FR2707003A1

FR2707003A1 - Device for measuring small fluid flow rates

Info

Publication number: FR2707003A1
Application number: FR9307778A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1994-12-30

Abstract

The invention relates to a device for measuring small fluid flow rates, comprising an assembly with one or more tubes, including at least one calibrated measuring tube (4), this assembly being intended to be interposed in series in the pipe (1) through which the fluid flows, each tube containing a free piston (5). Means (12) for detecting the position of the piston (5) signal passage of the latter through determined intermediate positions following each other with a constant step. A unit (15) for processing the detection signals determines the time taken by the piston (5) to cover successively each of the elementary lengths separating the said intermediate positions, from which the instantaneous flow rate of the liquid is determined. The unit (15) also causes, at the end of each stroke of the piston (5), reversal of the direction of flow of the liquid through the tube (4), using a hydaulic switch (3).

Description

Dispositif de mesure de faibles débits de liquide
La présente invention se rapporte a un dispositif de mesure de faibles débits de liquide comprenant un ensemble à tube(s) comportant au moins un tube de mesure calibré, cet ensemble étant destiné à être intercalé en série dans le tuyau où s'écoule le liquide, chaque tube contenant un piston qui peut s'y déplacer librement, des moyens de détection, pour détecter la position des pistons dans les tubes, et pour signaler leur arrivée en l'une ou l'autre de deux positions de fin de course, délivrant alors des signaux destinés à commander, par l'intermédiaire d'un commutateur hydraulique, l'inversion du sens d'écoulement du liquide dans le tube, et une unité de traitement desdits signaux, qui détermine le temps mis par les pistons pour accomplir leur course, d'où est déduit le débit du liquide.Device for measuring low liquid flow rates
The present invention relates to a device for measuring low liquid flow rates comprising a tube assembly (s) comprising at least one calibrated measurement tube, this assembly being intended to be inserted in series in the pipe through which the liquid flows. , each tube containing a piston which can move there freely, detection means, for detecting the position of the pistons in the tubes, and for signaling their arrival in one or the other of two end-of-travel positions, then delivering signals intended to control, by means of a hydraulic switch, the reversal of the direction of flow of the liquid in the tube, and a unit for processing said signals, which determines the time taken by the pistons to accomplish their stroke, from which the liquid flow is deducted.

Un dispositif de ce genre est connu, dans lequel le volume de liquide pris en compte pour calculer le débit est égal au volume balayé à chaque course du piston par llune~de ses faces terminales. Ce volume ne peut être réduit à une faible valeur permettant d'effectuer une mesure précise du débit instantané du liquide. En effet, le diamètre du tube doit être suffisant pour ne pas perturber l'écoulement du liquide. Par ailleurs, une diminution de la longueur de la course du piston entraine une augmentation de la fréquence de ses mouvements de va-et-vient, d'où une usure plus rapide du matériel, à quoi s'ajoute une imprécision importante due à la forte multiplication des opérations de commutation du sens d'écoulement du liquide dans le tube. A device of this kind is known, in which the volume of liquid taken into account to calculate the flow rate is equal to the volume swept at each stroke of the piston by llune ~ of its end faces. This volume cannot be reduced to a low value allowing precise measurement of the instantaneous flow rate of the liquid. Indeed, the diameter of the tube must be sufficient not to disturb the flow of the liquid. In addition, a reduction in the length of the piston stroke leads to an increase in the frequency of its reciprocating movements, resulting in faster wear of the material, to which is added considerable imprecision due to the large increase in switching operations for the direction of flow of the liquid in the tube.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. The invention aims to remedy these drawbacks.

A cet effet, selon l'invention, les moyens de détection précités sont conçus pour signaler le passage de chaque piston par des positions intermédiaires successives, tandis que l'unité de traitement des signaux détermine les temps mis par les pistons pour parcourir successivement les longueurs séparant lesdites positions intermédiaires, d'où se déduit le débit instantané du liquide au moment de chacun de ces déplacements. To this end, according to the invention, the aforementioned detection means are designed to signal the passage of each piston through successive intermediate positions, while the signal processing unit determines the times taken by the pistons to successively travel the lengths separating said intermediate positions, from which the instantaneous flow of liquid is deduced at the time of each of these movements.

Grâce à ces dispositions, le volume de liquide servant au calcul du débit est considérablement réduit : il est en effet égal au volume balayé par une face terminale du piston non plus pendant une course entière ce celui-ci, mais pendant son déplacement sur les longueurs séparant - les nombreuses positions intermédiaires définies entre les deux positions de fin de course. Les volumes élémentaires correspondants, qui peuvent être rendus aussi petits qu'on le désire sans modifier ni le diamètre du tube ni la fréquence des mouvements zen de va-et-vient du piston, permettent d'obtenir une valeur précise du débit instantané pour chacun des déplacements du piston entre deux positions intermédiaires successives. Thanks to these provisions, the volume of liquid used for calculating the flow rate is considerably reduced: it is in fact equal to the volume swept by a terminal face of the piston no longer during a full stroke, but during its movement over the lengths separating - the numerous intermediate positions defined between the two end positions. The corresponding elementary volumes, which can be made as small as desired without modifying either the diameter of the tube or the frequency of the Zen back and forth movements of the piston, make it possible to obtain a precise value of the instantaneous flow for each displacements of the piston between two successive intermediate positions.

