FR2949155A1 - Procede de mesure ou de detection de l'encrassement d'un reacteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure ou de détection de l'encrassement d'un contenant renfermant un fluide, le procédé comportant les étapes suivantes : - génération et diffusion d'un flux thermique homogène et contrôlé à partir d'un signal d'excitation qui varie de façon périodique en fonction du temps : - mesure d'un signal de réponse en température par un élément de mesure de température pariétale (T ) qui est, d'une part, placé dans le flux thermique homogène contrôlé ainsi diffusé et, d'autre part, en contact avec le fluide de façon directe ou indirecte par l'intermédiaire d'au moins un élément d'interface ; - détermination de l'encrassement formé sur l'élément de mesure de température ou sur ledit au moins un élément d'interface à partir du signal de réponse en température et du signal d'excitation, le signal de réponse en température ayant la même fréquence que celle du signal d'excitation et présentant un déphasage par rapport à ce dernier.

Description

L'invention concerne un procédé de mesure ou de détection de l'encrassement d'un réacteur ou d'une conduite contenant un fluide compressible ou incompressible en circulation. Dans les procédés industriels, on trouve différents types d'installations (tube, échangeur de chaleur, procédés de séparation par membrane, cuve d'agitation mélange, etc) dans lesquelles des fluides de natures diverses (fluides Newtonien et non-Newtonien, fluides chargés en particules) sont mis en mouvement. Ces installations comprennent généralement une mise en circulation des fluides (pompe, agitation), des conduites dans lesquelles circulent des fluides et peuvent comprendre également des réacteurs (au sens d'opération unitaire tel que définit par le Génie des Procédés Industriels) comme par exemple des échangeurs thermiques pariétaux (transfert conductif-convectif) soient tubulaires, soient à plaques. Dans ce cas précis, l'encrassement de telles installations peut s'avérer préjudiciable dans la mesure où il affecte les performances de l'opération unitaire et donc de l'ensemble du procédé (par exemple la chute du coefficient global d'échange thermique implique aussi une diminution de l'efficacité énergétique du procédé). L'encrassement des équipements entraine une dégradation des performances des opérations unitaires en terme de transfert ce chaleur, de matière ou de quantité de mouvement. En outre, lorsqu'un encrassement se forme sur la paroi interne d'une conduite ou d'un réacteur, il convient de procéder à son nettoyage au bon moment. Les opérations de nettoyage sont soit inévitable pour maintenir le bon fonctionnement d'un procédé (exemple : industries chimiques), soit obligatoire pour assurer la qualité et la sécurité des produits (exemple : industries agro-alimentaires).

Il faut toutefois que cet encrassement soit décelable en continu par les opérateurs ou le personnel de maintenance de l'installation afin de pouvoir apprécier, dans le cadre d'une maintenance préventive, le meilleur moment pour réaliser les nettoyages. En tout état de cause, les encrassements provoquent irrégulièrement l'arrêt de l'installation et ce, pendant une durée parfois indéterminée, ce qui pénalise fortement le déroulement du processus industriel. Ces interventions peuvent représenter des tâches pénibles pour le personnel, d'autant plus si l'encrassement n'a été détecté que tardivement et si son épaisseur est trop importante. La fréquence et la durée des opérations de nettoyage, la consommation de formulations chimiques spécifiques et la production d'effluent lors de ces opérations ont des répercussions économiques, énergétiques, humaines et environnementales. Ce désencrassement présente un coût économique non négligeable puisqu'il convient d'intégrer au coût des opérations de maintenance le coût induit par l'arrêt temporaire de l'exploitation. On notera également qu'au fur et à mesure que les échangeurs thermiques s'encrassent, il s'ensuit une perte d'efficacité progressive (diminution du coefficient global d'échange, augmentation des pertes de charges linéiques), avant un arrêt de fonctionnement potentiel de l'installation ou de la partie de l'installation comprenant ces échangeurs. Par ailleurs, dans les réseaux d'eau chaude sanitaire et dans les tours aéroréfrigérées industrielles ouvertes, des bactéries peuvent se développer à l'intérieur du réseau et du circuit de refroidissement. Ce développement bactérien se présente communément sous la forme d'un dépôt microbiologique dénommé biofilm ou biofouling. De même, un risque de contamination par les légionelles (nom latin de la souche) est envisageable et statistiquement couplé à la dérive de l'épaisseur du biofilm au sens de l'évaluation du risque sanitaire. Actuellement, il convient de procéder à un contrôle régulier des installations en prévoyant des points de piquage dans les conduites ou dans les réacteurs où circulent les fluides qui sont susceptibles de provoquer un encrassement.

Ces points de piquage permettent également de prélever des échantillons, puis de les analyser en laboratoire afin d'obtenir soit une mesure de l'encrassement soit une analyse du type d'encrassement formé (nature, composition...).

Sur certaines lignes industrielles on utilise des approches globales thermiques ou hydrauliques, pour estimer l'épaisseur de la couche d'encrassement formée à l'intérieur des parois d'une conduite ou d'un réacteur. Les méthodes hydrauliques font intervenir une mesure de la perte de charge générée le long du procédé. L'apparition d'un dépôt réduit la section de passage et induit l'augmentation de la perte de charge. Les méthodes thermiques reposent sur la mesure du coefficient global d'échange ou à défaut de la simple dérive de la différence logarithmique des températures d'entrée et de sortie des fluides primaire et secondaire. Ces dernières mesures présentent toutefois de réels inconvénients 15 dans la mesure où : elles ne permettent pas d'obtenir une information locale, elles reposent sur de multiples mesures de températures ou de perte de charge et de débits, elles ne sont pas répétables même pour des conditions opératoires 20 identiques (exemple: évolution de la perte de charge en fonction du temps). On connaît d'après le document FR 2 885 694 une méthode de mesure locale et en-ligne de l'encrassement dans un réacteur ou une conduite qui utilise deux sondes de température. 25 Plus particulièrement, ces deux sondes sont introduites dans une conduite respectivement grâce à deux points de piquage et l'une de ces sondes mesure la température du fluide, tandis que l'autre sonde mesure la température en paroi d'un générateur de chaleur. Selon cette méthode, on fait en sorte, en premier lieu, d'obtenir une 30 différence de température entre la température de paroi et la température du fluide aussi proche de zéro que possible. Un générateur de chaleur émet un flux thermique tandis que l'on mesure au cours du temps l'écart de température entre la température de paroi et celle du fluide, l'état d'encrassement du réacteur étant déterminé à partir de la mesure de cet écart de température. Cette méthode et le système associé présentent toutefois certains inconvénients limitant leur utilisation en milieu industriel.

