FR2813537A1 - APPARATUS FOR STABILIZING THE CONDITION OF GASEOUS MEDIA, IN PARTICULAR (MICRO) (NANO) HANDLING OR MICROMASURES - Google Patents
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Abstract
Description
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Appareil stabilisateur d'état de milieux gazeux pour notamment (micro) (nano) manipulations ou micromesures. Secteur technique de l'invention La présente invention concerne le secteur technique général de la manipulation ou de la mesure des variations de quantité gazeuse dans un milieu dont les conditions d'état de pression et/ou de volume et/ou de température ont un rôle influent. <Desc / Clms Page number 1>
Device stabilizing the state of gaseous media for in particular (micro) (nano) manipulations or micromesures. Technical sector of the invention The present invention relates to the general technical sector of the manipulation or measurement of variations in the gaseous quantity in a medium in which the conditions of pressure and / or volume and / or temperature have a role. influential.
L'invention s'applique tout particulièrement, mais à titre non limitatif, aux micro et nano manipulations ou mesures des variations de quantités gazeuses. The invention applies very particularly, but without limitation, to micro and nano manipulations or measurements of variations in gaseous quantities.
On entend naturellement par nano et micro des opérations portant sur des variations et / ou des quantités soit extrêmement faibles soit très faibles, ce que comprendra tout homme de métier. Naturally, by nano and micro is understood operations relating to variations and / or quantities either extremely small or very small, which will be understood by any person skilled in the art.
Problème technique posé L'invention concerne de manière générale un appareil ou dispositif, et le procédé correspondant, pour la mesure dynamique des échanges gazeux notamment (mais à titre non limitatif) de faible ou très faible intensité (micro ou nano échanges) comme ceux rencontrés par exemple, à titre également non limitatif, dans le cadre des échanges gazeux respiratoires liés aux processus biologiques, et par extension de tout processus entraînant des variations de quantité gazeuse. Technical problem posed The invention generally relates to an apparatus or device, and the corresponding method, for the dynamic measurement of gas exchanges in particular (but not limited to) of low or very low intensity (micro or nano exchanges) like those encountered. for example, also without limitation, in the context of respiratory gas exchanges linked to biological processes, and by extension of any process involving variations in the gaseous quantity.
On citera par exemple la détection précoce des activités biologiques comme respiration, fermentation, décarboxylation, et des oxydations abiotiques se manifestant dans les substrats liquides, pâteux, ou solides. Mention will be made, for example, of the early detection of biological activities such as respiration, fermentation, decarboxylation, and abiotic oxidations manifested in liquid, pasty or solid substrates.
L'homme de métier aura compris à la lecture de ce qui précède la portée générale de l'invention et son vaste champ d'application, y compris à des A person skilled in the art will understand from reading the above the general scope of the invention and its wide field of application, including
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technologies émergentes ou même non encore connues, comme certaines manipulations génétiques et perspectives analogues devenues familières. Dans ce qui suit, on ne répètera pas inutilement le fait que l'invention vise particulièrement les micro ou nano mesures, mais aussi les macro mesures, ni le fait que l'invention n'est pas limitée aux applications décrites ici. L'homme de métier saura envisager aussi bien les mesures possibles que les applications possibles de ces mesures, dans tous les domaines techniques, scientifiques, tels que recherche fondamentale, biologie, biochimie, domaine pharmaceutique, manipulations génétiques, essais sur animaux ou humains (pour les sciences de l'aéronautique, spatiales, de l'exploration sous-marine etc... etc....). emerging technologies or even not yet known, such as certain genetic manipulations and analogous perspectives that have become familiar. In what follows, we will not repeat unnecessarily the fact that the invention is particularly aimed at micro or nano measurements, but also macro measurements, nor the fact that the invention is not limited to the applications described here. Those skilled in the art will be able to consider both the possible measures and the possible applications of these measures, in all technical and scientific fields, such as fundamental research, biology, biochemistry, pharmaceutical field, genetic manipulation, tests on animals or humans (for aeronautical, space sciences, underwater exploration etc ... etc ...).
On citera en particulier Agro alimentaire: fermentation, bactériologie, ... Biologie animale: pesticides, microfaune. Biologie végétale: herbicides, germination. Biologie cellulaire: sang, cellules, toxicologie... Biologie des sols: reconnaissance des sols pollués. Mention will in particular be made of Agrifood: fermentation, bacteriology, ... Animal biology: pesticides, microfauna. Plant biology: herbicides, germination. Cell biology: blood, cells, toxicology ... Soil biology: recognition of polluted soils.
Test de stérilité, Numération bactérienne, Détection des mammites, Sélection des souches fromagères, Détection des fermentations, contrôle de l'infection des urines et détection précoce de germes dans les hémocultures ; en cosmétologie, l'appareil peut être utilisé sur des solutions aqueuses, des crèmes, des émulsions,....en pharmacologie, les effets d'antibiotiques à spectre large ou étroit sont immédiatement perceptibles à l'aide de l'appareil. On peut également citer - l'étude du métabolisme des tissus et des cellules en culture in vitro, ainsi que des facteurs de croissance ; Sterility test, Bacterial count, Mastitis detection, Selection of cheese strains, Fermentation detection, urine infection control and early detection of germs in blood cultures; in cosmetology, the device can be used on aqueous solutions, creams, emulsions, etc. in pharmacology, the effects of broad or narrow spectrum antibiotics are immediately perceptible using the device. We can also cite - the study of the metabolism of tissues and cells in culture in vitro, as well as growth factors;
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- l'étude du métabolisme des petits animaux ravageurs des denrées alimentaires stockées : acariens, insectes (sous forme d'#uf, de larve ou d'adulte), ainsi que des courbes allométriques de consommation d'oxygène et du quotient respiratoire ; - les tests de pesticides, d'insecticides et de bactéricides ; - l'étude de l'activité microbienne des rejets (fécès) et de la valorisation des déchets organiques (lisiers pré- et post-méthanisés) ; - l'étude des adaptations métaboliques des animaux aux facteurs climatiques et à leur environnement écologique, applicable en particulier à la faune polaire, désertique, tropicale, etc... - the study of the metabolism of small pests of stored foodstuffs: mites, insects (in the form of an egg, a larva or an adult), as well as allometric curves of oxygen consumption and the respiratory quotient; - tests of pesticides, insecticides and bactericides; - the study of the microbial activity of waste (faeces) and the recovery of organic waste (pre- and post-methanised manure); - the study of the metabolic adaptations of animals to climatic factors and their ecological environment, applicable in particular to polar, desert, tropical fauna, etc.
