Brevet FR2895919A1 — publié le 20070713

La présente invention concerne un dispositif de pompage pour de nombreux types de prélèvements. Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, pour le pipetage, la dilution, le rinçage et/ou la distribution d'échantillons, c'est-à-dire quelles que soient les tranches de volume envisagées. 15 D'une manière générale, on sait qu'il a déjà été proposé de nombreux dispositifs permettant d'exécuter des cycles de pipetage et de rinçage, notamment au sein d'un dispositif d'analyse automatique. 20 Par le brevet IFR 2 815 719, on connaît un dispositif de pipetage faisant intervenir au moins deux chambres de travail, l'une de faible volume pour prélever des échantillons, l'autre de volume supérieur pour effectuer des rinçages. En effet, pour réaliser différentes opérations de prélèvements avec une 25 précision satisfaisante, ce dispositif nécessite le recours a deux chambres de travail de volume différent. Par ailleurs, un tel dispositif est destiné à être intégré dans un automate d'analyse d'un type particulier. Il n'est donc pas conçu pour équiper des 30 appareils de types différents ou même pour être utilisé dans un montage de laboratoire. Or, dans ce dernier type d'application, il est souhaitable que les appareils utilisés soient relativement autonomes et soient logés dans des boîtiers étant 1 -2- de préférence blindés de manière à s'affranchir des influences extérieures par exemple de nature électromagnétique, voire même de rayonnements ionisants. Ces appareils doivent permettre la réalisation de connexions rapides de conduits d'admission et/ou de refoulement ainsi qu'une visualisation complète du circuit hydraulique de manière à pouvoir vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble et de détecter éventuellement la présence d'une bulle de gaz ou d'une impureté. Bien entendu, un tel appareil doit répondre à des critères de compacité de plus en plus strictes. L'invention a donc tout d'abord pour but la réalisation d'un dispositif de pompage de structure simple n'utilisant qu'une seule motorisation et qu'une seule chambre de travail, offrant un accès facilité, une disposition compacte et un contrôle des circuits hydrauliques y compris de la pompe. En vue de parvenir à ces résultats, le dispositif de pompage selon l'invention 20 comprend : un boîtier dont la face avant est au moins partiellement constituée par un bloc en matière transparente qui s'étend partiellement à l'intérieur du boîtier, ce bloc étant muni de perçages usinés dont au moins un perçage borgne constituant une chambre de travail, au moins un 25 perçage constituant un canal d'admission et/ou d'échappement qui débouche dans le perçage borgne au niveau de la face postérieure du bloc, deux canaux traversants débouchant chacun sur la face antérieure et sur la face postérieure du bloc, des orifices de ces deux canaux traversants situés au niveau de la face antérieure du bloc 30 étant équipés de moyens de connexion de conduits hydrauliques, deux électrovannes fixées sur la face postérieure du bloc, chacune de ces électrovannes étant connectée d'une part au canal d'admission et/ou d'échappement et, d'autre part à l'un correspondant desdits canaux traversants, -3- un plongeur monté coulissant, avec étanchéité dans un palier équipant l'orifice du perçage borgne, ce plongeur délimitant avec ledit perçage borgne un volume variant en fonction de la position axiale du plongeur, un module d'entraînement en translation du plongeur connecté au niveau de la base du plongeur. Bien entendu, le palier pourra être conformé pour assurer une étanchéité entre la chambre de travail, le plongeur et le reste du dispositif de pompage. Ledit palier pourra comprendre par exemple un joint torique ou une couronne à double paroi comportant des joints d'étanchéité interne et externe et une embase avec des moyens de fixation au bloc. 15 Le dispositif selon l'invention pourra comprendre deux perçages constituant respectivement un canal d'admission et un canal d'échappement qui débouchent dans le perçage borgne au niveau de la face postérieure du bloc et sont directement raccordés chacun à une desdites électrovannes. 20 Ledit module d'entraînement pourra s'étendre sous le bloc et les électrovannes et latéralement par rapport à ces dernières de façon à être le plus compact possible. Ledit module d'entraînement pourra comprendre un chariot d'entraînement 25 connecté au plongeur et entraîné en translation au moyen d'une crémaillère engrenant avec un pignon mu par une motorisation telle qu'un moteur pas à pas. En variante, ce chariot d'entraînement pourra être entraîné en translation au 30 moyen d'une vis sans fin elle-même entraînée en translation par une motorisation comprenant un stator et un rotor annulaire dont la surface intérieure présente un taraudage dans lequel s'engage la vis. Avantageusement, cette variante pourra permettre d'obtenir un dispositif encore plus compact.10 Ladite motorisation pourra être apte à entraîner en translation ledit chariot d'entraînement avec une précision