Brevet FR2706950A1 — publié le 19941230

"Dispositif de pompage de décision en particulier pour liquide sous faible débit" La présente invention se rapporte à un dispositif de pompage de précision, en particulier pour liquide devant s'écouler sous faible débit, comprenant une pompe et un moteur d'actionnement de celle-ci, piloté par un module de commande auquel est appliqué un signal assurant le réglage du régime de la pompe suivant le débit désiré ; le dispositif est en outre doté d'une boucle de régulation comprenant un débitmètre inséré dans le circuit fluidique de la pompe en série en aval avec celle-ci, lequel fournit un signal de mesure du débit réel parcourant ce circuit, un comparateur recevant d'une part ledit signal de débit réel et d'autre part ledit signal de débit désiré et fournissant, à partir de ces signaux, un signal d'erreur qui est appliqué au moyen de commande du moteur, lequel fournit en conséquence à destination de ce dernier un signal de commande corrigé. Un besoin est vivement ressenti dans divers domaines tels que l'industrie pharmaceutique, la chimie fine, les industries des produits alimentaires et des colorants, ainsi que dans les laboratoires d'analyse et de recherche ; il s'agit de la possibilité de contrôler avec grande précision, souvent en milieu stérile, aspetique et antiseptique, le débit de liquide fourni par une pompe, en particulier lorsque ce débit est de faible valeur. A l'heure actuelle, les pompes utilisées dans ce genre d'applications sont généralement des pompes péristaltiques ou à cassette. La précision moyenne de débit offerte par de telles pompes est médiocre (15 à 50k environ). Seuls les appareils du type pousseseringue ou les micropipettes peuvent offrir une meilleure précision ; mais ils ne peuvent jouer le rôle d'une pompe, ne pouvant traiter qu'un volume de liquide limité. L'utilisation d'une boucle de régulation incluant un débitmètre permet d'améliorer grandement la précision du débit de pompage, qui correspond alors, avec une très faible erreur, au débit désiré. Toutefois, l'adjonction d'un débitmètre au dispositif de pompage constitue un inconvénient. Sa présence alourdit le dispositif ; devant fonctionner durant toutes les opérations de pompage, il est sujet à usure et cause de pannes ; de plus, en cas de changement de liquide à pomper, il doit être soumis, soit à un nettoyage, soit à un échange de ses éléments en contact avec le liquide. Tout cela constitue une sujétion qui s'ajoute aux soins à apporter au dispositif de pompage proprement dit. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, elle concerne un dispositif de pompage du genre indiqué au début, dans lequel à la boucle de régulation est adjointe une mémoire qui, dans une période préliminaire d'étalonnage, reçoit et mémorise les signaux de régulation apparaissant en un point de ladite boucle et, dans une période ultérieure d'utilisation, restitue ces signaux, lesquels se substituent alors aux signaux homologues qui étaient créés par le débitmètre durant la période d'étalonnage, la mémorisation et la restitution desdits signaux par la mémoire s'effectuant en phase avec le cycle de fonctionnement de la pompe grâce à un module de synchronisation par lequel la mémoire est fonctionnellement reliée à la pompe. Dans un dispositif de pompage ainsi aménagé, le débitmètre ne sert qu'en période d'étalonnage, après quoi il peut être mis hors circuit, n'intervenant dès lors plus du tout ni dans le fonctionnement, ni dans les opérations d'entretien du dispositif, sans que la précision de pompage de celui-ci en soit affectée. Le débitmètre est d'ailleurs avantageusement incorporé au dispositif de manière amovible de façon à pouvoir en être ôté après achèvement de l'étalonnage pour être soit laissé au repos, soit utilisé hors du dispositif. Suivant un premier mode de réalisation, l'entrée de la mémoire est, en période d'étalonnage, connectée à la sortie du débitmètre de façon à mémoriser le signal de débit réel fourni par celui-ci. Dès lors, il convient que, en période d'étalonnage, la sortie du débitmètre soit reliée en outre à l'entrée du comparateur affectée au signal de débit réel, cette entrée étant, en période d'utilisation, reliée à la sortie de la mémoire, l'entrée de celle-ci étant alors déconnectée. Suivant un second mode de réalisation, l'entrée de la mémoire est, en période d'étalonnage, connectée à la sortie du comparateur de façon à mémoriser le signal d'erreur fourni par celui-ci. Il convient alors que, en période d'étalonnage, la sortie du comparateur soit reliée en outre à l'entrée du moyen de commande affectée au signal d'erreur, cette entrée étant, en période d'utilisation, reliée à la sortie