Comme déjà indiqué, l'homme de métier saura envisager les applications possibles. As already indicated, the skilled person will be able to consider the possible applications.
De nombreux cas de figures impliquent l'obligation de créer des conditions d'état visant à neutraliser au mieux tout ou partie des influences extérieures - pression : création d'une chambre indéformable et étanche ... - température: isolations thermiques ... Many scenarios imply the obligation to create state conditions aimed at neutralizing all or part of external influences as well as possible - pressure: creation of a non-deformable and waterproof chamber ... - temperature: thermal insulation ...
Le problème technique principal est donc de créer des conditions de stabilité aussi absolues que possible, notamment vis a vis de la loi de Mariotte. The main technical problem is therefore to create conditions of stability as absolute as possible, in particular with regard to the law of Mariotte.
Par stabilité on entend ici le fait de réaliser des corrections, ou micro ou nano corrections, des paramètres d'état P, V et/ou éventuellement T, conduisant à une compensation des variations, ou nano, ou micro variations, de l' état des gaz , inévitables dans une enceinte de travail, étant entendu que ces variations sont évidemment de nature à fausser ou même à rendre totalement impraticable toute mesure de variation de quantité gazeuse. By stability is meant here making corrections, or micro or nano corrections, of the state parameters P, V and / or possibly T, leading to compensation for the variations, or nano, or micro variations, of the state gases, unavoidable in a working enclosure, it being understood that these variations are obviously of a nature to distort or even make any measure of variation in the quantity of gas totally impracticable.
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Ce problème devient encore plus compliqué lorsque l'on vise des micro ou nano mesures ou des micro ou nano variations de quantités gazeuses. This problem becomes even more complicated when targeting micro or nano measurements or micro or nano variations in gaseous quantities.
Un autre impératif est de créer un appareil dont le coût soit faible, qui soit non destructif, non invasif, précis, fiable, et rapide. Another imperative is to create a device whose cost is low, which is non-destructive, non-invasive, precise, reliable, and rapid.
Art antérieur On connaît le brevet FR 2 658 288. PRIOR ART We know the patent FR 2 658 288.
Ce brevet a trait d'une façon générale au domaine de la mesure des faibles variations de quantités de gaz, par exemple par dégagement ou absorption ayant pour origine des organismes vivants, et concerne plus précisément un microrespiromètre du type à pression et volume variables. This patent relates generally to the field of measuring small variations in the quantities of gas, for example by release or absorption originating from living organisms, and more specifically relates to a microrespirometer of the type with variable pressure and volume.
Le principe d'un microrespiromètre de ce type est déjà connu dans la technique antérieure, notamment par l'article "Le respiromètre à pression et volume variables ; une technique simple et sensible pour l'étude écophysiologique des animaux du sol", Bruno VERDIER, compte-rendu du Vllème Colloque International de la Zoologie du Sol, Louvain-La-Neuve, Belgique, 30 août - 2 septembre 1982. The principle of a microrespirometer of this type is already known in the prior art, in particular by the article "The respirometer with variable pressure and volume; a simple and sensitive technique for the ecophysiological study of soil animals", Bruno VERDIER, report of the Vllth International Symposium on Zoology of the Soil, Louvain-La-Neuve, Belgium, August 30 - September 2, 1982.
Ce document décrit une unité de mesure comprenant un tube capillaire qui est en communication à son extrémité supérieure avec un réservoir de liquide et à son extrémité avec une chambre dans laquelle est disposé l'échantillon à observer. Le liquide descend dans le capillaire dans une mesure déterminée par le volume et la pression de l'environnement gazeux exposé à l'échantillon. This document describes a measurement unit comprising a capillary tube which is in communication at its upper end with a reservoir of liquid and at its end with a chamber in which the sample to be observed is placed. The liquid descends into the capillary to an extent determined by the volume and pressure of the gaseous environment exposed to the sample.
Ce appareil comprend au moins une unité de mesure comportant - un tube capillaire; - un réservoir situé dans la région de l'extrémité supérieure du tube capillaire et rempli de liquide ; This device comprises at least one measurement unit comprising - a capillary tube; - a reservoir located in the region of the upper end of the capillary tube and filled with liquid;
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- des moyens obturateurs pour sélectivement mettre l'extrémité supérieure du tube capillaïre en communication avec le réservoir ou pour l'isoler dudit réservoir, - une chambre de mesure recevant l'échantillon ; - des moyens de manipulation de la chambre de mesure pour sélectivement appliquer celle-ci contre l'extrémité inférieure du tube capillaire et l'extraire de l'unité de mesure; et des moyens de détection électro-optique à balayage pour produire au moins périodiquement une information électrique représentative d'une information permettant de déduire l'activité d'absorption ou de production de gaz de l'échantillon. - shutter means for selectively placing the upper end of the capillary tube in communication with the reservoir or for isolating it from said reservoir, - a measurement chamber receiving the sample; - Means for manipulating the measurement chamber to selectively apply the latter against the lower end of the capillary tube and extract it from the measurement unit; and scanning electro-optical detection means for producing at least periodically electrical information representative of information making it possible to deduce the activity of absorption or production of gases from the sample.
Ce brevet représente une amélioration notable par rapport à son art antérieur, mais il ne résout pas le problème technique posé ci-dessous, et i subsiste un besoin important en un appareil du type proposé par la présente invention. This patent represents a significant improvement over its prior art, but it does not solve the technical problem posed below, and there remains a significant need for an apparatus of the type proposed by the present invention.
