CN102282454B - 以微系统技术制成的对积垢进行测量和/或探测的微传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对直接地或间接地在传感器的一所谓前表面上形成的积垢进行测量和/或探测的传感器(10；34)，其特征在于，所述传感器以多个叠置层的形式包括：至少一加热元件(14)，所述至少一加热元件能够按照指令扩散一受控均匀热流，所述受控均匀热流的热功率小于200mW；一隔热层(11)，所述隔热层布置在与传感器的前表面相对的边侧，以避免热流从所述相对的边侧散逸；至少一温度测量元件(16)，所述至少一温度测量元件设置在通过所述至少一加热元件扩散的受控均匀热流中并且提供优于0.1℃的温度测量精度；一基体(12；42)，所述至少一加热元件的层和至少一温度测量元件的层附加在所述基体上。

Description

以微系统技术制成的对积垢进行测量和/或探测的微传感器

技术领域

本发明涉及对反应器或容纳流体的管道的积垢进行测量或探测的一种传感器和一种系统。

背景技术

在工业现场，可以发现多种种类的流体在其中流动的不同类型的设备。

这些设备包括流体在其中流动的管道，并且还可以包括反应器，例如热交换器。

在明确的情形中，这些设备的积垢在会影响设备性能(例如工序的效率)的情况下会显得是不利的。

此外，当积垢在管道的或反应器的内壁上形成时，需要适时进行清洁。

不过需要使得，这种积垢是可被操作者或设备维护人员连续地觉察的，以能够在预防性维护的范围内，判断实施清洁的最佳时间。

在所有的情形中，积垢无规律地引起设备停机，并且有时停机时间不定，这极大损害工序的进行。

这些检修可以意味着对人而言繁重的任务，如果积垢只很晚才被探测到和如果积垢的厚度过大则任务更为繁重。

去垢具有不可忽略的经济成本，因为需要将由临时性的运转停止引起的成本纳入维护操作的成本。

还可以注意到，随着热交换器积垢，因而在包括这些交换器的设备或设备部分的潜在运行停机前产生逐渐的效率损失。

此外，在卫生热水网中和在开放式的工业通风冷却装置中，细菌可以在管网和冷却回路内部滋生。

同样地，通过军团菌产生的污染风险是可以想见的。

现今，需要通过在可能引起积垢的流体在其中流动的管道或反应器中设置轧孔点，来进行设备的定时检查。

这些轧孔点还允许提取样本，然后在实验室对样本进行分析，以获得或者是积垢的测量值，或者是所形成的积垢的类型分析(种类，成分...)。

在某些工业现场，为了测量在管道或反应器的壁体内部形成的积垢层的厚度，使用测量负载损失的方法，该负载损失在流体流动的方向上的两间隔点之间产生。还可使用测量在这些点之间的温度差的方法。

不过这些测量在下面的范围内具有明显的缺陷：

-这些测量不允许获得局部的信息，

-这些测量缺少反应性以及灵敏度和测量范围的伸延。

根据文献FR 2 885 694已知一种测量反应器或管道中积垢的方法，所述方法使用两个温度探头(sonde)。

更为确切地说，借助于两个轧孔点，这两个探头分别被引入一管道中，并且这些探头之一测量流体的温度，而另一探头测量热发生器的壁体温度。

根据这种方法，首先设法使得在壁体温度和流体的温度之间的温度差尽可能地接近零。然后，热发生器发出一热流，而随着时间推移测量在壁体温度和流体的温度之间的温度差，反应器的积垢状态由该温度差的测量值测定。

不过这种方法和相关的系统具有限制在工业环境中使用的某些缺陷。

特别地，在管道或反应器上存在两物理轧孔点，对于企业家而言总是意味着伴随有不可忽略的成本的设备要求。

此外，即便这两个温度探头是相同类型的，两个温度探头总是会存在一个相对于另一的一定运行偏差，这由于例如在制造时发生的离散。

由于这些偏差，相对两温度探头浸入其中的环境的同一温度，两温度探头相互不会具有相同的表现。

此外，作为参照的温度探头(测量流体的温度的温度探头)本身可能积垢，这引起相对于另一温度探头的额外偏差。

还由于在两温度探头之间的动力学(或动态)响应差异，因而可以观察到在两温度探头之间的温度差，而理论上这种温度差不应该产生。

继而，在前述文献中所使用的方法要求，分开的两温度测量元件所浸入其中的流体的温度不存在任何变化。然而，在大部分工序和/或水处理方法不停地修改与紊乱环境的平均温度的范围中，这极大地缩小应用范围。

最后，通过要求初始条件，所使用的方法同时需要所记录信息的归纳处理以及在各种使用前对条件的系统性检验。因此使得这种方法对于连续的应用或对于长期的运行(24h/24)而言是不能使用的。最好地，对温度差(热偏差)的访问(accès)在所设计和计划的测量时期是可观察的。

因此，刚刚描述的缺陷会引起对积垢的错误测量和因而引起所使用的方法在可靠性上的缺失。此外，由于物理装置的组成元件的操作模式，可能的应用数量是受限的。

申请人发现，能够布置一种设计简单的，并且及时提供可靠的测量值的新型积垢测定传感器，会是有利的。

发明内容

因此本发明的目的在于一种对积垢进行测量和/或探测的微传感器，其可以根据微电子制造技术(例如：微系统技术)制成。更为特别地，本发明的目的在于对直接地或间接地在传感器的所谓前表面上形成的积垢进行测量和/或探测的一种传感器，其特征在于，所述传感器以多个叠置层的形式包括：

-至少一加热元件，该至少一加热元件能够按照指令扩散一受控均匀热流，该受控均匀热流的热功率基本小于200mW，

-一隔热层，该隔热层布置在与传感器的前表面相对的边侧，以避免热流从所述相对的边侧散逸，

-至少一温度测量元件，该至少一温度测量元件设置在通过所述至少一加热元件扩散的均匀热流中并且提供优于0.1℃的温度测量精度，

-一基体，所述至少一加热元件的层和至少一温度测量元件的层附加在该基体上。

传感器在其是非常灵敏、非常有反应性和非常可靠的范围中是特别有利的，所述传感器的所述加热元件产生的热功率小，例如小于或等于200mW(优选地小于100mW，和例如在1到50mW之间)，并且布置在热流的均匀部分(热流中心，即离边部或加热元件尽可能地远，以摆脱边缘效应)中的所述温度测量元件提供大的精度，例如优于于0.1℃(优选地优于0.01℃，和例如在0.005℃到0.1℃之间)。

上文所述的这种传感器的组成元件的特征是与这种传感器具有非常小的尺寸(微系统传感器)的事实相关联的。例如可通过以微电子使用的制造技术，和在于根据所期望的布置，在一基体上或在一基体两侧以一个在另一上方沉积的层的形式来实施功能元件的制造技术制成。

微电子集体制造技术(technologie collective de fabrication de lamicroélectrique)(MEMS)的使用允许例如在一硅晶片或“晶片”上制造大量的传感器，特别是数百个到数千个。因此，可复制性同时在两制造系列中，也在同一制造系列中得到保证。获得的传感器或组件因此是相同的并且具有相同的特征。