Dans une forme de réalisation avantageuse, le piston porte des marques séparées par des espaces et réparties sur sa longueur, qui font apparaître, dans une portion déterminée du tube de longueur inférieure à celle du piston, un code indicatif de chaque position intermédiaire prise par le piston ; quant aux moyens de détection, ils sont conçus pour détecter ce code et le transmettre, sous forme d'une combinaison correspondante de signaux, à 11 unité de traitement qui reconnaît chacune des positions intermédiaires par où passe le piston et indique 1'instant de son passage en chacune d'elles. In an advantageous embodiment, the piston bears marks separated by spaces and distributed over its length, which reveal, in a determined portion of the tube of length less than that of the piston, a code indicative of each intermediate position taken by the piston; as for the detection means, they are designed to detect this code and transmit it, in the form of a corresponding combination of signals, to the processing unit which recognizes each of the intermediate positions through which the piston passes and indicates the instant of its passage in each of them.

L'unité de traitement des signaux peut non seulement déduire, de ces informations de temps, le débit instantané du liquide à chacun de ces instants, mais encore, de l'ordre d'apparition des combinaisons de signaux correspondant à des positions successives du piston, compte tenu de la position du commutateur hydraulique, le sens de déplacement du piston dans le tube. Ceci offre l'avantage de permettre la détection d'éventuels flux inverses de liquide lorsque le sens de déplacement du piston n'est pas celui qui correspondrait normalement à la position donnée au commutateur hydraulique. En outre, le volume de liquide déplacé par un tel flux inverse peut être aisément déterminé. Il convient d'effectuer la reconnaissance de chaque position particulière du piston par l'unité de traitement des signaux par analyse de la combinaison de signaux correspondante et éventuellement d'au moins l'une des combinaisons de signaux fournies par les moyens de détection immédiatement avant la combinaison considérée. Cette dernière disposition est mise en oeuvre pour lever les ambiguités lorsque la relation entre les combinaisons de signaux et les positions du piston n'est pas absolument univoque. The signal processing unit can not only deduce from this time information the instantaneous flow of the liquid at each of these times, but also from the order of appearance of the combinations of signals corresponding to successive positions of the piston. , taking into account the position of the hydraulic switch, the direction of movement of the piston in the tube. This has the advantage of allowing the detection of any reverse flow of liquid when the direction of movement of the piston is not that which would normally correspond to the position given to the hydraulic switch. In addition, the volume of liquid displaced by such a reverse flow can be easily determined. Recognition of each particular position of the piston by the signal processing unit by analysis of the corresponding combination of signals and possibly of at least one of the combinations of signals provided by the detection means immediately before the combination considered. This latter arrangement is implemented to remove ambiguities when the relationship between the combinations of signals and the positions of the piston is not absolutely unequivocal.

Les détecteurs précités sont de préférence des détecteurs dE ondes électromagnétiques (optiques,. The aforementioned detectors are preferably electromagnetic wave detectors (optical ,.

infrarouges, radiofréquences, etc) qui perçoivent, dans des fenêtres de réception respectives et å travers la paroi du tube, la présence d'une marque ou d'un espace, le mode de réalisation des marques et des espaces permettant leur distinction. Plus particulièrement, on peut prévoir que les détecteurs reçoivent le signal provenant d'une source et traversant le piston - ou sty réfléchissant - en y étant affecté par les marques qutil comporte, le pouvoir de transmission - ou de réflexion - des marques étant différent de celui des espaces, ce qui est obtenu par exemple lorsque le piston est réalisé en un matériau transparent et que les marques sont formées par des zones opaques au signal.infrared, radio frequency, etc.) which perceive, in respective reception windows and through the wall of the tube, the presence of a mark or a space, the embodiment of the marks and spaces allowing their distinction. More particularly, it is possible to provide that the detectors receive the signal coming from a source and passing through the piston - or reflecting reflector - by being affected there by the marks which it comprises, the power of transmission - or reflection - of the marks being different from that of spaces, which is obtained for example when the piston is made of a transparent material and the marks are formed by zones opaque to the signal.

Dans une forme de réalisation particulière, les positions intermédiaires du piston, repérées par les moyens de détection, se succèdent avec un pas constant. In a particular embodiment, the intermediate positions of the piston, identified by the detection means, follow one another with a constant pitch.

Dès lors, la portion du tube précitée où apparaît le code indicatif de la position du piston est avantageusement définie par une pluralité de fenêtres de détecteurs juxtaposées jointivement suivant la direction longitudinale du tube avec un pas égal à la longueur élémentaire entre positions intermédiaires, tandis que les moyens de détection comprennent des détecteurs en nombre au moins égal au nombre desdites fenêtres, chacun d'eux percevant la présence ou l'absence, dans les limites d'une fenêtre respective, de l'une des marques du piston, les marques et les espaces offrant des longueurs toutes égales à des multiples entiers de ladite longueur élémentaire. Consequently, the portion of the aforementioned tube where the code indicating the position of the piston appears is advantageously defined by a plurality of detector windows juxtaposed contiguously in the longitudinal direction of the tube with a step equal to the elementary length between intermediate positions, while the detection means comprise detectors in number at least equal to the number of said windows, each of them perceiving the presence or absence, within the limits of a respective window, of one of the marks of the piston, the marks and spaces offering lengths all equal to whole multiples of said elementary length.

Par ailleurs, les inversions de sens d'écoulement du liquide dans le tube de mesure peuvent être obtenues en prévoyant que le fonctionnement du commutateur hydraulique, qui de préférence est choisi du type à tiroir mobile, soit commandé par l'unité de traitement à chaque fois que celle-ci reconnaît l'une des combinaisons de signaux indicatives des positions de fin de course du piston. D'autres modes de commande d'inversion peuvent être envisagés, par exemple à l'aide de marques supplémentaires affectées spécialement à la détection des positions de fin de course en liaison avec des détecteurs également spéciaux, ou par comptage du nombre des positions intermédiaires par où est passé le piston a partir de sa dernière position de fin de course. Furthermore, the reversals of the direction of flow of the liquid in the measuring tube can be obtained by providing that the operation of the hydraulic switch, which is preferably chosen of the type with movable slide, is controlled by the processing unit each time once it recognizes one of the combinations of signals indicative of the end positions of the piston. Other inversion control modes can be envisaged, for example by means of additional marks specially assigned to the detection of the end-of-travel positions in conjunction with also special detectors, or by counting the number of intermediate positions by where the piston has passed from its last end position.