De manière générale, les autres systèmes connus se sont attachés à tenter d'isoler de manière aussi poussée que possible la zone ou chambre de mesure et / ou de travail par rapport aux variations des conditions atmosphériques d'état. On a vu que de telles variations sont inévitables. Ainsi, pour prendre la mesure du problème, le simple fait d'ouvrir et refermer la porte du local, fut-ce rapidement, ou l'allumage d'une lampe, ou la direction du rayonnement de celle ci, etc.... etc....., sont des éléments inévitables et de nature à fausser les expériences, manipulations et mesures, et ce, naturellement, d'autant plus que l'on s'attaque à des micro ou nano variations. On a toujours échoué, dans l'art antérieur, dans ces tentatives d'isolation totale car, face à de telles perturbations, l'isolation zéro ne peut pas exister. In general, the other known systems have attempted to isolate as far as possible the area or chamber for measurement and / or work with respect to variations in atmospheric state conditions. We have seen that such variations are inevitable. So, to take the measure of the problem, the simple fact of opening and closing the door of the room, was it quickly, or the lighting of a lamp, or the direction of the radiation of this one, etc ... etc ....., are inevitable elements and likely to distort the experiments, manipulations and measurements, and this, naturally, all the more that one attacks micro or nano variations. We have always failed, in the prior art, in these attempts of total isolation because, faced with such disturbances, zero isolation cannot exist.
Dans Part antérieur, on ne sait donc pas s'affranchir des perturbations de l'environnement de la mesure ou de la manipulation. In the previous part, we therefore do not know how to overcome disturbances in the environment of measurement or manipulation.
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II existe donc un besoin important et reconnu pour la mise au point d'un appareil correspondant aux exigences drastiques et souvent antinomiques (pour certaines d'entre elles) résumées plus haut. There is therefore an important and recognized need for the development of a device corresponding to the drastic and often contradictory requirements (for some of them) summarized above.
Résumé de l'invention P,V,T désignent respectivement les paramètres d'état Pression, Volume, Température. Summary of the invention P, V, T respectively designate the pressure, volume and temperature state parameters.
Selon l'invention, on propose un procédé et un appareil (ou dispositif) stabilisateur d'état de milieux gazeux pour notamment (micro) (nano) manipulations ou micromesures, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour compenser les variations des paramètres d'état P,V,T régnant autour de la cellule ou chambre de travail ou d'expérimentation Ch (i), indépendants de la mesure ou manipulation ou expérimentation en cours dans ladite chambre mais capables de perturber les paramètres P, V, T d'état régnant dans ladite chambre de travail, et donc de fausser la mesure ou manipulation ou expérimentation en cours. According to the invention, a method and an apparatus (or device) for stabilizing the state of gaseous media are proposed, in particular for (micro) (nano) manipulations or micromesures, characterized in that it includes means for compensating for variations in parameters. state P, V, T prevailing around the cell or working or experimentation chamber Ch (i), independent of the measurement or manipulation or experimentation in progress in said chamber but capable of disturbing the parameters P, V, T reigning state in said working chamber, and therefore to distort the measurement or manipulation or experimentation in progress.
Selon un mode de réalisation préféré, ces moyens comprennent des moyens pour compenser les variations de pression P et / ou de volume V. According to a preferred embodiment, these means comprise means for compensating for variations in pressure P and / or in volume V.
Selon une variante de réalisation, ces moyens de compensation de pression sont des moyens d'admission de gaz ou d'air, ou d'application d'un vide. Selon une variante de réalisation, lesdits moyens de compensation de volume consistent en moyens rendant variables lesdits volumes, comme des parois élastiques ou évolutives, des moyens à soufflets, ou analogues. Selon encore un mode de réalisation préféré, ces moyens de compensation comprennent des moyens pour compenser en outre les variations de température T. According to an alternative embodiment, these pressure compensation means are means for admitting gas or air, or applying a vacuum. According to an alternative embodiment, said volume compensation means consist of means making said volumes variable, such as elastic or progressive walls, bellows means, or the like. According to yet a preferred embodiment, these compensation means comprise means for additionally compensating for the temperature variations T.
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Selon une variante de réalisation, lesdits moyens de compensation des variations de température comprennent des moyens de chauffage direct ou indirect, comme des résistances électriques ou des parois ou éléments chauds ou froids, et éventuellement des moyens de brassage et d'homogénéisation. According to an alternative embodiment, said means for compensating for temperature variations comprise direct or indirect heating means, such as electrical resistances or hot or cold walls or elements, and optionally stirring and homogenization means.
Selon encore un mode de réalisation préféré, ledit procédé ou ledit appareil comprend des moyens , intercalés dans les moyens de compensation, et adaptés pour atténuer ou absorber certaines desdites variations, par un effet tampon ?> en terme de pression, volume et :ou température ( moyens tampon ). According to yet a preferred embodiment, said method or said apparatus comprises means, interposed in the compensation means, and adapted to attenuate or absorb some of said variations, by a buffering effect?> In terms of pressure, volume and: or temperature (buffer means).
Selon encore un mode de réalisation préféré, ledit procédé ou ledit appareil comprend des moyens pour détecter lesdites variations de P et / ou V et / ou T. According to yet another preferred embodiment, said method or said apparatus comprises means for detecting said variations in P and / or V and / or T.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit procédé ou ledit appareil comprend des moyens adaptés pour que les moyens de détection agissent sur et / ou commandent les moyens de compensation. According to a preferred embodiment, said method or said apparatus comprises means adapted for the detection means to act on and / or control the compensation means.
Selon encore un mode de réalisation préféré, lesdits moyens d'action et / ou de commande agissent au moins en partie sur lesdits moyens tampon . Selon encore un mode de réalisation, le procédé ou appareil comporte au moins un moyen de mesure, de préférence plusieurs moyens de mesure, des conditions P, V, T, nombre de moles N etc.... régnant dans chaque chambre de travail. According to another preferred embodiment, said action and / or control means act at least in part on said buffer means. According to yet another embodiment, the method or apparatus comprises at least one measuring means, preferably several measuring means, the conditions P, V, T, number of moles N, etc., prevailing in each working chamber.
Selon encore un mode de réalisation préféré, l'ensemble des moyens précités de compensation, tampon et de détection et / ou de mesure est situé dans une enceinte de travail ou milieu de travail . According to another preferred embodiment, all of the aforementioned means of compensation, buffer and of detection and / or measurement are located in a working enclosure or working environment.
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Selon encore un mode de réalisation préféré, au moins une partie des moyens de compensation et au moins une partie des moyens de détection et de mesure est situé hors du milieu de travail. According to another preferred embodiment, at least part of the compensation means and at least part of the detection and measurement means is located outside the working environment.
