WO2009066046A1 - Procede et dispositif de mesure de l'evolution d'un depot sur une surface en contact avec un fluide aqueux - Google Patents

Procede et dispositif de mesure de l'evolution d'un depot sur une surface en contact avec un fluide aqueux Download PDF

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WO2009066046A1
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WO
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electrodes
pair
deposit
fluid
voltage
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PCT/FR2008/051930
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Inventor
Gérard GRAPIN
Jean-Michel Freal-Saison
Original Assignee
Idrho
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/008—Monitoring fouling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for measuring the evolution of a deposit on a surface in contact with an aqueous fluid, whether it is an induced deposit (protective film) or undergone (fouling).
  • water and more generally aqueous fluids can be used for various purposes, in particular as a raw material intended to be incorporated into a manufacturing process, in the food or paper industry, for example, as heat transfer fluid. in boilers or exchangers, as a rinsing fluid in industrial surface treatment processes, etc.
  • Fouling is reflected in this context by the presence of a deposit on a surface in contact with an aqueous fluid of materials or substances, which may be of inorganic, organic and biological origin, such as for example a deposition of scale, a biofilm, sludge, etc.
  • Such monitoring may also help optimize cleaning sequences and their frequency (optimization of the implementation of cleaning chemicals, of interest in terms of costs and environment). Better management of cleaning cycles also responds to a major challenge, since cleaning operations often require production shutdowns, which are costly for the manufacturer.
  • the fouling is a local phenomenon, which varies with the operating conditions (hydraulic, fluid temperature, etc.) and the conditions of use of the fluid in more or less noble applications.
  • the phenomenon of fouling is encountered during any type of operation of fluids, it appears with kinetics (a few hours to a few years) and intensities (a few micrometers to a few centimeters) very variable.
  • the structure and the nature of the fouling differ.
  • performing monitoring of the evolution of a deposit on a surface involves considering in situ measurements (online measurements) during the process of conditioning or treatment of fluids.
  • the subject of the invention is a device for measuring the evolution of a deposit on a surface in contact with an aqueous fluid, comprising at least a first pair of electrodes connected to an alternating voltage generator. , to emit in the fluid an alternating current proportional to the conductivity of the fluid, at least one second pair of electrodes arranged on a line of a potential field created by the first pair of electrodes, and means for correcting the voltage supplied by the AC voltage generator, for keeping the potential difference between the second pair of electrodes substantially constant, said device being characterized in that it comprises means for measuring the voltage applied to the first pair of electrodes , means for storing a calibration of the voltage applied to the first pair of electrodes before the evolution of a deposit as a function of the conductivity fluid, and comparison means, related to the storage means and adapted to compare the measured voltage for a given conductivity of the fluid with a stored calibration value for the same given conductivity, to produce a signal representative of the variation of resistance of the first pair of electrodes created by the evolution of
  • the calibration value corresponds to the value of the voltage applied to the first pair of electrodes before degradation of a deposit.
  • the device according to the invention further comprises means for measuring the temperature of the fluid and means for correcting the measured voltage as a function of a signal for measuring the temperature supplied by the temperature measuring means. .
  • the device according to the invention comprises means for measuring the intensity of the current emitted into the fluid.
  • the voltage correction means provided by the AC voltage generator comprise a high input impedance amplifier whose inputs are connected to the second pair of electrodes and the output of which is connected to said generator. in order to control the voltage applied to the first pair of electrodes.
  • the invention also relates to a method for measuring the evolution of a deposit on a surface in contact with an aqueous fluid, in which an alternating current, proportional to the conductivity of the fluid, is emitted by means of a first pair of electrodes connected to an alternating voltage generator, a potential difference between a second pair of electrodes arranged on a line of a potential field created between the electrodes of the first pair being kept substantially constant by the application of a correction of the voltage supplied by the AC voltage generator, said method being characterized in that that he understands:
  • the calibration is performed in the absence of deposit.
  • the calibration is carried out before degradation of a deposit.
  • the calibration of the voltage applied to the first pair of electrodes being performed at a calibration temperature
  • the method according to the invention comprises a correction in temperature of the value of the measured voltage to bring said value back to the temperature of the calibration.
  • FIG 1 is a schematic representation of a known device for measuring the electrical conductivity of a four-electrode fluid
  • FIG. 2 is a graph illustrating an example of a calibration curve of the voltage applied between the potential injection electrodes of the device of FIG. 1 as a function of the conductivity of the medium, at a given temperature;
  • FIG. 3 diagrammatically represents a measuring device of the type shown in FIG. 1, adapted according to the invention.
