Brevet FR2662497A1 — publié le 19911129

La présente invention concerne les appareils de mesure de fluide, en particulier lorsqu'ils sont destinés à être utilisés dans le cas où une quantité prédéterminée ou mesurable de fluide doit être délivrée avec précision. L'appareil distributeur peut par exemple comprendre un moyen permettant d'élever la pression dans un récipient contenant le fluide jusqu a ce qu'une certaine quantité de fluide ait été expulsée ou bien une pompe, placée dans une canalisation de fluide conduisant à une tête distributrice, qui peut être excitée pour délivrer une certaine quantité de fluide. Pour ces deux dispositifs, la distribution se produit pendant une durée ajustée, et L'invention se rapporte plus particulièrement à une distribution de ce type. Il existe de nombreux exemples d'application pour des dispositifs distributeurs de ce type. Lors de la fabrication de dispositifs semiconducteurs, on est souvent amené à faire déposer uniformément sur une pastille semiconductrice diverses substances chimiques de traitement (vernis photosensible, révélateur, par exemple), et pour réaliser cette opération, on délivre une quantité prédéterminée de substance chimique à L'état fluide au centre de la pastille tandis qu'on fait tourner cette dernière. L'appareil distributeur comprend un réservoir de fluide doté d'un orifice permettant au fluide d'arriver à une pompe qui est placée dans la canalisation conduisant à une tête distributrice. La pompe reçoit une impulsion à chaque fois qu'une certaine quantité de fluide doit être délivrée. Il est important que la quantité prédéterminée de fluide soit délivrée de manière précise et, à cet effet, une pratique courante consiste à contrôler le système distributeur en appliquant des impulsions répétées à La pompe (exactement comme dans la production automatisée), en recueillant le fluide dans un récipient de mesure au lieu de le laisser arriver jusqu'à la pastille. On utilise le quotient de la quantité recueillie par le nombre d'impulsions, que L'on prend soin de compter, comme mesure de la quantité de fluide délivrée à chaque cycle, ce qui permet de contrôler ou de régler l'appareil. Typiquement, on effectue ce contrôle au début de chaque période de production. Pendant la production, on ne peut pas contrôler le fonctionnement correct de l'appareil, de sorte qu'on doit se contenter de l'inspection des pastilles elles-mêmes une fois revêtues. Un mauvais fonctionnement de l'appareil distributeur conduit donc au mieux à la coûteuse opération consistant à devoir nettoyer et retraiter un lot de production (l'inspection étant une opération manuelle lente, ses résultats ne sont généralement pas disponibles suffisamment tôt pour pouvoir arrêter la production d'autres pastilles revêtues de manière inacceptable) ou bien, si l'inspection ne donne pas de résultats, on est amené à devoir jeter au rebut tout un lot de pastilles, ce qui est alors extrêmement coûteux. De façon générale, l'appareil fonctionne bien pendant un certain temps après le contrôle ou le réglage, la plupart des pro blèmes apparaissant Lorsque le niveau du réservoir de fluide est bas ou commence à devenir bas. C'est donc une pratique courante, pour la personne chargée de l'inspection du réservoir, de s'assurer de son état de remplissage et d'interrompre la production Lorsque le niveau devient bas. La plupart de ces interruptions sont inutiles et non rentables, mais, au moins, on évite les conséquences encore plus désastreuses d'un retraitement ou d'une mise au rebut. Selon l'invention, l'appareil de mesure de fluide permettant de déterminer la quantité de fluide s'écoulant via une canalisation de fluide comporte : une chambre destinée à être raccordée de façon à recevoir le fluide présent dans la canalisation et à renvoyer dans cette dernière le fluide reçu, le fluide reçu entrant dans la chambre par l'intermé- diaire d'un premier orifice et la quittant par l'intermédiaire d'un deuxième orifice, un moyen de détection de pression conçu pour détecter la pression existant dans la chambre, et un moyen servant à fournir un signal indicatif de la quantité de fluide, grâce auquel ledit signal