Selon encore un mode de réalisation préféré, lesdits moyens d'action et / ou de commande peuvent se trouver dans ledit milieu ou enceinte de travail. Selon une variante de réalisation, lesdits moyens de compensation des variations d'état comportent au moins une chambre dite chambre stabilisée et des moyens pour fixer dans ladite chambre la valeur PV / NT à une valeur constante. According to another preferred embodiment, said means of action and / or control can be located in said working environment or enclosure. According to an alternative embodiment, said means for compensating for state variations comprise at least one chamber called a stabilized chamber and means for fixing in said chamber the PV / NT value at a constant value.
De manière préférée, ledit procédé ou ledit appareil comprend des moyens de mise en communication de ladite chambre stabilisée avec la ou les chambres de travail où sont réalisées les manipulations et/ou mesures, de telle manière que les conditions PVT d'état soient identiques dans toutes les chambres. Preferably, said method or said apparatus comprises means for placing said stabilized chamber in communication with the working chamber or chambers in which the manipulations and / or measurements are carried out, so that the state PVT conditions are identical in all bedrooms.
Par identiques >? on entend ici strictement identiques ou bien identiques aux oscillations mineures près, provoquées fugacement par les micro, nano réglages et corrections effectués par le procédé ou l'appareil. By identical>? here means strictly identical or identical to minor oscillations, caused fleetingly by micro, nano adjustments and corrections made by the process or the device.
Selon encore un mode de réalisation préféré, les moyens de détection, de compensation, de mesure et de mise en communication sont reliés à des moyens de mise en communication avec une atmosphère extérieure à l'appareil, notamment l'atmosphère elle même. According to another preferred embodiment, the detection, compensation, measurement and communication means are connected to communication means with an atmosphere external to the device, in particular the atmosphere itself.
Description détaillée de l'invention L'invention concerne de manière plus précise un appareil qui est fondamentalement un ensemble de capteurs physiques des (micro) (nano) variations des paramètres d' état des gaz ( P,V,T, pour pression, volume, température) qui permet la mesure dynamique des variations de quantités gazeuses au sein de systèmes stabilisés qui seront décrits ci-après. Detailed description of the invention The invention relates more precisely to an apparatus which is basically a set of physical sensors for (micro) (nano) variations in the state parameters of the gases (P, V, T, for pressure, volume , temperature) which allows the dynamic measurement of variations in gaseous quantities within stabilized systems which will be described below.
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L'invention utilise notamment une chambre thermostatée et hermétiquement close, contenant un fluide, notamment un gaz mais à titre non limitatif, qui sert de chambre de référence ou chambre stabilisée ChS. The invention uses in particular a thermally sealed and hermetically sealed chamber, containing a fluid, in particular a gas but without limitation, which serves as a reference chamber or stabilized chamber ChS.
Dans une enceinte fermée non rigide et thermostatée, toute variation de quantité gazeuse dN produit des variations simultanées de pression de préférence et de volume dV. In a closed non-rigid and thermostatically controlled enclosure, any variation in the gaseous quantity dN produces simultaneous variations in pressure preferably and in volume dV.
Toute mesure (micro) (nano) gazométrique s'opère en principe à température constante. Ainsi la variation de quantité connue sera connue par l'application de la forme différentielle de la loi d'Etat dN .RT = P. dV + V. dP Comme représenté sur la figure unique annexée, cette chambre de référence stabilisée ChS est connectée à un tube capillaire CE qui est lui même connecté à un tube capillaire C T (i) lui même connecté à une chambre de travail Ch (i), l'ensemble formant un moyen de mise en communication. Any (micro) (nano) gas measurement takes place in principle at constant temperature. Thus the known quantity variation will be known by the application of the differential form of the state law dN .RT = P. dV + V. dP As shown in the attached single figure, this stabilized reference chamber ChS is connected to a capillary tube CE which is itself connected to a capillary tube CT (i) itself connected to a working chamber Ch (i), the assembly forming a means of communication.
En regard du tube capillaire CE, se trouve un index mobile (éventuellement motorisé) Cp dont la fonction est de se positionner au regard du ménisque du fluide contenu dans le capillaire CE, cet index formant un moyen de détection des variations d'état. Opposite the capillary tube CE, there is a movable index (possibly motorized) Cp whose function is to position itself with regard to the meniscus of the fluid contained in the capillary CE, this index forming a means of detecting variations in state.
En regard du capillaire C T, se trouve un index C T (i) également positionné au regard du ménisque du fluide se trouvant dans le capillaire C T (i), et qui forme un moyen de mesure de l'état prévalant dans la chambre de travail Ch (i). Next to the CT capillary, there is a CT index (i) also positioned facing the meniscus of the fluid located in the CT capillary (i), which forms a means of measuring the prevailing state in the working chamber Ch (i).
Lesdits index peuvent être remplacés par tout moyen capable de détecter une position, comme un moyen optique, laser, un capteur 3D, une caméra, et moyens analogues aisément accessibles à l'homme de métier. Said indexes can be replaced by any means capable of detecting a position, such as an optical means, a laser, a 3D sensor, a camera, and similar means easily accessible to those skilled in the art.
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D'autres moyens de mesure peuvent être des capteurs de température, de pression, d'identification de certains gaz, etc.... connus de l'homme de métier et dictés par les applications envisagées. Other measurement means can be temperature, pressure, identification of certain gases, etc. sensors known to those skilled in the art and dictated by the applications envisaged.
Sur le circuit des capillaires CE et C T, de préférence sur la branche BR les reliant entre eux, est disposé une chambre de réaction Ch R , comportant un fluide de stabilisation FS, en communication - d'une part avec ladite branche, et dont le volume est adapté pour pouvoir jouer le rôle de moyen tampon, c'est-à-dire de moyen capable d'absorber et d'effacer les effets physiques (transmis par le capillaire C T (i) ) des variations d'état provoqués, dans le chambre de travail Ch (i), par la manipulation, expérience, réaction, ou mesure qui s'y déroule et que l'on veut quantifier, - d'autre part avec un cinartt de compensation capable de faire varier P et / ou T dans ladite chambre tampon. On the circuit of the capillaries CE and CT, preferably on the branch BR connecting them together, is disposed a reaction chamber Ch R, comprising a stabilizing fluid FS, in communication - on the one hand with said branch, and the volume is adapted to be able to play the role of buffer means, that is to say of means capable of absorbing and erasing the physical effects (transmitted by the capillary CT (i)) of the variations of state caused, in the working chamber Ch (i), by the manipulation, experiment, reaction, or measurement which takes place there and which one wants to quantify, - on the other hand with a compensating cinartt capable of varying P and / or T in said buffer chamber.