  • FIG 4 is a graph illustrating test results conducted on the measuring device according to the invention.
  • the present invention firstly seeks to use the imperfections of existing metrological systems and, in particular, those of apparatus for measuring the electrical conductivity of a fluid.
  • measuring cells are conventionally used which, in their simplest form, consist of two electrodes spaced by a defined distance.
  • the measurement of the conductivity of a fluid in which the cell is immersed is then performed by applying an alternating voltage between the two electrodes and measuring the current flowing through them in the fluid, from which one can deduce the resistance of the fluid inside the cell.
  • a source of error inherent in this type of measurement is related to deposits generating parasitic impedances and a change in the cell constant, due in particular to the fouling phenomenon of the electrodes.
  • FIG. 1 shows such a measuring cell 10, with its peripheral circuits, the operation of which will now be described in more detail.
  • a first pair of electrodes, respectively 1 and 4 is connected to an alternating voltage generator 5, for injecting a current i under a substantially constant potential difference ⁇ V into the fluid 6 between the electrodes 1 and 4 of the first pair.
  • the generator 5 injects, for example, between the electrodes a square signal symmetrical with respect to zero, lower than the electrolysis potential of the water (approximately 1.22 V), for example 0.25 V and with a frequency close to 400 Hz.
  • a second pair of electrodes, respectively 2 and 3 is advantageously arranged between the electrodes 1 and 4 of the first pair, on a line common equipotential of a potential field created between them. These two electrodes 2 and 3 then make it possible to recover a certain partial voltage, representative of the conductivity of the fluids in which the cell is immersed.
  • the amplifier 7 is an amplifier with a high input impedance, it is considered that the electrodes 2 and 3 are covered by a negligible current. Consequently, the potential difference ⁇ Vref between the two electrodes 2 and 3 can be considered independent of any fouling state thereof and is solely due to the current i, to the resistance R1 of the medium 6 and to the configuration of the electrodes.
  • the measurement of the current i makes it possible to know the conductivity.
  • Current i can be measured in different ways.
  • the voltage generator 5 may be connected in series with a low value resistor Rm used for measuring the current i emitted in the fluids inside the cell.
  • the terminals of the resistor Rm are connected to the respective inputs of an amplifier 9, making it possible to measure the potential difference ⁇ Vm at its terminals.
  • This potential difference ⁇ Vm is then directly a function of the conductivity, which is displayed by means of a display means 11.
  • the device of FIG. 1 may also comprise means for measuring the temperature of the fluid (not shown), for example of the type comprising a resistance sensitive to the temperature of the fluid, able to provide a signal representative of this temperature. This temperature signal is used to provide a temperature correction to the obtained conductivity measurement, to bring this value back to, for example, 25 ° C.
  • this four-electrode measuring cell is to maintain constant the potential difference ⁇ Vref between the electrodes 2 and 3 of the second pair of electrodes, whatever the conductivity / resistance middle.
  • the additional resistors in series with the internal electrodes 2 and 3 can reach high ohmic values without the result of measurement errors, because by design, the amplifier 7 measures a potential difference without current consumption, the resistance input of amplifier 7 being large.
  • a partial insulating or conductive deposit on the potential injection electrodes 1 and 4 will modify the impedance of the cell with respect to what it should be for a given conductivity. Furthermore, this deposit is likely to significantly change the average spacings between the electrodes, which results in a variation of the resistance value Rl resistance.
  • the amplifier 7 controls, via a feedback loop 8, the voltage generator 5 to correct the injected voltage ⁇ V so as to keep the value of ⁇ Vref measured between the electrodes 2 and 3 as constant as possible. then found in the previously described case without fouling, where the current measurement i is directly proportional to the measurement of the conductivity, ⁇ Vref being kept constant.
  • the continuous analysis of the voltages applied to the electrodes 1 and 4 by the voltage generator 5 for identical conductivity solutions with clean electrodes (or before a deposit evolves), on the one hand, and with dirty electrodes (or after evolution of a deposit), on the other hand, can therefore advantageously be used to detect a deposit on the electrodes and monitor the evolution thereof.
  • any difference, in plus or minus, detected between the voltage applied to the electrodes 1 and 4 for the same measured conductivity of the medium may indicate the appearance of an undesired deposit on the electrodes, or even the degradation of the electrodes.
  • a deposit voluntarily present, in a context of controlling the maintenance of a protective film on a surface, for example a cathodic protection layer.
  • FIG. 2 is represented an example of a relationship between the voltage ⁇ U P applied to the electrodes 1 and 4 (measured voltage corrected by the temperature signal to reduce its value to 25 ° C.) and the conductivity of the measured medium, with "electrodes "clean” (ie in the absence of unwanted deposit or prior to degradation of a deposit that is voluntarily present).
