Brevet FR2697825A1 — publié le 19940513

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR EXTRAIRE/INTRODUIRE UN PRODUIT D'UNE/:DANS UNE RESERVE La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour extraire un produit d'une réserve, respectivement introduire un produit dans une réserve. Dans le domaine de la microélectronique et de l'optoélectronique pour la réalisation de composants hybrides ainsi que dans la domaine de la micromécanique pour par exemple l'assemblage de capteur ou pour la réalisation d'ensembles optomécaniques miniatures ou tout simplement pour le montage d'ensembles mécaniques de haute technologie, on a besoin de délivrer ou d'injecter des liquides, par exemple des matières de collage ou de scellement, dans des quantités très faibles qui peuvent être inférieures à 100 nanolitres. Les mêmes besoins se retrouvent également dans le domaine de la biologie ainsi que dans celui de la chimie quantitative, notamment en chromatographie. Les moyens actuellement connus pour réaliser de telles injections sont constitués par des seringues éventuellement munies de conduits capillaires dans lesquels le mouvement du liquide est obtenu mécaniquement par déplacement d'un piston en contact direct avec le liquide. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de conception et de fonctionnement tout à fait différent. Le procédé selon l'invention, qui permet d'extraire un produit d'une réserve, respectivement introduire un produit dans une réserve, consiste à extraire le produit de la réserve, respectivement introduire un produit dans la réserve sous l'effet d'un gaz provenant d'une source de gaz et agissant dans ladite réserve, et consiste en outre (a) à ouvrir la liaison entre ladite source de pression et ladite réserve, (b) à détecter le débit du gaz dans ladite liaison et à réguler ce débit de telle sorte qu'il soit maintenu à une valeur déterminée, éventuellement variable, et (c) à fermer ladite liaison lorsqu'une quantité souhaitée de liquide est extraite de ladite réserve, respectivement introduite dans ladite réserve. Ainsi, la fourniture ou la reprise d'un produit peuvent être obtenues, grâce à l'invention, sans contact avec le produit lui-même et la quantité de produit fournie ou reprise peuvent être obtenus avec une grande précision, notamment en vitesse. Le procédé selon l'invention, peut consister en outre (d), après fermeture de ladite liaison, à ouvrir une liaison auxiliaire d'une source auxiliaire de gaz à ladite réserve et ultérieurement fermer cette liaison auxiliaire. Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à détecter le débit du gaz dans ladite liaison auxiliaire et à réguler ce débit de telle sorte qu'il soit maintenu à une valeur déterminée, éventuellement variable. Selon l'invention, la pression de ladite source auxiliaire de gaz est de préférence inférieure à la pression de ladite source de gaz, respectivement supérieure à la pression de ladite source de gaz. Selon l'invention, ladite source auxiliaire peut être à la pression d'équilibre du liquide dans ladite réserve. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à mesurer le débit massique du gaz. Le dispositif selon l'invention, qui peut être notamment utilisé pour la mise en oeuvre du procédé précité comprend une réserve de produit munie d'une sortie, une source de pression d'un gaz reliée à ladite réserve, des moyens de détection du débit de gaz dans la liaison entre ladite source et ladite réserve, des moyens de contrôle pour ouvrir, réguler, fermer la liaison entre ladite source et ladite réserve, et des moyens de commande adapté pour commander lesdits moyens de contrôle et soumis à des moyens d'instruction délivrant un ordre d'ouverture des moyens de contrôle, un ordre de fermeture de ces moyens de contrôle et une valeur prédéterminée, éventuellement variable, de débit du gaz. Le dispositif selon l'invention comprend en outre, de préférence, une source de pression auxiliaire, des moyens de détection du débit de gaz dans la liaison entre cette source et ladite réserve, des moyens de contrôle pour ouvrir, réguler, fermer cette liaison, lesdits moyens de commande étant adapté pour commander ces moyens de contrôle et soumis à des moyens d'instruction