La Demanderesse s'est aperçue que le maintien en continu d'une surchauffe pariétale peut être une cause supplémentaire à l'origine de l'encrassement. Par ailleurs, cette méthode ne permet pas de fournir une mesure précise de l'épaisseur si les propriétés thermiques du dépôt d'encrassement ne 10 sont pas connues. Au vu de ce qui précède, il serait donc intéressant de pouvoir disposer d'un nouveau procédé et d'un nouveau système de détermination de l'encrassement d'un contenant renfermant un fluide. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de mesure ou de 15 détection de l'encrassement d'un contenant renfermant un fluide, le procédé comportant les étapes suivantes : - génération et diffusion d'un flux thermique homogène et contrôlé à partir d'un signal d'excitation qui varie de façon périodique en fonction du temps

20 - mesure d'un signal de réponse en température par un élément de mesure de température pariétale (TW) qui est, d'une part, placé dans le flux thermique homogène contrôlé ainsi diffusé et, d'autre part, en contact avec le fluide de façon directe ou indirecte par l'intermédiaire d'au moins un élément d'interface ; 25 - détermination de l'encrassement formé sur l'élément de mesure de température ou sur ledit au moins un élément d'interface à partir du signal de réponse en température et du signal d'excitation, le signal de réponse en température ayant la même fréquence que celle du signal d'excitation et présentant un déphasage par rapport à ce dernier. 30 Ce procédé, particulièrement simple à mettre en oeuvre, fournit des informations sur l'encrassement du réacteur grâce à une mesure d'un signal de réponse en température en réponse à un signal d'excitation périodique au cours de temps. La simple analyse de ces deux signaux permet de déterminer l'épaisseur du dépôt d'encrassement (à condition de disposer de l'information sur les propriétés thermiques du dépôt telles que la conductivité thermique et/ou sa capacité calorifique) et l'évolution de cet encrassement grâce à la seule information d'amplitude. Inversement, on notera que l'on peut déterminer la capacité calorifique et/ou la conductivité thermique à condition de disposer d'une information sur l'épaisseur. L'information sur le déphasage entre les signaux permet, quant à elle, de détecter la formation d'un encrassement (information qualitative). Ceci est rendu possible par le suivi au cours du temps du déphasage entre les signaux.

Par ailleurs, en combinant les informations d'amplitude et de déphasage il est possible de connaître les propriétés du dépôt d'encrassement formé ou en cours de formation. Dans sa version de base, le procédé selon l'invention ne fait intervenir qu'un seul signal de mesure de température.

Selon une caractéristique, le procédé comporte une étape de détermination de la température du fluide (Tb) à partir du signal de réponse en température. Ainsi, il est possible de mesurer la température du fluide sans avoir besoin d'un élément de mesure de température supplémentaire.

Plus particulièrement, la température du fluide est déterminée à partir d'un ou de plusieurs des minimas du signal de réponse en température. Chaque minima fournit une information ponctuelle dans le temps sur la température du fluide. Deux minimas consécutifs permettent d'obtenir la température du fluide dans l'intervalle de temps considéré soit par interpolation soit, de façon plus générale, par une modélisation de la température entre ces deux valeurs extrêmes. Plus de deux minimas permettent d'affiner le modèle de température.

Selon une caractéristique, le procédé comporte une étape de mesure de la température du fluide (Tb) par un élément de mesure de température placé en contact direct ou indirect avec le fluide. Cet élément de mesure de température supplémentaire doit être 5 isolé thermiquement de l'élément chauffant ou, en tout cas, suffisamment éloigné pour ne pas être influencé par le flux thermique diffusé. Par ailleurs, l'élément de mesure de température supplémentaire fournit une mesure de température du fluide à l'instant ou aux instants souhaités sans avoir besoin d'attendre l'écoulement d'une ou de plusieurs 10 périodes du signal de réponse en température. En outre, la connaissance de la température du fluide permet de s'affranchir de toute variation de température du fluide. Il convient toutefois de noter qu'un capteur qui présente une grande inertie thermique a un temps de réponse plus long et une sensibilité réduite. 15 Plus particulièrement, lorsque la mesure de la température du fluide (TW - Tb) est réalisée en continu, la température du fluide est obtenue de façon plus précise. On évite ainsi la prise en compte du bruit associé à la variation de température du fluide ; Selon une caractéristique, le procédé comporte une étape de 20 formation du signal (T,, - Tb). Ainsi, le signal formé de réponse en température permet de s'affranchir des variations de température du fluide. Selon une caractéristique, le procédé comporte les étapes suivantes

- traitement du signal de réponse en température (T,) ou du signal 25 formé (TW - Tb); - en fonction du résultat de l'étape de traitement, détermination de l'amplitude du signal de réponse en température (TW) ou du signal formé (TW - Tb). Selon une caractéristique, l'étape de traitement étant également 30 effectuée sur le signal d'excitation, l'étape de détermination conduit également à la détermination du déphasage du signal de réponse en température (TW) ou du signal formé (TW - Tb) avec le signal d'excitation.

Selon une caractéristique, le traitement appliqué aux signaux est une transformation de Fourier rapide (FFT). Ce traitement particulier appliqué à chaque signal séparément (signal de réponse et signal d'excitation) permet d'obtenir directement l'amplitude et la phase de chacun d'eux.

Selon une caractéristique, le procédé comporte plus particulièrement une étape de détermination de l'état d'encrassement et/ou des propriétés thermiques de l'encrassement en fonction de l'amplitude et/ou du déphasage ainsi déterminés. L'accès à des propriétés thermiques du dépôt d'encrassement telles que la conductivité thermique permet de mesurer précisément l'épaisseur.

Selon une caractéristique, le procédé comporte une étape de sélection de la fréquence du signal d'excitation en fonction de l'encrassement et, plus particulièrement, du dépôt (propriétés thermiques, épaisseur, nature du dépôt...). En effet, selon l'encrassement l'inertie du système (capteur de mesure et dépôt) sera différente. Le procédé permet ainsi d'adapter la fréquence du signal d'excitation à l'inertie du système : avec une grande inertie la fréquence du signal sera faible et inversement. Selon une caractéristique, la fréquence d'excitation est sélectionnée de façon adaptée à l'inertie thermique du capteur par comparaison entre l'amplitude du signal de réponse en température et la différence de température mesurée en régime thermique permanent, le capteur d'encrassement comprenant l'élément de mesure de température (TW), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation. Lorsque l'amplitude s'avère correspondre à la différence de température (RTP), cela signifie que la fréquence est adaptée à l'inertie du capteur. Selon une caractéristique, la fréquence d'excitation est sélectionnée de façon adaptée à l'inertie thermique du capteur en choisissant parmi plusieurs fréquences celle qui conduit à une amplitude de signal de réponse en température élevée, le capteur d'encrassement comprenant l'élément de mesure de température (T,), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation. Ainsi, si en augmentant la fréquence l'amplitude est trop réduite, alors il convient de sélectionner une fréquence réduite.