de la mémoire, l'entrée de celle-ci étant alors déconnectée. Suivant un troisième mode de réalisation, l'entrée de la mémoire est, en période d'étalonnage, connectée à la sortie du module de commande de façon à mémoriser le signal de commande corrigé fourni par celui-ci. Il convient alors que, en période d'étalonnage, la sortie du module de commande soit reliée en outre à l'entrée du moteur, via un amplificateur de puissance approprié, l'entrée de cet amplificateur étant, en période d'utilisation, reliée à la sortie de la mémoire, l'entrée de celle-ci étant alors déconnectée. On notera que, à la différence du premier mode de réalisation où c'est le signal du débitmètre lui-même qui est enregistrée dans la mémoire, ces deux derniers modes de réalisation sont réservés aux cas où les débits d'étalonnage et d'utilisation sont les mêmes. Lorsque l'importance des corrections à apporter au signal de commande régissant le régime, donc le débit de la pompe, varie de façon non négligeable avec le niveau du débit désiré, il est avantageux d'utiliser une mémoire offrant une capacité suffisante pour stocker les signaux de régulation correspondant à plusieurs régimes de fonctionnement de la pompe, les données mémorisées relatives aux divers régimes particuliers pouvant être sélectionnées, en période d'utilisation, suivant le régime choisi pour la pompe. Le dispositif de pompage selon l'invention peut ainsi être étalonné de façon précise (moyennant la mise en oeuvre d'un débitmètre de précision), puis être utilisé pour effectuer un pompage de précision de divers liquides, débitmètre débranché et éventuellement ôté pour un autre usage, tandis que la vitesse d'entraînement de la pompe est régie par les données d'étalonnage stockées dans la mémoire de façon à assurer un débit de liquide précis et sans fluctuations. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, d'exemples de réalisation non limitatifs. La figure 1 représente l'évolution typique du débit pour un cycle complet de la tête d'une pompe conventionnelle. La figure 2 représente le dispositif de pompage de l'art antérieur. La figure 3 représente le dispositif de pompage de l'art antérieur avec l'utilisation d'un débitmètre. La figure 4 représente le dispositif de la figure 3 modifié conformément à l'invention. La figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 4. On voit sur la figure 1 la présence d'une variation quasi-cyclique de la valeur du débit, due au principe péristaltique du fonctionnement de la pompe. Cette variation est présente sur toutes les pompes existantes sur le marché et elle est typique pour chaque couple tête de pompe et corps de pompe. Le nombre et l'amplitude des bolus ainsi que des flux rétrogrades est conditionné par les caractéristiques géométriques et élastiques du corps et de la tête de pompe. Cette variation est synchrone avec la rotation de la tête de pompe. Il est concevable, et la pratique démontre, que l'amplitude de ces variations est amplifiée par l'usure de la tête de pompe et de manière plus importante par celle du corps de pompe. On voit sur la figure 2 un tuyau 1 transportant un liquide sous l'action d'une pompe 2 interposée dans le tuyau 1. Cette pompe se compose d'un corps de pompe et d'une tête de pompe, cette dernière étant actionnée par un moteur 3 piloté, via un amplificateur de puissance 13, par un module de commande 4 permettant d'agir, par application d'un signal de débit désiré SDD, sur le régime de fonctionnement de la pompe pour augmenter ou diminuer le débit qu'elle communique au liquide afin d'amener celui-ci à la valeur désirée. Une boucle de régulation est en outre prévue afin de réduire les variations du débit suite à un mauvais fonctionnement de la pompe 2, dues aux imperfections du moteur 3 et de ces moyens de commande 4, 13. Cette boucle de régulation comprend un transducteur 15 de la vitesse de la rotation du moteur 3 et un comparateur 6 recevant sur ses deux entrées le signal du débit désiré (valeur de consigne) SDD et, via une ligne 7, le signal SDR délivré par le transducteur 15 correspondant à la vitesse de rotation du moteur 3. Le comparateur 6 produit un signal d'erreur SE, représentant l'écart entre le débit réel (valeur approximée par une relation pratiquement linéaire avec la vitesse du moteur) et le débit désiré, qui est appliqué, via une ligne 12, au module de commande 4 conjointement avec le signal de débit désiré SDD, de sorte que le moteur 3 reçoit du module 4, via l'amplificateur de puissance 13, un signal de commande SCC corrigé de manière à réduire l'écart représenté par le signal SE entre le débit désiré représenté par le signal SDD et le débit correspondant à la vitesse donnée