est obtenu à partir du signal de sortie du moyen de détection de pression pendant l'écoulement du fluide. Le fLuide peut être par exemple un liquide tel que le vernis photosensible destiné à revêtir des pastilles semiconductrices ou de l'air chaud servant à sécher une pastille revêtue. De préférence, le premier orifice a une plus grande dimension que le deuxième, ce qui permet d'augmenter la pression dans la chambre. De façon avantageuse, une membrane est disposée entre la chambre et le moyen de détection de pression et sert à transmettre la pression, plus avant, de la chambre au moyen de détection. Cette membrane peut constituer une frontière de La chambre et peut en outre être formée en une matière imperméable au fluide ou être revêtue par une telle matière. Dans une forme de réalisation de l'appareil de mesure de fluide selon l'invention, le moyen de détection de pression est un capteur différentiel destiné à être exposé aux conditions ambiantes et à mesurer la pression relative existant dans la chambre. Dans une forme de réalisation préférée de l'appareil de mesure de fluide selon l'invention, il est inclus un moyen permettant de comparer le signal indicatif de la quantité de fluide avec un signal représentatif d'une quantité prédéterminée de fluide. De façon avantageuse, cette quantité prédéterminée est une limite fonctionnelle, ou bien elle peut avoir une valeur inférieure à la limite fonctionnelle de manière à fournir un avertissement de L'approche de la limite. De manière encore plus avantageuse, on peut prévoir des comparaisons multiples. De façon avantageuse, on peut produire le signal indicatif de la quantité de fluide en écoulement sous la forme d'un signal permettant de commander le débit de fluide. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur Les dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 représente un appareil de distribution et de mesure de fluide selon l'invention ; - la figure 2 représente les formes d'onde présentes en certains points du dispositif de la figure 1 pendant son fonctionnement ; - la figure 3 représente une caractéristique du mode de réaLisation de la figure 1 ; et - la figure 4 représente un autre mode de réalisation de l'invention. L'appareil de mesure de fluide, qui est représenté sur la figure 1, est destiné à déterminer la quantité de fluide s'écoulant dans une canalisation de fluide 10 qui va d'un réservoir 12 contenant un fluide 11 jusqu'à un orifice de distribution 14. Le fluide est introduit dans une chambre 15 par un premier orifice 16 et va jusqu'au distributeur 14 en partant d'un deuxième orifice 17 de la chambre 15. Une première face de La chambre 15 est fermée par un élément 116 qui possède un orifice communiquant avec un capteur de pression 18 produisant un signal de sortie 19. Le capteur 18 est séparé du fluide contenu dans la chambre 15 par L'intermédiaire d'une membrane souple 115. Le signal de sortie 19 du capteur de pression 18 est envoyé à un amplificateur tampon 100, dont le signal de sortie excite un convertisseur numérique-analogique 101 produisant un signal de sortie 102. En utilisation, Lorsqu'une certaine quantité de fluide doit être délivrée, L'entrée 117 de la pompe 118 se voit appliquer par un dispositif de commande de pompe 118' une impulsion provoquant l'écoulement du fluide. L'écoulement du fluide jusqu'au moyen de sortie 14 s'effectue via le premier orifice 16 de la chambre 15. Lorsque l'impulsion d'écoulement est produite, une certaine pression s'accumule dans la chambre 15, laquelle est transmise au capteur de pression 18 par l'intermédiaire de la membrane souple 115. Dans la fabrication de pastilles semiconductrices, une certaine quantité de liquide doit être délivrée à chaque fois qu'une nouvelle pastille vient se placer automatiquement sous la tête distributrice. A cet effet, une forme d'onde de commande 20 (partie (a) de la figure 2) est appliquée à la pompe par le disposiitf de commande de la pompe 118'. La réponse du capteur de pres sion 18 à une augmentation de la pression régnant dans la chambre 15 du fait de l'écoulement est indiquée par une forme d'onde 21, qui est L'expression du signal