Selon une caractéristique, le flux thermique est sélectionné en fonction de la sensibilité souhaitée pour le capteur et est d'autant plus élevé que la sensibilité souhaitée est élevés, sans toutefois occasionner une surchauffe pariétale trop élevée, le capteur d'encrassement comprenant l'élément de mesure de température (TW), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation. Selon une caractéristique, le flux thermique homogène contrôlé est diffusé par au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation.

Selon une caractéristique, l'élément de mesure de température (0w), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et ledit au moins un élément chauffant font partie d'un capteur d'encrassement qui est installé dans une paroi du réacteur en contact avec le fluide. Selon une caractéristique, le capteur d'encrassement est monté affleurant par rapport à la paroi du contenant. Un tel agencement convient particulièrement dans des applications où l'écoulement ne doit pas être perturbé (ex: industries du papier ou, plus généralement, lorsque les fluides sont chargés (suspension solide-liquide)). II convient toutefois de noter que le flux thermique doit alors être canalisé vers le fluide en s'assurant qu'il n'y a aucune déperdition thermique en face arrière du capteur (face qui est opposée à celle comportant l'élément d'interface). Selon une caractéristique, le capteur d'encrassement fait saillie par rapport à la paroi du contenant de manière à être placé dans le fluide. Un tel agencement permet de diffuser de façon particulièrement efficace le flux thermique en direction du fluide.

L'invention a également pour objet un système de mesure ou de détection de l'encrassement d'un contenant renfermant un fluide, le système comportant: - des moyens de génération et diffusion d'un flux thermique homogène et contrôlé à partir d'un signal d'excitation qui varie de façon périodique en fonction du temps ; - des moyens de mesure d'un signal de réponse en température par un élément de mesure de température pariétale (TW) qui est, d'une part, placé dans le flux thermique homogène contrôlé ainsi diffusé et, d'autre part, en contact avec le fluide de façon directe ou indirecte par l'intermédiaire d'au moins un élément d'interface ; - des moyens de détermination de l'encrassement formé sur l'élément de mesure de température ou sur ledit au moins un élément d'interface à partir du signal de réponse en température et du signal d'excitation, le signal de réponse en température ayant la même fréquence que celle du signal d'excitation et présentant un déphasage par rapport à ce dernier. Le système présente les mêmes avantages que ceux décrits en référence au procédé et ils ne seront donc pas rappelés ici. Le système comprend par ailleurs les moyens adaptés à mettre en 20 oeuvre les différentes étapes mentionnées ci-dessus en relation avec le procédé. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 25 - la figure 1 est une vue schématique générale d'un capteur associé à une conduite selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un capteur (sans la conduite) selon une variante du mode de réalisation de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique générale d'un capteur selon un 30 deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique générale d'un capteur selon une variante du mode de réalisation de la figure 3; - les figures 5 et 6 illustrent les mesures de température relevées par un capteur selon l'invention en régime permanent et instationnaire en fonction d'une excitation de puissance périodique; - la figure 7 illustre l'évolution au cours du temps de la différence de 5 température (RTP), de l'amplitude (RTI) et du déphasage ; - la figure 8 illustre l'évolution de l'encrassement au cours du temps; - la figure 9 illustre l'évolution de l'amplitude thermique (RTI) en fonction de la fréquence; - la figure 10 illustre l'évolution de la différence de température (RTP)et 10 de l'amplitude thermique(RTI) en fonction de la densité de flux thermique imposée en conditions propres (e=0mm) et encrassées (e=1 mm); - la figure 11 illustre l'évolution de la différence de température (RTP) et de l'amplitude thermique (RTI) en fonction de la résistance thermique de dépôt. Comme représenté sur la figure 1, un capteur 10 est installé dans une 15 paroi 12 d'un contenant 14 qui est par exemple une conduite dans laquelle circule un fluide dont l'écoulement est symbolisé par la flèche repérée par la référence F. Ce capteur est représenté ici de façon schématique. On notera que le contenant 14 renfermant un fluide peut être d'un autre type qu'une conduite, et, par exemple, être un réacteur chimique, voire un 20 contenant d'un autre type tel qu'une cuve.... Le capteur 10 est monté dans l'une des parois du contenant, de façon à affleurer la face interne 12a de celle-ci, et comporte plusieurs éléments fonctionnels qui vont être décrits ci-après. Le capteur 10 comprend plus particulièrement un ou plusieurs 25 éléments chauffants dont un seul 16 est représenté ici. Ce ou ces éléments chauffants sont aptes à diffuser un flux thermique homogène contrôlé lorsqu'ils sont commandés de façon appropriée par des moyens non représentés sur cette figure, mais qui seront décrits ultérieurement. L'élément chauffant est idéalement une résistance électrique dont la 30 thermo-dépendance de la résistivité est connue. La puissance thermique est générée par effet Joule dans la résistance au moyen d'un générateur de courant, (I) et la tension résultante (U) aux bornes de l'élément chauffant est mesurée.

Le capteur comporte également un élément de mesure de température (TW) 18 (il sera appelé par la suite premier élément ), par exemple placé au-dessus de l'élément chauffant 16 (figure 1) et contre la surface supérieure de ce dernier, afin d'être localisé dans le flux thermique homogène diffusé par lui. Le premier élément de mesure 18 est situé idéalement au centre de la zone de flux (appelée zone active ) afin de s'affranchir des effets de bord en termes de déperdition énergétique. II convient de noter que le capteur selon l'invention peut ne comporter qu'un seul élément de mesure de température dans une première version et le 10 procédé de fonctionnement associé sera décrit ultérieurement. Cette première version est utile notamment lorsque la température du fluide, et plus généralement du process industriel faisant intervenir le contenant, ne varie pas ou, en tout cas, lorsque cette température n'est pas susceptible de varier très rapidement. 15 Dans une seconde version illustrée sur la figure 2 qui sera décrite ultérieurement le capteur comporte un deuxième élément de mesure de température afin de mesurer la température du fluide (milieu de mesure). Le capteur comporte en outre au moins un élément d'interface 20 qui est placé au-dessus de l'élément de mesure 18, par exemple au contact de celui- 20 ci et qui est monté affleurant par rapport à la paroi 12. Plus particulièrement, l'élément d'interface 20 comporte deux faces opposées 20a et 20b, l'une 20a étant dite intérieure et étant disposée contre la face supérieure de l'élément de mesure 18 et l'autre 20b, dite extérieure étant destinée à être en contact avec le fluide. 25 Les faces 20b et 12a sont disposées à la même côte afin de ne pas introduire de perturbation dans l'écoulement. L'élément d'interface 20 est adapté pour que sa face extérieure soit représentative de l'état de surface de la paroi 12 du contenant afin que le dépôt d'une couche d'encrassement sur la face 20b du capteur soit réalisé de façon 30 quasi identique au dépôt d'une couche d'encrassement sur la face interne 12a de la paroi du contenant.

Ainsi, la détermination de l'encrassement formé sur la face 20b du capteur, détermination qui correspond soit à une mesure d'encrassement soit à une détection d'encrassement, sera particulièrement fiable compte tenu de la nature de cette face extérieure 20b.