Selon un mode de réalisation préféré" ledit circuit comporte une connexion avec un système de compensation V4.1 et V4.2 (notamment, un système de vanne V4, par exemple multi-voies, ou analogue) capable d'amener de vair ou un autre gaz dans la chambre tampon Ch R, ou au contraire d'exercer un vide au moins relatif dans ladite chambre tampon Ch R, de manière dans l'un ou l'autre cas à y faire varier le paramètre d'état Pression. According to a preferred embodiment "said circuit comprises a connection with a compensation system V4.1 and V4.2 (in particular, a valve system V4, for example multi-way, or the like) capable of supplying air or a other gas in the buffer chamber Ch R, or on the contrary to exert an at least relative vacuum in said buffer chamber Ch R, so as in one or the other case to vary the pressure state parameter there.
De préférence, le volume V de ladite chambre tampon ChR sera fixe. Preferably, the volume V of said buffer chamber ChR will be fixed.
De préférence, ladite chambre tampon Ch R sera thermostatée, le facteur d'état Température étant alors fixé, ou bien un moyen connu de chauffage et / ou refroidissement pourra être mis en oeuvre pour faire varier ce paramètre T dans certaines applications. Preferably, said buffer chamber Ch R will be thermostatically controlled, the temperature state factor then being fixed, or else a known means of heating and / or cooling may be used to vary this parameter T in certain applications.
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On peut aussi agir sur le fluide FS contenu dans ladite chambre ChR, par injection ou prélèvement de ce fluide. It is also possible to act on the fluid FS contained in said chamber ChR, by injection or removal of this fluid.
L'index Cp comporte un capteur capable de détecter le niveau du ménisque dans le capillaire CE, et des moyens automatiques d'asservissement pour suivre l'évolution de ce ménisque, à partir de la position de référence PO qui sera définie ci-après, vers le haut ou vers le bas, ainsi que des moyens adressant à un système informatique un signal correspondant à ce mouvement, lequel système informatique est programmé pour agir sur le moyen de compensation V4 par des moyens d'automatique et d'asservissement connus, de manière telle que l'index Cp soit ramené à sa position initiale P0, par l'effet de la variation d'état dans la chambre tampon Ch R, provoqué par l'action du moyen de compensation V4, et qui est transmise par le capillaire CE. The index Cp includes a sensor capable of detecting the level of the meniscus in the capillary CE, and automatic control means for monitoring the evolution of this meniscus, from the reference position PO which will be defined below, upwards or downwards, as well as means sending a signal to a computer system corresponding to this movement, which computer system is programmed to act on the compensation means V4 by known automatic and servo control means, in such a way that the index Cp is brought back to its initial position P0, by the effect of the state variation in the buffer chamber Ch R, caused by the action of the compensation means V4, and which is transmitted by the capillary THIS.
A titre d'exemple non limitatif, l'homme de métier comprendra que, si l'index Cp s'élève, le signal doit amener le système informatique / automatique / asservissement de V4 à commander à V4 d'appliquer un vide à la chambre ChR. Inversement, si l'index Cp descend, la vanne V4 doit envoyer un gaz vers la chambre Ch R. By way of nonlimiting example, the person skilled in the art will understand that, if the index Cp rises, the signal must cause the computer / automatic / servo system of V4 to order V4 to apply a vacuum to the room ChR. Conversely, if the index Cp drops, the valve V4 must send a gas to the chamber Ch R.
Naturellement, la vanne V4 se referme (ou système de manceuvre des vannes V4.1 et V4.2 produisant le même effet relatif) dès que l'index est revenu à sa position de départ PO . C'est à ce stade que peuvent se produire des oscillations légères autour du point P0, oscillations que l'informatique peut d'ailleurs éventuellement anticiper et atténuer automatiquement, en fonction de l'amplitude et de la vitesse de déplacement de l'index Cp. Naturally, the valve V4 closes again (or the operating system of the valves V4.1 and V4.2 producing the same relative effect) as soon as the index returns to its starting position PO. It is at this stage that slight oscillations can occur around the point P0, oscillations that the computer science can also possibly anticipate and attenuate automatically, according to the amplitude and the speed of movement of the index Cp .
En mode de mesure dynamique, ces oscillations sont de toute manière non gênantes. In dynamic measurement mode, these oscillations are in any case non-annoying.
Le fonctionnement général, tel qu'il sera décrit plus en détail ci-dessous, est le suivant. The general operation, as will be described in more detail below, is as follows.
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On met en oeuvre une réaction, mesure, manipulation etc.... dans une chambre de travail Ch (i), susceptible d'en faire varier l'état P,V, T, variation que l'on souhaite étudier et suivre avec précision, même si elle est de caractère nano ou micro . A reaction, measurement, manipulation, etc., is carried out in a working chamber Ch (i), capable of causing its state P, V, T to vary, a variation which it is desired to study and monitor with precision, even if it is nano or micro.
On dispose la chambre tampon ChR et la chambre stabilisée ChS de référence, comme indiqué ci-dessus, on isole le système de compensation (V4) et on laisse le système s'équilibrer en mettant en communication avec une atmosphère connue, notamment l'atmosphère elle même. The buffer chamber ChR and the stabilized reference chamber ChS are placed, as indicated above, the compensation system is isolated (V4) and the system is allowed to balance by putting in communication with a known atmosphere, in particular the atmosphere herself.
La stabilisation étant effectuée, les index Cp et C t (i) sont naturellement au même niveau de référence P0. The stabilization being carried out, the indices Cp and C t (i) are naturally at the same reference level P0.
On isole ensuite le système de l'atmosphère du milieu de travail, par exemple en fermant simultanément les vannes (ou couvercles de chambres, etc.... V1, V2, V3 (i)). The system is then isolated from the atmosphere of the working environment, for example by simultaneously closing the valves (or chamber covers, etc. .... V1, V2, V3 (i)).