du moteur 3 représenté par le signal SDR, afin d'obtenir une vitesse de rotation du moteur, de valeur la plus proche de la vitesse théorique représentée par le signal SDD. L'inconvénient de ce système consiste dans le fait qu'il n'y a aucun contrôle réel du débit, l'influence des performances de la tête et du corps de pompe est négligée, et aucune protection contre les variations quasi-cycliques du débit et contre les variations de type bolus et flux rétrograde ne sont prises. Le dispositif de pompage représenté à la figure 3 est semblable à celui représenté à la figure 2, excepté la nature du signal SDR qui cette fois est délivré par un débitmètre 5 inséré sur la ligne 1, en aval de la pompe 2. Le fonctionnement est identique. L'inconvénient de ce dispositif consiste dans le fait que 1'utilisation d'un tel débitmètre capable de mesurer les fines variations du débit instantané est laborieuse et onéreuse, en milieu stérile ou antiseptique pour des fluides divers s'écoulant sous faible débit, et de plus, l'utilisation du débitmètre 5 est indispensable et permanente. Le dispositif de pompage représenté à la figure 4 est semblable à celui représenté à la figure 3, excepté l'adjonction d'une mémoire 8 connectée à la ligne 7 par l'intermédiaire d'un commutateur double 9a, 9b. Dans sa position I, la partie 9a de ce commutateur établit la continuité de la ligne 7 entre le débitmètre 5 et l'une des entrées du comparateur 6, conformément à la figure 3, tandis que la partie 9b connecte l'entrée E de la mémoire 8 à la ligne 7. Dans la position II, cette entrée est déconnectée et la sortie S de la mémoire est, en ce qui concerne ladite entrée du comparateur 6, substituée à la ligne 7. En outre, un module de synchronisation 10 est prévu qui, couplé à la tête de la pompe 2, assure, par une opération d'adressage des données mémorisées via une ligne 11, la synchronisation du fonctionnement de la mémoire 8 sur le cycle de la pompe aussi bien pour la mémorisation des données qu'elle reçoit sur son entrée E que pour la restitution de celles-ci sur sa sortie S. La mise en oeuvre du dispositif de la figure 4 s'effectue en deux temps. Dans une période d'étalonnage, on place le commutateur 9a, 9b en position I. Le circuit est alors exactement conforme à celui de la figure 3 et le dispositif fonctionne de la manière indiquée, avec correction des écarts de débit grâce à la boucle de régulation. Toutefois, le signal de débit réel SDR est stocké dans la mémoire 8 en synchronisme avec le fonctionnement de la tête de pompe. Puis, on met le commutateur 9a, 9b en position II. L'entrée E de la mémoire 8 se trouve alors isolée, ce qui empêche toute modification de son contenu, lequel est restitué, de même en synchronisme avec le fonctionnement de la tête de pompe 2, et appliqué à l'entrée du comparateur 6 qui recevait, dans la période d'étalonnage, le signal de débit réel SDR de la ligne 7. Ainsi, le débitmètre 5 permet, dans une période préliminaire d'étalonnage, de réaliser un véritable apprentissage du dispositif en ce qui concerne la réduction de son imprécision due à ses imperfections, cela pour n'importe quel liquide. Puis, dans toute période d'utilisation ultérieure, le débitmètre n'a plus aucun rôle à jouer, les données stockées dans la mémoire 8 permettant alors d'apporter automatiquement les corrections nécessaires pour obtenir un débit précis et stable. Les variations de débit telles que : les variations quasi-périodiques, le bolus, le flux rétrograde, sont éliminées ou fortement diminuées. A ce moment, le débitmètre peut être ôté du dispositif, devenant alors disponible pour l'étalonnage d'un autre dispositif de pompage ou pour tout autre emploi. Les limites du système consistent dans le non contrôle des variations du débit suite à l'usure du corps de pompe. Il est donc recommandé de réaliser des ré-étalonnages périodiques de la pompe, en cas d'utilisation intensive ou en cas de modification importante de la valeur du débit désiré. La figure 5 montre une variante dans laquelle la mémoire 8 est connectée, via le commutateur 9a, 9b, non plus à la ligne 7, mais à la ligne 12 reliant la sortie du comparateur 6 au module de commande 4. Lorsque le commutateur 9a, 9b est en position I, le dispositif fonctionne de la même manière que celui de la figure 2, avec cette différence que ce n'est plus le signal de débit réel SDR délivré par le débitmètre 5 qui est enregistré dans la mémoire 8, mais le signal d'erreur SE fourni par le comparateur 6 durant la période d'étalonnage. En utilisation normale après étalonnage, le signal d'erreur appliqué au module de commande 4 est le signal contenu dans la mémoire 8, le comparateur 6 étant alors hors circuit, ainsi que le débitmètre 5, lequel, comme précédemment, peut alors être enlevé du dispositif sans inconvénient. Selon une autre variante, non représentée, la mémoire 8 est disposée de façon à enregistrer, au cours de la phase d'étalonnage, le signal de commande corrigé SCC délivré par le module de commande 4 à l'amplificateur 13 attaquant le moteur 3. Dans ce cas, le commutateur 9a, 9b, auquel est connectée la mémoire 8 comme représenté à la figure 5, est inséré dans la ligne 14 reliant la sortie du module de commande 4 à 1' amplificateur 13. Le débitmètre 5 peut avantageusement être conforme à celui qui fait l'objet d'une demande de brevet au même nom. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de pompage de précision, en particulier pour liquide devant s'écouler sous faible débit, comprenant une pompe (2) et un moteur (3) d'entraînement de celle-ci, piloté par un module de commande (4) auquel est appliqué un signal (SDD) assurant le réglage du régime de la pompe suivant le débit désiré, le dispositif étant en outre doté d'une boucle de régulation comprenant un débitmètre (5) inséré dans le circuit fluidique de la pompe en série avec celle-ci, lequel fournit un signal (SDR) de mesure de débit réel parcourant ce circuit, un comparateur (6) recevant d'une part ledit signal de débit réel (SDR) et d'autre part ledit signal de débit désiré (SDD) et fournissant, à partir de ces signaux, un signal d'erreur (SE) qui est appliqué au module de commande du moteur, lequel fournit en conséquence, à destination de ce dernier, un signal de commande corrigé, caractérisé par le fait qu'à la boucle de régulation est adjointe une mémoire (8) qui, dans une période préliminaire d'étalonnage, reçoit et mémorise les signaux de régulation apparaissant en un point de ladite boucle et, dans une période ultérieure d'utilisation, restitue ces signaux, lesquels se substituent alors aux signaux homologues qui étaient crées par le débitmètre (5) durant la période d'étalonnage, la mémorisation et la restitution desdits signaux par la mémoire (8) s'effectuant en phase avec le cycle de fonctionnement de la pompe (2) grâce à un module de synchronisation (10) par lequel la mémoire (8) est fonctionnellement reliée à la pompe (2). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, en période d'étalonnage, l'entrée (E) de la mémoire (8) est connectée à la sortie du débitmètre (5) de façon à mémoriser le signal de débit réel (SDR) fourni par celui-ci. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, en période d'étalonnage, la sortie du débitmètre (5) est reliée en outre à l'entrée du comparateur (6) affectée au signal de débit réel (SDR), cette entrée étant, en période d'utilisation, reliée à la sortie (S) de la mémoire (8), l'entrée (E) de celle-ci étant alors déconnectée. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, en période d'étalonnage, l'entrée (E) de la mémoire (8) est connectée à la sortie du comparateur (6) de façon à mémoriser le signal d'erreur (SE) fourni par celui-ci. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, en période d'étalonnage, la sortie du comparateur (6) est reliée en outre à l'entrée du module de commande (4) affectée au signal d'erreur (SE), cette entrée étant, en période d'utilisation, reliée à la sortie (S) de la mémoire (8), l'entrée (E) de celle-ci étant alors déconnectée. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, en période d'étalonnage, l'entrée (E) de la mémoire (8) est connectée à la sortie du module de commande (4) de façon à mémoriser le signal de commande corrigé (SCC) fourni par celuici. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que, en période d'étalonnage, la sortie du module de commande (4) est reliée en outre à l'entrée du moteur (3) via un amplificateur de puissance (13) approprié, l'entrée de cet amplificateur étant, en période d'utilisation, reliée à la sortie (S) de la mémoire (8), l'entrée (E) de celle-ci étant alors déconnectée. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la mémoire (8) a une capacité suffisante pour stocker les signaux de régulation correspondant à plusieurs régimes de fonctionnement de la pompe (2), les données mémorisées relatives aux régimes particuliers pouvant être sélectionnées, en période d'utilisation, suivant le régime choisi pour la pompe. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les signaux sont enregistrés en phase d'étalonnage et lus dans la phase de fonctionnement dans la mémoire (8) suivant une synchronisation avec le fonctionnement de ladite pompe. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le débitmètre (5) lui est incorporé de manière amovible et peut etre ôté en période d'utilisation.