Afin que la face extérieure 20b soit représentative de l'état de surface de la paroi du contenant, il est préférable que cette face possède une rugosité équivalente à celle de la paroi. Ainsi, par exemple dans le cadre d'une application agro-alimentaire, la paroi 12 de la conduite peut être en acier inoxydable de classe 316L et la face 20b du capteur sera particulièrement bien polie tout comme la face 12a de la conduite afin d'atteindre des valeurs de rugosité (Ra) de l'ordre de 0,8pm. De préférence, la face extérieure 20b est réalisée dans un matériau de même nature que celui de la paroi du contenant. Si ce matériau n'est pas identique, il doit au moins être d'une nature compatible avec celle du matériau constitutif de la paroi. La solution la plus simple est que l'élément d'interface 20 soit réalisé dans un matériau identique à celui de la paroi du contenant. Les propriétés thermo-physiques du ou des matériau(x) d'interface, notamment son épaisseur E [m] définie entre le premier élément de mesure de température 18 (Tw) et le milieu de mesure, sa conductivité thermique A [W.m"1.K-1], sa chaleur spécifique Cp [J.kg"1.K-'] et sa masse volumique p [kg/m3], sont parfaitement connues de manière à calculer précise de façon la température Tw à la surface du ou des matériau(x) d'interface qui est offerte à un encrassement quelconque.

Les formules suivantes fournissent, pour chacune des géométries cylindrique et plane illustrées respectivement aux figures 3 et 1 (la figure 3 sera décrite plus loin), les relations entre la température mesurée (Tw) , la température sur la face du matériau d'interface recouverte par un dépôt d'encrassement (Tv) et l'épaisseur de ce dépôt (E) :30 Tp = Tw ù 2 ~L x Ln( r r E) pour une géométrie cylindrique Tp = Tw ù P x - pour une géométrie plane ,où L est la longueur de l'élément chauffant [m], P est la puissance dissipée à travers l'élément chauffant [W], r est le rayon du capteur des figures 3 et 4 sans le matériau d'interface [m] et S est la surface de la zone active, c'est-à-dire la surface de la zone chauffée [mi]. On remarque qu'en l'absence de matériau d'interface (E = 0) : TW = Tp.

Dans la suite de la description, lorsque l'élément d'interface est présent devant le premier élément de mesure de température (quelle que soit la géométrie retenue), à chaque fois qu'il est question du signal de réponse en température TW (un seul élément de mesure) ou du signal formé TwûTb (deux éléments de mesure) la température TW est remplacée par la valeur Tp calculée à l'aide des formules ci-dessus. On notera que l'élément d'interface est optionnel. En effet, le premier élément de mesure de température 18 pourrait être agencé directement en contact avec le fluide dans une variante non représentée sur la figure. Le capteur 10 peut également comporter un ou plusieurs éléments d'isolation thermique 22 placés dans la partie arrière du capteur, c'est-à-dire à l'opposé de la partie où se trouve l'élément d'interface 20 en contact avec le fluide. Ce ou ces éléments d'isolation thermique 22 contribuent à canaliser le flux thermique diffusé par ledit au moins un élément chauffant 16 vers l'élément de mesure 18 et vers l'élément d'interface 20 placé derrière ce dernier. En outre un ou plusieurs éléments d'isolation thermique peuvent être agencés autour du capteur, entre ce dernier et la paroi dans laquelle il est installé, afin de mieux canaliser le flux thermique diffusé. On notera par ailleurs que le capteur 10 comporte, de façon adjacente à l'élément de mesure 18 et interposés entre ledit au moins un élément chauffant 16 et l'élément d'interface 20, un ou plusieurs éléments conducteurs thermiques 24 qui favorisent la transmission du flux thermique homogène généré par ledit au moins un élément chauffant 16 en vue de le transmettre à l'élément d'interface 20. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le capteur a une symétrie de révolution cylindrique et l'élément 24 a par exemple une forme annulaire entourant le premier élément de mesure 18. Par ailleurs, l'élément d'interface 20 présente entre ses deux faces opposées extrêmes 20a et 20b une épaisseur et des propriétés thermophysiques qui sont adaptées à la puissance thermique générée par l'élément chauffant afin que le flux généré par ce dernier puisse atteindre la face extérieure 20b de façon thermiquement optimale. L'élément d'interface est choisi de façon à générer une chute de température négligeable par rapport à la précision des éléments de mesure de température qui sont, par exemple, des thermocouples. On notera que le capteur 10 présente une forme générale allongée suivant une direction longitudinale qui correspond à celle de son axe de révolution Z et les différents éléments fonctionnels précités, à savoir le ou les éléments chauffants, les deux éléments de mesure et ledit au moins un élément d'interface sont alignés l'un derrière l'autre suivant cette direction. Un dispositif électrique 25 est relié à l'élément chauffant 16 par des moyens de connexion 25a, d'une part, et à une unité de traitement de données ou calculateur 26 par des moyens de connexion 25b, d'autre part. Le dispositif 25 a pour fonction de fournir de l'énergie électrique à l'élément chauffant. II peut s'agir, par exemple, d'un générateur de courant qui est capable d'injecter la puissance électrique nécessaire sur commande.

L'unité de traitement 26 recueille les différentes données provenant du dispositif 25 (puissance induite dans l'élément de chauffe 16) et du premier élément de mesure de température (TW) 18 (température mesurée par cet élément) via des moyens de connexion 26a. Cette unité 26 échantillonne et traduit en grandeurs physiques (température, ...) les mesures et informations provenant du capteur, ainsi que la puissance générée. On notera que le système de détermination d'encrassement formé des éléments 25, 25a-b, 26 et 26a comprend en outre, de façon optionnelle, un afficheur 27 et/ou des moyens 28 de transmission d'informations à distance. L'afficheur 27 permet, par exemple, d'afficher en continu, les valeurs de température (mesurée) et d'encrassement (calculée) comme on le verra plus loin. Les moyens 28 (exemple : transmetteur) permettent d'envoyer à distance les données mesurées et/ou traitées par l'unité 26 et/ou une information d'alerte et/ou une autre information relative au capteur et/ou à son état de fonctionnement. Une variante de réalisation du capteur de la figure 1 est illustrée à la figure 2. Cette figure correspond à un agrandissement de la figure 1 sans la conduite et les éléments communs ont été repris avec les mêmes références.