On comprend que dès lors le système de chambres est isolé mais peut encore être perturbé par des variations d'état survenant inopinément dans le milieu de travail MT. It is understood that from then on the chamber system is isolated but can still be disturbed by variations of state occurring unexpectedly in the MV working environment.
C'est ce qu'évite l'invention (et c'est ce qui distingue fondamentalement l'invention de Part antérieur) grâce à la chambre stabilisée ChS qui est identique en géométrie à la chambre Ch(i) de travail, et est plongée dans le même environnement. This is what the invention avoids (and this is what fundamentally distinguishes the invention from the prior art) thanks to the stabilized chamber ChS which is identical in geometry to the working chamber Ch (i), and is immersed in the same environment.
Si un élément perturbateur d'état intervient, qui soit étranger à l'opération qui se déroule dans la chambre de travail Ch(i), cet élément agira par définition de manière identique sur l'état de la chambre Ch(i) et sur l'état de la chambre identique ChS de référence. L'effet sur la chambre de travail Ch(i) se perdra dans le volume tampon de la chambre ChR (et ceci est une des différences fondamentales de l'invention par rapport à l'art antérieur) tandis que l'effet sur la chambre de référence ChS se traduira, via le signal généré par l'index Cp, par une compensation approprié immédiate par le moyen de compensation (ici, V4). If a state disturbing element intervenes, which is foreign to the operation which takes place in the working chamber Ch (i), this element will by definition act identically on the state of the chamber Ch (i) and on the state of the identical reference chamber ChS. The effect on the working chamber Ch (i) will be lost in the buffer volume of the chamber ChR (and this is one of the fundamental differences of the invention compared to the prior art) while the effect on the working chamber reference ChS will result, via the signal generated by the index Cp, by immediate appropriate compensation by the compensation means (here, V4).
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Cette compensation étant naturellement permanente, le résultat est que les moyens de mesure sensibles aux variations d'état, comme ici l'index C T (i), verront en permanence les effets des variations d'état causées par des phénomènes ETRANGERS à la manipulation, réaction etc.... en cours dans la chambre de travail Ch (i), compensés et donc effacés : ne subsisteront donc, au niveau de ces moyens de mesure comme l'index C T (i), que les effets des variations d'état GENERES par ladite manipulation, réaction, etc...., ce qui est bien le but visé. lecture de la description qui va suivre et des exemples non limitatifs ci-dessous, en référence à la figure unique annexée. This compensation being naturally permanent, the result is that the measurement means sensitive to state variations, as here the index CT (i), will permanently see the effects of state variations caused by FOREIGN phenomena when handled, reaction etc ... in progress in the working chamber Ch (i), compensated and therefore erased: therefore will only remain, at the level of these measurement means like the index CT (i), the effects of variations in GENERATED state by said manipulation, reaction, etc ...., which is the goal. reading of the description which will follow and of the nonlimiting examples below, with reference to the attached single figure.
DESCRIPTION ET EXEMPLE DE MISE EN CEUVRE PRINCIPE DU STABILISATEUR Le stabilisateur (S) (ChR) d'état compense les effets dus aux variations de pression P et/ou de température T sur une chambre de travail (Ch) qui lui est associée. DESCRIPTION AND EXAMPLE OF IMPLEMENTATION PRINCIPLE OF THE STABILIZER The state stabilizer (S) (ChR) compensates for the effects due to variations in pressure P and / or temperature T on a working chamber (Ch) associated with it.
OBJECTIFS DE LA STABILISATION: Définir un état de référence Variables d'état dans une chambre de mesure N : nombre de moles généralement constant P : pression V : volume T : température Telles que PV = NRT STABILIZATION OBJECTIVES: Defining a reference state State variables in a measurement chamber N: generally constant number of moles P: pressure V: volume T: temperature Such as PV = NRT
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(R = constante universelle des gaz) Variables d'état externes: Pression et Température PM, TM Variables d'état internes du stabilisateur: Pr, Vr, Tr, NÉ Variables internes aux chambres de travail : PChi, VChi, TChi, Nchi 1. La stabilité d'état d'un système est subordonnée à la stabilité des variables d'état internes et externes au système. (R = universal gas constant) External state variables: Pressure and Temperature PM, TM Internal stabilizer state variables: Pr, Vr, Tr, NE Internal variables in the working chambers: PChi, VChi, TChi, Nchi 1 The state stability of a system is subordinated to the stability of the state variables internal and external to the system.
2. Le stabilisateur associé à une ou plusieurs chambres de travail de volume identiques prend en compte les variations des variables d'état qui lui sont externes ou internes. Les causes de ces variations sont supposées communes et simultanées à toutes les chambres couplées au stabilisateur. 2. The stabilizer associated with one or more working chambers of identical volume takes into account the variations of the state variables which are external or internal to it. The causes of these variations are assumed to be common and simultaneous with all the chambers coupled to the stabilizer.
3. Le stabilisateur maintient constant un indicateur d'état qui intègre et compense les variations d'état. Cet indicateur d'état a valeur de référence. 4. Ainsi, dans une chambre de mesure associée au stabilisateur, toute variation locale d'état, indépendante de toute variation commune à l'ensemble des chambres en mesure est mise en évidence et parfaitement rnesurable. 3. The stabilizer keeps a status indicator constant which integrates and compensates for variations in state. This status indicator has a reference value. 4. Thus, in a measurement chamber associated with the stabilizer, any local variation in state, independent of any variation common to all of the measurement chambers, is highlighted and perfectly resurable.
CONSTITUTION DU DISPOSITII= Le stabilisateur d'état comprend MILIEU DU TRAVAIL (MT) Enceinte déformable ou non permettant d'assurer l'homogénéité des conditions de pression et de température appliquées à la chambre stabilisée et à la (ou aux) chambre (s) de travail. CONSTITUTION OF THE PROVISION = The state stabilizer includes WORKING ENVIRONMENT (MT) Deformable or non-deformable enclosure ensuring the uniformity of the pressure and temperature conditions applied to the stabilized chamber and to the chamber (s) of work.