Dans une variante ne nécessitant pas des investissements aussi importants pour sa réalisation et dont les performances ne sont pas notablement réduites, est mis en oeuvre, en tant que moyen de détection, un détecteur en quadrature pouvant être de type connu. In a variant which does not require such large investments for its production and whose performance is not significantly reduced, a quadrature detector can be used as detection means, which may be of known type.

L'ensemble a tube(s) peut comporter un ou plusieurs groupes de tubes de mesure, lesquels groupes sont en parallèles et associés chacun à un détecteur en quadrature, tandis que les tubes de chaque groupe sont en série et associés au même détecteur en quadrature. The tube assembly (s) may comprise one or more groups of measurement tubes, which groups are in parallel and each associated with a quadrature detector, while the tubes of each group are in series and associated with the same quadrature detector .

Le dispositif selon l'invention permet de résoudre les difficiles problèmes que pose la mesure des débits faibles (s'exprimant en millilitres ou même en microlitres par heure), et qui se compliquent encore dans le cas des liquides stériles ou antiseptiques. Il trouve application principalement dans le domaine médical et le milieu hospitalier (par exemple pour la mesure de débits de perfusion), l'industrie de la chimie fine et des médicaments pour la réalisation de dosages précis, nécessitant de faibles débits, (par exemple dans la fabrication de l'insuline), l'industrie alimentaire, l'industrie des colorants, etc. Dans tous ces domaines, le dispositif selon l'invention apporte une amélioration considérable de la précision dans la mesure des faibles débits, offrant aisément une précision meilleure que 1%, à comparer à la médiocre précision (15 à 30k ou plus) obtenue avec tous les dispositifs actuels de mesure de débit. The device according to the invention makes it possible to solve the difficult problems posed by the measurement of low flow rates (expressed in milliliters or even in microliters per hour), and which are further complicated in the case of sterile or antiseptic liquids. It finds application mainly in the medical field and the hospital environment (for example for the measurement of infusion rates), the fine chemicals industry and drugs for the achievement of precise dosages, requiring low rates, (for example in insulin manufacturing), the food industry, the dye industry, etc. In all these fields, the device according to the invention brings a considerable improvement in precision in the measurement of low flow rates, easily offering an accuracy better than 1%, to be compared with the poor precision (15 to 30k or more) obtained with all current flow measurement devices.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, with reference to the appended drawings, of nonlimiting exemplary embodiments.

La figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation d'un dispositif de mesure de débit selon l'invention. FIG. 1 schematically represents an embodiment of a flow measurement device according to the invention.

La figure la représente le commutateur hydraulique du dispositif de la figure 1, mis dans son autre position. Figure la shows the hydraulic switch of the device of Figure 1, put in its other position.

Les figures 2, 2a et 2b représentent schématiquement le tube de mesure et le système optique associé du dispositif de la figure 1, le piston étant respectivement dans l'une de ses positions extrêmes, dans une position intermédiaire repérée et dans son autre position extrême. Figures 2, 2a and 2b schematically show the measurement tube and the associated optical system of the device of Figure 1, the piston being respectively in one of its extreme positions, in an intermediate position identified and in its other extreme position.

La figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation d'un dispositif de mesure de débit selon l'invention. FIG. 3 schematically represents an alternative embodiment of a flow measurement device according to the invention.

On voit sur la figure 1 un dispositif destiné à la mesure du débit d'un liquide circulant dans un tuyau 1 sous l'action d'une pompe 2 (telle qu'une pompe péristaltique, à gouttes, à cassette ou à seringue). FIG. 1 shows a device intended for measuring the flow rate of a liquid circulating in a pipe 1 under the action of a pump 2 (such as a peristaltic, dropper, cassette or syringe pump).