de sortie du transducteur de pression en fonction du temps. La forme d'onde de commande est périodique et comprend des impulsions telles que l'impulsion 22, qui représente une période pendant laquelle la pompe est excitée afin d'assurer la délivrance du fluide.Le signal de sortie du capteur de pression présente une réponse pulsée 25, qui est indicative de l'augmentation de pression dans la chambre pendant l'écoulement. La situation présentée sur la figure 2 est celle qui doit être observée Lorsque le distributeur fonctionne correctement et délivre la quantité prédéterminée de fluide à chaque impulsion. On notera que la crête de l'impulsion de sortie, par exemple celle de l'impulsion 25, se trouve à un niveau sensiblement constant V p Comme cela est normal dans ce type de machine distributrice, il apparaît une région 23, correspondant à une contre-pression d'aspiration, en réponse à l'excitation inverse du moteur faisant suite à l'application d'un niveau 24, comme signal de commande permettant d'empêcher que des gouttes ne tombent de la tête de distribution. Sur la figure 3, qui est un graphe montrant la relation de la tension de sortie de crête V du transducteur de pression p avec la quantité de fluide A, on voit que cette relation s'exprime par une courbe 30 bien définie. Il a été montré que cette relation était sensiblement linéaire. Suivant cette relation bien définie, le signal de sortie du transducteur de pression est indicatif de la quantité de fluide passant dans la canalisation au cours de chaque impulsion de pompage. Par conséquent, un échantillon du signal de sortie du convertisseur numérique-ana Logique, pris au moment de l'écoulement du fluide, comme déterminé par l'impulsion d'excitation appliquée au moteur commandant la pompe, est indicatif de la quantité de fluide s'écoulant pendant cette impulsion d'excitation. Il peut être fourni par exemple à un équipement d'enregistrement de données ou de commande du traitement. On notera que, puisque le signal de sortie de crête du transducteur de pression 18 est indicatif de la quantité de fluide délivrée, on peut contrôler ce niveau pour savoir si la quantité prédéterminée voulue de fluide est effectivement délivrée à chacun de tous les cycles de pompage. A cet effet, le signal de sortie de l'amplificateur tampon 100 est envoyé à un comparateur 103 qui produit un signal de sortie 104. Le comparateur 103 produit son signal de sortie relativement à un niveau de référence #VH2 et, si le signal de sortie de l'amplificateur tampon 100 dépasse ce niveau, le signal de sortie 104 signalera ce fait.On choisit le niveau de référence VH2 du comparateur 103 de façon qu'il représente une quantité située par exemple à la limite supérieure de l'intervalle admissible pour la quantité prédéterminée de fluide, et ceci permettra de signaler, par l'intermédiaire du signal de sortie 104, si cette limite de l'intervalle acceptable pour la quantité de fluide délivrée a été dépassée. De manière analogue, un comparateur 107 fonctionne en relation avec un niveau VL2 de manière à produire un signal de sortie 109 si la limite inférieure de l'intervalle acceptabLe pour la quantité prédéterminée de fluide devant être délivrée a été dépassée. De manière analogue, un comparateur 105, produisant un signal de sortie 106, et un comparateur 108, produisant un signal de sortie 110, fonctionnent en relation avec des niveaux de comparaison VH1 et VL1, qui ont été choisis de manière à représenter des niveaux intermédiaires compris dans l'intervalle acceptable pour la quantité de fluide à délivrer.On aura compris que les signaux de sortie 106 et 110 indiquent respectivement si la quantité de fluide délivrée se trouve ou non à l'extérieur de l'intervalle intermédiaire défini par les niveaux VHI et VL1. Le mode de réalisation comporte en outre un moyen logique de sortie 111 qui reçoit le signal de sortie des comparateurs de limite 103 et 107 en même temps que la forme d'onde d'excitation de la pompe 118 fournie par le dispositif de commande de pompe 118'. Lorsque cette forme d'onde d'excitation indique que l'écoule- ment est en cours, le moyen Logique 111 répond aux signaux de