correspondant à un incrément défini par l'ensemble chariot d'entraînement/motorisation. Lesdits conduits hydrauliques pourront comprendre par exemple des moyens de pipetage, une réserve de liquide. Les canaux traversants pourront être des canaux d'admission et/ou 10 d'échappement. Bien entendu, la partie transparente de la face antérieure du bloc se situe au moins au niveau de la chambre de travail. Ainsi, la transparence de la face avant permet de vérifier le bon 15 fonctionnement du dispositif de pompage notamment l'existence de bulles d'air non souhaitées ou d'impuretés au niveau des canaux traversants et de la chambre de travail. Selon un premier avantage, le dispositif selon l'invention pourra être 20 dimensionné de manière à pouvoir être compatible avec les automates d'analyse actuellement utilisés mais il pourra également être utilisé de manière ponctuelle comme matériel volant pour différentes opérations de pompage par exemple dans un laboratoire et, ce, sans être intégré dans un dispositif d'analyse spécifique. 25 Une telle utilisation est simplifiée par l'emplacement sur la face avant du boîtier des orifices d'accès aux canaux traversants. Selon un deuxième avantage, l'ensemble plongeur/palier pourra être interchangeable de manière à faire varier le diamètre du plongeur. En effet, 30 la variation du volume de la chambre de travail est fonction de la position axiale du plongeur mais également du diamètre du plongeur ce qui permet de changer de gamme de volume.5 -5- Le boîtier pourra comprendre une partie amovible, par exemple sa face inférieure, pour permettre le changement de l'ensemble plongeur/palier. Ainsi, on augmente la précision du volume pompé par un réglage inférieur à un incrément. En effet, la variation et notamment la diminution du diamètre du plongeur sont un élément de réglage supplémentaire. Par exemple, sli on divise par deux le diamètre du plongeur, on augmente par quatre la précision du dispositif c'est-à-dire on divise par quatre l'incrément initial imposé par la motorisation ou autrement dit on diminue l'incrément initial dans le rapport du carré des diamètres du plongeur. Ainsi, le changement de plongeur et de palier permet de toujours avoir une gamme de volume assortie d'une précision ad hoc adaptée au volume de liquide à pomper. Les électrovannes pourront être des électrovannes deux voies. Lesdites électrovannes et ladite motorisation pourront être commandées par un processeur recevant des informations relatives à la position du plongeur. Les susdites informations pourront être obtenues au moyen d'une fourche optique associée audit module d'entraînement. Bien entendu, lle dispositif selon l'invention pourra en outre comprendre des moyens de commande du module d'entraînement et des électrovannes conçues de manière à assurer un cycle comprenant au moins : une phase d'admission dans laquelle la première électrovanne est ouverte, la deuxième électrovanne est fermée et le module d'entraînement engendre une translation du plongeur de manière à accroître le volume de la chambre de travail, l'accroissement de volume de la chambre provoquant l'aspiration d'un liquide par exemple dans des moyens de pipetage connectés à un premier canal traversant, -6- une phase d'échappement dans laquelle, la première électrovanne est fermée, la deuxième électrovanne est ouverte, le module d'entraînement agissant alors de manière à provoquer une réduction du volume de ladite chambre de travail et un refoulement du liquide aspiré à travers un deuxième canal traversant. Selon une variante, le dispositif selon l'invention pourra en outre comprendre des moyens de commande du module d'entraînement et des électrovannes conçus de manière à assurer un fonctionnement en mode de dérivation où les deux électrovannes sont ouvertes. Enfin, la structure du boîtier du dispositif selon l'invention pourra constituer un double blindage électromagnétique. En effet, elle permet non seulement de s'affranchir des influences de nature électromagnétique extérieures au boîtier mais elle permet également d'éviter de perturber les mesures à l'extérieur du boîtier par l'apparition de perturbations électromagnétiques dues à la motorisation et aux électrovannes du dispositif selon l'invention. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre 20 d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une représentation en perspective d'un dispositif selon l'invention ; La figure 2 est une vue de côté du dispositif de la figure 1 ; La figure 3 est une vue en coupe d'un deuxième dispositif selon l'invention ; La figure 4 est une représentation en coupe du perçage borgne et du plongeur d'un dispositif selon l'invention avec un deuxième type de palier interchangeable ; 25 30 -7- La figure 5 est une représentation en coupe du perçage borgne et du plongeur d'un dispositif selon l'invention avec un troisième type de palier interchangeable ; Les figures 6a, 6b et 6c sont des représentations de la circulation fluidique dans un dispositif selon l'invention. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le dispositif de pompage comprend : un boîtier 1 dont la partie supérieure de la face avant 2 est constituée par un bloc 3 en matière transparente qui s'étend partiellement à l'intérieur du boîtier 1 ; ce bloc 3 est muni de perçages usinés dont un perçage borgne 4, un perçage constituant un canal d'admission et/ou d'échappement 5 qui débouche dans le perçage borgne 4 au niveau de la face postérieure du bloc, deux canaux traversants 6, 7 débouchant chacun sur la face antérieure 8 et sur la face postérieure 9 du bloc 3, des orifices 10, 11 de ces deux canaux traversants 6, 7 situés au niveau de la face antérieure 8 du bloc 3 étant équipés de moyens de connexion de conduits hydrauliques, deux électrovannes deux voies 12, 13 fixées sur la face postérieure 9 du bloc 3 par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 14 s'étendant contre la face postérieure 9 du bloc 3, chacune de ces électrovannes étant connectée d'une part au canal d'admission et/ou d'échappement 5 et, d'autre part respectivement à un desdits canaux traversants 6, 7, un plongeur 15 monté coulissant, avec étanchéité dans un palier 16, équipant l'orifice du perçage borgne 4, ce plongeur 15 délimitant avec ledit perçage borgne 4 une chambre de travail 17 dont le volume varie en fonction de la position axiale du plongeur 15, un module d'entraînement en translation du plongeur, ce module comprenant un chariot d'entraînement 18 connecté au niveau de la base du plongeur 15 et entraîné en translation au moyen d'une crémaillère 19 engrenant avec un pignon 20 mu par un moteur pas à pas 21. -8- Les extrémités supérieures du perçage borgne 4 et du plongeur 15 sont coniques en correspondance de forme. Ledit palier 16 est en forme de couronne présentant une section en forme de L inséré dans l'orifice du perçage borgne 4. Il est à noter que le palier pourra également présenter une section carrée ou rectangulaire ou autre s'insérant éventuellement au moins partiellement dans l'orifice du perçage borgne 4 et comprendre sur sa partie supérieure un joint torique qui est comprimé dans un alésage situé au niveau de l'orifice du perçage borgne 4 afin de créer l'étanchéité requise entre la chambre de travail 17, le plongeur 15 et le reste du dispositif. Il est également à noter que le plongeur 15 et le palier 16 pourront être interchangeables. A cet effet, une partie de la face inférieure du boîtier pourra être amovible afin de pouvoir changer ledit plongeur et ledit palier et les remplacer par un ensemble palier/plongeur de diamètre supérieur ou inférieur. Le diamètre extérieur du palier est constant et le diamètre interne du palier est égal au diamètre externe du plongeur. L'électrovanne 12 située au-dessus est en position horizontale, l'électrovanne 13 située au-dessous est en position verticale afin de dégager un espace latéral à côté de l'électrovanne 13 derrière le bloc 3 pour la crémaillère 19. Selon une variante, la pièce de liaison 14 ne s'étendant pas sur toute la largeur du bloc, ledit espace latéral pourra être situé au moins en partie à côté de ladite pièce de liaison. La commande des électrovannes 12, 13 et du moteur 21 est assurée par un microcontrôleur 22 situé dans la partie arrière du boîtier. Un capteur optique fournit seulement la position "zéro" du système.30 -9- Dans cet exemple, l'état de la vanne 12 est toujours à l'opposé de celui de la vanne 13, c'est-à-dire que lorsque la vanne 12 est ouverte, la vanne 13 est fermée et inversement. D'autres mécanismes d'entraînement en translation du plongeur peuvent être envisagés tels qu'une vis sans fin 23 axée verticalement et mue par un rotor creux fileté 24 logé dans un stator 25. Ladite vis est située dans l'espace latéral situé à côté de l'électrovanne verticale comme dans le dispositif de la figure 2. Les figures 4 et 5 représentent des variantes d'un palier interchangeable 16' et 16" comprenant une couronne à double paroi comportant des joints d'étanchéité interne et externe et une embase permettant sa fixation sur le bloc par exemple au moyen d'un ensemble vis V/écrou E. Il est à noter qu'au niveau du passage du plongeur, le palier pourra comporter des dents de façon à réduire les frottements du plongeur sur le palier tout en conservant une étanchéité. 20 Un dispositif selon l'invention pourra fonctionner selon un des modes suivants : un mode d'aspiration où l'électrovanne 13 est ouverte et l'électrovanne 12 fermée (Figure 6a), et le module d'entraînement engendre une translation du plongeur de manière à accroître le volume de la chambre de travail, 25 l'accroissement de volume de la chambre provoquant l'aspiration d'un liquide par exemple dans des moyens de pipetage connectés au canal traversant d'admission 7 par l'orifice 11, un mode d'échappement où l'électrovanne 13 est fermée et l'électrovanne 12 ouverte (Figure 6b), le module d'entraînement agissant 30 alors de manière à provoquer une réduction du volume de ladite chambre de travail et un refoulement du liquide aspiré à travers le canal d'échappement 6 par l'orifice 10, un mode de dérivation où