如此成系列制造的传感器因此在其运行中更加可靠和在生产上更为经济。

此外，在包括多个功能元件层的这类传感器中，这些元件相互特别地接近，并且因此具有微米大小的微小尺寸。

因此，分开使用的元件和传感器整体的能量消耗极大地减少。

通过与采用相同的功能元件，不过不是通过微系统技术制成的传感器结构进行比较：

-微传感器对通过所述加热元件扩散的热流更加有反应性(reactif)，这是因为热损失减少；

-所述测量元件在微型传感器中更加灵敏(例如更灵敏100倍)；

-微系统传感器对积垢层的厚度的测量具有更大的灵敏度(例如不是数百个μm，而是数个μm)。

此外，在传感器非常灵敏的范围中，通过所述加热元件扩散的热流可极大地减小，并且因此热流可非常容易地从传感器在其中布置的环境排出。

因此，当传感器布置在流体中或与流体相接触时，流体的流量可以很小，甚至为零，并且通过传感器产生的热流将通过流体仍然令人满意地散逸。

可使用其它的制造技术(丝网印刷，纳米技术...)来制造微传感器和获得相同的优点或相似的优点。

可以注意到，当根据本发明的传感器布置在流体或与流体相接触时，根据本发明的传感器能够特别有效地测定在传感器的外表面上形成的积垢。

积垢的“测定”意指对在传感器上形成的积垢层的厚度测量和/或在形成中的积垢层的探测。

由于测量元件的尺寸小和温度测量元件是测量其所处位置的温度，温度的测量是局部的而不是整体的。

可以注意到，当温度测量元件直接地与流体相接触时，这类传感器提供更大的反应性，这是因为不存在起因于温度测量元件和流体之间的界面的热阻。

传感器因此比在存在界面时更加快速和更加灵敏。

此外，所述加热元件散逸的热功率很小，以既不加热流体，也不引起可能产生积垢(水垢...)形成的壁层温度的升高。

因此，测量的是自然产生的而不是由测量装置引起的积垢现象。

此外，这种小的热功率因而自然地在流体中排散，这允许传感器被使用于停滞环境或在流体流动中断时使用。

不过，热功率应足够地大以使得温度测量元件能够发送一有效信号。

可以注意到，该传感器以单一或以多个温度测量元件运行。

此外，根据本发明的传感器能够持续地和实时地提供测量，而无论测量环境的条件如何变化(流体的温度不受控)。

为了实现测量和/或探测的功能，传感器是一系统的组成部分，该系统包括给传感器的功能元件供能的供能部件，和对通过这些元件提供的数据进行处理的处理部件。系统此外如有需要包括结果的显示部件(例如：按照时间的所测得的温度的测量曲线、按照时间的积垢的厚度曲线...)和/或与定量数据(温度、厚度，...)和/或定性数据(积垢存在与否)相关的信息的远程传输部件。

根据一特征，根据本发明的传感器是一系统的组成部分，该系统用于测量和/或探测在包含有一流体的容器内部形成的或正在形成的积垢。这类容器例如是一反应器或传输流体的一管道。可以注意到，积垢程度的测量和/或探测持续地和几乎实时地执行，而无论测量环境的条件如何变化(例如流体的温度不受控)。

借助于本发明的传感器，测量当时(dans le temps)是可靠的。

根据一特征，所述至少一温度测量元件具有一面积，该面积的尺寸至少基本小于所述至少一加热元件的面积的尺寸的2％。

这种相对的尺寸大小比保证传感器的可靠性、灵敏度和反应性。面积比可甚至小于1％。

可以注意到，在加热元件中计算的面积的尺寸是有效区域(加热区域)的尺寸，而不是包括无效区域(未加热区域，例如周边区域)的面积的总尺寸。

根据一特征，所述至少一加热元件的有效面积的尺寸小于或等于25mm²。

相对于在现有技术的传感器中所使用的加热元件，该尺寸是相对地减小的。

根据一特征，所述至少一温度测量元件的面积的尺寸小于或等于0.49mm²。

该测量元件的尺寸赋予特别减小的尺寸大小，这允许测量元件测量局部的而非整体的壁层温度，并且给传感器提供以特别有反应性的可能性。

根据一特征，所述至少一加热元件和所述至少一温度测量元件以电阻道或电阻线的形式制成。

这些电阻道或电阻线是在一基体上或在预先地在基体上沉积的一层上执行的金属沉积。

这些电阻道根据或多或少复杂的形状被构型，以获得所述所寻求的物理特征(例如获得尽可能均匀的一给定热流)。

这些电阻道例如被布置以，在可例如呈同心布置的基体或层上形成一个或多个蛇形管。

这些不同的布置允许以微系统技术实施一个或多个加热元件或者一个或多个温度测量元件，同时优化可用的面积。

可以注意到，电阻道或电阻线可进行在微系统技术上的调节，以获得所期望的属性，和例如对于所述加热元件修改传感器的加热功率。

同样地，通过修改组成电阻道或电阻线的金属沉积的厚度，可使得所述温度测量元件的功能特征改变，例如灵敏度和/或响应的动态性。

此外可以注意到，传感器可包括在不同的功能层之间的中间电绝缘层。

所述中间层还可平整功能层的表面，以方便一上部层的以后沉积或与另一元件接触。

根据一特征，所述至少一加热元件和所述至少一温度测量元件的每个例如是铂电阻。

如此实施的加热元件和温度测量元件的是特别性能好的。

根据一特征，基体具有相对的第一表面和第二表面，隔热层与第一表面相面对，而所述至少一加热元件的功能层与第二表面相面对，所述至少一温度测量元件的层与所述至少一加热元件的层叠置。

这种布置因此允许获得一传感器，该传感器的加热元件的层和温度测量元件的功能层布置在基体的相同边侧，其中一个位于另一个之上。

根据一选择的特征，基体具有相对的第一表面和第二表面，隔热层与第一表面相面对，而所述至少一加热元件的层布置在隔热层和基体的第一表面之间，所述至少一温度测量元件的层布置成与基体的第二表面相面对。

根据这种布置，加热元件的层和温度测量元件的层布置在基体的两侧。

这种布置允许将所述至少一温度测量元件与所述至少一加热元件隔开。

例如，在这两个层之间布置的并且是一导热体的基体的厚度小于或等于300μm。

根据一特征，选择基体的厚度，以使得温度测量元件比加热元件距流体更近，以使得通过温度测量元件测得的壁层温度尽可能地代表表层温度，并且不过于被通过加热元件产生的热流影响。

该布置因此比前述的布置更加灵敏和更加具有反应性。

本发明设置使用在上文中简要展示的传感器，以测量或探测在安装在一容器(例如工业管路或包含流体的工业反应器)的壁体中的传感器上的形成的(或正在形成的)积垢。

更为一般性地，积垢在暴露于一流体的传感器的外表面上形成。

该外表面要么当制造的传感器带有界面元件时，对应所述至少一界面元件的外表面，要么对应分开的界面材料的外表面，传感器可抵靠该界面材料定位。

因此，当小的电功率应用在所述至少一加热元件时，传感器测量局部的壁层温度并且测定温度差。

从该温度差连续地和实时地(不需要与预先记录的参考测量值进行任何比较)测定自然地(即不是例如通过所述至少一界面元件的加热引起的)在传感器的外表面上形成的积垢的厚度。