  • This relation therefore makes it possible to determine a calibration curve Cal of the voltage applied to the electrodes 1 and 4 before the evolution of a deposit as a function of the conductivity, from which, following the evolution of a deposit, for a measurement ⁇ U e made of the voltage then applied to the electrodes 1 and 4 for a given conductivity C, measured reduced to 25 ° C after temperature correction, we can determine the difference ⁇ with the voltage value ⁇ U P "clean electrodes", provided by the calibration curve for the same conductivity C, which difference is representative of the evolution of the deposit.
  • the measuring device comprises means 12 for continuous measurement of the voltage ⁇ e applied to the voltage injection electrodes 1 and 4, for a measurement of the given conductivity of the medium.
  • the measuring device also comprises means 13 of the microcontroller type, integrating storage means 14 for calibrating the voltage applied to the voltage injection electrodes 1 and 4 before the evolution of a deposit as a function of conductivity, for a given temperature, and means 15 adapted to perform the comparison of the value of the measured voltage ⁇ U e with a stored calibration value ⁇ U P , for the same given conductivity of the medium.
  • the measured voltage value ⁇ U e as well as that of the evaluated conductivity of the medium are pre-corrected in temperature to be brought back " to the calibration temperature, for example at 25 ° C.
  • the microcontroller 13 is then able, from the comparison made for each measurement ⁇ U e, carried out, to produce an IND signal for detecting a deposit on the controlled surface
  • This IND signal is more particularly representative of the electrical resistance created by the evolution (formation or degradation) of the deposit This resistance is a function (among other capacitive effects) of the resistivity of the deposit and its thickness.
  • This complementary electrical resistance created by the evolution of a deposit on the electrodes is symbolized by Rr in the figure 3.
  • ⁇ U P value of the voltage injected in volts, clean electrodes
  • Is thickness of the resistivity deposition layer ps and surface S.
  • the IND signal output by the microcontroller is therefore a signal expressed in Ohm and provides more precisely the difference in resistance between the deposition layer and the corresponding layer if it was replaced by water at the moment of measurement (provided that the nature of the deposit does not fundamentally modify S and therefore the field lines).
  • This additional resistance may be due to an ohmic resistance, a capacitive effect, etc.
  • FIG. 4 illustrates, for this purpose, the results of tests carried out over several days during the implantation of the measuring device according to the invention in an equipment of an industrial installation using a treated fluid, representing the evolution of the signal of IND deposition detection and cond conductivity, as a function of time.
  • the consistency of the measurement obtained with the expected results of the treatment therefore attest to the reliability of the information provided by the measuring device according to the invention on the behavior of a deposit in an equipment of an industrial installation.

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Abstract

Procédé de mesure de l'évolution d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide, dans lequel un courant proportionnel à la conductivité du fluide est émis par une première paire d'électrodes (1,4) connectée à un générateur (5) de tension alternative, une différence de potentiel (ΔVref) entre une seconde paire d'électrodes (2,3) disposée entre la première paire étant maintenue constante en corrigeant la tension fournie par le générateur, et comprenant: la détermination d'une calibration de la tension appliquée à la première paire d'électrodes en fonction de la conductivité, réalisée avant l'évolution d'un dépôt; la mesure de la tension appliquée à la première paire d'électrodes, suite à l'évolution d'un dépôt, pour une conductivité donnée; la comparaison de la tension mesurée (ΔUe) avec une valeur de calibration (ΔUp) pour ladite conductivité; et la génération d'un signal (IND) d'évolution du dépôt, à partir de ladite comparaison.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE L'EVOLUTION D'UN DEPOT SUR UNE SURFACE EN CONTACT AVEC UN FLUIDE AQUEUX
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de l'évolution d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux, qu'il s'agisse d'un dépôt induit (film protecteur) ou subi (encrassement) .
Dans l'industrie, l'eau et plus généralement les fluides aqueux peuvent être utilisés à diverses fins, notamment en tant que matière première destinée à être incorporée dans une fabrication, dans l'industrie agroalimentaire ou papetière par exemple, en tant que fluide caloporteur dans les chaudières ou les échangeurs, en tant que fluide de rinçage dans des processus industriels de traitement de surface, etc.
Quel que soit le procédé industriel et le fluide considéré, les éléments présents, rajoutés et transportés dans le fluide aqueux évoluent, se transforment (réactions chimiques et biochimiques, croissances microbiennes, etc.) , induisant dans de nombreux cas des phénomènes d'encrassement des surfaces .
