Sensor de flujo y método para medir una componente de caudal de un fluido que contiene elementos cargados eléctricamente.

Sensor de flujo para medir una componente de caudal (Q) de un fluido,

que contiene elementos cargados eléctricamente, a lo largo de una dirección seleccionada, que comprende:

una sección (100) de conducto para transportar el fluido;

medios (110, 111) de magnetización controlables primero y segundo dispuestos uno sustancialmente opuesto al otro en la sección (100) de conducto, estando los medios (110, 111) de magnetización primero y segundo orientados de manera que un eje magnético entre los mismos es sustancialmente perpendicular a la dirección de flujo seleccionada del fluido en la sección (100) de conducto;

un controlador de imán (115) adaptado para controlar la polaridad de un campo magnético (B) entre los medios (110,111) de magnetización primero y segundo;

una disposición de sensor eléctrico que incluye electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo que están dispuestos en la sección (100) de conducto para mojarse por el fluido que fluye en la misma, estando los electrodos de sensor (120, 121) primero y segundo separados uno de otro a lo largo de una línea que es sustancialmente perpendicular tanto a la dirección de flujo seleccionada como al eje magnético; y

un sensor (125) de tensión adaptado para registrar una tensión (U) entre el primer electrodo (120) de sensor y el segundo electrodo (121) de sensor,

caracterizado porque el sensor de flujo comprende al menos un circuito (300) de suministro de corriente continua adaptado para alimentar una respectiva corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) a cada uno de los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo en la disposición de sensor eléctrico, teniendo cada una de las corrientes de control (Ictrl-0; Ictrl-1) un signo y magnitud tal que un nivel de tensión de corriente continua en los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo con respecto a un potencial de referencia se controla hacia una tensión predeterminada (CCset).

Sensor de flujo y método para medir una componente de caudal de un fluido que contiene elementos cargados eléctricamente.

Antecedentes de la invención y técnica anterior La presente invención se refiere, en general, a la medición de un flujo de fluido. Más particularmente, la invención se refiere a un sensor de flujo según el preámbulo de la reivindicación 1, a una unidad de medición de ultrafiltración según el preámbulo de la reivindicación 8 y a un método para medir una componente de caudal según el preámbulo de la reivindicación 10.

Existen muchos ámbitos técnicos en los que se requiere una medición de flujo de fluido precisa. Pueden encontrarse numerosas aplicaciones representativas, por ejemplo, en el campo de la tecnología médica. Sin embargo, se requiere normalmente alguna forma de medición de flujo en la mayoría de los casos en los que un fluido/líquido debe transportarse desde un punto a otro. Las mediciones de flujo de fluido también pueden usarse para determinar la velocidad de una nave que se desplaza por el agua o un líquido similar. Naturalmente, pueden emplearse en este caso sensores de flujo mecánicos. No obstante, cuando se requiere una alta precisión, generalmente se prefieren sensores medición de flujo electromagnéticos. Este tipo de sensores se basan en una técnica ampliamente conocida en la que se aplica un campo magnético para interaccionar con elementos cargados eléctricamente, tales como iones, en el fluido que fluye para producir un campo eléctrico resultante. Por tanto, según la ley de Faraday, la magnitud del campo eléctrico inducido constituye una medida del caudal del fluido.

El solicitante desarrolla y fabrica equipamiento médico, por ejemplo productos renales en forma de aparatos de diálisis, que utilizan una técnica de medición de flujo electromagnética de este tipo. Habitualmente, se han empleado sensores de flujo con electrodos de platino para entregar valores precisos y fiables de los flujos de fluido registrados. El platino, y el negro de platino en particular, efectúan concretamente un buen contacto eléctrico entre los electrodos y el líquido de diálisis, de modo que las dimensiones de electrodo pueden mantenerse relativamente pequeñas, y por consiguiente dar lugar a un patrón de campo magnético lineal en la sección transversal de la conducción del fluido.

En los últimos años se ha introducido una denominada práctica de carga con glucosa en la que se añade glucosa al líquido de diálisis con el fin de imitar mejor la composición de la propia sangre del paciente, y de ese modo evitar, entre otras cosas, determinados riesgos metabólicos para el paciente. Sin embargo, la glucosa también produce efectos no deseados debido a su actividad electroquímica con el platino. Durante el funcionamiento de un aparato de diálisis con un líquido de diálisis cargado con glucosa, una reacción catalítica provoca que la glucosa se oxide sobre las superficies de platino de los sensores de flujo. Esto disminuye la fiabilidad de las mediciones de flujo. Concretamente, la oxidación puede dar como resultado un nivel de CC variable (CC = corriente continua) en los electrodos de sensor, lo que a su vez dificulta la determinación de la contribución al campo eléctrico registrado provocada por la interacción electromagnética entre el campo magnético aplicado y los elementos cargados en el líquido que fluye (es decir en este caso iones en el líquido de diálisis) .