Les éléments communs repris ici ne seront pas décrits à nouveau et le capteur 11 conserve les mêmes, caractéristiques, avantages et fonctionnalités que celui de la figure 1. Le capteur 11 comporte en plus de celui de la figure 1 un autre élément de mesure de température 19 qui a pour fonction de mesurer la température du fluide (deuxième version) de manière continue ou non selon le mode de fonctionnement choisi. Ce deuxième élément de mesure de température (Tb) est utile notamment lorsque la température du fluide, et plus généralement du process industriel faisant intervenir le contenant, n'est pas connue ou subit de grandes variations. Le deuxième élément de mesure de température (Tb) est par exemple positionné à une distance suffisante de la zone active pour ne pas être influencé par le flux de chaleur dissipé. Comme représenté sur la figure 2, le deuxième élément 19 est isolé 25 thermiquement de la zone centrale dite sensible dans laquelle est placé le premier élément 18. Sur la figure 2 l'ensemble formé par l'élément conducteur thermique annulaire 24 qui entoure le premier élément de mesure 18, ce dernier et l'élément chauffant 16 présentent la même disposition que sur la figure 1. 30 Toutefois, les éléments 20 et 22 les encadrant et, donc l'encombrement du capteur perpendiculairement à l'axe Z, s'avèrent être de plus grandes dimensions.

Ainsi, un espace annulaire, d'une part, qui entoure l'ensemble formé par l'élément conducteur thermique annulaire 24 qui entoure le premier élément de mesure 18, ce dernier et l'élément chauffant 16 et, d'autre part, qui est agencé entre les éléments 20 et 22 est occupé par un matériau isolant thermiquement 21 conformé sensiblement suivant une forme d'anneau. Le deuxième élément de mesure de température (Tb) est positionné au sein de ce matériau isolant. On notera que l'unité de traitement 26 recueille les différentes données provenant du dispositif 25 (puissance induite dans l'élément de chauffe 16) et des deux éléments de mesure de température (TW) 18 et (Tb) 19 (températures mesurées par ces éléments) via des moyens de connexion 26a et 26b. Les mêmes autres éléments fonctionnels 25, 25a-b, 26 et 26a, 27 et 28 qui sont représentés sur la figure 1 peuvent également être repris ici pour permettre au capteur de fonctionner. Le procédé de fonctionnement du capteur équipé de deux éléments de 15 mesure de température permet de s'affranchir d'éventuelles variations de cette température au cours du temps comme on le verra par la suite. La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation du capteur selon l'invention et de son installation dans une paroi 30 d'un contenant 32. Le capteur 34 illustré à la figure 3 est monté de façon intrusive dans 20 l'écoulement de fluide repéré par la flèche F et fait ainsi saillie par rapport à la paroi 30. Ce capteur présente une forme générale allongée selon une direction longitudinale et présente, par exemple, une forme sensiblement cylindrique, au moins dans sa partie placée dans l'écoulement. 25 Plus particulièrement, le capteur 34 comprend les mêmes éléments fonctionnels que ceux décrits en relation avec la figure 1, à savoir au moins un élément chauffant 36, un premier élément de mesure de température de paroi 38, et au moins un élément d'interface 40 (optionnel). Le premier élément de mesure de température 38 est placé à la 30 surface de l'élément chauffant 36 dans le flux thermique diffusé par ce dernier. L'élément d'interface 40 possède deux faces opposées, une face 40a, appelée face intérieure, et une face opposée 40b, appelée face extérieure.

La face intérieure est en contact avec l'élément de mesure 38, tandis que la face extérieure est en contact avec le fluide. Comme pour la face 20b du capteur 10 de la figure 1, la face extérieure 40b est représentative de l'état de surface de la paroi 30 du contenant 5 pour les mêmes raisons. Par souci de simplicité, l'élément d'interface 40 est réalisé dans un matériau de même nature que celui de la paroi 30, voire identique à ce dernier. Les caractéristiques décrites pour le capteur 10 de la figure 1 peuvent également être reprises pour le capteur 34, notamment en termes de rugosité de 10 la face extérieure de l'élément d'interface, de l'épaisseur de cet élément d'interface par rapport à la puissance thermique générée par l'élément chauffant ainsi que de la canalisation du flux thermique par un ou plusieurs éléments d'isolation thermique non représentés sur la figure 3. Les mêmes éléments fonctionnels 25, 25a-b, 26 et 26a, 27 et 28 qui 15 sont représentés sur la figure 1 peuvent également être repris ici pour permettre au capteur 34 de fonctionner. Une variante de réalisation du capteur de la figure 3 est illustrée à la figure 4 et les éléments communs ont été repris avec les mêmes références. Les éléments communs repris ici ne seront pas décrits à nouveau et le 20 capteur 35 conserve les mêmes, caractéristiques, avantages et fonctionnalités que celui de la figure 3. Le capteur 35 comporte en plus de celui de la figure 3 un autre élément de mesure de température 39 qui a pour fonction de mesurer la température du fluide (deuxième version) de manière continue ou non selon le 25 mode de fonctionnement choisi. Ce deuxième élément de mesure de température (Tb) est utile notamment lorsque la température du fluide, et plus généralement du process industriel faisant intervenir le contenant, n'est pas connue ou subit de grandes variations. 30 Le deuxième élément de mesure de température (Tb) est par exemple positionné à une distance suffisante de la zone active pour ne pas être influencé par le flux de chaleur dissipé par l'élément chauffant 36.

Comme représenté sur la figure 4, le deuxième élément 39 est isolé thermiquement de la zone centrale dite sensible dans laquelle est placé le premier élément 38 par l'intermédiaire d'un matériau isolant thermiquement 41 positionné entre .l'élément d'interface 40 et la gaine centrale de l'élément chauffant.

L'isolant thermique 41 est par exemple réalisé sous la forme d'une collerette emmanchée sur la gaine centrale. L'isolant 41 est disposé entre la partie du capteur la plus proche de la paroi 30 où est positionné le deuxième élément de mesure de température 39 et la partie du capteur où sont positionnés le premier élément de mesure de température 38 et l'élément chauffant 36 (partie d'extrémité). On va maintenant décrire le procédé de fonctionnement du capteur décrit ci-dessus et illustré sur les figures 1 à 4. Ce procédé a pour but de mesurer ou de détecter l'encrassement formé ou en cours de formation à la surface extérieure du capteur qui est en contact avec un milieu de mesure particulier. La ou les substances formant le dépôt d'encrassement se déposent à la surface d'un élément d'interface en contact avec le fluide (ex : élément 20 ou 40 sur les figures 1 à 4) ou directement sur le premier élément de mesure lorsqu'il n'ya pas d'interface spécifique).

Le procédé décrit ici prévoit de générer un flux thermique homogène et contrôlé dans l'élément chauffant du capteur à partir d'un signal d'excitation appliqué à cet élément chauffant. La puissance thermique dissipée par l'élément chauffant (par effet Joule à partir d'un courant électrique injecté) est une fonction périodique du temps pour laquelle il est possible de choisir la forme du signal, son amplitude et sa fréquence. On notera qu'en fonction de l'encrassement (nature, épaisseur, propriétés thermophysiques...) la fréquence du signal d'excitation peut être adaptée.