根据一特征，至少传感器的外表面代表与流体接触的一容器的壁体的表面状态，例如通过材料的属性和/或通过其粗糙度。

因此，通过根据传感器布置于其中的环境使该外表面相匹配，保证传感器如同组成该环境的一元件，而非如同一异物体进行运行。

特别地，通过在界面元件或界面材料的至少外表面上再现传感器与之相连的容器的壁体的表面状态，在该外表面上形成可能的积垢将很代表在容器的壁体上的积垢现象。

因此，界面元件或界面材料的外表面的表面状态取决于容器的所述壁体的内表面的状态，表面状态是取决于所针对的应用的表面状态。

根据一特征，传感器的外表面具有与和流体相接触的容器的壁体的粗糙度相等同(例如相同的)的粗糙度。

这种匹配允许细化在传感器的外表面和容器的壁体之间的相似性。

作为示例，如果流体位于以316L不锈钢制成的容器中，界面元件或界面材料可以例如316L等级的不锈钢制成，或如果流体位于聚氯乙烯(PVC)制成的容器中，界面元件或界面材料可以聚氯乙烯制成。

一般性地，界面元件以与容器的壁体的相同的材料制成，以保证对容器的壁体的表面状态和积垢现象的代表性。

传感器或者传感器的至少界面元件或界面材料因此专用于一给定应用和至少专用于一给定情形。

然而，如果传感器的界面元件或其外表面不代表容器的壁体的表面的状态，传感器还可被使用于以相对的方式探测积垢(例如通过探测沉积的增加和减少)。

因此，在通过传感器给送的信号作为指示使用的运行模式中，界面元件或传感器的外表面不需要是与容器的壁体相似的。

在求助于单一的界面材料的情形中，该附加界面材料的使用可与传感器分开地和与所针对的应用相一致地进行实施。这种附加界面材料将在传感器上装配，不过是在所述传感器的制造阶段之后。这种方法允许根据微传感器的基础结构，即包括所述加热元件、所述温度测量元件和隔热层，大量地制造该微传感器。

此外，与无论流动与否的流体接触的界面材料的存在至少从机械上，甚至也在化学上保护传感器，并且使得传感器对外部的侵蚀，特别是来自流体的侵蚀牢固耐用。

根据一特征，传感器包括至少一导热界面元件，该元件具有相对的两表面，其中称为内表面的一表面抵靠温度测量元件布置。称为外表面的另一表面用于与流体相接触。

这类界面元件保护温度测量元件，以及传感器的剩余部分，并且被选择(材料和厚度)以提供尽可能小的热阻。

根据一特征，所述至少一界面元件具有(在相对的两面之间)小于或等于10℃/W的热阻。

界面元件的这种特征允许保证产生的热流将适合地被扩散到外表面并且通过流体排散，而不遇到强热阻，该强热阻具有引起对传感器的良好运行有害的温度升高的风险。此外，这使得传感器更加灵敏、更加有反应性和更加可靠。

可以注意到，考虑到所不超过的热阻，界面材料的厚度因此根据材料本身相适应。

本发明的目的在于对在暴露于一流体的传感器的前表面上直接地或间接地形成的积垢进行测量或探测的系统，所述传感器以叠置层的形式包括：

-至少一加热元件，所述至少一加热元件能够按照指令扩散一受控均匀热流，

-一隔热层，所述隔热层布置在与传感器的前表面相对的边侧，以避免热流从所述相对的边侧散逸，

-至少一温度测量元件，所述至少一温度测量元件设置在通过所述至少一加热元件扩散的受控均匀热流中，

-一基体，所述至少一加热元件的层和至少一温度测量元件的层附加在该基体上，所述系统包括：

-测定部件，所述测定部件用于测定一方面，当所述至少一加热元件扩散热流时，通过所述至少一温度测量元件测得的壁层温度，和另一方面，流体的温度之间的温度差，

-计算部件，所述计算部件用于从测定的温度差计算在暴露于流体的传感器的前表面上形成的积垢的厚度。

根据一特征，所述至少一加热元件产生小于200mW的热功率，和所述至少一个温度测量元件提供优于0.1℃的测量精度。

本发明的目的还在于一种当传感器安装在包含流体的容器的壁体中时，对在暴露于该流体的传感器的前表面上形成的积垢进行测量和/或探测的方法，所述传感器以叠置层的形式包括：

-至少一加热元件，所述至少一加热元件能够按照指令扩散一受控均匀热流，

-一隔热层，所述隔热层布置在与传感器的前表面相对的边侧，以避免热流从所述相对的边侧散逸，

-至少一温度测量元件，所述至少一温度测量元件设置在通过所述至少一加热元件扩散的受控均匀热流中，

-一基体，所述至少一加热元件的层和至少一温度测量元件的层附加在所述基体上。

本发明的目的也在于一种方法，所述方法包括以下步骤：

-测定一方面，当所述至少一加热元件扩散热流时，通过所述至少一温度测量元件测得的壁层温度，和另一方面，流体的温度之间的温度差，

-从测定的温度差计算在暴露于流体的传感器的前表面上形成的积垢的厚度。

本发明的目的更为特别地在于一种方法，在该方法中温度差的测定包括以下步骤：

-通过所述至少一加热元件控制热功率扩散的阶段和无热功率扩散的阶段交替，

-在前述每个阶段中通过所述至少一温度测量元件持久地对壁层温度进行测量，

-测定在通过所述至少一温度测量元件测得的温度之间的温度差。

因此，当所述至少一加热元件产生热流和当不产生热流时，通过测定通过壁层温度的测量元件提供的温度差，来执行积垢的测量或探测。

可以注意到，当没有产生热流时，特别灵敏和有反应性的传感器测量流体的温度。

作为示例，在暴露于流体的外表面上没有积垢时，温度差小于0.1℃，而在存在大量的积垢时温度差可达到2℃到3℃。

根据一特征，通过所述至少一加热元件的控制热流的扩散的步骤包括所述至少一加热元件的功率调制信号的生成步骤。

根据一特征，信号是交流的和例如是稳态的。

根据一特征，更为特别地，稳态的交流信号是矩形波信号。

根据一特征，所述至少一温度测量元件提供的温度测量精度优于或等于在传感器的未积垢状态和积垢状态之间测定的最大温度差的1％。

因此，例如如果10mW的热功率通过加热元件产生和1℃到2℃的最大温度差是可探测的，那么所述至少一温度测量元件的测量精度大约为0.01℃到0.02℃。

可以注意到，根据本发明，精度很大的一温度测量元件或多个温度测量元件的使用允许使用产生的很小热功率的一个或多个加热元件，而精度不大的温度测量元件并不允许使用同样小热功率。