La solicitud de patente estadounidense n.º 2002/0050175 describe un método y sensor de flujo magnético, en el que se compensa una deriva no deseada de las tensiones de electrodo, ya sea interconectando los electrodos de detección o conectándolos a un potencial común, tal como a tierra. También en este caso, una tensión indicativa del caudal se mide por medio de al menos dos electrodos. Se usa un circuito de medición de tensión de alta impedancia para registrar una tensión entre los electrodos. Por tanto, durante la medición, los electrodos se encuentran en un estado de circuito abierto, y pueden por tanto verse influidos eléctricamente por la polarización de electrodo y otros factores que inducen a error en la medición, que se desarrollan de manera relativamente lenta. Para evitar tales efectos, los electrodos se encuentran en un estado de circuito cerrado la mayor parte del tiempo y se ponen en un estado de circuito abierto sólo durante una porción de intervalo de medición relativamente breve del ciclo operativo.

Aunque esta estrategia puede resolver el problema de la deriva, da como resultado una frecuencia de muestreo máxima limitada, y por consiguiente también una restricción de precisión con respecto a la detección de cambios rápidos en el caudal. Además, el procedimiento requiere una considerable cantidad de conmutación de alta velocidad, y es por tanto caro de implementar y relativamente susceptible a un mal funcionamiento.

Sumario de la invención El objeto de la presente invención es, por tanto, paliar los problemas anteriores y poner así en práctica una solución para la medición de flujo mediante la cual puede determinarse un caudal de fluido preciso incluso cuando los electrodos de sensor pueden verse afectados electroquímicamente por el fluido y sus constituyentes.

Según un aspecto de la invención, el objeto se consigue mediante el sensor de flujo inicialmente descrito, que está caracterizado porque comprende al menos un circuito de suministro de corriente continua adaptado para alimentar una respectiva corriente de control a cada uno de los electrodos de sensor primero y segundo en la disposición de sensor eléctrico. Cada una de las corrientes de control tiene un signo y magnitud tal que un nivel de tensión de CC en los electrodos de sensor primero y segundo con respecto a un potencial de referencia se controla hacia una tensión predeterminada.

Una ventaja importante que se logra mediante esta estrategia es que se evita cualquier deriva en el nivel de CC que podría haberse producido de otro modo debido a una oxidación de uno o más de los electrodos de sensor. Al mismo tiempo, la medición de flujo puede realizarse de manera continua, y/o pueden generarse valores de muestreo de caudal a una frecuencia arbitraria.

Según una realización preferida de este aspecto de la invención, el al menos un circuito de suministro de corriente continua incluye una unidad de filtrado paso bajo diferencial, una unidad de integrador y un generador de corriente controlable. La unidad de filtrado paso bajo diferencial está adaptada para generar una señal de diferencia filtrada paso bajo que representa una varianza entre la tensión predeterminada y la tensión registrada. La unidad de integrador está adaptada para recibir la señal de diferencia filtrada paso bajo y, en respuesta a la misma, producir una señal de ajuste. Finalmente, el generador de corriente controlable está adaptado para producir la corriente de control en respuesta a la señal de ajuste. Este diseño del circuito de suministro de corriente es ventajoso porque pone en práctica una entrega fiable de la corriente de control con medios relativamente simples.

Según aún una realización preferida de este aspecto de la invención, el al menos un circuito de suministro de corriente continua incluye una unidad de almacenamiento intermedio de impedancia de entrada alta, que está adaptada para recibir una señal de tensión primaria desde la disposición de sensor eléctrico. En respuesta a la misma, la unidad de almacenamiento intermedio genera una señal de tensión almacenada de manera intermedia que refleja la tensión en los electrodos de sensor. Naturalmente, una función importante de la unidad de almacenamiento intermedio es evitar que la corriente de control se alimente de vuelta a través del circuito de suministro de corriente continua.

Según otra realización preferida de este aspecto de la invención, la sección de conducto incluye al menos un electrodo de referencia además de los electrodos de sensor primero y segundo. Este al menos un electrodo de referencia está adaptado para producir un potencial de referencia en el fluido que fluye, al que se refiere la tensión que se registra en los electrodos de sensor. O bien el al menos un electrodo de referencia aplica una tensión particular, tal como una tensión a tierra al fluido que fluye, o bien, en lugar de ello, el al menos un electrodo de referencia se usa para registrar una tensión aplicada externamente. En cualquier caso, el al menos un electrodo de referencia alivia un registro preciso también de tensiones muy pequeñas entre los electrodos de sensor, lo cual evidentemente... [Seguir leyendo]