A titre d'exemple la puissance dissipée peut être une fonction sinusoïdale du temps. Dans ce cas, le courant circulant dans l'élément chauffant s'écrit sous la forme : 2 A .(1 + cos(2.1r. f.t)) où A désigne l'amplitude des oscillations en courant [A], f la fréquence d'utilisation du capteur [Hz] et t le temps écoulé [s]. De cette façon, la puissance dissipée est de forme sinusoïdale et s'écrit : A2 P = R.I(t)2 = R.ù .(1 + cos(2.,. f .t)) où R désigne la résistance électrique de l'élément chauffant. La densité de flux thermique maximale dissipée à la surface de l'élément sensible du capteur est déterminée par l'amplitude des oscillations (courant maximum) choisie. On notera que le procédé prévoit de mesurer un signal de réponse en température par le premier élément de mesure de température pariétale (TW) qui est, comme expliqué précédemment en relation avec les figures 1 à 4, placé dans le flux thermique diffusé par l'élément chauffant. La résolution de l'équation de conservation de l'énergie, dans les conditions particulières décrites ci-dessus, permet de connaître l'élévation de température à la surface du capteur due à la formation, puis à la croissance d'un dépôt. Equation de conservation de l'énergie : p•Cp • dt =v•(2.VT)+a •IvU2 +~v Eq. 1 L'équation de conservation de l'énergie (Eq.1) intègre un terme d'accumulation de chaleur dT ( p• Cp • dt ), un terme de transfert de chaleur(v • (2• ve)), un terme de génération de chaleur par effet Joule (a.ivul2) et un terme de dissipation 25 visqueuse ((Dv) négligeable dans les conditions présentes. 2 52T 1 aT a2T 1 azT V T=+++ ôr2 r ar az2 r2 aa2 a2T z a2T =2 + a 2 + az~ en coordonnées cartésiennes ôy avec en coordonnées cylindriques De cette manière, la résistance thermique induite par un encrassement et donc son épaisseur peuvent être estimées en temps réel et en continu au sein du contenant (par exemple, la conduite illustrée sur les figures 1 à 4).

Dans chaque configuration de capteur (figures 1 à 4), les mesures effectuées (I, U et TW) sont identiques (on notera à cet égard, seule la présence d'un deuxième élément de mesure de la température du fluide diffère (figures 2 et 4). Dans la seconde configuration (figures 2 et 4), cette température Tb est mesurée simultanément avec les autres variables.

En revanche, dans la première configuration (figures 1 et 3), la température du fluide est, de façon générale, déterminée à partir du signal de réponse en température fourni par le premier élément de mesure de température (TW) et, plus particulièrement, à partir dune ou de plusieurs valeurs minimales de ce signal.

Par exemple, la température du fluide est interpolée linéairement (ou par un polynôme) à partir d'au moins deux valeurs minimales enregistrées sur au moins deux périodes du signal de réponse en température. Idéalement, l'environnement hydrodynamique du capteur et plus spécifiquement de l'élément sensible, se trouve sous des régimes hydraulique et thermique non établis (couches limites thermique et/ou hydraulique en développement). Le transfert thermique à la surface du capteur se fait donc par convection forcée et le coefficient de convection moyen ou local peut être calculé à partir des corrélations semi-empiriques entre invariants de similitude. Si les conditions d'implantation du capteur sont optimisées (résistance minimale offerte à l'écoulement), alors le coefficient de convection sera élevé (>qq 1000Wm-2.K"'), ce qui induit une température de pincement (Tw Tb) tendant vers zéro. Compte tenu de ces conditions, la densité de flux imposée à la surface du capteur peut être ajustée de manière à (i) avoir une sensibilité optimale par rapport à la détection d'un encrassement et (ii) contrôler toute surchauffe pariétale incompatible avec le process et/ou le milieu de mesure. Quels que soient le mode de fonctionnement retenu, à savoir Régime Thermique Permanent ou Instationnaire (RTP ou RTI) et la configuration adoptée (un seul ou deux éléments de mesure de température), les variables acquises permettent de déterminer la différence de température entre le fluide et la surface du capteur, tout en contrôlant la puissance dissipée grâce aux mesures de l'intensité et de la tension aux bornes de la résistance (élément chauffant(s)).

Dans un cas particulier de fonctionnement du capteur (RTP), la puissance thermique dissipée est constante en mode actif et la fréquence d'excitation est donc nulle (f=OHz). L'équation de conservation de l'énergie se simplifie (dT/dt=0) et se résout de façon particulièrement simple pour calculer la résistance thermique du dépôt formé sur l'élément sensible. L'épaisseur de l'encrassement est estimée à partir de la dérive de la surchauffe pariétale par rapport à la température du fluide mesurée et est égale à : 1 Ln(1+e )\ r 2. . L h•(r+e) /ld pour une géométrie cylindrique OT = Tw ù Tb = P + i OT = Tw ù Tb = P h + - pour une géométrie plane d / Lorsque les températures du fluide et de peau sont simultanément contrôlées elles permettent une estimation instantanée (en temps réel) de la résistance thermique conférée par le dépôt de la couche d'encrassement. On peut alternativement concevoir que seule la température du fluide est mesurée lors des phases inactives (non chauffe) et que seule la température d'interface est mesurée lors des phases actives (chauffe). Une interpolation linéaire (ou polynômiale) à partir des valeurs de la température du fluide avant et après chaque période active permet alors d'effectuer un calcul a postériori de la résistance d'encrassement. Lorsque la fréquence du signal d'excitation n'est pas nulle (dT/dt#0 avec f>0 Hz), le capteur fonctionne par définition en régime thermique instationnaire et la puissance dissipée suit une fonction périodique du temps comme déjà mentionné plus haut. La réponse de la température de paroi (TW) suit alors une fonction périodique de même fréquence que la puissance dissipée (même fréquence que le signal d'excitation) et d'amplitude (tTW) différente. Par ailleurs, le signal de réponse en température présente un déphasage avec le signal d'excitation. De manière à s'affranchir des variations éventuelles de la température du fluide au cours du process, on peut former un signal à partir de la différence des températures de paroi et du fluide (TW-Tb) afin de traiter et d'analyser le signal résultant. On notera que le capteur peut également fonctionner en régime thermique instationnaire (RTI) en alternant des phases actives (chauffe) et des phases inactives (non chauffe), le suivi de l'encrassement se faisant durant les phases actives. D'un point de vue théorique, l'homme du métier peut résoudre les problèmes de transfert thermique relatif à la conduction thermique en régime instationnaire (Léontiev, 1979, Lamvik, 1980, HEDH, 1983, Fukai et al., 1991, Czarnetzki et al., 1996, Taine et Petit, 2003, Ould Lahoucine C., 2004, Khaled, 2008, Techniques de l'Ingénieur par A. Degiovanni ou encore D. Tsacalos) soit analytiquement, soit numériquement ou bien expérimentalement. Il se focalisera plus précisément sur la réponse des systèmes à une sollicitation périodique en régime forcé dans une géométrie définie. L'analyse des phénomènes de diffusion et de propagation permet d'établir des expressions (réponses locales et temporelles) de l'amplitude thermique et du déphasage en fonction des propriétés thermo-physiques du dépôt (épaisseur, conductivité thermique, chaleur spécifique). De façon générale, un traitement approprié des mesures expérimentales (signal de réponse en température ou signal formé de la différence des températures (Tw-Tb) et signal d'excitation) permet d'obtenir l'amplitude des oscillations (ATW) en température et le déphasage (cp) de la réponse thermique par rapport aux oscillations de l'excitation en puissance à partir des fonctions d'atténuation (A) et périodique (B). T(x,y,z,t)=A(x,y,z)•B(x,y,z,t) avec A : fonctiond' atténuation et B : fonction périodique On notera qu'un traitement est ainsi effectué sur chacun des signaux :30 -signal de réponse en température (TW) ou signal formé (Tw-Tb) selon la configuration retenue et -signal d'excitation, afin d'extraire pour chaque signal son amplitude et sa phase à la fréquence d'excitation choisie. L'obtention de la phase de chaque signal permet ensuite de déterminer le déphasage entre les signaux. L'amplitude et le suivi de l'évolution du déphasage par rapport aux conditions propres (sans encrassement) permettent de suivre l'encrassement et de déterminer les propriétés thermiques du dépôt comme on le verra ultérieurement. Plus particulièrement, on va choisir de se placer dans le cas où l'on traite par exemple une transformée de Fourier, d'une part, le signal périodique formé par la différence des températures (TW-Tb) pour s'affranchir des éventuelles variations de température du fluide et, d'autre part, le signal d'excitation périodique. La formule ci-dessous montre le résultat d'une transformée de Fourier rapide appliqué à un signal discret x[n] défini dans le temps, le résultat étant un signal défini dans le domaine fréquentiel_: N-1 dkE[0,N-11Xn[k]=Ex[nlxexpl ù~ 2 ~r k nl