附图说明

通过以下仅作为非限定性示例给出的并且参照附图进行描述，其它的特征和优点将显示出来，附图中：

-图1a是根据本发明的第一实施方式的传感器和允许传感器实施的相关部件的示意性全视图；

-图1b是根据第二实施方式的传感器的示意性全视图；

-图2a到图2f示意性地示出根据第一实施方式的传感器的制造步骤；

-图2a到图2c和图2g到图2i示意性地示出根据第二实施方式的传感器的制造步骤；

-图3和图4分别示意性地示出加热元件层的两个实施方式；

-图5a示意性地示出温度测量元件层与图4的加热元件层的叠置；

-图5b示出包括两温度测量元件的温度测量元件层和图4的加热元件层的叠置；

-图6和图7分别示意性地示出温度差测量元件层的两个实施方式；

-图8是示出根据本发明的传感器在安装在容器的壁体上的主体中的布置的示意图；

-图9是示出根据本发明的传感器在容器的壁体中的布置的示意图；

-图10和图11示出通过根据本发明的传感器升高的温度测量值，分别地在存在和没有与一馈给信号S相关的积垢时；

-图12示意性地示出随着时间推移在图2f和图9上示出的传感器上形成的积垢的曲线的变化。

具体实施方式

本发明的目的在于，特别是一般性地借助于微电子集体制造方法，和特别地借助于微系统技术制造方法，提出能够在一流动或静止的流体中测定积垢的一种小尺寸传感器。

可以注意到，作为选择，根据本发明的一微型传感器可根据其它技术如丝网印刷制造。

如在图1a上示意性地示出的，通过使用根据本发明的第一实施方式的微系统制造技术实施的传感器10包括在一基体12上相互组装的多个功能元件，该基体具有两相对的面12a、12b，即：

-至少一加热元件14，该加热元件以在基体12的面12b上沉积的一沉积层的形式实施，并且按照指令扩散一受控均匀热流，

-至少一温度测量元件16，该温度测量元件以在层14上沉积的一沉积层的形式实施，并且被布置以位于散逸热流的最均匀的部分中(当元件16是唯一的时，温度测量元件位于所述加热元件的有效区域的中心)，

-一隔热层11，该隔热层与基体的面12a相接触(隔热层例如是厚度为400μm和导热率为0.25W/mK的一特氟龙块)，

-以及，作为选择，至少一导热界面元件18，界面元件以在层16上沉积的一沉积层的形式实施，并且相对于外部侵蚀保护传感器。

在该示例中，传感器如此以多个叠置的异质层的形式实施。

温度测量元件16例如与加热元件14(更为确切地说与加热元件的有效区域)的面积比小于2％，即元件16的尺寸至少比元件14的尺寸小50倍。

出于比例和清晰度的原因，图1a没有显示出在层内的功能元件。

温度测量元件的特征在于优于0.1℃的较大精度，更为特别地在0.005℃到0.01℃之间，这允许温度测量元件与产生小的热功率的一个或多个加热元件进行配合。

产生的热功率在1mW到50mW之间。这种功率，一方面足够使得非常灵敏的测量元件16能够测量一温度，并且另一方面，足够地小而不影响测量环境(流体)。

实际上，需要避免加热环境，以例如避免引起在传感器上的非自然性的积垢。

小的功率值和大的测量精度允许使得，在积垢测量和/或探测中，传感器是非常灵敏、非常有反应性和非常可靠的，而不会一般性地被测量条件和特别地被流体的流动干扰。

通过供电部件20(例如：能够按照指令提供电功率的电流或电压发生器)进行供给的所述至少一加热元件14的加热元件层，通过连接部件22，扩散在图示上通过竖直箭头示意的受控均匀热流。

这种热流向与传感器的后表面相对的传感器的前表面(用于直接地或间接地与流体相接触并且要么是层18的自由面要么是层16的自由面的面)散逸，由于隔热层的存在，隔热层位于传感器的后表面。

更为一般性地，热流的散逸在传感器的后表面被隔热层阻止。

布置在该已知均匀热流中的所述至少一温度测量元件16的温度测量元件层，连续地和间断地测量壁层温度，并且将这些测量值经过连接部件24传送到一数据处理单元26或计算机(包括例如微处理器和存储器)。

当所述至少一界面元件18的界面元件层存在时，在传感器所处的流体环境的方向上，界面元件层将热流向传感器外传递并且散逸这种热量。

数据(例如通过元件16测得的壁层温度和在元件14中产生的功率)通过单元26采集。

该单元26选取来自传感器的测量值和信息以及所产生的功率的样本并且表示为物理量(温度，...)。可以注意到，传感器和特别是元件20和26形成的积垢测定系统包括测定部件(单元26)和计算部件(单元26)，所述测定部件用于测定在通过测量元件测得的温度之间的温度差，所述计算部件用于计算从如此测定的温度差和已知的物理几何公式计算在传感器表面上形成的积垢的厚度。

更为特别地，测量部件测量在一方面，当加热元件散逸一热流时通过温度测量元件测得的壁层温度，和另一方面，流体的温度之间的温度差。作为选择，系统此外包括一显示器28和/或远程信息传输部件30。显示器28例如允许持续地显示温度值(测量的)和积垢值(计算的)，如在下文中将看见的，例如以表示温度和/或积垢的厚度的时间变化的曲线的形式。部件28(例如：传送器)允许远程发送通过单元26所测得的和/或处理的数据和/或一警示信息和/或与传感器和/或传感器的运行状态相关的另一信息。

图1b示出一传感器10，该传感器通过使用例如根据本发明的第二实施方式的微系统制造技术制成。

已描述的与在图1a上示出的传感器相关的功能元件还是相同的，并且因此不再重新进行描述。

图1b的传感器的布置与图1a的布置的不同之处在于，加热元件14和温度测量元件16不是布置在基体12的相同边侧，而是布置在基体的两侧。

实际上，温度测量元件16与基体的面12b相面对地布置，和例如与面所述面相接触(尽管一个或多个中间层可能布置在这两个元件之间)，和加热元件14布置在基体的面12a和隔热层11之间。

在这种布置中，传感器的两功能元件14和16相互远离一距离，该距离基本对应基体12的厚度。

该厚度可大约为数百个微米和例如为300微米。

这种布置允许减少加热元件在温度测量元件上的直接影响，以改进传感器的性能。

借助于这种布置，所述温度测量元件16测量与加热元件的温度相比更接近流体的温度的壁层温度。

由此产生的积垢的测量值因此更为可靠。

此外，传感器因此更为灵敏。

不过可以注意到，温度测量元件总是位于通过加热元件产生的热流的均匀部分中，即便在两个元件之间存在间隔。

可以注意到，对于传感器的某些功能，在一个或多个前述层上设置某些显微机加工操作是可实现的。

现将参照图2a-图2i和图3到图7描述微系统传感器和微系统传感器的制造方法。

图2a到2f示出图1a的传感器的一种制造方法，而图2a到图2c和图2g到图2i示出图1b的传感器的一种制造方法。

步骤2a到2c是两种方法公有的并且现在将进行描述。

在图2a上，首先在给定厚度(例如300μm)的例如硅制的一接纳基体42上沉积一电绝缘层40。可在基体的两相对的面上形成一钝化层40(图2a)。该电绝缘层40可以是热沉积的单层二氧化硅，或厚度大约为μm的单层二氮化硅。作为选择，绝缘层可由双层组成，该双层通常由第一氧化硅层，和在其上沉积的第二氮化硅层组成。通常所使用的厚度对于SiO₂为0.7μm，对于氮化硅为0.8μm。