L'encrassement se traduit dans ce contexte par la présence d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux de matériaux ou de substances, pouvant être d'origine minérale, organique et biologique, tels que par exemple un dépôt de tartres, un biofilm, des boues, etc.
Or, lorsqu'un dépôt indicateur d'encrassement apparaît dans une installation, il est susceptible d'entraîner un certain nombre de perturbations, se manifestant au moins par une réduction du rendement du procédé et pouvant même dans certains cas, rendre inefficace l'installation, nécessitant alors son arrêt pour nettoyage et/ou réparation.
Il est donc essentiel de pouvoir posséder des informations les plus complètes possibles sur l'état d'encrassement des installations, dans un souci d'optimiser les procédés de conditionnement des fluides.
En effet, un suivi précis de l'évolution d'un niveau d'encrassement d'une installation pourra permettre de déceler et prévenir les perturbations et la dégradation des transferts thermiques dues à un dépôt, afin de garantir la sécurité sanitaire des produits, notamment dans le domaine alimentaire où il s'agit d'un enjeu primordial.
Un tel suivi pourra également permettre d'optimiser les séquences de nettoyage et leur fréquence (optimisation de la mise en œuvre des produits chimiques de nettoyage, présentant un intérêt en termes de coûts et d'environnement) . Une meilleure gestion des cycles de nettoyage répond également à un enjeu majeur, dans la mesure où les opérations de nettoyage nécessitent souvent des arrêts de productions, qui sont coûteux pour l'industriel.
Or, l'encrassement est un phénomène local, qui varie avec les conditions opératoires (hydraulique, température du fluide, etc.) et les conditions d'utilisation du fluide dans des applications plus ou moins nobles. En outre, si le phénomène d'encrassement est rencontré au cours de tout type d'opération de mise en œuvre des fluides, il apparaît avec des cinétiques (quelques heures à quelques années) et des intensités (quelques micromètres à quelques centimètres) très variables. De même, la structure et la nature des encrassements diffèrent.
Dans ce contexte, l'obtention d'une information sur le niveau d'encrassement d'une surface, ainsi que sur l'évolution de cet encrassement est rendue complexe.
On peut également vouloir chercher à contrôler l'évolution d'un niveau de dépôt- sur une surface en contact avec un fluide aqueux, de matériaux ou de substances, qui sont, contrairement à l'encrassement, désirés. Il peut s'agir, par exemple, de contrôler l'évolution d'un film protecteur sur une surface (par exemple dans un contexte de protection des surfaces par des substances inhibitrices de la corrosion) , au cours d' opérations de traitement . En outre, la réalisation de suivis de l'évolution d'un dépôt sur une surface implique d'envisager des mesures in situ (mesures en ligne) lors du procédé de conditionnement ou de traitement de fluides. Or, du fait des différents types d'industrie auxquels sont plus particulièrement destinés de tels suivis, des contraintes en termes de robustesse et de facilité d'installation d'un système prévu à cet effet sont nécessairement à prendre en compte.
C'est pourquoi, il existe un besoin dans l'état de la technique pour un système simple, robuste et performant, capable de détecter et de suivre l'évolution (c'est-à-dire la formation ou la dégradation) d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux et qui soit en outre adapté pour un tel suivi de n'importe quel organe d'une installation où est présent ce fluide.
Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de l'évolution d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux, comprenant au moins une première paire d'électrodes connectée à un générateur de tension alternative, pour émettre dans le fluide un courant alternatif proportionnel à la conductivité du fluide, au moins une deuxième paire d'électrodes disposée sur une ligne d'un champ de potentiel créé par la première paire d'électrodes, et des moyens de correction de la tension fournie par le générateur de tension alternative, pour maintenir sensiblement constante la différence de potentiel entre la deuxième paire d'électrodes, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de la tension appliquée à la première paire d'électrodes, des moyens de stockage d'une calibration de la tension appliquée à la première paire d'électrodes avant évolution d'un dépôt en fonction de la conductivité du fluide, et des moyens de comparaison, liés aux moyens de stockage et propres à comparer la tension mesurée pour une conductivité donnée du fluide avec une valeur de calibration stockée pour la même conductivité donnée, afin de produire un signal représentatif de la variation de résistance électrique de la première paire d'électrodes créée par l'évolution d'un dépôt. Avantageusement, la valeur de calibration correspond à la valeur de la tension appliquée à la première paire d'électrodes en l'absence de dépôt.
Selon une variante, la valeur de calibration correspond à la valeur de la tension appliquée à la première paire d'électrodes avant dégradation d'un dépôt .