l )) n=0 N Le calcul de la différence des températures (TW-Tb) dépend de la configuration utilisée, à savoir si la température du fluide est mesurée directement (première configuration des figures 2 et 4) ou estimée par un traitement approprié (deuxième configuration des figures 1 et 3). Dans la première configuration (figures 2 et 4) et en mode actif (chauffe), la différence des deux températures mesurées par les deux éléments de mesure respectifs, TW et Tb, est calculée de façon continue et en temps réel. Cette double métrologie permet de s'assurer que la réponse thermique (TW) sur l'élément sensible en présence d'un encrassement est correcte. Cette dernière doit périodiquement atteindre un minima égal à la température du fluide. Dans le cas contraire, la fréquence de travail et/ou la puissance dissipée doivent être modifiées de manière à éviter toute dérive induite par l'inertie thermique du capteur en présence de l'encrassement (effets capacitif et conductif thermiques).

Dans la deuxième configuration (figures 1 et 3) et en mode actif, la température du fluide n'est pas mesurée. La température du fluide peut être déterminée par une méthode de régression (e. g. linéaire ou polynomiale) à partir des minima de la température pariétale mesurée sur la zone active sur une (ou plusieurs) période(s). Dans cette configuration, c'est la différence entre la température TW et la température du fluide estimée qui est calculée a postériori, c'est-à-dire avec un retard d'au moins une période. Le calcul de l'amplitude des oscillations peut par exemple être effectué en n'utilisant qu'une seule période (glissante). Cependant il a été montré que, pour avoir une information fiable sur le déphasage des signaux, il est préférable que le traitement du signal par la transformée de Fourier soit réalisé à partir de l'ensemble des données calculées sur au moins deux périodes d'excitation en puissance. Par ailleurs, on notera qu'il est envisageable d'effectuer un traitement séparé sur chaque signal afin d'obtenir séparément l'amplitude et la phase de chaque signal. Ainsi, on effectue quatre traitements au total, deux sur chaque signal. A titre d'exemple, on applique une première transformée de Fourier sur une période de chaque signal afin d'obtenir rapidement l'information d'amplitude et une deuxième transformée de Fourier sur cinq périodes du signal afin d'obtenir de façon fiable la phase de chaque signal. L'épaisseur de la couche d'encrassement est déterminée à partir de l'amplitude provenant du traitement de signal précité et en utilisant les formules mentionnées plus haut qui fournissent la différence de température TW Tb (selon la géométrie retenue). Lorsque la fréquence d'excitation et la puissance sont adaptées on remplace Tw Tb par l'amplitude. La résolution des équations suivantes permet d'accéder aux propriétés thermiques du dépôt, une fois l'amplitude et le déphasage obtenus : Dans le cas présent, l'équation de conservation de l'énergie se simplifie et s'écrit : a2T(x,t) û 1 b'l(x,t) (1) axe a 8t où a est la diffusivité thermique du dépôt en m2/s a= p.cp À est la conductivité thermique (W/(m.K)) , p la masse volumique (kg/m3) et Cp la capacité calorifique (J/Kg/K),

avec les conditions initiales suivantes : T(x,0) = To T(0, t) = To + TQ . cos(w.t) û.i aT(e,t) = h.(T(e,t)ûTo) L'homme du métier sait résoudre l'équation (1), trouver une solution T(x,t) et calculer la diffusivité thermique a à partir des paramètres d'amplitude et de déphasage contenus dans l'expression de T(x,t). Par voie de conséquence, il a accès à la conductivité thermique du dépôt À s'il connait sa chaleur spécifique Cp et inversement.

Les données mesurées par un capteur selon l'invention (figure 4) équipé de deux éléments de mesure de température (flux dissipé [W/ml, température du fluide [°C] et température à la surface de la zone active [°C] en RTP et RTI) sont représentées sur la figure 5 pour une résistance thermique (Rth) connue et égale à 0,00375 K/W et un fluide mécaniquement agité (régime turbulent) dont la température est maintenue constante.

Cette figure montre sur la partie gauche (entre 0 et 40s) un mode inactif (non chauffe, TW=Tb), puis (entre 40s et 400s) le fonctionnement du capteur en régime permanent. Dans ce régime le flux thermique (puissance thermique dissipée par l'élément chauffant) est constant (f=OHz) et la température mesurée par le premier élément de mesure (TW) est constante.

Sur la partie droite de la figure (au-delà de 400s), le capteur fonctionne en 30 régime instationnaire : le flux thermique varie de façon périodique au cours du temps et le signal de réponse en température fourni par le premier élément de mesure (TW) suit l'excitation avec, toutefois, un déphasage par rapport à l'excitation, ce qui traduit un encrassement. La température du fluide (Tb) est, quant à elle, mesurée en permanence par le deuxième élément de mesure.