如在图2b上所示，由一个或多个加热元件组成的一加热元件层14(仅一加热元件在该实施例中示出)由在绝缘层40之一(例如，上部层)上的金属沉积形成。

加热元件14被构型以优化和利于热流的产生。金属以一个或多个电阻道或电阻线的形式沉积，这些电阻道或电阻线的宽度小，形成根据所寻求的物理特征(这里，通过加热元件产生的热流)或多或少复杂的几何形状，同时覆盖一个或多个区域，甚至几乎全部电绝缘层40。这些电阻线从属于例如在一印刷电路基体上通过丝网印刷形成的金属电阻道。这些电阻线被设计以形成一个或多个蛇形管40a(图3)或同心的电阻线40b(图4)。加热元件要么由单层的铂(Pt)型金属层组成，或由双层的钛/铂(Ti/Pt)型金属层组成。第一钛层是允许铂层提高其粘附性的一粘附层。第一钛层的作用还在于，在加热阶段时，增加其机械强度，机械强度通过在该层中的应力变化产生。目的在于最大程度地限制脱离效应，和同样地，增加加热元件的寿命。这种加热元件也可由掺杂硅制成。

可以注意到，图3和图4的加热元件包括连接线或连接件，这些连接线或连接件允许向该元件提供必要的来自装置20的电能。

特别地，图3的加热元件包括四个电连接件，这些连接件例如用于通过使用已知的四点技术进行测试或测量的目的。

所述加热元件的尺寸大小测定借助于下面的公式实施：

R_加热＝ρ.(L/s)

其中，

ρ是组成加热元件的材料的电阻率，

L是组成加热元件的导线(fil)的长度，

S是加热元件的面积，通过下面的公式规定：

S＝h＊l

其中l是加热元件的宽度，h是加热元件的高度。

通过测定所需的热流来实施加热元件的尺寸大小的测定，以能够根据所针对的应用觉察在传感器表面上的积垢。

电流或电压在热阻中的注入产生热阻的过热。因而一热流产生，并且根据在加热元件中注入的功率而变化。在静止时的电阻值根据要产生的热流的功率进行计算。

借助于微系统技术的使用(小尺寸元件)，在加热元件中注入的功率非常小，例如大约10mW(这对应强度在0.1mA到10mA之间的电流)，这是特别有利的。

可以注意到，加热元件因此例如以宽度为40μm，厚度为20μm和电阻在20℃为3.2kΩ的铂电阻道的形式实施。

加热元件的有效面积的尺寸例如为25mm²(对应边长为5mm的正方形)。

通过这类元件产生的热功率在5mW到50mW之间，并且更为特别地在5mW到10mW之间。功率的强度在0.2mW/mm²到2mW/mm²之间。

在加热元件层14上沉积一电绝缘层40(图2c)。该介电层，例如以氮化硅制成，根据已知的称为等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)的沉积技术沉积。该层的第一作用在于在后文将描述的运行时，消除在加热元件14和下一个要沉积的层(测量元件)之间的任何短路的风险。该层的第二作用在于平整通过加热元件的存在所产生的形态(topographie)，以方便测量元件的沉积。

现在将描述图1a的传感器的制造方法的步骤2d和2f。

在前文所述的绝缘层44上沉积包括一个或多个温度测量元件的一温度测量元件层16(图2d)。该层被构型以根据温度优化其电阻特征的变化。在加热元件的加热阶段时，热流的分布在加热元件的中心是均匀的，而当远离其中心时变得断断续续的。因此，温度测量元件被沉积在加热元件14之上，例如根据图4的构型40b实施，位于介电层44上。测量元件16被布置以在加热元件上居中，并且测量元件的尺寸明显小于所述加热元件的尺寸，以被布置在热流中心的最均匀的热流部分中，因而避免通过边缘效应产生的干扰。

图5a示出位于一加热元件上方的一温度测量元件16的居中和叠置的位置。

可以注意到，多个温度测量元件可以布置在热流中，并且相互隔开分布，如在图5b上所示。在该图示上，在加热元件的中心部分中布置两测量元件16a和16b，以位于已知均匀热流的中心，不过相互间隔以能够在传感器表面的相分开的两位置测定积垢。根据需要和应用可使用多于两个的元件。

所选定的用于形成该测量元件的几何结构对于本领域专业人员是已知的。呈蛇管(图6)或呈同心线(图7)形式布置的一个或多个金属电阻线可通过与在上文中参照图3和图4描述的用于加热元件的相同方式被使用。所述温度测量元件要么通过单层金属，例如铂组成，要么通过双层Ti/Pt型的金属组成。第一钛层组成粘附层。

温度测量元件16因此以宽度为20μm，厚度为2μm和其电阻在20℃为3kΩ的铂电阻道的形式实施。带有相匹配的电子元器件(具有例如20bits的精度)，测量精度例如为0.005℃。

温度测量元件的面积的尺寸例如为0.49mm²(这对应边长为700μm的正方形)。

可以注意到，图5a和5b、图6和图7的测量元件包括连接线(pistede connection)或连接件(plot de connection)，这些连接线或连接件允许向该元件提供必要的来自装置20的电能，和在单元26处采集温度数据。

如图7的测量元件可通过使用例如为熟知的两点技术进行实施，在知晓电压和电流强度的情况下，这种技术允许直接地推导出电阻值。

当测量的或与测量相关的噪音并不过高时，使用这种测量，并且这是在图5a和5b的组合中所使用的测量。

当噪音过高时，如图6的测量元件可通过使用例如为熟知的四点技术进行实施。根据这种间接测量技术，知晓连接件所要求的电压值，测量电流强度值和推导电阻值。

可以注意到，四点技术也可被使用于测试目的。

在温度测量元件层上沉积一绝缘层46(图2e)。该电绝缘层被沉积在测量元件上。该电绝缘层的第一作用在于在后文将描述的运行时消除在测量元件和下一要沉积的层(界面元件)之间的任何短路的风险。

该层的第二作用在于使得在制造过程中的微系统的形态平坦。根据称为PECVD的已知技术的介电层的沉积允许限制过大的型面变化。

该层的厚度应如上文所阐述的，厚度足够用于，一方面，当界面元件层存在时，消除在测量元件和界面层之间的任何短路的风险，和另一方面，显著地减少通过由于测量元件存在产生的形态上的起伏，并且因此提供尽可能平坦的一表面。

