Brevet FR2886011A1 — publié le 20061124

Dispositif pour mesurer le débit d'un gaz et son application à la mesure du débit d'oxygène dans des installations médicales La présente invention concerne un dispositif pour mesurer le débit d'un gaz. L'invention vise en particulier, mais non limitativement, un dispositif pour mesurer le débit d'oxygène, dans des installations médicales. Dans de telles installations médicales, il s'agit de mesurer avec précision, car la vie des patients en dépend, des débits d'oxygène compris entre 0 et 10 I/mn. A cet effet, on a utilisé jusqu'à présent des débitmètres à fil chaud, capables de mesurer des débits de gaz en détectant la variation de conductibilité thermique engendrée par la modification du débit du gaz. De tels débitmètres à fil chaud sont également utilisés couramment en chromatographie en phase gazeuse. Ces débitmètres à fil chaud sont coûteux, nécessitent une maintenance élevée et doivent être remplacés fréquemment en raison de leur usure. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif pour mesurer le débit d'un gaz qui soit relativement peu coûteux, nécessitant une maintenance réduite et permettant une mesure précise et fiable du débit d'un gaz et, en particulier, de l'oxygène. Suivant l'invention, le dispositif pour mesurer le débit d'un gaz est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour diriger le gaz vers une lame élastique, des moyens pour détecter la déformation subie par cette lame lors de l'impact du gaz sur cette lame et des moyens pour convertir la déformation détectée en valeur de débit du gaz. Selon une version préférée de l'invention, les moyens pour diriger le gaz vers la lame élastique comprennent un diffuseur conique, apte à créer un jet de gaz, perpendiculaire à la lame, dirigé vers une première extrémité de cette lame, la seconde extrémité de celle-ci étant rigidement fixée contre un corps fixe. Ce diffuseur conique a pour effet de former un jet très étroit de gaz ayant une vitesse élevée qui permet, lors de son impact contre la lame élastique, de déformer celle-ci d'une manière suffisante pour que celle-ci soit détectable par un capteur approprié. De préférence, la première extrémité de la lame porte un récepteur du jet de gaz. Ce récepteur permet ainsi de capter l'énergie fournie par le jet de gaz qui a pour effet de déformer la lame élastique. De préférence également, les moyens pour détecter la déformation de la lame comprennent une jauge résistive, appliquée sur une face longitudinale de la lame pour être apte à détecter la flexion de la lame. Une telle jauge résistive, appliquée sur une lame pouvant fléchir, a souvent été utilisée dans des capteurs de force, en particulier dans des appareils de pesage, mais n'a jamais été utilisée dans un dispositif pour mesurer un débit. La lame peut être en métal ou en alliage inerte vis-à-vis du gaz, en particulier de l'oxygène. Elle présente de préférence, une section rectangulaire et un évidement central allongé dans la direction de la longueur de la lame, et débouchant sur deux faces longitudinales opposées de la lame. Cet évidement permet d'augmenter la flexibilité de la lame tout en conférant à celle-ci une robustesse suffisante, notamment à l'égard des chocs mécaniques. De préférence, le récepteur du jet de gaz présente une cavité de réception de forme sphérique centrée sur l'axe du jet de gaz émis par le diffuseur. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la lame élastique est fixée dans un corps rigide comportant une entrée de gaz et une sortie de gaz, la lame faisant saillie à l'intérieur d'une cavité cylindrique dont l'axe est centré sur la sortie de gaz, l'axe du diffuseur de gaz et l'axe de la cavité du récepteur de gaz. Ledit corps rigide peut comprendre un organe de réglage du débit de gaz disposé entre l'entrée de gaz et le diffuseur de gaz. La jauge résistive, appliquée sur la lame élastique, peut être connectée électriquement avec un circuit de mesure de la variation de sa valeur ohmique, ce circuit étant lui-même relié à un dispositif d'affichage, apte à afficher la valeur de débit du gaz en fonction du signal délivré par le circuit de mesure. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui suit. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif pour mesurer le débit d'un gaz, selon l'invention La figure 2 est un schéma montrant les différents composants annexes d'un dispositif selon l'invention Dans la réalisation représentée sur la figure 1, le dispositif pour mesurer le débit d'un gaz, en particulier de l'oxygène, comprend des moyens pour diriger le gaz vers une lame élastique 1, des moyens 2 pour détecter la déformation subie par cette lame 1 lors de l'impact du gaz sur cette lame et des moyens non représentés sur la figure 1, pour convertir la déformation détectée en valeur de débit du gaz. Les moyens pour diriger le gaz vers la lame élastique 1 comprennent un diffuseur conique 3, apte à créer un jet de gaz perpendiculaire à la lame 1, dirigé vers une première extrémité 1a de cette lame. La seconde extrémité 1 b de la lame 1 est rigidement fixée contre un corps fixe 4, au moyen d'une vis 5 vissée dans celui-ci. La première extrémité 1 a de la lame 1 porte un récepteur 6 du jet de gaz. Dans l'exemple représenté, les moyens pour détecter la déformation de la lame comprennent une jauge résistive 2 appliquée sur une face longitudinale de la lame 1 pour être apte à détecter la flexion de cette lame 1. La lame 1 est de préférence en métal ou en alliage inerte vis-à-vis du gaz, tel que l'acier inoxydable dans le cas de l'oxygène. La lame 1 présente une section rectangulaire et un évidement central 7 allongé dans la direction de la longueur de la lame et débouchant sur deux faces longitudinales opposées de la lame. Le récepteur 6 du jet de gaz présente une cavité de réception 8 de forme sphérique centrée sur l'axe 9 du jet de gaz émis par le diffuseur 3. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la lame élastique 1 est fixée dans un corps rigide 4 comportant une entrée 10 de gaz et une sortie 11 de gaz. La lame 1 fait saillie à l'intérieur d'une cavité cylindrique 12 dont l'axe est centré sur la sortie de gaz 11, l'axe 9 du diffuseur de gaz 3 et l'axe de la cavité 8 du récepteur de gaz 6. A l'intérieur de la cavité 12, est monté un manchon 13 dont l'extrémité inférieure prend appui sur le diffuseur 3. L'extrémité supérieure du manchon 13 est un appui contre un couvercle 14 qui est fixé contre le corps rigide 4 et comporte l'ouverture 11 de sortie du gaz. Le manchon 13 comporte une ouverture latérale 13a dans laquelle est engagée la lame 1. Bien entendu, le diamètre intérieur du manchon 13 est supérieur au diamètre du récepteur 6 pour permettre le passage du gaz vers la sortie 11. En outre, le corps rigide 4 comprend un organe 15 de réglage du débit du gaz disposé entre l'entrée 10 de gaz et le diffuseur de gaz 3. Cet organe 15 de réglage de débit comprend une vis pointeau 16 actionnée par une molette 17, qui coopère avec un siège 18 adjacent à l'entrée du gaz 10. Lorsque le pointeau 16 n'est pas en appui sur le siège 18, le gaz pénètre dans une chambre 18 qui entoure la tige du pointeau 16. Cette chambre 18 communique avec le diffuseur 3 par un canal 19. Le gaz, avant d'entrer dans le dispositif représenté sur la figure 1, est filtré par un filtre (20) représenté sur le schéma de la figure 2. Le débit du gaz est réglé par l'organe de réglage 15 en agissant sur la molette 17. Le gaz pénètre dans le diffuseur 3 d'où il sort sous forme d'un jet étroit à grande vitesse dirigé selon l'axe 9 vers le récepteur 6. A l'impact avec la surface sphérique du récepteur 6, le jet agit sur l'extrémité 1 a de la lame 1 avec une force qui est fonction du débit du gaz à son entrée dans le dispositif. La force de l'impact du gaz dépend de sa vitesse qui dépend de la forme conique du diffuseur 3. La forme sphérique de la cavité de réception du récepteur 6 accentue l'effet de l'impact, en raison de la focalisation du jet de gaz qu'elle engendre. La force agissant sur l'extrémité (1 a) de la lame déforme celle-ci en flexion. Cette