Dans le tuyau 1 est inséré, via un commutateur hydraulique 3, un tube rectiligne 4 dont la section interne S, de forme circulaire, est calibrée de façon précise. Ce tube contient un piston 5 qui peut s'y déplacer librement, à très faible frottement, sous l'action du courant de liquide parcourant le tube 4. Le commutateur hydraulique 3 comprend un stator 3a, percé de quatre orifices ici espacés angulairement de 900, dans lequel peut tourner, sous 1action d'un moteur 6, un rotor 3b comportant deux conduits 7, 8 dont les extrémités respectives, espacées angulairement de 900, peuvent être amenées en regard des orifices du stator 3a. Dans la position représentée sur la figure l, le commutateur hydraulique fait circuler le liquide du tuyau 1 dans le tube 4 de gauche à droite via un tuyau 9 relié à la sortie de la pompe 2, le conduit 7, un conduit 10 aboutissant à l'extrémité gauche 4a du tube 4, un conduit 11 reliant l'extrémité droite 4b de celui-ci au commutateur hydraulique 3, le conduit 8 de celui-ci et le tuyau 1 côté sortie. En imprimant, grâce au moteur 6, une rotation d'un quart de tour au rotor 3b (figure la), le sens d'écoulement du liquide dans le tube 4 est inversé. Le tuyau 9 est en effet maintenant relié à l'extrémité droite 4b du tube 4 via le conduit 8 du rotor 3b et le tuyau 11, tandis que l'extrémité gauche 3a est reliée au tuyau 1 côté sortie via le tuyau 10 et le conduit 7. Comme on le verra plus loin, l'inversion du sens d'écoulement dans le tube 4 est commandée à l'atteinte par le piston 5 de deux positions de fin de course déterminées.In the pipe 1 is inserted, via a hydraulic switch 3, a rectilinear tube 4 whose internal section S, of circular shape, is precisely calibrated. This tube contains a piston 5 which can move freely therein, with very low friction, under the action of the current of liquid flowing through the tube 4. The hydraulic switch 3 comprises a stator 3a, pierced with four orifices here spaced angularly by 900 , in which can rotate, under the action of a motor 6, a rotor 3b comprising two conduits 7, 8 whose respective ends, angularly spaced by 900, can be brought opposite the orifices of the stator 3a. In the position shown in FIG. 1, the hydraulic switch circulates the liquid from the pipe 1 in the pipe 4 from left to right via a pipe 9 connected to the outlet of the pump 2, the pipe 7, a pipe 10 leading to the left end 4a of the tube 4, a conduit 11 connecting the right end 4b thereof to the hydraulic switch 3, the conduit 8 thereof and the pipe 1 on the outlet side. By printing, thanks to the motor 6, a rotation of a quarter turn to the rotor 3b (FIG. 1a), the direction of flow of the liquid in the tube 4 is reversed. The pipe 9 is in fact now connected to the right end 4b of the tube 4 via the duct 8 of the rotor 3b and the pipe 11, while the left end 3a is connected to the pipe 1 on the outlet side via the pipe 10 and the duct 7. As will be seen below, the reversal of the direction of flow in the tube 4 is controlled upon reaching by the piston 5 of two determined end-of-travel positions.

Entre ces deux positions de fin de course, le piston 5 se déplace, poussé par le liquide, en un mouvement de va-et-vient. Sur la longueur de chaque course, un grand nombre de positions intermédiaires, réparties sur la longueur du tube avec un pas constant y, sont définies par un moyen 12 de détection de la position du piston 5, qu'il s'agisse d'une position intermédiaire ou d'une position de fin de course. Dans le présent exemple, ce moyen de détection comprend six détecteurs optiques R1 à R6 auxquels aboutissent six conduits optiques 13 dont les extrémités opposées forment six fenêtres d'entrée de lumière de largeur égale au pas y, alignées jointivement suivant la direction longitudinale du tube 4 dont elles affleurent la surface extérieure. Chacun de ces détecteurs peut recevoir de la lumière en provenance d'une source lumineuse E, à travers le tube 4 et le piston 5, réalisés en matière transparente, à moins que l'une des marques opaques M que porte le piston ne vienne masquer la fenêtre d'entrée du détecteur considéré. Between these two end of travel positions, the piston 5 moves, pushed by the liquid, in a back-and-forth movement. Over the length of each stroke, a large number of intermediate positions, distributed over the length of the tube with a constant pitch y, are defined by a means 12 for detecting the position of the piston 5, whether it is a intermediate position or end position. In the present example, this detection means comprises six optical detectors R1 to R6 to which six optical conduits 13 end, the opposite ends of which form six light entry windows of width equal to the pitch y, aligned contiguously in the longitudinal direction of the tube 4 whose surface they are flush with. Each of these detectors can receive light from a light source E, through the tube 4 and the piston 5, made of transparent material, unless one of the opaque marks M which the piston carries conceals the input window of the detector in question.

La disposition des marques M sur le piston 5 est telle que, lorsque celui-ci progresse dans le tube 4, il passe par des positions repérables successives, distantes d'une longueur élémentaire égale au pas y des fenêtres d'entrée des détecteurs R1 à R6, en chacune desquelles l'une au moins de ces fenêtres est exactement obturée par une marque M du piston 5. The arrangement of the marks M on the piston 5 is such that, when the latter progresses in the tube 4, it passes through successive locatable positions, distant by an elementary length equal to the pitch y of the input windows of the detectors R1 to R6, in each of which at least one of these windows is exactly closed by a mark M of the piston 5.

Ainsi, pour chacune de ces positions, les détecteurs R1 à R6 délivrent une combinaison de six signaux formant un code représentatif de la position respective prise par le piston en se déplaçant. Ces signaux sont transmis par six lignes 14 à une unité de traitement 15 qui, à l'aide d'un chronomètre 16, détermine le temps At mis par le piston 5 pour passer de chacune des positions définies précitées à la suivante. De la valeur de ce temps est déduit le débit instantané Di du liquide à l'instant t correspondant
Di = S.y
S.y étant le volume élémentaire de liquide correspondant à chaque déplacement élémentaire du piston.Thus, for each of these positions, the detectors R1 to R6 deliver a combination of six signals forming a code representative of the respective position taken by the piston while moving. These signals are transmitted by six lines 14 to a processing unit 15 which, using a chronometer 16, determines the time At put by the piston 5 to pass from each of the defined positions mentioned above to the next. From the value of this time is deduced the instantaneous flow rate Di of the liquid at the corresponding time t
Di = Sy
Sy being the elementary volume of liquid corresponding to each elementary displacement of the piston.

On peut, à partir des valeurs successives du débit instantané pendant une période de temps
T = t1 - t2, calculer le débit moyen Dm pendant cette période

It is possible, from successive values of the instantaneous flow during a period of time
T = t1 - t2, calculate the average flow Dm during this period

ainsi que les écarts VarD du débit instantané par rapport au débit moyen
VarD = Di - Dm,
lesquels peuvent avoir des valeurs positives ou négatives.as well as the VarD deviations of the instantaneous flow compared to the average flow
VarD = Di - Dm,
which can have positive or negative values.