作为选择，由至少一界面元件形成的一保护层18通过为本领域技术人员所熟知的技术(例如：PEVCD)沉积在绝缘层46上(图2f)。该层例如由一金属层或一介电层组成。

如已述及的，图1b的传感器的制造方法包括已描述的步骤2a到2c和现在将简要描述的步骤2g到2i。

图2g对应包括一个或多个温度测量元件的一温度测量元件层16在位于图2c的基体42之下的绝缘层40上的涂覆或沉积步骤。

在图2g上，颠倒图2c的布置，并且加热元件14位于下部分，在基体42下方。

如果只有所述温度测量元件如此布置在基体的、与布置有加热元件14的边侧相对的边侧，包括沉积所述温度测量元件16的步骤与参照图2d所描述的步骤是相同的。

在图2h上示出的步骤对应与前文参照图2e描述的绝缘层相同的一绝缘层46的涂覆或沉积。

相同地，对于图2f，承担界面元件作用的一可选的保护层18被沉积在绝缘层46上，位于所述温度测量元件16上方。

与在图2d到图2f上示出的制造方法的部分的步骤相关的所描述的特征和优点对于图2g到图2i仍是有效的，并因此不再进行重复。

图8示出一实施例，在其中根据本发明的微传感器10与在其中流体——这里是停滞的，通过标记F示意——存在的容器52(例如一化学反应器或一槽)的壁体50相连。

可以注意到，包含流体的容器52可是另一类型的，如一管道或一工业设备的一管路等。

此外可以注意到，在容器中存在的流体不是必须静止的，也可是流动中的。

如在图1a或图1b上示意性地示出的微系统传感器10通过微系统10集成于其中的一主体54安装在如在图8上所示的容器的壁体之一中。

更为特别地，传感器10布置在一圆柱形空心壳体56中，该壳体在两纵向端部之一56a上配有形成凸肩的一板体58，并且该具有例如盘体或刀头的形状。该板体例如焊接在圆柱形壳体56上。

可以注意到，可设计其它的主体形状，而不产生传感器的运行问题。

形成凸肩的板体58用于以一种对应的布置插置在容器的壁体50中，以被安装在与壁体相齐平的位置。

形成凸肩的板体58还可装配在一圆筒上，圆筒插置在容器的壁体50中，容器的壁体具有已存和为此设置的一钻孔(或轧孔点)。

该板体58在其中心部分中变细，传感器在中心部分中定位，并且组成通过其外表面58a与流体F相接触的一界面材料或界面元件。

可以注意到，面58a和表面50a可布置在相同的边侧，以不在流动中引起扰动。

在该实施方式中，图1a和图1b的传感器的界面元件18并不存在，板体58承担界面元件的作用。

为了最大程度地提高在微系统传感器10的加热元件和板体58的内表面58b之间的热交换，可使用热量传递元件60，如具有强导热系数的导热膏，并且该热量传递元件布置与微系统相接触。更为特别地，该元件60布置在通过几乎全部其外表面，除了可能是一周边小区域，所组成的微系统的有效区域上(微系统的灵敏元件更确切地说以居中的方式布置)。这种组合继而抵靠界面材料58的后表面或内表面58b布置。

此外，如图8所示，微系统传感器10安装在一支撑件62上，如一印刷电路板，支撑件的作用在于在该微系统传感器和保证该传感器的供电和信息处理的相关系统部分之间建立必要的电接触件(contactélectrique)。这些电接触件与在图3到图7上示出的并且在上文中简要描述的连接线或连接件进行配合。该测量系统部分在图1a和图1b上通过元件20、26、28和30显示，这些元件通过接线22和24与传感器连接。

为了最大程度地将通过加热元件产生的受控均匀热流向微系统传感器10前部集中，即向测量元件和界面材料集中，在主体54中通过后端部56b插置一附加隔热元件64。该元件64，如导热系数低的膏体，被布置抵靠支撑件62的后表面，以在主体的后部形成一附加热障，并且因此优先热流向所述主体的前部散逸。

不过可以注意到，图1a和图1b的隔热层11已经在传感器的后表面，保证令人满意的对热流进行阻隔的作用。

此外，未显示的一附加隔热层也在板体58和主体54的圆柱形壳体56之间实施。可由未显示的一隔热膏体或一陶瓷垫圈组成的该隔热层作用在于，在加热阶段中，消除在界面材料58和壳体56之间的任何热桥风险。

承担与流体的界面材料作用的板体58适于至少使得其外表面58a代表容器的壁体50的表面状态，以使得在表面58a上的积垢层的沉积以与在容器的壁体的内表面50a上的积垢层的沉积几乎相同的方式实施。

实际上，根据本发明，是在该板体的外表面58a上，积垢现象将显得突出，当然的，该现象当然在壁体的内表面50a的其它位置产生。

因此，考虑到该外表面的属性，也考虑到特别灵敏和产生非常少的能够修改积垢现象的干扰的微传感器，在外表面58a上形成的积垢的测定将是特别可靠的，该测定要么对应积垢测量，要么对应积垢探测。

为了使得外表面58a代表容器的壁体的表面状态，优选地，该面具有与壁体的粗糙度等同的粗糙度，甚至是相同的。

因此，例如在农产品加工应用的范围中，壁体50可由不锈钢制成，例如316L等级的不锈钢，和传感器的面58a可被实施以具有等于或小于0.8μm的表面粗糙度，如同壁体的面50a。

优选地，外表面58a以属性与容器的壁体的属性相同的材料制成。如果这种材料不是相同的，需要至少是属性是与组成壁体的材料的属性相兼容的材料。

最为简单的解决方案是：界面材料58以与容器的壁体的材料相同的材料制成。

在该实例中，板体58，同圆柱形壳体56一样，由不锈钢制成，这种材料是用于壁体50和特别是壁体的内表面50a的材料。

板体58是热阻小于或等于10℃/W的导热体，以赋予传感器以良好的灵敏度和较高的信号噪音比。

所使用的材料和其厚度因此被选择以给热流提供很小的热阻。厚度例如为300μm。

需要注意的是，根据本发明的传感器可仅包括唯一的温度测量元件。

流体的温度，和更为一般性地使容器参与的工艺的温度，通常不是已知的。

这对在容器内部形成的积垢的测量和/或探测方法没有任何影响，如在下文中将看到的。

所述方法允许摆脱随着时间推移该温度的可能变化。

不过可以注意到，根据所针对的应用，根据本发明的微传感器可包括多于一个温度测量元件。相同地，还可包括与单一温度测量元件或与多个这些温度测量元件进行配合的多个加热元件。

图9示意性地示出如图1a、图1b、图2f和图2i的微系统传感器在容器52的壁体50中的直接安装。

在该实施例中，传感器10与流体F通过其界面元件18的外表面18a直接接触，而不是使用图8的界面材料58。

如此布置的传感器的灵敏度因而增加，其本身提供比图8的情形更优的结果。

可以注意到，传感器10不是完全地相对于壁体相齐平地安装，而是相对于壁体非常略微地缩进。这种缩进故意地放大，以在图上进行示出该缩进。实际上，例如为数百个微米，例如500μm。

相对于图8没有变化的图9的元件保留相同的标记并且不再重新进行描述。

在传感器的外表面的周边设置一密封垫圈61，以保证安装的密封性。

此外，参照图8在上文中描述的、特别是与界面元件58相关的所有特征和优点(外表面58a的表面状态，导热特征)这里适用于传感器的界面元件18a。

现将参照图10和图11描述根据本发明的第一实施方式的测量方法，其同样适合地应用于图8的构型和图9的构型。

该方法允许测量和/或探测在图8的界面材料58的外表面58a上形成或在图9的界面元件18的外表面18a上形成的积垢。

“积垢”意指从临时性或永久性位于流体中的主体在所考虑的元件表面上形成的任何粘附沉积物(有机属性的积垢，如生物滤过膜，或无机的积垢，如生水垢)。

可以注意到，根据本发明的方法允许在现场，在线和持续地，和几乎实时地执行积垢的测量和/或探测。

因此不需要为出于测量和/或探测积垢的目的在现场提取样本和之后对所提取的样本进行分析。

根据第一实施方式的方法设置使得，通过传感器的所述加热元件14控制热流的扩散阶段和热流的不扩散阶段在一给定时间段进行交替。

此外，所述方法在该时间段中设置使得，借助于温度测量元件，持续地测量与测量环境相接触的界面元件的表面温度(或在没有界面元件的情况下，仅仅测量温度测量元件所定位的位置的局部温度)。