L'homogénéité de la pression peut, par exemple, être garantie par une étanchéité de l'équipement. The uniformity of the pressure can, for example, be guaranteed by sealing the equipment.
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D L'homogénéité de la température peut, par exemple, être garantie par une ventilation aérienne ou un bain agité. D Uniformity of temperature can, for example, be guaranteed by air ventilation or a stirred bath.
CHAMBRE DE REACTION (CR) Chambre pour contenir le fluide stabilisateur. La section de la chambre de réaction doit être suffisante au regard de la précision souhaitée pour le stabilisateur
La chambre de réaction n'est pas nécessairement située dans l'enceinte du milieu du travail. REACTION CHAMBER (CR) Chamber to contain the stabilizing fluid. The cross-section of the reaction chamber must be sufficient with regard to the precision desired for the stabilizer
The reaction chamber is not necessarily located within the confines of the workplace.
CHAMBRE(s) DE TRAVAIL (ChTi) Une ou plusieurs chambres, de caractéristiques géométriques et physiques identiques, pour contenir les éléments soumis à un travail et/ou une mesure. Chi est situé dans MT. WORKING CHAMBER (s) (ChTi) One or more chambers, with identical geometrical and physical characteristics, to contain the elements subjected to work and / or measurement. Chi is located in MT.
CHAMBRE STABILISEE (Chs) Une chambre aux caractéristiques géométriques et physiques identiques à Chi et contenant des éléments aux caractéristiques géométriques identiques à ceux placés dans Chi. STABILIZED CHAMBER (Chs) A room with geometric and physical characteristics identical to Chi and containing elements with geometric characteristics identical to those placed in Chi.
Selon la nature de l'expérience, le contenu de ChS aura ou non des caractéristiques physiques et/ou chimiques identiques à celles du contenu de Chi (tension vapeur, stabilité thermique, contaminants ... ) ChS est située dans MT. Depending on the nature of the experiment, the content of ChS may or may not have physical and / or chemical characteristics identical to those of the content of Chi (vapor pressure, thermal stability, contaminants ...) ChS is located in MT.
FLUIDE STABILISATEUR (F.S.) STABILIZER FLUID (F.S.)
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Fluide dont les caractéristiques physiques (capillarité et sensibilité par exemple) et chimiques (neutralité par exemple) sont liées à celles de ses contenants et des contenus des chambres ChS et Chi. Fluid whose physical (capillarity and sensitivity for example) and chemical (neutrality for example) characteristics are linked to those of its containers and the contents of the ChS and Chi chambers.
COLONNE STABILISÉE (C.E.) Tube assurant la communication entre F.S. et ChS. II peut être constitué d'une matière en relation avec les caractéristiques du fluide stabilisateur (neutralité chimique, capillarité ... ). STABILIZED COLUMN (C.E.) Tube ensuring communication between F.S. and ChS. It can be made of a material in relation to the characteristics of the stabilizing fluid (chemical neutrality, capillarity ...).
Dans le cas de l'utilisation d'un liquide pour F.S., la configuration du conduit, en U par exemple, doit permettre la surveillance de son niveau du côté ChS. COLONNE DE TRAVAIL (C. Ti) Un ou plusieurs tubes assurant la communication entre F.S. et Chi. 11(s) répond (ent) aux mêmes caractéristiques physiques et géométriques que C. E. When using a liquid for F.S., the configuration of the duct, for example in a U, must allow monitoring of its level on the ChS side. WORKING COLUMN (C. Ti) One or more tubes ensuring communication between F.S. and Chi. 11 (s) meet the same physical and geometric characteristics as C. E.
CAPTEUR DE POSITION (Cp) Tout moyen permettant d'observer l'évolution du fluide. Par exemple : un ensemble de cellules (émetteur + récepteur). POSITION SENSOR (Cp) Any means allowing to observe the evolution of the fluid. For example: a set of cells (transmitter + receiver).
ÉVENT V 1 Dispositif permettant la communication de la chambre stabilisée vers l'évent commun. VENT V 1 Device allowing communication from the stabilized chamber to the common vent.
ÉVENT V1 Dispositif permettant la communication de la chambre de réaction vers l'évent commun. VENT V1 Device allowing communication from the reaction chamber to the common vent.
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EVENT V3 Dispositif permettant la communication de la chambre de travail i vers l'évent commun. EVENT V3 Device allowing communication from the working chamber i to the common vent.
CONDUIT D'EVENT CA Tube assurant la mise en commun des évents. CA ne communique pas nécessairement vers MT. CA VENT CONDUIT Tube ensuring the pooling of vents. CA does not necessarily communicate with MT.
VANNE DE REACTION V4 Dispositif assurant la réaction sur la pression dans la chambre ChR. Cette réaction peut se matérialiser par l'injection de vide ou de pression par exemple. REACTION VALVE V4 Device ensuring the reaction on the pressure in the chamber ChR. This reaction can materialize by the injection of vacuum or pressure for example.
La réaction sur CHR peut également se faire sur la température (résistance électrique par exemple) ou sur le volume de fluide (apport ou retrait de fluide). The reaction on CHR can also be done on the temperature (electrical resistance for example) or on the volume of fluid (addition or withdrawal of fluid).
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 1 MISE A L'EQUILIBRE DU SYSTEME y V1, V2 et les Vii passants y V4 fermé sur pression et fermé sur vide Y PS=Pr=PCh1 =. ..=PChi=...=PChn=Pm 2 ISOLEMENT DU SYSTEME V1, V2 et les V3: fermés Repérage par Cp de l'état du fluide dans CE. OPERATING PRINCIPLE 1 BALANCING THE SYSTEM y V1, V2 and Vii passers-by y V4 closed on pressure and closed on vacuum Y PS = Pr = PCh1 =. .. = PChi = ... = PChn = Pm 2 ISOLATION OF SYSTEM V1, V2 and V3: closed Identification by Cp of the state of the fluid in CE.
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A to, le système est équilibré Y A t,, PM et TM varient Ouverture de V4, (option réaction sur pression) Le niveau détecté par Cp baisse Ouverture de V42 vers pression Le niveau détecté par Cp monte Cette réaction combinée de V4 doit ainsi stabiliser l'état du fluide dans CE. A to, the system is balanced Y A t ,, PM and TM vary Opening of V4, (pressure reaction option) The level detected by Cp decreases Opening of V42 towards pressure The level detected by Cp rises This combined reaction of V4 must thus stabilize the state of the fluid in CE.