délivrant un ordre d'ouverture de ces moyens de contrôle, un ordre de fermeture de ces moyens de contrôle et une valeur prédéterminée, éventuellement variable, de débit du gaz dans cette liaison. Le dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens de mise à une pression sensiblement égale à la pression environnant la sortie de ladite réserve, ces moyens étant soumis aux moyens de commande précités. Le dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens de mesure de la pression environnant la sortie de ladite réserve, ces moyens de mesure étant relié auxdits moyens de commande. Le dispositif selon l'invention peut également comprendre, juste en amont de ladite réserve, un réservoir tampon relié à ladite réserve et dans lequel débouche ladite (lesdites) liaison(s) et/ou un piège à gaz (9a). La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un dispositif d'injection et de reprise d'un liquide décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré schématiquement par la figure unique annexée. Le dispositif représenté sur la figure, qui est repéré d'une manière générale par la référence 1, est plus particulièrement destiné à l'injection d'une matière de scellement, par exemple de la colle liquide, dans une fente 2 séparant deux pièces 3 et 4 à sceller. Pour effectuer cette injection, le dispositif 1 comprend une seringue 5 remplie au moins en partie du liquide 6 et munie d'un tube de sortie 7. Dans un exemple, la largeur de la fente 2 peut être de l'ordre de huit centième de millimètre et le diamètre interne du tube 7 peut être d'environ un dixième de millimètre. Bien entendu, la seringue 5 peut être portée par exemple par un dispositif de déplacement micrométrique éventuellement automatique. La partie supérieure de la seringue 5 est reliée à la partie supérieure d'un réservoir tampon 8 par l'intermédiaire d'un conduit souple 9. La partie supérieure de ce réservoir tampon 8 est reliée à une source de gaz sous pression 10, par exemple d'azote, par l'intermédiaire d'un conduit 11 sur lequel est prévu un organe de contrôle 12. Cet organe de contrôle 12 est un contrôleur de débit massique et comprend un détecteur de débit massique 13, une vanne pilotée 14 susceptible d'ouvrir, de réguler l'ouverture et de fermer le tube de liaison 11 entre la source de gaz 10 et la réserve 8, ainsi qu'un circuit électronique de mesure et de régulation 15. A cet effet, le détecteur 13 comprend un conduit principal 13a et un conduit parallèle 13b autour duquel sont disposées une résistance et une thermistance contrôlées par le circuit 15 qui mesure par leur intermédiaire le débit massique du gaz dans le conduit 13b et y associe le débit massique dans le conduit 1#1. Le dispositif 1 comprend également un circuit électronique de commande 16 qui renferme un programme et qui est relié à un organe d'introduction de données et d'introduction d'ordres 17, le circuit de régulation 15 étant relié à ce circuit de commande 16. Grâce à l'organe 17, l'opérateur programme dans le circuit électronique de commande 16 une valeur de débit massique souhaité dans le conduit 13. Ce circuit transmet cette valeur de débit au circuit électronique de régulation 15. Après avoir convenablement disposé la seringue 5 par rapport à la fente, l'opérateur, à l'aide de l'organe 17, introduit un ordre de démarrage d'injection dans le circuit électronique de commande 16. Ce circuit 16 transmet cet ordre au circuit électronique de régulation 15 qui ouvre la vanne 14 pour mettre en communication la source de gaz sous pression 10 avec la réserve 5 au travers du conduit 11, du réservoir tampon 8 et du conduit 9. Le détecteur de débit 13 fournissant au circuit électronique de régulation 15 le débit de gaz, ce circuit 15 pilote la vanne 14 de telle sorte que le débit massique mesuré soit maintenu à une valeur égale au débit souhaité préalablement programmé dans le circuit élec tronique de commande 16. Sous l'effet de la pression du gaz provenant de la source 10, le liquide 6 est extrait de la réserve 5 à une vitesse parfaitement contrôlée à l'aide de l'organe 12. Lorsque l'opérateur voit, par exemple à l'aide d'un microscope ordinaire ou d'un ensemble de vision vidéo, que la quantité de liquide 