sortie des comparateurs en produisant lui-même un signal de sortie 112 qui change d'état selon que l'une ou L'autre des valeurs limites a été dépassée. De la même façon, un moyen logique 113 répond, pendant L'écouLement de fluide qui est indiqué par le signal 117, aux niveaux intermédiaires VH1 et VLî en produisant un signal de sortie 114.Un autre moyen logique 115 reçoit les deux signaux de sortie 112 et 114 et produit un autre signal de sortie 116. Le signal de sortie 112 du moyen Logique 111 peut être utilisé ocmme signal d'avertissement, par exemple en faisant entendre un signal d'avertissement sonore ou en allumant une lampe rouge. Le signal de sortie 114, qui est indicatif des niveaux intermédiaires, peut être utilisé pour exciter un signal d'avertissement, par exemple une Lumière jaune, tandis que Le moyen logique 115, qui indique que la quantité de fluide délivrée pendant le cycle d'excitation se trouve entièrement dans l'intervalle acceptable, peut être utilisé pour exciter par exemple une Lampe verte. On aura compris que, si l'on utilise un dispositif semblable à celui décrit ci-dessus dans la fabrication de pastilles semiconductrices, la nécessité d'une inspection des pastilles disparait, puisque la quantité de fluide dé Livrée à chacune de toutes les pastilles est contrôlée de façon continue. Il devient clair que la production doit s'arrêter Lorsque l'avertissement Lié au signal de sortie 112 indicatif des limites de l'intervalle admissible est produit, et qu'il est souhaitable de porter attention au réglage de l'appareil Lorsque l'avertissement intermédiaire 114 est produit. On aura compris que l'amplificateur tampon 100, les comparateurs, les moyens logiques et le convertisseur numériqueanaLogue 101 constituent un dispositif de traitement de signal relatif à l'appareil de mesure de fluide selon l'invention. Le signal de sortie de ce circuit de traitement peut être applique, via un moyen de commande approprié, pour ajuster la quantité de fluide délivrée, par exemple par ajustement de la largeur de l'impulsion appliquée à la pompe 118 par le dispositif de commande de pompe 118'. On va maintenant décrire une forme préférée d'appareil de mesure de fluide selon l'invention. On forme une chambre cylindrique 42 par accouplement d'un éLément de base 40 et d'un élément couvercle 41. L'élément couvercle 41 possède un premier orifice 43 et un deuxième orifice 44 servant respectivement à l'introduction du fluide dans la chambre et à sa sortie via une canalisation de fluide formée par un tube 45 servant à recevoir le fluide et un tube 46 servant à le transporter plus Loin. Une face de la chambre est fermée par une membrane souple 47, formée de Téflon, qui est un matériau inerte vis-à-vis du fluide s'écoulant dans la canalisation. La membrane est rendue hermétique par des rondelles en Téflon 48 et 49. Une deuxième chambre 401 est formée de L'autre côté de la membrane souple 47, et on comprendra que les variations de pression apparaissant dans la chambre 42 sont communiquées à La deuxième chambre 401.Un transducteur de pression 400, qui peut être le type MPX 2010D, fabriqué par La société Motorola Inc, de Schaumburg, Illinois, Etats-Unis d'Amérique, est monté sur L'éLément de base 40 de façon qu'un passage de communication 402 place La partie active du capteur 400 en contact avec la deuxième chambre 401. Le signal de sortie électrique 403 du transducteur 400 est donc représentatif de la pression régnant dans la chambre 401 et, par conséquent, de La pression régnant dans la chambre 42 remplie de fluide. Par conséquent, le signal de sortie 403 est indicatif de la quantité de fluide passant dans la chambre 42, comme précédemment indiqué.Pour augmenter la pression due à L'écoulement du fluide dans la chambre 42, t'ouver- ture fonctionnelle 405 du deuxième orifice 44 est plus petite que l'ouverture fonctionnelle 406 du premier orifice d'entrée 43, ce qui produit une chute de pression accrue entre L'entrée et la sortie de la chambre 42. L'étanchéité des faces accouplées est réalisée par des joints toriques 404 et 405. On aura compris que l'invention convient tout particulièrement aux applications