,28 k. R7, Rll 2,4 k Q... R4 10,2 k IL R9, R12 14,0 k xiR1, R2 23,7 k Q30 R8 28,0 k r R3 49,9 k IL R14 100,0 k QR5 274,0 k -_ Transistor Ql 2N3904 En fonctionnement, un dialysat pénètre dans l'entrée 22, traverse la boucle 38 et sort par la sortie 24, en emplissant la totalité du chemin d'écoulement de fluide entre l'entrée 22 et la sortie 24, et en formant une boucle de fluide en couplage avec les transformateurs 14, 16. Du fait que la cellule 10 est montée de façon que les chemins d'écoulement dans les parties de raccordement 30, 32 fassent un angle de 45 par rapport à l'horizontale, il n'y a pas de coudes dans lesquels des bulles d'air (qui perturberaient les mesures) pourraient 10 être emprisonnées; ainsi, toutes Tes bulles d'air sont chassées. L'oscillateur 39 produit un signal carré à 10 kHz que l'interface d'attaque 40 applique au transformateur d'excitation 14. Un signal carré est avantageux du fait qu'il 15 peut être produit de façon simple à partir de composants peu coûteux procurant une amplitude constante, qu'il n'est pas nécessaire de réguler, comme dans le cas de signaux sinusoïdaux. L'interface d'attaque 40 élève du niveau logique de 5 volts jusqu'à 12 volts la tension du signal carré provenant de 20 l'osciilateur 39. Le transformateur d'excitation 14 induit dans la boucle de fluide 38 un courant électrique qui est détecté par le transformateur de détection 16. Le courant induit dans le transformateur 16 est proportionnel à la conductivité du li25 quide dans la boucle 38. Le transformateur 16 est couplé de façon capacitive à l'amplificateur 58, par le condensateur C9, de façon que le décalage en courant continu soit bloqué et que seul le signal alternatif soit amplifié. Le signal de sortie de l'amplifica30 teur 58 est une tension qui est proportionnelle à la conductivité du liquide dans la boucle 38. On utilise le condensateur C12 pour bloquer le décalage en courant continu de façon' que l'amplificateur 60 n'amplifie que la tension alternative. Le détecteur synchrone 46 convertit en une tension 35 de sortie continue la tension alternative provenant de l'am- plificateur 44, ce qui élimine des fréquences parasites. Lorsque le transistor Q1, attaqué par la bascule 43, est débloqué, il se comporte comme un court-circuit à la masse, et l'amplificateur 62 fonctionne à la manière d'un amplificateur inver5 seur avec un gain de -1; à ce moment, le signal de sortie de l'amplificateur à courant alternatif 44 est négatif, ce qui fait apparaître un signal positif en sortie du détecteur synchrone 46. Lorsque le transistor Q1 est bloqué, il se comporte comme un circuit ouvert, et l'amplificateur 62 a un gain de 10 +1; à ce moment, le signal de sortie de l'amplificateur à courant alternatif 44 est positif, ce qui donne à nouveau un signal positif en sortie du détecteur synchrone 46. Le signal de sortie du détecteur synchrone 46 charge le condensateur C16 par l'intermédiaire de la résistance R14. 15 Si des fréquences autres que la fréquence de 10 kHz sont présentes, les composantes négatives et positives s'annulent en moyenne sur une longue période; seul le signal à la fréquence de 10 kHz charge régulièrement le condensateur C16 et est transmis par l'amplificateur 64 du filtre/amplificateur d'iso20 lation 48. Le signal de sortie du filtre/amplificateur d'isolation 48 est une tension continue proportionnelle à la conductivité; elle est convertie par un convertisseur analogique/ numérique en un signal numérique qui est appliqué à un circuit de traitement numérique (aucun d'eux n'est représenté) qu'on utilise pour commander une machine de préparation et de distribution de dialysat du type général dëcrit dans le brevet des E.U.A. n 4 371 385. On peut étalonner le circuit de la figure 6 en plaçant une résistance de valeur connue entre les broches 56, en 30 éliminant le liquide contenu dans la boucle 38 (de façon que les transformateurs 14, 16 ne soient couplés que par les spires uniques 52, 54), et en comparant le signal de sortie du filtre/ amplificateur d'isolation 48 avec la valeur connue de la résistance. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Cellule pour détecter à distance la conductivité d'un fluide traversant cette cellule, caractérisée en ce qu'elle comprend: des moyens d'établissement de chemin d'écou5 lement de fluide (12) destinés à définir un chemin d'écoulement de fluide dans un conduit, ces moyens comportant une entrée (22) et une sortie (24) et deux chemins de fluide (26, 28, 30, 32) entre elles, pour définir ainsi une boucle de fluide; un transformateur d'excitation (14) comprenant un premier tore (18) qui est traversé par un trou et autour duquel se trouvent des spires de fil (20), ce tore entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide (12) et de la boucle de fluide se trouvant à l'intérieur; et un transformateur de détection (16) comprenant un second tore (18) traversé 15 par un trou et autour duquel se trouvent des spires de fil (20), ce tore entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide (12) et de la boucle de fluide se trouvant à l'intérieur; le plan de symétrie du second tore (18) qui est perpendiculaire à l'axe de son trou étant copla20 naire par rapport au plan de symétrie du premier tore (18) qui est perpendiculaire à l'axe de son trou, pour réduire ainsi le couplage de fuite entre les deux transformateurs (14, 16). 