6 extraite de la réserve 5 correspond à la quantité souhaitée, par exemple lorsque la fente 2 séparant les pièces 3 et 4 est pleine, l'opérateur introduit par l'organe 17 un ordre d'arrêt au circuit électronique de commande 16 qui immédiatement, au travers du circuit de régulation 15, provoque la fermeture de la vanne 14 de l'organe de contrôle 12. La source de gaz 10 ne produit alors plus aucun effet sur le liquide 6. En exemple, le débit massique peut être fixé à une valeur comprise entre zéro et cinquante centimètres cube par minute et par millibars (soit environ 10-7 mètres cube par seconde et par pascal), pour de l'azote, et le volume de liquide à extraire de la seringue peut être fixé, par injection, à une valeur comprise entre zéro et cinq dixième de microlitre. Pour éviter qu'un surplus de liquide ne soit extrait de la réserve 5 après fermeture de la vanne 14, le dispositif 1 comprend en outre une électrovanne à ouverture rapide 18 qui est montée sur un conduit 19 reliant la partie supérieure du réservoir tampon 8 à l'atmos- phère. En même temps ou dès que l'ordre de fermeture de la vanne 14 est fourni au circuit de commande 16 par l'opérateur, le circuit de commande 16 provoque l'ouverture de électrovanne 18 qui met à l'atmosphère la seringue 5, permettant ainsi d'éviter tout maintien de pression dans la réserve 5. Par ailleurs, le dispositif 1 est adapté pour aspirer un surplus de liquide qui aurait été extrait de la réserve 5 et qui pourrait, par exemple dans le cas des pièces 3 et 4, se répandre sur les faces de ces dernières qui sont adjacentes à la fente 2. A cet effet, le dispositif 1 comprend une source de dépression ou de vide 20 qui est reliée à la partie supérieure du réservoir tampon 8 par l'intermédiaire d'un conduit 21 sur lequel est prévu un organe de contrôle 22, de même structure que l'organe de contrôle 12, qui comprend un détecteur de débit massique 23, une vanne 24 et un circuit électronique de mesure et de régulation 25 qui sont connectés électriquement au circuit électronique de commande 16. Cet organe de contrôle 22 fonctionne de la même manière que le précédent référencé 12. Grâce à l'organe 17, l'opérateur programme également une valeur de débit particulière pour le gaz dans le conduit 21. La vanne 14 et la vanne 18 étant fermées, l'opérateur peut alors, comme pour le processus précédent, introduire un ordre d'ouverture de la vanne 24 et un ordre de fermeture de cette dernière dans le circuit électronique de commande 16, entre lesquels le circuit électronique de régulation 25 pilote la vanne 24 de telle sorte que le débit massique mesuré par le détecteur 23 soit maintenu à la valeur programmée. De la même manière que précédemment, le circuit électronique de commande est ou peut être adapté pour provoquer l'ouverture de l'électrovanne 18 avec ou juste après cet ordre de fermeture de la vanne 24, cela afin d'éviter un surplus de liquide aspiré. Dans un mode de fonctionnement automatique, 1' opéra- teur peut programmer dans le circuit électronique de commande 16 un temps d'ouverture de la vanne 14, respectivement un temps d'ouverture de la vanne 24, auquel est associée une quantité déterminée de liquide à extraire de la réserve 5, respectivement une quantité déterminée de liquide à aspirer dans la réserve 5, cette ou ces quantités déterminées ayant par exemple pu être fixées lors d'essais préalables. Le réservoir tampon 8 a pour fonction de recevoir le liquide 6 qui pourrait éventuellement être aspiré de la réserve 5 et ainsi permet de protéger les organes de contrôle 12 et 22 et l'électrovanne 18 dans le cas où ce produit 6 serait chimiquement actif. Il est possible d'ajouter un piège à gaz 9a, à azote dans un exemple, sur le conduit 9 entre la séringue 5 et le réservoir 8 afin d'éviter le retour de vapeurs aggressives lors d'opérations d'aspiration de produit. La vanne 18 permet d'évacuer toute pression résiduelle dans le circuit séparant le liquide 6 et la vanne 14. Le dispositif 1 comprend en outre un détecteur 26 qui détecte la pression au voisinage de la sortie du tube 7 de la réserve 5, ce détecteur étant relié au circuit électronique de commande 16. Le signal fourni par ce détecteur de pression 26 pourrait alors être