les deux électrovannes 12 et 13 sont ouvertes (Figure 6c).15 -10- Le dispositif selon l'invention pourra être utilisé pour des applications nécessitant une grande précision par exemple dans une plage variant de 3 L à 5,0 mL. La résolution est d'environ 4500 incréments en mode standard et de 36000 incréments en mode microstepping pour un mouvement de plongeur de 30 mm. Revendications 1. Dispositif de pompage, caractérisé en ce qu'il comprend : - un boîtier (1) dont la face avant (2) est au moins partiellement constituée par un bloc (3) en matière transparente qui s'étend partiellement à l'intérieur du boîtier (1), ce bloc (3) étant muni de perçages usinés dont au moins un perçage borgne (4) constituant une chambre de travail (17), au moins un perçage constituant un canal d'admission et/ou d'échappement (5) qui débouche dans le perçage borgne (4) au niveau de la face postérieure du bloc (3), deux canaux traversants (6, 7) débouchant chacun sur la face antérieure (8) et sur la face postérieure (9) du bloc (3), des orifices (10, 11) de ces deux canaux traversants (6, 7) situés au niveau de la face antérieure (8) du bloc (3) étant équipés de moyens de connexion de conduits hydrauliques, deux électrovannes (12, 13) fixées sur la face postérieure (9) du bloc (3), chacune de ces électrovannes (12, 13) étant connectée d'une part au canal d'admission et/ou d'échappement (5) et, d'autre part à l'un correspondant desdits canaux traversants (6, 7), un plongeur (15) monté coulissant, avec étanchéité dans un palier (16) équipant l'orifice du perçage borgne (4), ce plongeur (15) délimitant avec ledit perçage borgne (4) un volume variant en fonction de la position axiale du plongeur (15), un module d'entraînement en translation du plongeur (15) connecté au niveau de la base du plongeur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux perçages constituant respectivement un canal d'admission et un canal d'échappement qui débouchent dans le perçage borgne au niveau de la face postérieure du bloc et sont directement raccordés chacun à une desdites électrovannes.-12- 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module d'entraînement s'étend sous le bloc (3) et les électrovannes (12, 13) et latéralement par rapport à ces dernières de façon à être le plus compact possible. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module d'entraînement comprend un chariot d'entraînement (18) connecté au plongeur (15) et entraîné en translation au moyen d'une crémaillère (19) engrenant avec un pignon (20) mu par une motorisation (21). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module d'entraînement comprend un chariot d'entraînement (18) entraîné en translation au moyen d'une vis sans fin (22) elle-même entraînée en translation par une motorisation comprenant un stator (23) et un rotor annulaire (24) dont la surface intérieure présente un taraudage dans lequel s'engage la vis. 6. Dispositif selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que lesdits conduits hydrauliques comprennent des moyens de pipetage, une réserve de liquide. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plongeur et le palier sont interchangeables de 25 manière à faire varier le diamètre du plongeur et à toujours avoir une gamme de volume assortie d'une précision ad hoc adaptée au volume de liquide à pomper. 8. Dispositif selon la revendication 1, 30 caractérisé en ce que le boîtier (1) comprend une partie amovible pour permettre le changement du plongeur (15) et du palier (16).-13- 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites électrovannes (12, 13) et ladite motorisation (21, 23, 24) sont commandées par un processeur (25) recevant des informations relatives à la position du plongeur (15). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les susdites informations sont obtenues au moyen d'une fourche optique associée audit module d'entraînement. 10 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande du module d'entraînement et des électrovannes (12, 13) conçues de manière à assurer un cycle comprenant au moins : - une phase d'admission dans laquelle la première électrovanne (12) est 15 ouverte, la deuxième électrovanne (13) est fermée et le module d'entraînement engendre une translation du plongeur (15) de manière à accroître le volume de la chambre de travail (17), l'accroissement de volume de la chambre (17) provoquant l'aspiration d'un liquide par exemple dans des moyens de pipetage connectés à un premier canal 20 traversant (f3), une phase d'échappement dans laquelle, la première électrovanne (12) est fermée, la deuxième électrovanne (13) est ouverte, le module d'entraînement agissant alors de manière à provoquer une réduction du volume de ladite chambre de travail (17) et un refoulement du liquide 25 aspiré à travers un deuxième canal traversant (7). 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande du module d'entraînement et des électrovannes (12, 13) conçus de manière à 30 assurer un fonctionnement en mode de dérivation où les deux électrovannes sont ouvertes.5