Brevet FR2890167A1 — publié le 20070302

n m=Em1 i=1 Dispositif de mesure de masse par sommation La présente invention concerne un dispositif de mesure de masse par sommation. Le domaine de l'invention est celui de la gestion des bouteilles de gaz raccordées à un équipement industriel. Plus particulièrement, il convient de connaître la qualité de gaz résiduelle dans une bouteille en cours d'utilisation afin d'anticiper son remplacement. Lorsqu'un gaz est stocké dans une bouteille sous haute pression, il est ainsi courant de disposer un manomètre à la sortie de la bouteille, en amont d'un détendeur qui fournit le gaz à la pression de service. L'indication du manomètre donne une idée de la quantité de gaz restant dans la bouteille. Cette indication est peu précise et elle impose l'adjonction d'un manomètre et de ses raccords dans la ligne de distribution de gaz. Par ailleurs, certaines industries, celle du semi-conducteur notamment, emploient des gaz extrêmement toxiques tels que le trifluorure de bore (BF3), le trihydrure d'arsenic (AsH3) ou le trihydrure de phosphore (PH3). Sont directement concernés les équipements d'implantation ionique. Pour des raisons de sécurité, les fournisseurs de gaz toxiques ont mis au point des bouteilles qui délivrent des flux gazeux à des pressions subatmosphériques. II est donc très difficile voire impossible de déterminer combien de gaz a été consommé ou, ce qui est équivalent, la quantité de gaz restant dans la bouteille. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure de la quantité de gaz consommée ne nécessitant pas l'ajout d'un composant 25 supplémentaire dans la ligne de distribution. Selon l'invention, le dispositif de mesure de masse effectue la somme d'une succession de n masses élémentaires m; pour délivrer une masse consommée m: n m= Eml i=1 De plus, ce dispositif accède à une succession respective de n valeurs de débits massiques qm chacun associé à une durée D; et il comprend des moyens pour produire la ième masse élémentaire m; en faisant le produit de la valeur de débit massique correspondante g; et de la durée D; qui lui est associée. En effet, les équipements concernés comportent couramment un débitmètre sur chaque ligne de distribution de gaz. Les débitmètres mesurent généralement le flux gazeux qui les traversent. Ainsi, de préférence, le dispositif accède à une succession respective de n valeurs de flux g; et comprend des moyens pour convertir une valeur de flux en valeur de débit massique par multiplication avec un coefficient de conversion K. Ce coefficient de conversion est égal au rapport d'une masse molaire M au produit d'une constante R et de la température: K_ M R.T D'autre part, le dispositif comprend des moyens pour acquérir la masse molaire M. De plus, le dispositif comprend des moyens pour acquérir la température T. Avantageusement, les durées D; sont toutes égales à une valeur 15 prédéterminée. De préférence, le dispositif recevant un flux gazeux FI, il comprend des moyens pour produire une valeur de flux g; valant ce flux gazeux seulement si celui-ci excède un seuil prédéterminé. En outre, le dispositif est intégré dans un équipement de fabrication 20 microélectronique. En particulier, l'équipement est un implanteur ionique. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant à l'unique figure annexée qui représente en vue de face un 25 synoptique du dispositif de mesure de masse par sommation. Pour mémoire, on rappelle l'équation des gaz parfaits: PÉV=nÉRÉT m n= M équation dans laquelle les différents symboles dont les unités sont exprimées dans le Système International sont les suivants: - n: nombre de moles (moles), - m: masse de la quantité de gaz (g), - M: masse molaire (g/mole), - R: constante des gaz parfaits = 83,14 mbar. I. K "'. mole -1, - P: pression (mbar), - V: volume (I), - T: température ("K). II s'ensuit que: m= MÉPÉV R.T Par définition, le débit massique qm est la variation de la masse de gaz par unité de temps t: m M PÉV qm t RT t En notant, q9 le flux gazeux mesuré par unité de temps: PÉV t Le débit massique s'écrit alors: M qui R.T. qe On obtient la qualité de gaz en intégrant le flux gazeux par rapport au temps: t Qg = ffggdt On en déduit la masse gazeuse consommée m(t) au temps (t) : m(t) = É fqg dt (1) R En référence à la figure, le dispositif de l'invention est couplé à une ligne 20 de distribution de gaz 10 pourvue d'un débitmètre 11 qui délivre un flux gazeux FI. Ce dispositif comporte un microprocesseur 20 qui reçoit le flux gazeux FL Du fait des dérives électroniques, le débitmètre 11 délivre rarement un signal de sortie nul lorsque le flux gazeux qui le traverse est nul. Ainsi, de préférence, le microprocesseur enregistre dans une mémoire de travail 21 en tant que valeur de flux g; le flux gazeux FI présent au temps t; seulement s'il excède un seuil prédéterminé. Les débitmètres sont généralement prévus pour délivrer un signal dont la valeur est exprimée dans le système d'unités des Etats-Unis d'Amérique, l'unité de flux gazeux étant le sccm ( La conversion dans le Système International s'effectue compte tenu du 5 fait que: 1 sccm = . 