utilisé pour constituer un paramètre de correction de fonctionnement des organes de contrôle 12 et 22. Bien entendu, le conduit 19 pourrait être relié à une troisième source de gaz. Dans le cas où l'opération d'injection ou de reprise de liquide s'effectuerait dans un enceinte où la pression serait différente de la pression atmosphérique, la pression du gaz dans la source de pression 10 devrait être supérieure à cette pression et la pression du gaz dans la source de pression 20 devrait être inférieure à cette pression. Les calculs seraient effectuées en tenant compte de la pression détectée en 26 au voisinage de la sortie de la seringue dans l'enceinte. RE VENDICA TIONS 1. Procédé pour extraire un produit (6) d'une réserve (5), respectivement introduire un produit dans une réserve, caractérisé par le fait qu'il consiste à extraire le produit (6) de la réserve (5), respectivement introduire un produit dans la réserve sous l'effet d'un gaz provenant d'une source de gaz (10) et agissant dans ladite réserve, et qu'il consiste a) à ouvrir la liaison (11) entre ladite source de pression (10) et ladite réserve (5), b) à détecter le débit du gaz dans ladite liaison et à réguler ce débit de telle sorte qu'il soit maintenu à une valeur déterminée, éventuellement variable, c) à fermer ladite liaison lorsqu'une quantité souhaitée de liquide est extraite de ladite réserve, respectivement introduite dans ladite réserve. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste (d), après fermeture de ladite liaison, à ouvrir une liaison auxiliaire (21) d'une source auxiliaire (20) de gaz à ladite réserve et ultérieurement fermer cette liaison auxiliaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à détecter le débit du gaz dans ladite liaison auxiliaire et à réguler ce débit de telle sorte qu'il soit maintenu à une valeur déterminée, éventuellement variable. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la pression de ladite source auxiliaire (20) de gaz est inférieure à la pression de ladite source (10) de gaz, respectivement supérieure à la pression de ladite source de gaz. 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite source auxiliaire est à la pression d'équilibre du liquide (6) dans ladite réserve (5). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à mesurer le débit massique du gaz. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend - une réserve (5) de produit munie d'une sortie (7), - une source de pression (10) d'un gaz reliée à ladite réserve (5), - des moyens de détection(l3) du débit de gaz dans la liaison (11) entre ladite source et ladite réserve, - des moyens de contrôle (15) pour ouvrir, réguler, fermer la liaison entre ladite source et ladite réserve, et - des moyens de commande (16 > adapté pour commander lesdits moyens de contrôle et soumis à des moyens d'instruction délivrant un ordre d'ouverture des moyens de contrôle, un ordre de fermeture de ces moyens de contrôle et une valeur prédéterminée, éventuellement variable, de débit du gaz. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend une source de pression auxiliaire (10), des moyens de détection (23) du débit de gaz dans la liaison entre cette source et ladite réserve (5 > , des moyens de contrôle (24) pour ouvrir, réguler, fermer cette liaison, lesdits moyens de commande (16) étant adapté pour commander ces moyens de contrôle et soumis à des moyens d'instruction délivrant un ordre d'ouverture de ces moyens de contrôle, un ordre de fermeture de ces moyens de contrôle et une valeur prédéterminée, éventuellement variable, de débit du gaz dans cette liaison. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (18) de mise à une pression sensiblement égale à la pression environnant la sortie de ladite réserve (5), ces moyens étant soumis aux moyens de commande précités (16). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de mesure de la pression environnant la sortie de ladite réserve, ces moyens de mesure étant relié auxdits moyens de commande. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend, juste en amont de ladite réserve, un réservoir tampon (8) relié à ladite réserve et dans lequel débouche ladite (lesdites) liaison(s) et/ou un piège à gaz (9a).