Appareil de réglage du débit d'un fluide s'écoulant goutte à goutte
La présente invention a pour objet un appareil de réglage du débit d'un fluide s'écoulant goutte à goutte.
Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif capteur agencé de façon à détecter le passage des gouttes de fluide et à produire, pour chacune de celle-ci, une impulsion électrique de commande, un mécanisme à commande motorisée agencé de façon à modifier la section de passage du fluide dans un conduit dans lequel s'écoule ce dernier, de façon à en faire varier le débit, et un circuit électronique commandé par lesdites impulsions et commandant lui-même ledit mécanisme de réglage, ce circuit électronique étant agencé de manière que, lorsque la fréquence des impulsions, correspondant à la fréquence de passage des gouttes de fluide, est différente de la fréquence désirée, le mécanisme de réglage est actionné dans un sens ou dans l'autre suivant le sens de ladite différence, de telle sorte que le débit se stabilise à la valeur choisie.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, et une variante.
La figure 1 est une vue schématique d'un appareil de perfusion, en particulier de son circuit électronique de commande représenté sous la forme d'un schémabloc.
Les figures 2, 3, 4 et 5 sont des diagrammes de fonctionnement de certains organes de l'appareil.
La figure 6 représente le schéma du circuit d'alimentation du servo-moteur de l'appareil, et
la figure 7 représente une variante du circuit de la figure 1.
L'appareil représenté comprend un conduit ï dans lequel s'écoule, en charge et goutte à goutte, un liquide destiné à une perfusion, contenu dans un flacon 2, dont seule la partie inférieure a été représentée. Le conduit 1 débouche dans une chambre verticale 3, de forme générale cylindrique, d'où il ressort par un conduit 4.
La partie inférieure de la chambre 3 est munie d'une crépine 5 destinée à filtrer et à débuller le liquide.
L'appareil comporte un mécanisme de réglage du débit, désigné d'une façon générale par 6, comprenant un verrou coulissant 7 se déplaçant longitudinalement dans la direction de la flèche 8, dans un sens ou dans l'autre, et qui est commandé par une came rotative 9 elle-même actionnée par un servo-moteur 10. La came 9 représente une gorge hélicoïdale 11 dans laquelle pénètre un téton 12 porté par le verrou 7. Ce dernier pince, en le déformant, le conduit 4, lequel est réalisé en une matière souple, élastique et compressible, et fait ainsi varier sa section et, par conséquent, le débit du liquide, lequel se mesure par la fréquence des gouttes qui s'écoulent, désignées par 13.
La chambre 3 appartient à un dispositif capteur ou de prise d'informations, comportant deux grilles 14 et 15 logées dans cette chambre, perpendiculairement à la direction d'écoulement du liquide, dont la première est reliée, par une ligne 16, à l'un des pôles, 17, d'une source de courant. Chaque goutte 13, à son passage dans la chambre 3, produit, du fait que le liquide est conducteur, une liaison électrique entre les grilles 14 et 15, de sorte qu'à chaque goutte correspond une impulsion électrique envoyée, par une ligne 18 à laquelle est reliée la grille 15, à une bascule monostable 19 dite bascule de gouttes , pour la commander.
L'une des sorties de cette bascule est reliée par une ligne 2021-22 à un amplificateur 23 relié lui-même, par une ligne 24, à un dispositif compteur 25, apte à être remis à zéro en tout temps, permettant de connaître, en tout temps, le nombre des gouttes qui ont déjà passé et, par conséquent, la quantité du liquide écoulé.
Il est à remarquer que, le conduit 1 étant calibré à une section telle qu'à 15 gouttes par exemple corresponde 1 cm2, il suffit de placer entre l'amplificateur 23 et le compteur 25 un étage de division, comme représenté en traits mixtes en 26, pour que le compteur 25 indique directement, en cm9, la quantité du liquide qui s'est écoulé.
Il est à remarquer que, le conduit 1 étant calibré à une section telle qu'à 15 gouttes par exemple corresponde 1 cm3, il suffit de placer entre l'amplificateur 23 et le compteur 25 un étage de division, comme représenté en traits mixtes en 26, pour que le compteur 25 indique directement, en cm3, la quantité du liquide qui s'est écoulé.
La ligne 20 de sortie de la bascule 19 est en outre reliée, par une ligne 27, à un dispositif court-circuiteur 28 relié lui-même, par une ligne 29, à un dispositif 30, dit base de temps, comportant une capacité chargée à courant constant. Cette dernière est reliée, en vue de sa charge, à un pôle 31 d'une source de courant, par une ligne 32, par un potentiomètre variable 33 et par une ligne 34.
Le potentiomètre 33 pourra être agencé de façon à pouvoir être actionné à distance.