On peut également déterminer des mesures de quantité de liquide
- la quantité totale Q de liquide qui s'est écoulée pendant un intervalle de temps T
Q = Dm.T
- la quantité Qr de liquide correspondant à un flux rétrograde, constaté momentanément du fait que nl codes délivrés successivement par les détecteurs se sont présentés dans l'ordre inverse de l'ordre normal résultant du sens de déplacement du piston qui correspond au positionnement du commutateur hydraulique :
Qr = S.y. n1
- la quantité Qb de liquide correspondant à un bolus, c'est-à-dire à un flux momentané apparaissant lorsqu'est supprimée une occlusion affectant le circuit du liquide, la pompe étant arrêtée ; si n2 est le nombre de codes délivrés après l'arrêt de la pompe, cette quantité a pour valeur
-Qb = S.y. n2.You can also determine liquid quantity measurements
- the total quantity Q of liquid which has flowed during a time interval T
Q = Dm.T
- the quantity Qr of liquid corresponding to a retrograde flow, observed momentarily from the fact that nl codes delivered successively by the detectors are presented in the reverse order to the normal order resulting from the direction of movement of the piston which corresponds to the positioning of the switch hydraulic:
Qr = Sy n1
- the quantity Qb of liquid corresponding to a bolus, that is to say to a momentary flow appearing when an occlusion affecting the liquid circuit is removed, the pump being stopped; if n2 is the number of codes issued after stopping the pump, this quantity has the value
-Qb = Sy n2.

Ces divers résultats de mesure sont présentés à l'opérateur à l'aide d'un dispositif d'affichage 18 commandé par l'unité de traitement 15. These various measurement results are presented to the operator using a display device 18 controlled by the processing unit 15.

La figure 2 montre un exemple de disposition qui peut être adopté pour les marques M du piston 5, réalisées sous forme d'anneaux opaques, le corps du piston étant fait d'un matériau transparent (ou inversement). On trouve, à partir de son extrémité de droite, un premier anneau M1 de longueur (comptée suivant la direction axiale du piston) égale à y, un espace de longueur 4y, un second anneau M2 de longueur 2y, un espace de longueur 3y, un troisième anneau M3 de longueur 3y, un espace de longueur 2y, un quatrième anneau M4 de longueur 4y, un espace de longueur y et un dernier anneau M5 de longueur 5y. FIG. 2 shows an example of an arrangement which can be adopted for the marks M of the piston 5, produced in the form of opaque rings, the body of the piston being made of a transparent material (or vice versa). We find, from its right end, a first ring M1 of length (counted in the axial direction of the piston) equal to y, a space of length 4y, a second ring M2 of length 2y, a space of length 3y, a third ring M3 of length 3y, a space of length 2y, a fourth ring M4 of length 4y, a space of length y and a last ring M5 of length 5y.

Pour chacune des positions du piston 5 espacées au pas y, les détecteurs R1 à R6 fournissent six signaux constituant un code qui désigne de façon univoque la position particulière prise par le piston. For each of the positions of the piston 5 spaced apart at the step y, the detectors R1 to R6 provide six signals constituting a code which uniquely designates the particular position taken by the piston.

Ces codes sont indiqués au-dessus des détecteurs pour certaines des 30 positions du piston qui peuvent ainsi être reconnues. Par exemple, dans la position extrême gauche PO1 du piston 5 (figure 2), seule la fenêtre d'entrée du détecteur R1 est masquée, de sorte que ce détecteur ne reçoit pas de lumière de la source lumineuse E, alors que tous les autres reçoivent cette lumière. Le code correspondant est donc 0+++++. Dans sa douzième position P12 (figure 2a), les anneaux M2 et M3 du piston obturent les détecteurs R1, R2, et R6, le code délivré étant donc 00+++0. Dans sa trentième position P30 (figure 2b), l'anneau M5 masque le détecteur R6, les autres étant démasqués, et le code qui est délivré est +++++0. L'apparition de ce code signifie par ailleurs que le piston 5 est arrivé en fin de course. A ce moment, l'unité de traitement 15 déclenche, par l'intermédiaire d'un moyen de commande 17 (figure 1), le fonctionnement du moteur 6 de façon qu'il fasse exécuter un quart de tour au rotor 3b du commutateur hydraulique 3. Dès lors, le sens d'écoulement du liquide s'inverse dans le tube 4 et le piston 5 repart vers la gauche.These codes are indicated above the detectors for some of the 30 positions of the piston which can thus be recognized. For example, in the extreme left position PO1 of the piston 5 (FIG. 2), only the input window of the detector R1 is hidden, so that this detector does not receive light from the light source E, while all the others receive this light. The corresponding code is therefore 0 +++++. In its twelfth position P12 (FIG. 2a), the rings M2 and M3 of the piston close the detectors R1, R2, and R6, the code issued therefore being 00 +++ 0. In its thirtieth position P30 (FIG. 2b), the ring M5 masks the detector R6, the others being unmasked, and the code which is delivered is +++++ 0. The appearance of this code also means that the piston 5 has reached the end of the stroke. At this time, the processing unit 15 triggers, via a control means 17 (FIG. 1), the operation of the motor 6 so that it causes the rotor 3b of the hydraulic switch to perform a quarter turn 3. Consequently, the direction of flow of the liquid is reversed in the tube 4 and the piston 5 starts again towards the left.