例如可完全沿着工艺的运行或仅仅在工艺的某些步骤时，执行传感器的这种加热阶段和未加热阶段的交替。

积垢测量的作用允许随时知晓在界面材料表面或在直接地传感器表面上形成的积垢层的厚度，并且非常可靠地再现在传感器在其中安装的容器的内表面上形成的积垢。

此外，当传感器被使用于完成探测功能时，传感器可被使用于在如果探测到在形成中或超过一预定阈值的积垢层时，起动一警示信号。

如在上文中已展示的，装置20产生一电功率，该电功率例如以一功率调制信号的形式，例如是交流类型的，被传输到加热元件。

该信号优选地是稳态的，即该信号规定完全确定的稳定状态，在这些稳定状态中要么是限定的电功率被提供到加热元件，要么没有任何功率提供到该元件。

图10示出以矩形波的形式实施的一稳态交流信号。

更为特别地，图10一方面，在下部分示出应用在加热元件上的矩形波形式的功率信号S，和另一方面，在上部分，示出在每个加热阶段和未加热阶段中通过测量元件测得的温度。

不同的温度测量示出，温度测量保持基本恒定(围绕值T₁)，这表示传感器和因此容器的内壁的未积垢状态。

温度T₁对应流体的温度。

当表面状态是清洁的时，通过加热元件产生的热流被传输到测量元件和界面元件，继而在测量环境中扩散，并且通过测量元件测得的温度保持基本恒定和等于环境的温度。

相反地，当积垢在界面元件的外表面上和因此在容器的壁体的内表面上形成时，通过加热元件产生的热流将引起在界面元件或界面材料处的温度升高。实际上，形成中的积垢层如同一隔热层一样作用(热障)，因而减少与测量环境的热交换和因此减少热流的散逸。

将考虑出现的温度差，如在下文中将看到的，以测定积垢的厚度值。

该现象在图11上通过对应矩形波信号S的部分的温度升高平台的出现表示，在该部分功率被注入到加热元件。

在平台上测得的温度(T₂)和在没有积垢的情况下测得的温度(T₁)之间的温度差表示在对应所执行的测量的时刻形成的积垢，并且更为特别地表示积垢层的厚度。

该厚度通过为本领域技术人员熟知的并取决于传感器的几何构型的公示获得，即用于图1的传感器10的一平坦几何形状。

更为一般性地，积垢层的厚度通过下面的方程给出：

$\frac{P}{2.D^2.h}+\frac{P.e}{2.\mathrm{\λ}}+T_1-T_2=0$

其中：

P，单位为W，表示提供到加热元件和基本对应通过热流产生的功率的电功率，

h，单位为W/m²/K，表示对流热传递系数，

D，单位为m，表示当加热元件呈圆柱形时，加热元件的直径，或当加热元件呈正方形时，在面积等同的情况下，加热元件的边长，

T1和T2，单位为K，分别地表示在未加热阶段和加热阶段测得的温度，

λ，单位为W/m/K，表示在传感器的表面上沉积的积垢层的导热系数，

和最后，e，单位为m，表示在传感器的表面上沉积的积垢层的测得的厚度。

可以注意到，在传感器表面上形成的沉积的厚度越大，对于一给定的功率，温度升高将越大。

实际上，该方法设置使得通过指定(imposer)电流强度可从0.1mA到10mA变化的一电流来指定一加热功率定值(例如：10mW)，测定由此产生的温度差(增加)，继而计算积垢层的厚度。

需要注意的是，根据流体的温度的可能变化，例如借助于知晓在未加热阶段时获得的流体的温度，可执行电流的补偿。因此测定应被注入加热元件中的电流，来遵守功率定值。

可以注意到，加热期间的时间段(durée)从数秒到数分钟变化，如在图10和图11上所示，在其间经过的时间以秒表示。

加热期间的时间段并非必须得等于未加热时间段，不过，出于实施本发明的实际原因，相等的加热和未加热临时时期将是优选的。此外，加热和/或未加热时期的时间段可随着时间推移变化，以动态地与工序的操作条件相适应，不过，实际上，最优的时间段将根据应用和工序被测定、固定和保持。

从实际的观点来看，通过在围绕一加热期间的两未加热期间之间使用线性和/或非线性回归算法，来测定温度差T₂-T₁。

可以注意到，可在调节阶段设置一供给功率上限，以在如果未积垢的情况下，用于产生期望的温度差所需的功率不超过电子系统的物理功率限值。

可以注意到，较大温度差的简单探测，如例如1摄氏度的差别，提供一重要的信息，这是因此该温度差代表在包含流体的一容器内部形成的积垢。

这类信息例如会引起一警示信号的发送，以告知操作者或设备维护人员。

出于也能够提供关于如此形成的积垢层的厚度的一定量信息的目的，这种探测功能当然可与积垢测量的功能相结合。

借助于微系统方法和技术，温度测量元件具有非常大的灵敏度和温度精度，例如优于0.05℃。

此外，这些方法和技术允许设计一种传感器，这种传感器具有以下的特征和优点：

-尺寸小(功能元件相互邻近)，

-消耗小，

-从加热元件产生小热流的能力，

-测量元件的灵敏度大，

-响应时间非常短。

因此以零流体流量和接近1μm的积垢测量灵敏度，来测量积垢的厚度变得可能。此外可以注意到，在图9上示出的传感器比图8的传感器更加灵敏，这是因为图9的传感器直接地与流体接触。

图12示出，随着时间推移，通过在根据本发明的传感器的有效外表面上连续地实施沉积和通过使用导热率是已知的一聚合树脂喷洒器，获得的积垢的厚度的测量曲线。该曲线在实验室获得，不过是在接近工业应用条件——例如一冷却回路——的操作条件中。

所使用的传感器在图2f和图9上示出，所述传感器布置有图5a的加热元件和测量元件。

加热元件(层14)由双层Ti/Pt形成，对于第一层厚度为

对于第二层厚度为

介电层44以Si₃N₄制成。

测量元件(层16)由双层Ti/Pt形成，对于第一层厚度为

对于第二层厚度为

绝缘层46以Si₃N₄制成。

界面元件(层18)由双层Ti/Au形成，对于第一层厚度为对于第二层厚度为

实验程序在于在传感器表面上没有任何沉积时，以传感器实施第一系列测量(校准阶段)。

然后，在传感器的层18的表面上实施第一聚合树脂沉积，实施在60s内的到100℃的退火，来固化树脂；以及以与其电子测量系统相连的传感器执行一系列厚度测量。

因此获得曲线的第一平台。

因此每次以一厚度测量值实施四个其它的连续沉积，从而产生四个另外的平台。

可以注意到，由于通过在前一步骤形成的层所经历的连续的退火，连续的沉积并不伴随线性的增加。可以观察到，测量的厚度大约为数个微米，这显示出传感器的灵敏度大。

前述实施方式的传感器可根据两种运行方法使用，其第一种已经在上文中示出，并且在下文中将更加全面地进行重复。

第一种方法(根据本发明的方法的第一实施方式)在于使用如图10和图11所示出的周期矩形波(典型地30s到数分钟)，以进行加热元件的定期加热和息止期间。温度持续地被测量并且通过单元26提供，该温度是息止期间的流体的温度(在图10和图11上通过T₁标识)。在加热期间，该测得的温度稳定在值T₂，该值是产生于经过界面元件(或当没有界面元件时直接地)和潜在地经过积垢层从加热元件向测量环境的热传递的表层温度(或壁层温度)。