2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'établissement de chemin d'écoulement de 25 fluide (12) comprennent deux parties de conduit circulaires (26, 28) d'une première longueur et deux parties de raccorde- ment (30, 32) entre les extrémités des parties de conduit circulaires (26, 28), d'une seconde longueur mesurée entre les centres des deux parties de conduit circulaires (26, 28), le diamètre extérieur de chaque partie de conduit (26, 28) étant approximativement êgal au diamètre intérieur d'un tore (18) et des spires de fil (20) qu'il porte, la premiere longueur étant approximativement égale à l'épaisseur du tore (18) et des spires de fil (20) qu'il porte, et la seconde longueur étant approximativement égale au diamètre extérieur d'un tore 10 (18) et des spires de fil (20) qu'il porte. 3. Cellule selon la revendication 2, caractérisee en ce que les parties de raccordement (30, 32) définissent des passages d'écoulement de fluide circulaires à l'intérieur d'elles, et elles ont des surfaces planes qui se font face 15 pour immobiliser entre elles des parties des tores (18). 4. Cellule selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide (12) sont constitués par des parties identiques, chaque partie comportant une partie de raccordement (30, 32) et la moitié de chacune des parties de conduit circulaires (26, 28). 5. Cellule selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier prolongement (31) qui est aligné avec l'une des parties de raccorde25 ment (30) et qui s'étend au-delà d'un debouché d'une partie de conduit circulaire (26), jusqu'à l'entrée précitée (22), et elle comporte un second prolongement (35) aligné avec l'autre partie de raccordement (32) et qui s'étend dans la direction opposée au-delà d'un débouché de l'autre partie de conduit circulaire (28), jusqu'à la sortie (24), les chemins d'écoulement de fluide dans les parties de raccordement (30, 32) et dans les prolongements respectifs (31, 35) ne présentant aucun obstacle, afin d'éviter l'emprisonnement de bulles dans le cas du montage avec une certaine inclinaison par rapport à l'hori35 zontale. 6. Dispositif destiné à détecter à distance la conductivité d'un fluide le traversant, caractérisé en ce qu'il comprend: une cellule comprenant des moyens (12) destinés à définir un chemin d'écoulement de fluide présentant une boucle 5 de fluide, et des transformateurs d'excitation et de détection (14, 16) comportant chacun un tore qui entoure une partie de la boucle de fluide; et un temporisateur numérique (41) et une bascule (43) connectés de façon à appliquer un signal d'excitation carré au transformateur d'excitation (14). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transformateur d'excitation (14) est bobiné de façon bifilaire et est connecté à la fois aux sorties directe et complémentaire (Q, Q) de la ba-scule (43). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica15 tions 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un convertisseur couranttension (42) connecté au transformateur de détection (16). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé e.; ce qu'il comprend en outre un amplificateur à courant al20 ternatif (44) connecté au convertisseur courant-tension (42). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une spire (52) entourant le transformateur d'excitation (14) et une spire (54) entourant le transformateur de détection (16), 25 en vue de l'étalonnage de ce dispositif. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un détecteur synchrone (46) connecté au temporisateur numérique (41) et à l'amplificateur à courant alternatif (42),etoedétecteur produit une tension 30 de sortie continue. 12. Dispositif de préparation et de distribution de dialysat, caractérisé en ce qu'il comprend: un conduit de distribution de dialysat; des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide (12) destinés à définir un chemin 35 d'écoulement de fluide dans le conduit de distribution, ces moyens comprenant une entrée (22) et une sortie (24), et deux chemins de fluide (26, 28, 30, 32) entre elles, pour définir ainsi une boucle de fluide; un transformateur d'excitation (14) comprenant un premier circuit magnétique (18) traversé par un trou et autour duquel se trouvent des spires de fil (20), ce circuit magnétique entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide (12) et de la boucle de fluide; et un transformateur de détection (16) comprenant un second circuit magnétique (18) traversé par un 10 trou et autour duquel se trouvent des spires de fil (20), ce circuit magnétique entourant une partie des moyens d'établissement de chemin d'écoulement de fluide (12) et de la boucle de fluide qui se trouve à l'intérieur. - 13. Dispositif selon la revendication 12, caracté15 risé en ce que les premier et second circuits magnétiques (18) sont toriques.