dans lesquelles la chambre 42 fait partie de la canalisation d'ecoulement et Le fluide délivré est tel qu'un contact avec le transducteur 400 abîmerait le capteur. Dans d'autres cas, par exemple Lorsque le fluide circulant est de l'air, la membrane 47 n'est pas nécessaire. De plus, tout l'écoulement n'a pas besoin de s'effectuer par l'intermédiaire de la chambre, ou même pas du tout. Si quelque autre dispositif placé dans la canalisation d'écoulement, par exemple un filtre, provoque une chute de pression entre son entrée et sa sortie, il est possible de raccorder de part et d'autre du filtre le tube 45 du côté entrée et le tube 46 du côté sortie, de manière à mesurer La chute de pression comme étant indicative de L'écouLement. Dans ce cas, les ouvertures fonctionnelles 406 et 405 peuvent être sensiblement de la même taille. Cette dernière forme de réaLisation peut par exemple être employée pour mesurer ou confirmer le débit de l'air de séchage, amené sur des pastilles semiconductrices revêtues, par raccordement avec le filtre servant à nettoyer l'air. Le capteur de pression 400 peut être du type différentiel, qui mesure la pression dans la chambre 401 par rapport aux conditions ambiantes qui existent tout autour de l'élément de base 40, ou bien il peut être un capteur mesurant la pression absolue. Bien entendu, L'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de fluide permettant de déterminer la quantité de fluide qui s'écoule dans une canalisation de fluide (10), caractérisé en ce qu'il comporte : une chambre (15 ; 42) destinée à être raccordée de façon à recevoir Le fluide présent dans la canalisation et à renvoyer le fluide reçu à celle-ci, le fluide reçu entrant dans la chambre via un premier orifice (16 ; 43) et la quittant via un deuxième orifice (17 ; 44), un moyen de détection de pression (18 ; 400) destiné à détecter la pression existant dans la chambre, et un moyen (100, 101, 103, 105, 107, 108, 111, 113, 115) servant à produire un signal indicatif de la quantité de fluide, grâce auquel ledit signal est obtenu à partir du signal de sortie du moyen de détection de pression pendant l'écoulement du fluide. 2. Appareil de mesure de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier orifice (16 ; 406) a une plus grande taille que le deuxième (17 ; 405), ce qui augmente la pression dans la chambre. 3. Appareil de mesure de fluide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une membrane (115 ; 47) disposée entre la chambre et le moyen de détection de pression et destinée à transmettre la pression plus avant, de la chambre au moyen de détection. 4. Appareil de mesure de fluide selon la revendication 3, caractérisé en ce que la membrane constitue une frontière de la chambre. 5. Appareil de mesure de fluide selon La revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la membrane est formée dans une matière imperméable au fluide ou est revêtue d'une semblable matière. 6. Appareil de mesure de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de détection de pression est un capteur différentiel conçu pour être exposé aux conditions ambiantes et pour détecter la pression relative régnant dans La chambre. 7. Appareil de mesure de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (103, 107, 111 ; 105, 108, 113) destiné à comparer le signal indicatif de la quantité de fluide avec un signal représentatif d'une quantité prédéterminée de fluide. 8. Appareil de mesure de fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quantité prédéterminée est une limite fonctionnelle (103, 107, 111). 9. Appareil de mesure de fluide selon La revendication 7, caractérisé en ce que la quantité prédéterminée possède une valeur inférieure à une limite fonctionnelle, de manière à fournir un avertissement (105, 108, 113). 10. Appareil de mesure de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le signal (102) indicatif de la quantité de fluide s'écoulant est produit sous la forme d'un signal de réglage du fluide. 11. Appareil de distribution de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un appareil de mesure de fluide selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10.