L'agencement du dispositif de base de temps 30 est tel que chaque fois qu'une impulsion parvient au courtcircuiteur 28, la capacité du dispositif 30 se décharge à zero.
La sortie de cette capacité chargée à courant constant est reliée, par une ligne 35, à un circuit de seuil 36 dont une des sorties, 0, est reliée, par une ligne 37-38, à un amplificateur 39 alimentant, par une ligne 40, un relais 41.
La même sortie 0 du circuit de seuil 36 commande, par la ligne 37 suivie d'une ligne 42-43, une bascule monostable de référence de temps 44 dont la sortie est reliée, par une ligne 45, à un amplificateur 46 dont la sortie est elle-même reliée, par une ligne 47, à un second relais, désigné par 48.
Fonctionnement
L'appareil décrit et représenté fonctionne de la manière suivante:
Lors de l'enclenchement, la capacité chargée à courant constant du dispositif 30 commence à se charger, ceci à une vitesse plus ou moins grande selon la position dans laquelle le potentiomètre 33 aura été préalablement réglé. La fig. 2, dans laquelle trois courbes de charge, en l'occurrence les trois droites Rj, R3 et R3 ont été représentées, correspondant à trois positions du potentionmètre de règlage 33, montre que celui-ci fait varier la pente de la courbe de charge.
Au cours de cette opération, la charge de la capacité franchit le seuil, fixe, du circuit 36. Le circuit de seuil 36 alimente alors le relais 41, par l'intermédiaire de l'amplificateur 39, et commande la bascule de référence de temps 44 qui alimente elle-même, par l'intermédiaire de l'amplificateur 46, le relais 48. Ainsi, les deux relais 41 et 48 tirent toujours les deux en même temps, sauf dans un cas - celui de la correction rapide - qui sera exposé plus loin.
Le circuit d'alimentation du moteur 10, décrit en détail plus loin, est tel que lorsque les relais 41 et 48 sont tous deux en position de travail, le moteur n'est pas alimenté.
Lorsque, l'appareil étant dans l'état décrit ci-dessus, une goutte 13 tombe dans la chambre 3, elle envoie à la bascule 19 une impulsion commandant cette bascule, ce qui provoque l'envoi d'une impulsion au court-circuiteur 28. Ce dernier provoque à son tour la décharge de la capacité du dispositif de base de temps 30, ce qui relâche le circuit de seuil 36.
Trois cas peuvent alors se produire, illustrés respectivement aux figures 3, 4 et 5, dans lesquelles ont été indiquées, graphiquement, en fonction du temps, les tensions de sortie U de la capacité à charge constante, du circuit de seuil 36, de la bascule de référence 44, ainsi que la tension de correction et les impulsions de la bascule monostable 19.
1. Le débit est trop rapide (figure 3)
Dans ce cas, le circuit de seuil 36 relâche avant que la bascule de référence de temps 44 ait relâché, de sorte que cette dernière reste en fonction entre le moment où le circuit de seuil a relâché et le moment où elle relâche d'elle-méme pour retourner à son état initial. Pendant cette brève durée, seul le relais 48 est en travail, le relais 41 ayant relâché en même temps que le circuit de seuil 36. Le circuit d'alimentation du moteur 10 est agencé de manière telle que, lorsque le relais 48 est seul en travail, la tension d'alimentation du moteur soit négative, et que ce dernier tourne dans le sens dans lequel la came 9, entraînée par lui, produit la fermeture du verrou 7, ce qui diminue le débit.
2. Le débit correspond exactement à la valeur désirée (figure 4)
Le circuit de seuil 36 relâche alors exactement en même temps que la bascule de référence de temps 44. Il en résulte que les deux relais 41 et 48 relâchent également simultanément. Or, le circuit d'alimentation du moteur 10 est tel que, lorsque les relais sont tous deux au repos, le moteur n'est pas alimenté. Ainsi, lorsque le débit est correct, le règlage n'est pas modifié.
3. Le débit est trop lent (figure 5)
Dans ce cas, la bascule de référence 44 relâche avant le circuit de seuil 36. Il en résulte que le relais 41 reste en fonction pendant un temps, alors que le relais 48 est déjà au repos. Le circuit d'alimentation du moteur 10 est tel que, lorsque le relais 41 est seul en travail, la tension d'alimentation du moteur soit positive et que ce dernier tourne dans le sens dans lequel il produit l'ouverture du verrou 7, ce qui accélère le débit.
Ainsi, le débit est automatiquement corrigé, le mécanisme 6 qui assure son réglage étant asservi au dispositif capteur ou de prise d'informations.