10.2 mbar.l.s"1 60.103 Ainsi, en reprenant l'équation (1), la masse de gaz consommée mi pendant une durée Di à compter du temps ti vaut: mi= 1013 M 1ti+DI q dt 60.103. 83,14 T ti g Pendant une durée Di suffisamment courte pour que le débit puisse être considéré comme constant et égal à gi, cette nouvelle équation peut s'écrire: 1013 M mi = É É giÉDi 60.103. 83,14 T Les temps t; et durée Di peuvent être fixés librement. A titre d'exemple on adopte ici quelle que soit la valeur de i: ti = Di = 0,1 seconde Il s'ensuit que: mi =2,03.10-5. M. gi En échantillonnant le débitmètre à la périodicité Di: ti+1 = ti + Di Lors de la mise en service du dispositif, au temps ti, le microprocesseur 20 lit la valeur gi dans la mémoire de travail 21, calcule mi et enregistre le résultat dans une mémoire permanente 22 qui est sauvegardée en cas de coupure d'alimentation. Au temps t2, le microprocesseur 20 lit la valeur g2 dans la mémoire de travail 21, calcule m2 et l'additionne au contenu de la mémoire permanente 22 pour stocker le résultat de l'addition dans cette mémoire permanente. On réalise ainsi la même opération toutes les 0,1 seconde si bien qu'au temps t,,, le microprocesseur stocke dans la mémoire permanente: n m= m; 2890167 5 On remarque qu'il suffit d'initialiser la mémoire permanente 22 à zéro pour obtenir une procédure de calcul commune aux différents temps t. Le dispositif cornporte également un afficheur 23 et un clavier de saisie 24 comportant un nombre de touches réduit. Le clavier permet d'effectuer les opérations suivantes: - saisie de la constante des gaz parfaits: 83,14 mbar. I. K "'. mole "', -enregistrement de la nature du gaz, - enregistrement de la masse molaire du gaz, enregistrement de la température du gaz, - remise à zéro de la mémoire permanente 22 lors du changement de la bouteille. On remarque que la température T du gaz pourrait être directement acquise par le microprocesseur 20 au moyen d'un capteur. L'afficheur 23 permet d'obtenir les informations suivantes: - masse initiale du gaz dans la bouteille - masse de gaz consommée - masse de gaz restante - valeur instantanée du débitmètre - échelle du débitmètre (0, 1, 3, 5, 10...sccm) - nature du gaz utilisé. Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. II ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de masse effectuant la somme d'une succession de n masses élémentaires m; pour délivrer une masse consommée m: n m= E i=1 caractérisé en ce que, accédant à une succession respective de n valeurs de débits massiques chacun associé à une durée Di, il comprend des moyens pour produire la ième masse élémentaire m; en faisant le produit de la valeur de débit massique correspondante et de la durée D; qui lui est associée. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, accédant à une succession respective de n valeurs de flux gi, il comprend des moyens pour convertir une valeur de flux en valeur de débit massique par multiplication avec un coefficient de conversion K. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit coefficient de conversion est égal au rapport d'une masse molaire M au produit d'une constante R et de la température: K_ M R.T 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour acquérir ladite masse molaire M. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour acquérir ladite température T. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites durées D; sont toutes égales à une valeur prédéterminée. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que, recevant un flux gazeux FI, il comprend des moyens pour produire une valeur de flux g; valant ce flux gazeux seulement si celui-ci excède un seuil) prédéterminé. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré dans un équipement de fabrication microélectronique. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit équipement est un implanteur ionique.