D'une manière plus générale, si p est le nombre de détecteurs R, la disposition des marques M, en nombre égal à p - 1, sera, conformément à l'exemple précédent, la suivante
longueur
M1 y
espace (p - 2) y
M2 2y
espace (p - 3) y
M3 3y
espace (p - i) y
Mi iy
M (p - 1) (p - 1) y
Dans ces conditions, le piston, de longueur égale à la longueur totale L couverte par les marques
M, soit L =| P p (p-2) + 1 y = p (p - 1)2 y
peut prendre n positions repérées se succédant au pas y, soit
n = (p - 1)2 + (p - I) = p (p - 1).More generally, if p is the number of detectors R, the arrangement of the marks M, in number equal to p - 1, will be, in accordance with the preceding example, the following
length
M1 y
space (p - 2) y
M2 2y
space (p - 3) y
M3 3y
space (p - i) y
Mi iy
M (p - 1) (p - 1) y
Under these conditions, the piston, of length equal to the total length L covered by the marks
M, let L = | P p (p-2) + 1 y = p (p - 1) 2 y
can take n identified positions succeeding each other at step y, or
n = (p - 1) 2 + (p - I) = p (p - 1).

En variante, afin de rendre la détection et la mesure de la position du piston moins complexes et ainsi moins onéreuses, cette détection et cette mesure peuvent faire appel à un décodeur en quadrature de type connu. As a variant, in order to make the detection and measurement of the position of the piston less complex and thus less costly, this detection and this measurement can use a quadrature decoder of known type.

Un exemple d'une telle variante est représenté sur la figure 3, sur laquelle les organes correspondants i ceux de la figure 1 portent les mêmes repères numériques que sur celle-ci. An example of such a variant is shown in Figure 3, in which the members corresponding to those of Figure 1 bear the same reference numerals as thereon.

Sur la figure 3, sont représentés deux tubes de mesure calibrés 4 insérés en série dans le tuyau où s'écoule le liquide (conduits 10, 11), mais on peut aussi bien avoir un unique tube de mesure, ou davantage, en série ou en parallèles, par exemple un ensemble de tubes comportant deux groupes en parallèles de deux tubes 4 en série. Comme précédemment, chaque tube 4 contient un piston 5 ; cependant, le tube ne comporte pas de marques espacées sur sa longueur, mais ce sont les déplacements de la tige 51 du piston qui sont pris en compte ; en fait, sur la figure 3, les pistons des deux tubes de mesure sont liés par une tige 51 commune, et dans le cas de plusieurs groupes de deux tubes, les tubes constituant le même groupe sont liés par une telle tige ; la détection de la position et du mouvement des pistons 5 des deux tubes, qui se déplacent dans le même sens, est réalisée par le fait que chaque tige 51 est conçue sous la forme d'une crémaillère, et cette crémaillère 51 coopère avec une roue dentée 52 qu'elle entraîne en rotation lors de son mouvement ; la roue dentée 52 est elle-même reliée au décodeur 12 comportant une roue décodeuse incrémentale en quadrature 121 liée en rotation à la roue dentée 52 ou un capteur potentiométrique, ce décodeur fournissant à une unité de traitement 15 les informations de mesure de temps correspondant aux mouvements du (ou des) piston(s). Plus précisément, la roue décodeuse 121 porte par exemple à proximité de son pourtour, des repères dont le passage successif à un endroit déterminé est identifié par un capteur (le système peut être aussi bien optique, magnétique, mécanique ou autre), et est associé à la création de deux signaux rectangulaires en quadrature de phase permettant non seulement d'identifier la position et le déplacement du piston mais également le sens de son défilement et l'existence d'un débit rétrograde. In FIG. 3, two calibrated measuring tubes 4 are shown inserted in series in the pipe through which the liquid flows (conduits 10, 11), but it is also possible to have a single measuring tube, or more, in series or in parallel, for example a set of tubes comprising two groups in parallel of two tubes 4 in series. As before, each tube 4 contains a piston 5; however, the tube does not have marks spaced along its length, but it is the displacements of the rod 51 of the piston which are taken into account; in fact, in FIG. 3, the pistons of the two measurement tubes are linked by a common rod 51, and in the case of several groups of two tubes, the tubes constituting the same group are linked by such a rod; the detection of the position and movement of the pistons 5 of the two tubes, which move in the same direction, is carried out by the fact that each rod 51 is designed in the form of a rack, and this rack 51 cooperates with a wheel toothed 52 which it drives in rotation during its movement; the toothed wheel 52 is itself connected to the decoder 12 comprising an incremental decoding wheel in quadrature 121 linked in rotation to the toothed wheel 52 or a potentiometric sensor, this decoder supplying a processing unit 15 with the time measurement information corresponding to the movements of the piston (s). More specifically, the decoder wheel 121 carries, for example near its periphery, markers whose successive passage at a determined location is identified by a sensor (the system can be optical, magnetic, mechanical or other), and is associated the creation of two rectangular signals in phase quadrature allowing not only to identify the position and the displacement of the piston but also the direction of its movement and the existence of a retrograde flow.