La figure 6 illustre les mêmes données mesurées dans un environnement semi-industriel pour lequel la température du fluide subit des variations aléatoires. Sur cette figure, la différence de température (T,,-Tb) calculée entre la température (TW) à la surface de la zone active et la température du fluide est représentée (AT Ni). Ce sont ces données (puissance et différence de température (T, -Tb) ) qui sont ensuite traitées avec, par exemple, la transformée de Fourier afin d'extraire l'amplitude et la phase de la réponse thermique, ainsi que l'amplitude et la phase de l'excitation. Sur cette figure, le fonctionnement du capteur en RTP est référencé par le chiffre 1 et le fonctionnement en RTI par le chiffre 2.

La figure 7 illustre l'évolution, en fonction de la résistance thermique (c'est-à-dire de l'épaisseur du dépôt), de la différence de température (T, -Tb), de l'amplitude des oscillations et du déphasage. Lors d'une phase d'encrassement, ou plus largement lors du suivi de l'épaisseur d'un dépôt, la différence de température (dans le cas des RTP) ou l'amplitude des oscillations et le déphasage (dans le cas des RTI) évoluent au cours du temps. La figure 8 montre, lors d'une phase de suivi d'encrassement en environnement semi-industriel, l'augmentation au cours du temps de l'épaisseur du dépôt en alternant des phases suivant lesquelles le capteur fonctionne en RTP (f = 0Hz) ou RTI (f = 12,5mHz dans l'exemple). En RTI, il est important de choisir une fréquence de travail adaptée qui est fonction de l'inertie thermique du système et de la résistance thermique à mesurer. Comme représenté sur la figure 9, pour une résistance thermique donnée) l'amplitude thermique se rapproche idéalement du AT mesuré en RTP pour une fréquence aussi faible que possible, le choix de cette fréquence ayant une influence certaine sur la réponse du système. II est à noter qu'en conditions propres (Rth = 0 K/W), la fréquence choisie n'a aucune influence sur la réponse obtenue tant que l'inertie thermique du capteur est négligeable. Comme représenté sur la figure 10, pour une résistance thermique donnée, l'amplitude thermique augmente linéairement avec la densité de flux générée, quelle que soit la fréquence d'excitation. On notera par ailleurs que l'augmentation de la fréquence d'excitation peut avoir une influence (par exemple une diminution) sur la réponse en amplitude thermique non représentative de l'épaisseur du dépôt à la surface du capteur. Par voie de conséquence, il est nécessaire, soit de connaître ou d'évaluer la résistance thermique à mesurer, soit de comparer l'amplitude thermique mesurée à la réponse (AT [°C]) obtenue en RTP sur une période donnée pour choisir la fréquence d'excitation appropriée (figure 11).15

Claims (19)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure ou de détection de l'encrassement d'un contenant renfermant un fluide, le procédé comportant les étapes suivantes: - génération et diffusion d'un flux thermique homogène et contrôlé à partir d'un signal d'excitation qui varie de façon périodique en fonction du temps - mesure d'un signal de réponse en température par un élément de mesure de température pariétale (TW) qui est, d'une part, placé dans le flux thermique homogène contrôlé ainsi diffusé et, d'autre part, en contact avec le fluide de façon directe ou indirecte par l'intermédiaire d'au moins un élément d'interface; - détermination de l'encrassement formé sur l'élément de mesure de température ou sur ledit au moins un élément d'interface à partir du signal de réponse en température et du signal d'excitation, le signal de réponse en température ayant la même fréquence que celle du signal d'excitation et présentant un déphasage par rapport à ce dernier.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la température du fluide (Tb) à partir du signal de 20 réponse en température.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température du fluide est déterminée à partir d'un ou de plusieurs des minimas du signal de réponse en température.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte 25 une étape de mesure de la température du fluide (Tb) par un élément de mesure de température placé en contact direct ou indirect avec le fluide.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mesure de la température du fluide (Tb) est réalisée en continu.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce 30 qu'il comporte une étape de formation du signal (TW -Tb).
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:- traitement du signal de réponse en température (TW) ou du signal formé (TW -Tb); -en fonction du résultat de l'étape de traitement, détermination de l'amplitude du signal de réponse en température (TW) ou du signal formé (TW - Tb).
8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de traitement étant également effectuée sur le signal d'excitation, l'étape de détermination conduit également à la détermination du déphasage du signal de réponse en température (TW) ou du signal formé (TW -Tb) avec le signal d'excitation.
9. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le traitement appliqué aux signaux est une transformation de Fourier rapide (FFT).
10. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte plus particulièrement une étape de détermination de l'état d'encrassement et/ou des propriétés thermiques de l'encrassement en fonction de l'amplitude et/ou du déphasage ainsi déterminés.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de sélection de la fréquence du signal d'excitation en fonction de l'encrassement.
12. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation est sélectionnée de façon adaptée à l'inertie thermique du capteur par comparaison entre l'amplitude du signal de réponse en température et la différence de température mesurée en régime thermique permanent, le capteur d'encrassement comprenant l'élément de mesure de température (TW), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation.
13. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation est sélectionnée de façon adaptée à l'inertie thermique du capteur en choisissant parmi plusieurs fréquences celle qui conduit à une amplitude de signal de réponse en température élevée, le capteur d'encrassement comprenant l'élément de mesure de température (TW), ledit aumoins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation.
14. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le flux thermique est sélectionné en fonction de la sensibilité souhaitée pour le capteur et est d'autant plus élevé que la sensibilité souhaitée est élevée, sans toutefois occasionner une surchauffe pariétale trop élevée, le capteur d'encrassement comprenant l'élément de mesure de température (TW), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation.
15. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le flux thermique homogène contrôlé est diffusé par au moins un élément chauffant auquel est appliqué le signal d'excitation.
16. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'élément de mesure de température (TW), ledit au moins un élément d'interface lorsqu'il est prévu, et ledit au moins un élément chauffant font partie d'un capteur d'encrassement qui est installé dans une paroi du réacteur en contact avec le fluide.
17. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le capteur d'encrassement est monté affleurant par rapport à la paroi du contenant.
18. 18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le capteur d'encrassement fait saillie par rapport à la paroi du contenant de manière à être placé dans le fluide.
19. 19. Système de mesure ou de détection de l'encrassement d'un contenant renfermant un fluide, le système comportant: -des moyens de génération et diffusion d'un flux thermique homogène et contrôlé à partir d'un signal d'excitation qui varie de façon périodique en fonction du temps;- des moyens de mesure d'un signal de réponse en température par un élément de mesure de température pariétale (Tw) qui est, d'une part, placé dans le flux thermique homogène contrôlé ainsi diffusé et, d'autre part, en contact avec le fluide de façon directe ou indirecte par l'intermédiaire d'au moins un élément d'interface; - des moyens de détermination de l'encrassement formé sur l'élément de mesure de température ou sur ledit au moins un élément d'interface à partir du signal de réponse en température et du signal d'excitation, le signal de réponse en température ayant la même fréquence que celle du signal d'excitation et présentant un déphasage par rapport à ce dernier.