On peut alors conclure que
= constante (stabilisation à volume constant) A volume stabilisé, par principe d'action et de réaction, les conditions sont les mêmes dans les autres chambres, dans la mesure où ces dernières ne sont pas soumises à des effets spécifiques. L'équipement est donc stabilisé sur une référence malgré la variation possible de nChi dont l'observation et la mesure peuvent s'envisager sur Cti. We can then conclude that
= constant (constant volume stabilization) At a stabilized volume, by principle of action and reaction, the conditions are the same in the other chambers, insofar as the latter are not subjected to specific effects. The equipment is therefore stabilized on a reference despite the possible variation of nChi, the observation and measurement of which can be envisaged on Cti.
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AUTRES FORMES DE FONCTIONNEMENT 1 AUGMENTATION DE LA SENSIBILITE DU SYSTEME La précédente description impliquait la présence préalable du liquide en équilibre dans les conduits en U. OTHER OPERATING FORMS 1 INCREASING THE SENSITIVITY OF THE SYSTEM The previous description implied the prior presence of the liquid in equilibrium in the U-shaped ducts.
II est possible d'augmenter la sensibilité du stabilisateur par un système autorisant la vidange des conduits en U, le chargement s'effectuant après fermeture de V1 et Vii. It is possible to increase the sensitivity of the stabilizer by a system allowing the emptying of the U-shaped conduits, the loading being carried out after closing of V1 and Vii.
La vidange peut s'effectuer, par exemple, en appliquant une dépression dans ChR (V4, ouvert, V2 fermé). The emptying can be carried out, for example, by applying a vacuum in ChR (V4, open, V2 closed).
2 TRAVAIL SELECTIF L'utilisation sélective des chambres de travail nécessite l'isolement de celles non utilisées (V5i). 2 SELECTIVE WORK Selective use of work chambers requires the isolation of unused ones (V5i).
Description détaillée du capteur et de la mesure. 1. Le capteur manovolumétriaue Un capteur manovolumétrique est constitué d'un capillaire de verre calibré associé à un réservoir. Detailed description of the sensor and measurement. 1. The manovolumetric sensor A manovolumetric sensor consists of a capillary of calibrated glass associated with a reservoir.
Pour pouvoir être activé, cet ensemble est connecté à une chambre de mesure dont le volume d'air résiduel Vo (volume vide total - volume occupé par l'échantillon) doit être en accord avec la sensibilité du capteur utilisé. To be able to be activated, this set is connected to a measurement chamber whose residual air volume Vo (total empty volume - volume occupied by the sample) must be in accordance with the sensitivity of the sensor used.
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2. Capteur activé L'activation du capteur consiste dans le chargement en liquide manovolumétrique du réservoir. 2. Activated sensor Activating the sensor consists of loading the manovolumetric liquid into the tank.
Le liquide descend par capillarité et gravité dans le capillaire de verre et forme ainsi une colonne dont la longueur d'équilibre Lo dépend des caractéristiques physiques du liquide (viscosité et densité) et du volume d'air résiduel dans la chambre de mesure (V1). The liquid descends by capillarity and gravity into the glass capillary and thus forms a column whose equilibrium length Lo depends on the physical characteristics of the liquid (viscosity and density) and on the volume of residual air in the measurement chamber (V1) .
A l'équilibre, la quantité gazeuse N présente dans l'unité respirométrique est parfaitement connue par application de la loi d'Etat NRT = PlV1 N = f(Lo.Pe.Te.s....) 3. La mesure La mesure va consister à suivre l'évolution de la longueur Lt de la colonne manovolumétrique. At equilibrium, the gaseous quantity N present in the respirometric unit is perfectly known by application of the state law NRT = PlV1 N = f (Lo.Pe.Te.s ....) 3. The measurement La measurement will consist in following the evolution of the length Lt of the manovolumetric column.
Cette variation de longueur est liée aux variations concomitantes de volume dV = - s . dL et de pression dP = d . dL. This variation in length is linked to the concomitant variations in volume dV = - s. dL and pressure dP = d. dL.
d : densité du liquide s : section du capillaire Chaque unité respirométrique est caractérisée automatiquement par une équation liant la variation de quantité gazeuse dN recherchée au dL mesuré dans un intervalle de temps dt et telle que DN = f(Lo, Lt, s, Pe, Te, d, ... ) d: density of the liquid s: section of the capillary Each respirometric unit is automatically characterized by an equation linking the variation in the gaseous quantity dN sought to the dL measured in a time interval dt and such that DN = f (Lo, Lt, s, Pe , Te, d, ...)
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4. La mesure effective La mesure effective des variations de longueur est réalisée par scrutation permanente (balayage) du capillaire par un capteur de position qui informe le logiciel du passage à l'interface liquide-air. 4. Effective measurement The effective measurement of length variations is carried out by permanent scanning (scanning) of the capillary by a position sensor which informs the software of the transition to the liquid-air interface.
Dans un contexte industriel marqué par le concept du "Juste-à-temps", l'appareil selon l'invention peut apporter un gain de temps considérable dans toutes les opérations de contrôle d'activité biologique et de suivi de process. Les numérations bactériennes et l'évaluation des tests afférents aux cultures biologiques (antibiogrammes par exemple) sont obtenus dans des délais très courts (quelques minutes) et son coût de fonctionnement est négligeable (absence de réactifs). In an industrial context marked by the concept of "Just-in-time", the device according to the invention can save considerable time in all biological activity control and process monitoring operations. The bacterial counts and the evaluation of tests relating to biological cultures (antibiograms for example) are obtained within very short time frames (a few minutes) and its operating cost is negligible (absence of reagents).
L'invention couvre également tous les modes de réalisation et toutes les applications qui seront directement accessibles à l'homme de métier à la lecture de la présente demande, de ses connaissances propres, et éventuellement d'essais simples de routine The invention also covers all the embodiments and all the applications which will be directly accessible to those skilled in the art on reading the present application, their own knowledge, and possibly simple routine tests.
<Desc/Clms Page number 22><Desc / Clms Page number 22>
Claims (38)
Priority Applications (3)
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