Le circuit d'alimentation du moteur 10 est représenté en détail à la figure 6:
L'une des bornes du moteur, désignée par 49, est reliée, respectivement par deux lignes 50 et 51, aux pôles négatif 52 et positif 53 d'une source de courant.
commandés respectivement par le relais 41 et 48, res
La ligne 50 comporte deux contacts 41l et 48l, pectivement fermé et ouvert lorsque les relais sont tous deux au repos, dans la position représentée au dessin.
La ligne 51 comporte deux contacts 413 et 483, commandés respectivement par les relais 41 et 48, respectivement ouvert et fermé lorsque les relais sont tous deux au repos.
Il en résulte que, dans cette position des relais, les deux lignes 50 et 51 sont toutes deux interrompues, la première par le contact ouvert 48l et la seconde par le contact ouvert 413, de sorte que le moteur 10 n'est pas alimenté.
Lorsque les relais sont tous deux alimentés, les lignes 50 et 51 sont également toutes deux interrompues, la première par le contact 411 qui s'ouvre alors, et la seconde par le contact 483 qui s'ouvre également: le moteur 10 n'est ainsi pas non plus alimenté dans cette position des relais.
Si, au contraire, l'un ou l'autre des relais 41 et 48 est seul alimenté, l'une ou l'autre des lignes 50 et 51 est alors seule interrompue, de sorte que le moteur 10 est alimenté, en courant positif ou négatif, ce qui le fait alors tourner dans un sens ou dans l'autre.
La borne 49 du moteur 10 est en outre reliée à la masse, comme la seconde borne, 54, du moteur, par une ligne de court-circuitage 55 munie d'un dispositif de commutation 56 comportant deux contacts de commutation 413 et 483 agencés de façon telle que, lorsque les relais 41 et 48 sont tous deux en position soit de repos soit de travail, cette ligne 55 est fermée. Il en résulte qu'aussitôt qu'il n'est plus alimenté, le moteur 10 est court-circuité, ce qui freine et réduit l'inertie de réaction de l'appareil.
Ce dernier comporte encore un dispositif de commande, à action rapide, du mécanisme de réglage de débit 6, fonctionnant lorsque la différence entre la fréquence d'écoulement des gouttes et la valeur désirée dépasse une limite donnée, c'est-à-dire en cas d'emballement de l'appareil.
Ce dispositif à action rapide comporte une ligne 57 reliant la seconde sortie, +1, du circuit de seuil 36, à un circuit de retardement RC 58. Ce dernier assure l'alimentation, par une ligne 59, d'une bascule bistable prioritaire 60 dont une des sorties est reliée, par une ligne 61, à la ligne 43 conduisant à la bascule de référence 44. Une ligne de commande 62 relie en outre la ligne 21, sortant de la bascule de gouttes 19, à la bascule prioritaire 60.
Ce dispositif à action rapide fonctionne de la façon suivante:
Lors d'un passage des gouttes 13 à une fréquence nettement trop élevée, le circuit de seuil 36 reste constamment dans son premier état, de repos, du fait que les impulsions actionnant le court-circuiteur 28, et qui déchargent la capacité chargée à courant constant du dispositif de base de temps 30, surviennent avant même que la charge de cette capacité ait atteint la valeur du seuil du circuit 36. De ce fait, la bascule bistable 60 est alors alimentée par la ligne 57, le circuit de retardement 58 et la ligne 59 et se trouve dans un état prioritaire dans lequel elle n'a pas de sortie. Il est à remarquer que le circuit de retardement 558 évite que la bascule 60 soit amenée dans cette position d'état prioritaire lors du fonctionnement normal de l'appareil.
Une fois la bascule 60 dans sa position prioritaire, la première impulsion de goutte provenant de la bascule 19 par la ligne 20-21-62 amène cette bascule dans son deuxième état, dans lequel elle commande, par la ligne 6143, la bascule de référence 44. L'amplificateur 46 est alors alimenté également, ce qui place le relais 48 en position de travail.
Il est à remarquer que le courant provenant de la ligne 61 n'atteint pas l'amplificateur 39 commandant le relais 48 du fait qu'une diode 62, qui pourrait être remplacée par un montage à transistors (pnp/npn), est montée sur la ligne 42.
Le moteur 10 entraîne alors la came 9 dans le sens de la fermeture du conduit 4, ce qui réduit rapidement le débit. Aussitôt qu'une fréquence se rapprochant du débit désiré est atteinte, le circuit de seuil 36 change d'état et substitue à la bascule prioritaire 60 la bascule de référence de temps 44. La bascule 60, agencée pour revenir d'elle-même dans sa position neutre, y retourne alors, les impulsions de gouttes provenant de la ligne 61 étant sans effet sur elle lorsqu'elle n'est plus alimentée par le circuit de retardement 58.