1. Sensor de flujo para medir una componente de caudal (Q) de un fluido, que contiene elementos cargados eléctricamente, a lo largo de una dirección seleccionada, que comprende:

una sección (100) de conducto para transportar el fluido;

medios (110, 111) de magnetización controlables primero y segundo dispuestos uno sustancialmente opuesto al otro en la sección (100) de conducto, estando los medios (110, 111) de magnetización primero y segundo orientados de manera que un eje magnético entre los mismos es sustancialmente perpendicular a la dirección de flujo seleccionada del fluido en la sección (100) de conducto;

un controlador de imán (115) adaptado para controlar la polaridad de un campo magnético (B) entre los medios (110, 111) de magnetización primero y segundo;

una disposición de sensor eléctrico que incluye electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo que están dispuestos en la sección (100) de conducto para mojarse por el fluido que fluye en la misma, estando los electrodos de sensor (120, 121) primero y segundo separados uno de otro a lo largo de una línea que es sustancialmente perpendicular tanto a la dirección de flujo seleccionada como al eje magnético; y un sensor (125) de tensión adaptado para registrar una tensión (U) entre el primer electrodo (120) de sensor y el segundo electrodo (121) de sensor, caracterizado porque el sensor de flujo comprende al menos un circuito (300) de suministro de corriente continua adaptado para alimentar una respectiva corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) a cada uno de los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo en la disposición de sensor eléctrico, teniendo cada una de las corrientes de control (Ictrl-0; Ictrl-1) un signo y magnitud tal que un nivel de tensión de corriente continua en los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo con respecto a un potencial de referencia se controla hacia una tensión predeterminada (CCset) .

2. Sensor de flujo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno del al menos un circuito (300) de suministro de corriente continua comprende:

una unidad (320) de filtrado paso bajo diferencial adaptada para generar una señal de diferencia filtrada paso bajo (nULF) que representa una varianza entre la tensión predeterminada (CCset) y la tensión registrada (U) ;

una unidad (330) de integrador adaptada para recibir la señal de diferencia filtrada paso bajo (nULF) y, en respuesta a la misma, producir una señal de ajuste (CCadj) ; y un generador (340) de corriente controlable adaptado para producir la corriente de control (Ictrl-0) en respuesta a la señal de ajuste (CCadj) .

3. Sensor de flujo según la reivindicación 2, caracterizado porque cada uno del al menos un circuito (300) de suministro de corriente continua comprende una unidad (310) de almacenamiento intermedio adaptada para recibir una señal de tensión primaria (U) desde la disposición de sensor eléctrico y, en respuesta a la misma, generar una señal de tensión almacenada de manera intermedia (U') que refleja la tensión en el primer electrodo (120) de sensor y el segundo electrodo (121) de sensor, en el que una entrada de la unidad (310) de almacenamiento intermedio para recibir la señal de tensión primaria tiene una impedancia relativamente alta.

4. Sensor de flujo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección

(100) de conducto comprende al menos un electrodo (130; 131) de referencia además de los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo, estando el al menos un electrodo (130; 131) de referencia adaptado para producir un potencial de referencia para registrar la tensión (U) .

5. Sensor de flujo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido contiene glucosa.

6. Sensor de flujo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una superficie de contacto con el fluido de al menos uno de los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo contiene platino.

7. Sensor de flujo según la reivindicación 6, caracterizado porque la superficie de contacto con el fluido de al menos uno de los electrodos (120, 121) de sensor primero y segundo está recubierta al menos parcialmente con negro de platino.

8. Unidad (500) de medición de ultrafiltración para regular al menos un flujo de diálisis (Q', Q") , caracterizada porque comprende al menos un sensor (100a, 100b) de flujo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

9. Unidad (500) de medición de ultrafiltración según la reivindicación 8, caracterizada porque comprende una célula (510) de medición, en la que los sensores (100a, 100b) de flujo primero y segundo están dispuestos con sus sec

ciones de conducto paralelas entre sí de manera que un campo magnético común puede magnetizar el fluido que fluye tanto en el primer sensor (100a) de flujo como en el segundo sensor (100b) de flujo.

10. Método para medir una componente de caudal (Q) de un fluido, que contiene elementos cargados eléctricamente, a lo largo de una dirección seleccionada, que implica:

magnetizar el fluido por medio de un campo magnético (B) con una polaridad periódicamente alternante que tiene un eje magnético que está orientado sustancialmente en perpendicular a la dirección de flujo seleccionada; y registrar una tensión (U) a través del fluido que fluye a lo largo de una línea que es sustancialmente perpendicular tanto a la dirección de flujo seleccionada como al eje magnético, caracterizado por:

alimentar al menos una corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) a una disposición de sensor eléctrico para registrar la tensión (U) , teniendo la al menos una corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) un signo y magnitud tal que un nivel de tensión de corriente continua en la disposición de sensor eléctrico se controla hacia una tensión predeterminada (CCset) con respecto a un potencial de referencia.

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado por las etapas de: comparar la tensión registrada (U) con la tensión predeterminada (CCset) para producir una varianza entre las mismas; extraer una componente de tensión de corriente continua diferencial (nULF) a partir de la varianza; producir una corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) en respuesta a la componente de tensión de corriente continua diferencial (nULF) ; y alimentar la corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) a la disposición de sensor eléctrico.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque la producción de la corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) implica:

recibir una señal de ajuste (CCadj) que refleja la componente de tensión de corriente continua diferencial (nULF) de la varianza; y generar la corriente de control (Ictrl-0; Ictrl-1) basándose en la señal de ajuste (CCadj) .

13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque el campo magnético (B) tiene una frecuencia base diferente de un múltiplo de una frecuencia de red de suministro de electricidad normalizada.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el fluido contiene glucosa.