Contrairement au cas de la forme de réalisation de la figure précédente, les moyens de détection qui viennent d'être décrits ne permettent pas, mis en oeuvre seuls, de signaler l'arrivée du piston en position de fin de course ; aussi, il est prévu de les compléter par deux détecteurs de fin de course 122 reliés également à l'unité de traitement 15 pour lui fournir le cas échéant des informations selon lesquelles le piston arrive dans l'une ou l'autre des deux positions de fin de course. Ces détecteurs de fin de course ne sont d'ailleurs nécessaires pour inverser le sens d'écoulement que pour la première arrivée en fin de course suivant une mise en fonctionnement, car ultérieurement le comptage (ou le décomptage) du passage des repères de la roue décodeuse 121 permet de déterminer le moment de l'arrivée en fin de course, et les détecteurs permettent alors une vérification du comptage ou du décomptage en vue d'inverser l'écoulement. Comme précédemment, les moyens de détection 12 (121, 122) sont reliés à l'unité de traitement 15 par des lignes 14. En dehors de la conception de 1'ensemble à tube(s) avec ses organes annexes, des moyens de détection 12 et de l'unité de traitement 15, le dispositif de la figure 3 est identique à celui de la figure 1. Unlike the case of the embodiment of the previous figure, the detection means which have just been described do not make it possible, used alone, to signal the arrival of the piston in the end-of-travel position; also, it is planned to supplement them with two limit switches 122 also connected to the processing unit 15 in order to supply it, if necessary, with information according to which the piston arrives in one or the other of the two positions of limit switch. These limit switches are only necessary to reverse the direction of flow for the first arrival at the end of the stroke following a start-up, because subsequently counting (or counting down) the passage of the wheel marks decoder 121 makes it possible to determine the moment of arrival at the end of the race, and the detectors then allow a verification of the counting or counting down in order to reverse the flow. As before, the detection means 12 (121, 122) are connected to the processing unit 15 by lines 14. Apart from the design of the tube assembly (s) with its annexed members, detection means 12 and the processing unit 15, the device of FIG. 3 is identical to that of FIG. 1.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de mesure de faibles débits de liquide comprenant un ensemble à tube (s) comportant au moins un. tube de mesure calibré, cet ensemble étant destiné à être intercalé en série dans le tuyau où s'écoule le liquide, chaque tube contenant un piston qui peut sry déplacer librement, des moyens de détection, pour détecter la position et le mouvement des pistons dans les tubes, et pour signaler leur arrivée en lrune ou l'autre de deux positions de fin de course, délivrant alors des signaux destinés à commander, par l'intermédiaire d'un commutateur hydraulique, 1'inversion du sens d'écoulement du liquide dans le tube, et une unité de traitement desdits signaux, qui détermine le temps mis par les pistons pour accomplir leur course, d'où est déduit le débit du liquide, caractérisé par le fait que les moyens de détection (12) précités sont conçus pour signaler le passage de chaque piston (5) par des positions intermédiaires successives, et que l'unité (15) de traitement des signaux détermine les temps (^ t) mis par les pistons (5) pour parcourir successivement les longueurs séparant lesdites positions intermédiaires, d'où se déduit le débit instantané du liquide au moment de chacun de ces déplacements. 1 - Device for measuring low liquid flow rates comprising a tube assembly (s) comprising at least one. calibrated measuring tube, this assembly being intended to be inserted in series in the pipe through which the liquid flows, each tube containing a piston which can be moved freely, detection means, for detecting the position and movement of the pistons in the tubes, and to signal their arrival in one or the other of two end-of-travel positions, then delivering signals intended to control, by means of a hydraulic switch, the reversal of the direction of flow of the liquid in the tube, and a unit for processing said signals, which determines the time taken by the pistons to complete their stroke, from which the flow of the liquid is deduced, characterized in that the aforementioned detection means (12) are designed to signal the passage of each piston (5) through successive intermediate positions, and that the signal processing unit (15) determines the times (^ t) taken by the pistons (5) to successively travel l es lengths separating said intermediate positions, from which is deduced the instantaneous flow of the liquid at the time of each of these movements.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un piston (5) portant des marques (M) séparées par des espaces et réparties sur sa longueur, qui font apparaÎtre, dans une portion déterminée du tube (4) de longueur inférieure à celle du piston (5), un code indicatif de chaque position intermédiaire prise par le piston, et que les moyens de détection (12) sont conçus pour détecter ce code et le transmettre, sous forme d'une combinaison correspondante de signaux, à 1'unité de traitement (15) qui reconnaît chacune des positions intermédiaires (PO1, P02, ...) par où passe le piston (5) et indique l'instant de son passage en chacune d'elles. 2 - Device according to claim 1, characterized in that it comprises a piston (5) bearing marks (M) separated by spaces and distributed over its length, which appear, in a determined portion of the tube (4) of length less than that of the piston (5), a code indicative of each intermediate position taken by the piston, and that the detection means (12) are designed to detect this code and transmit it, in the form of a corresponding combination of signals, to the processing unit (15) which recognizes each of the intermediate positions (PO1, P02, ...) through which the piston (5) passes and indicates the instant of its passage in each of them.

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'unité (15) de traitement des signaux déduit, de l'ordre d'apparition des combinaisons de signaux correspondant à des positions successives du piston (5), compte tenu de la position du commutateur hydraulique (3), le sens de déplacement du piston (5) dans le tube (4). 3 - Device according to claim 2, characterized in that the unit (15) for signal processing deduces from the order of appearance of the combinations of signals corresponding to successive positions of the piston (5), taking into account the position of the hydraulic switch (3), the direction of movement of the piston (5) in the tube (4).

4 - Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la reconnaissance de chaque position particulière du piston (5) par l'unité de traitement des signaux s'effectue par analyse de la combinaison de signaux correspondante et éventuellement d'au moins lune des combinaisons de signaux fournies par les moyens de détection (12) immédiatement avant la combinaison considérée. 4 - Device according to claim 2 or 3, characterized in that the recognition of each particular position of the piston (5) by the signal processing unit is carried out by analysis of the corresponding combination of signals and possibly at least minus one of the combinations of signals provided by the detection means (12) immediately before the combination considered.