Un tel cas d'emballement de la fréquence, ou plus exactement de déséquilibre important entre la fréquence réelle de passage des gouttes 13 et la fréquence désirée, se produira généralement au moment d'un changement dans le réglage de l'appareil, le potentiomètre 33 étant amené brusquement d'une position de passage rapide des gouttes 13 à une position de passage lent.
L'appareil comporte enfin un dispositif d'alarme fonctionnant lorsque le débit des gouttes 13 monte au-dessus d'une valeur limite supérieure ou descend au-dessous d'une valeur limite inférieure, par exemple à la suite d'une obstruction de conduite ou de l'épuisement du liquide.
Dans l'exemple représenté, ce dispositif d'alarme comporte deux taquets 63 protés par la came 9, montés sur elle de façon réglable, actionnant, lorsque la came atteint l'une ou l'autre de deux positions critiques, respectivement dans un sens ou dans l'autre de ses déplacements, l'un ou l'autre de deux micro-interrupteurs 64 commandant eux-mêmes un appareil d'alarme, optique ou acoustique, non représenté, proche ou distant.
Le dispositif d'alarme pourra également être actionné par des grilles supplémentaires logées dans la chambre 3, ou encore par un circuit de seuil analogue au circuit 36, mais dont le seuil d'enclenchement serait supérieur à celui du circuit 36, son entrée étant aussi connectée à la ligne 35 et sa sortie 0 branchée sur les moyens d'alarme.
Le présent appareil sera particulièrement utile dans ses applications aux perfusions médicales dans lesquelles un contrôle précis de la quantité du produit administré est très souvent indispensable. C'est le cas, particulièrement, lors de l'administration, par ce moyen, de médicaments à de petits enfants, dont le volume sanguin est très faible. Or, au cours d'une perfusion, le niveau du produit dans le flacon change, de même que la pression dans la veine du patient ainsi que la position de son bras, ce qui modifie les conditions de l'opération.
Il est par conséquent nécessaire de constamment ajuster le réglage du débit pour compenser les variations de ces différents facteurs, ce que le présent appareil effectue automatiquement.
Il est toutefois à remarquer que cet appareil aura des applications autres que médicales, par exemple dans le domaine de la chimie, de la physique et de la biologie, ou encore dans l'industrie, et qu'il trouvera son emploi partout où le débit d'un fluide s'écoulant goutte à goutte doit pouvoir être réglé de façon précise et maintenu constant.
De plus, l'appareil ne s'applique pas seulement aux liquides mais également à d'autres fluides, tels, par exemple, que des produits pulvérulents. Cependant, ces derniers n'étant généralement pas conducteurs, le dispositif capteur, servant à la prise des informations, devra être différent de celui décrit et représenté, les grilles 14 et 15 pouvant, par xemple, être remplacées par des moyens optiques (cellules photo-électriques), électromécaniques ou autres.
De même, le mécanisme de réglage du débit pourra être différent du mécanisme 6 décrit et représenté, et comporter, par exemple, une vanne motorisée.
En variante, le réglage du débit pourra s'effectuer non pas en modifiant la pente du dispositif de base de temps 30, c'estià-dire en modifiant la vitesse de charge de la capacité à courant constant, mais en faisant varier la valeur du seuil du circuit 36.
En variante également, les relais 41 et 48 pourraient être remplacés par une commutation à transistors.
Toujours en variante, on pourra prévoir un dispositif d'accouplement à friction, tel l'accouplement 65 schématiquement représenté à la figure 1, permettant de faire tourner manuellement la came 9 sans que soit entraîné le moteur 10, ceci lors de la mise en place du conduit 4, ou pour permettre de faire passer du liquide à flot, par exemple pour purger l'appareil, ou encore dans le cas d'une mise hors de service de celui-ci.
Dans le cas où l'appareil est destiné aux perfusions médicales, il pourra comporter un coffret enfermant ses différents organes, qui pourra se fixer au statif supportant le flacon 2.
Dans la variante de la figure 7, les éléments identiques à ceux de la figure 1 ont été représentés par les mêmes signes de référence.
Le circuit diffère de celui de la figure 1 à partir du circuit de seuil 36. Dans cette variante, un deuxième circuit de seuil, désigné par 66, est monté en parallèle avec le circuit de seuil 36. Ce circuit 66 commande, par une ligne 67, le relais 41 d'augmentation du débit.
Quant au circuit de seuil 36, il débite dans un inverseur 68 qui agit, d'une part, par ligne 69, sur un circuit logique ET 70, par ailleurs relié au court-circuiteur 28 par une ligne 71, et d'autre part, par une ligne 71, sur un circuit de maintien 72 que commande également le circuit logique ET par une ligne 72. La sortie du circuit de maintien est reliée, par une ligne 73, au relais 48 de diminution de débit.
La partie du schéma de la figure 7 qui a été modifiée par rapport au schéma de la figure 2 a été entourée par un trait mixte 74.