在没有积垢的情况下，壁层温度(在加热期间)等于流体的温度(除测量错误以下，和当界面元件18存在时，根据通过界面元件的厚度产生的热阻)，这是因为热流整体在测量环境中散逸。

在存在积垢的情况下，一附加的热阻阻挡向测量环境的热传递，而表层温度(T₂)的值大于T₁。

因此，按时地，知晓流体的温度(T₁)和表层温度(T₂)。为了测定积垢的厚度，应用上文所示出的公式和方程，来向显示器28和/或传送器30提供一信息(典型地，积垢厚度和流体的温度)，以给送一标准信号(典型的，4-20mA)，以与一监测器或一信号记录器结合。

因此，有利地，根据这种方法，持续地估算在测量装置(传感器)的表面上形成的积垢厚度，以向使用者给送关于清洁状态的信息。

该方法既不需要根据使用条件(流体的流量或种类)对测量装置的初始校准，也不需要信息的归纳处理，来测定积垢的厚度。另一方面，操作条件的变化(在一定限度(limite)内，如温度、流量、压力)不影响积垢测量(这赋予该方法大的可靠性并且允许持续的使用和应用于工业环境)，这是因为装置按时地重新计算流体的温度。

最后，如果在先地知晓形成的积垢的种类，和更不必说其热传导，那么系统可以单位μm或mm给送一积垢厚度信号；否则，系统建立在可能形成的积垢层的一默认热传导值上，并且测量信号最后是根据一随机单位的指示器。

根据第二种方法(根据本发明的方法的第二实施方式)，代替使用加热阶段和未加热阶段的无穷的重复循环来知晓流体的温度(在未加热阶段获得)，可通过在以下条件下的恒定加热进行：

-要么位于温度不变化的一应用情形中，或那么在期望实施测量时不变化，在这些情形中温度是已知的和可从单元26已知(T₁因此是固定的)，

-要么温度是变化的，不过布置其它的可达的部件以知晓该温度(通过信息到达单元26的已存在的第二温度传感器或在已存装置中是可容易地由本领域技术人员得出的方法迂回地)，在这些情形中温度T₁被持续地提供。

装置的恒定加热允许从温度差T₂-T₁获得积垢厚度的更为动态的信息，这种信息相对于通过对积垢的处理(典型地，小于0.5s)形成和消失的动态性而言是几乎实时的一种信息。

因此，该实施方式允许得出积垢快速增加或减少的现象，如跟踪例如在农产品加工工业中的清洁工序。因此对于优化这些清洁工序(经常耗时并且总是代价不菲)是有效的，知晓没有任何现有的装置(没有任何方法)能够实时跟踪这些清洁的效率。

可以注意到，不过第一种方法可被使用于在时间限制较不关键的工业中对清洁工序进行跟踪。

Claims (17)

1.对在暴露于一流体的传感器的前表面上直接地或间接地形成的积垢进行测量或探测的系统，所述传感器以叠置层的形式包括：

－至少一加热元件（14），所述至少一加热元件能够按照指令扩散一受控均匀热流，

－一隔热层，所述隔热层布置在与所述传感器的前表面相对的边侧，以避免所述受控均匀热流从所述相对的边侧散逸，

－至少一温度测量元件（16），所述至少一温度测量元件设置在通过所述至少一加热元件扩散的受控均匀热流中，

－一基体（12，42），所述至少一加热元件的层和所述至少一温度测量元件的层附加在所述基体上，所述系统包括：

－测定部件，所述测定部件用于测定在当所述至少一加热元件扩散一热流时通过所述至少一温度测量元件测得的壁层温度与流体的温度之间的温度差，

－计算部件，所述计算部件用于从测定的温度差计算在暴露于流体的传感器的前表面上形成的积垢的厚度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一加热元件产生小于200mW的热功率；以及所述至少一温度测量元件提供优于0.1℃的测量精度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一温度测量元件具有一表面，所述表面的尺寸至少小于所述至少一加热元件的有效表面的尺寸的2%。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一加热元件的有效表面的尺寸小于或等于25mm²。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一温度测量元件的有效表面的尺寸小于或等于0.49mm²。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一加热元件的尺寸小于或等于25mm²。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一加热元件和所述至少一温度测量元件每个都是铂电阻。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括至少一导热界面元件（18；58），所述导热界面元件具有相对的两个表面，称为内表面的一表面朝向所述至少一温度测量元件（16）定向，称为外表面的另一表面用于与流体相接触。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一导热界面元件具有小于或等于10℃/W的热阻。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一导热界面元件由不锈钢制成。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基体具有相对的第一表面和第二表面，所述隔热层（11）与所述第一表面相面对，而所述至少一加热元件的层与所述第二表面相面对，所述至少一温度测量元件的层与所述至少一加热元件的层叠置。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基体具有相对的第一表面和第二表面，所述隔热层（11）与所述第一表面相面对，所述至少一加热元件的层布置在所述隔热层和所述基体的第一表面之间，所述至少一温度测量元件的层布置成与所述基体的第二表面相面对。

13.当传感器安装在包含流体的容器的壁体中时，对在暴露于一流体的传感器的前表面上形成的积垢进行测量和/或探测的方法，所述传感器以叠置层的形式包括：

－至少一加热元件（14），所述至少一加热元件能够按照指令扩散一受控均匀热流，

－一隔热层，所述隔热层布置在与所述传感器的前表面相对的边侧，以避免热流从所述相对的边侧散逸，

－至少一温度测量元件（16），所述至少一温度测量元件设置在通过所述至少一加热元件扩散的受控均匀热流中，

－一基体（12，42），所述至少一加热元件的层和所述至少一温度测量元件的层附加在所述基体上；

所述方法包括以下步骤：

－测定当所述至少一加热元件扩散一热流时通过所述至少一温度测量元件测得的壁层温度与流体的温度之间的温度差，

－从测定的温度差计算在暴露于流体的传感器的前表面上形成的积垢的厚度。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，温度差的测定包括以下步骤：

－通过所述至少一加热元件控制热功率扩散的阶段和热功率不扩散的阶段的交替，

－在前述每个阶段中通过所述至少一温度测量元件持续地测量所述壁层温度，

－测定在通过所述至少一温度测量元件测得的温度之间的温度差。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过所述至少一加热元件控制热流扩散的步骤包括所述至少一加热元件的功率调制信号的生成步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述功率调制信号是交流的、稳态的或呈矩形波的。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一温度测量元件提供的温度测量精度优于或等于在未积垢状态和积垢状态之间测定的最大温度差的1%。

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