5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les détecteurs (R1, R2, ...) sont des détecteurs drontes électromagnétiques (optiques, infrarouge, radiofréquences, etc.) qui perçoivent dans des fenêtres de réception respectives et à travers la paroi du tube (4), la présence d'une marque (M) ou d'un espace, le mode de réalisation des marques et des espaces permettant leur distinction 5 - Device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the detectors (R1, R2, ...) are electromagnetic drontes detectors (optical, infrared, radio frequencies, etc.) which perceive in windows respective reception and through the wall of the tube (4), the presence of a mark (M) or a space, the embodiment of the marks and spaces allowing their distinction

6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que les détecteurs (R1, R2, ...) reçoivent le signal provenant d'une source (E) et traversant le piston (5) en y étant affecté par les marques (M) qu'il comporte, le pouvoir de transmission des marques étant différent de celui des espaces. 6 - Device according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the detectors (R1, R2, ...) receive the signal from a source (E) and passing through the piston (5) there being affected by the marks (M) which it comprises, the power of transmission of the marks being different from that of spaces.

7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le piston (5) est réalisé en un matériau transparent et que les marques (M) sont formées par des zones opaques au signal, ou inversement. 7 - Device according to claim 6, characterized in that the piston (5) is made of a transparent material and that the marks (M) are formed by areas opaque to the signal, or vice versa.

8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que les détecteurs (R1, R2, ...) reçoivent le signal provenant d'une source (E) et se réfléchissant sur le piston (5) en y étant affecté par les marques (M) qu'il comporte, le pouvoir de réflexion des marques étant différent de celui des espaces. 8 - Device according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the detectors (R1, R2, ...) receive the signal from a source (E) and reflecting on the piston (5) by being affected by the marks (M) it contains, the marks' power of reflection being different from that of spaces.

9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le piston (5) est réalisé en un matériau offrant une certaine valeur de coefficient de réflexion, et que les marques (M) sont formées par des zones offrant une autre valeur de coefficient de réflexion du signal. 9 - Device according to claim 8, characterized in that the piston (5) is made of a material offering a certain value of reflection coefficient, and that the marks (M) are formed by zones offering another value of coefficient signal reflection.

10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisé par le fait que lesdites positions intermédiaires du piston (5) se succèdent avec un pas constant (y). 10 - Device according to any one of claims l to 9, characterized in that said intermediate positions of the piston (5) follow one another with a constant pitch (y).

11 - Dispositif selon les revendications 2 et 10, caractérisé par le fait que ladite portion du tube (4) où apparaît le code indicatif de la position du piston est définie par une pluralité de fenêtres de détecteurs juxtaposées jointivement suivant la direction longitudinale du tube avec un pas (y) égal à la longueur élémentaire entre positions intermédiaires (PO1, P02, ...), et que les moyens de détection (12) comprennent des détecteurs (R1, R2, ...) en nombre au moins égal au nombre (p) desdites fenêtres, chacun d'eux percevant la présence ou l'absence, dans les limites d'une fenêtre respective, de l'une des marques (M) du piston (5), les marques et les espaces offrant des longueurs toutes égales à des multiples entiers de ladite longueur élémentaire (y). 11 - Device according to claims 2 and 10, characterized in that said portion of the tube (4) where appears the code indicative of the position of the piston is defined by a plurality of detector windows juxtaposed contiguously in the longitudinal direction of the tube with a step (y) equal to the elementary length between intermediate positions (PO1, P02, ...), and that the detection means (12) include detectors (R1, R2, ...) in number at least equal to the number (p) of said windows, each of them perceiving the presence or absence, within the limits of a respective window, of one of the marks (M) of the piston (5), the marks and the spaces offering lengths all equal to whole multiples of said elementary length (y).

12 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un ensemble à tubes comportant au moins un groupe de deux tubes (4) intercalés en série dans le tuyau (10, 11) où s'écoule le liquide. 12 - Device according to claim 1, characterized in that it comprises a tube assembly comprising at least one group of two tubes (4) interposed in series in the pipe (10, 11) where the liquid flows.

13 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait quTil comprend un ensemble à tubes comportant, en parallèles, plusieurs groupes de tubes (4) 13 - Device according to claim 1, characterized in that it comprises a tube assembly comprising, in parallel, several groups of tubes (4)

14 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 12 et 13, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de détection (12) comprenant un décodeur tel qu' un décodeur en quadrature ou un décodeur potentiométrique. 14 - Device according to any one of claims 1, 12 and 13, characterized in that it comprises detection means (12) comprising a decoder such as a quadrature decoder or a potentiometric decoder.

15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'il comporte des détecteurs de fin de course (122). 15 - Device according to claim 14, characterized in that it comprises limit switches (122).

16 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'aux pistons (5) est associée au moins une tige (51) liée mécaniquement à un décodeur. 16 - Device according to claim 14, characterized in that the pistons (5) is associated with at least one rod (51) mechanically linked to a decoder.

17 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que le fonctionnement du commutateur hydraulique (3) est commandé par l'unité de traitement (15) à chaque fois que celle-ci reconnaît l'une des combinaisons de signaux indicatives des positions de fin de course du piston suite au comptage et au décomptage d'impulsions délivrées par un décodeur ou par la valeur d'un signal récupéré sur un capteur potentiométrique. 17 - Device according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the operation of the hydraulic switch (3) is controlled by the processing unit (15) each time that it recognizes one of the combinations of signals indicative of the end positions of the piston following the counting and counting down of pulses delivered by a decoder or by the value of a signal recovered from a potentiometric sensor.

18 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que le commutateur hydraulique (3) comprend un tiroir mobile de commutation (3b). 18 - Device according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the hydraulic switch (3) comprises a movable switching drawer (3b).