flexion déforme corrélativement la jauge résistive 2 en modifiant la valeur ohmique de celle-ci. La jauge résistive 2 est connectée électriquement (voir figure 2) avec un circuit 21 de mesure de la variation de sa valeur ohmique. Ce circuit 21 est luimême relié à un dispositif d'affichage 22 apte à afficher la valeur de débit de gaz en fonction du signal délivré par le circuit de mesure 21. Le circuit de mesure 21 peut être par exemple un pont de Wheastone dont l'une des résistances est constituée par la jauge 2. Lorsque le débit de gaz est nul, aucune force n'agit sur la lame 1 et sur la jauge 2. Le pont de Wheastone est alors équilibré et ne délivre aucun signal électrique. Lorsque le débit de gaz existe, une force proportionnelle à ce débit agit sur la lame et modifie la valeur ohmique de la jauge 2. Le pont de Wheastone délivre alors un signal qui est converti en valeur de débit. Si la valeur de débit affiché n'est pas égale à la valeur désirée, il suffit d'agir sur la molette 17 de l'organe 15 de réglage de débit jusqu'à ce que la valeur affichée corresponde au débit souhaité. La précision de la mesure du débit dépend de la sensibilité de la réponse de la lame 1 à l'égard du jet de gaz, c'est-à-dire du module de flexion de la lame 1. Ainsi, pour mesurer de faibles débits de gaz, on utilisera une lame ayant une flexibilité relativement importante. Inversement, pour mesurer des débits plus importants, on utilisera une lame ayant une raideur plus importante. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer le débit d'un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour diriger le gaz vers une lame élastique (1), des moyens (2) pour détecter la déformation subie par cette lame (1) lors de l'impact du gaz sur cette lame et des moyens pour convertir la déformation détectée en valeur de débit du gaz. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour diriger le gaz vers la lame élastique (1) comprennent un diffuseur conique (3), apte à créer un jet de gaz, perpendiculaire à la lame, dirigé vers une première extrémité de cette lame, la seconde extrémité de celle-ci étant rigidement fixée contre un corps fixe (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première extrémité de la lame (4) porte un récepteur (6) du jet de gaz. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour détecter la déformation de la lame (1) comprennent une jauge résistive (2) appliquée sur une face longitudinale de la lame pour être apte à détecter la flexion de cette lame. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la lame (1) est en métal ou en alliage inerte vis-à-vis du gaz, présente une section rectangulaire et un évidement central (7) allongé dans la direction de la longueur de la lame et débouchant sur deux faces longitudinales opposées de la lame. 6. Dispositif selon l'une de revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le récepteur (6) du jet de gaz présente une cavité de réception (8) de forme sphérique centrée sur l'axe du jet de gaz émis par le diffuseur (3) 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lame élastique (1) est fixée dans un corps rigide (4) comportant une entrée de gaz (10) et une sortie de gaz (11), la lame (1) faisant saillie à l'intérieur d'une cavité cylindrique (12) dont l'axe est centré sur la sortie de gaz (11), l'axe du diffuseur de gaz (3) et l'axe de la cavité du récepteur de gaz (6). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit corps rigide (4) comprend un organe de réglage (15), du débit de gaz disposé entre l'entrée de gaz (10) et le diffuseur de gaz (3). 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la jauge résistive (2) est connectée électriquement avec un circuit (21) de mesure de la variation de sa valeur ohmique, ce circuit (21) étant lui-même relié à un dispositif d'affichage (22) apte à afficher la valeur de débit du gaz en fonction du signal délivré par le circuit de mesure (21). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, appliqué à la mesure débit d'oxygène dans des installations médicales.