De préférence, le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens de mesure de la température du fluide et des moyens de correction de la tension mesurée en fonction d'un signal de mesure de la température fourni par les moyens de mesure de la température .
Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de mesure de l'intensité du courant émis dans le fluide.
Selon un mode de réalisation les moyens de correction de la tension fournie par le générateur de tension alternative comprennent un amplificateur à haute impédance d'entrée, dont les entrées sont connectées à la deuxième paire d'électrode et dont la sortie est connectée audit générateur, de façon à commander la tension appliquée à la première paire d' électrodes . L'invention concerne encore un procédé de mesure de l'évolution d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux, dans lequel un courant alternatif, proportionnel à la conductivité du fluide, est émis au moyen d'une première paire d'électrodes connectée à un générateur de tension alternative, une différence de potentiel entre une seconde paire d'électrodes disposée sur une ligne d'un champ de potentiel créé entre les électrodes de la première paire étant maintenue sensiblement constante par l'application d'une correction de la tension fournie par le générateur de tension alternative, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'une calibration de la tension appliquée à la première paire d' électrodes en fonction de la conductivité du fluide, réalisée avant l'évolution d'un dépôt,
- la mesure de la tension appliquée à la première paire d'électrodes, suite à l'évolution d'un dépôt, pour une conductivité donnée du fluide,
- la comparaison de la tension mesurée avec une valeur de calibration de ladite tension pour la même conductivité donnée du fluide, et
- la génération d'un signal représentatif de la variation de résistance électrique de la première paire d'électrode créée par l'évolution du dépôt, à partir de ladite comparaison.
Avantageusement, la calibration est réalisée en l'absence de dépôt.
Selon une variante, la calibration est réalisée avant dégradation d'un dépôt. De préférence, la calibration de la tension appliquée à la première paire d'électrodes étant réalisée à une température de calibration, le procédé selon l'invention comprend une correction en température de la valeur de la tension mesurée pour ramener ladite valeur à la température de calibration. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
-la figure 1 représente schématiquement un dispositif connu de mesure de la conductivité électrique d'un fluide à quatre électrodes ;
-la figure 2 est un graphique illustrant un exemple de courbe de calibration de la tension appliquée entre les électrodes d'injection de potentiel du dispositif de la figure 1 en fonction de la conductivité du milieu, à une température donnée ;
-la figure 3 représente schématiquement un dispositif de mesure du type de celui représenté à la figure 1, adapté selon l'invention, et
-la figure 4 est un graphique illustrant des résultats de test menés sur le dispositif de mesure selon l'invention. La présente invention cherche dans un premier temps à utiliser les imperfections des systèmes métrologiques existants et, en particulier, celles des appareils de mesure de la conductivité électrique d'un fluide . Pour mesurer la conductivité des fluides, on utilise classiquement des cellules de mesure qui, dans leur forme la plus simple, se composent de deux électrodes espacées d'une distance définie. La mesure de la conductivité d'un fluide dans lequel la cellule est plongée, s'effectue alors en appliquant une tension alternative entre les deux électrodes et en mesurant le courant circulant au travers d'elles dans le fluide, d'où l'on peut en déduire la résistance du fluide à l'intérieur de la cellule. Cependant, une source d'erreur inhérente à ce type de mesure est liée aux dépôts générant des impédances parasites et une modification de la constante de la cellule, due notamment au phénomène d'encrassement des électrodes.
Aussi, ont été développées des cellules de mesure à quatre électrodes, permettant de pallier dans une certaine mesure ces conséquences de l'encrassement des électrodes, en rendant le courant mesuré sensiblement indépendant de la résistance parasite supplémentaire créée à l'interface entre l'électrode et le fluide par la formation d'un dépôt lié à l'encrassement. On a représenté à la figure 1 une telle cellule de mesure 10, avec ses circuits périphériques, dont le fonctionnement va maintenant être décrit plus en détail .
Une première paire d'électrodes, respectivement 1 et 4, est connectée à un générateur de tension alternative 5, permettant d'injecter un courant i sous une différence de potentiel ΔV sensiblement constante dans le fluide 6 entre les électrodes 1 et 4 de la première paire. Le générateur 5 injecte par exemple entre les électrodes un signal carré symétrique par rapport au zéro, inférieur au potentiel d' électrolyse de l'eau (environ 1,22 V), par exemple 0,25 V et de fréquence voisine de 400 Hz.
Une deuxième paire d'électrodes, respectivement 2 et 3, est avantageusement disposée entre les électrodes 1 et 4 de la première paire, sur une ligne équipotentielle commune d'un champ de potentiel créé entre ces dernières. Ces deux électrodes 2 et 3 permettent alors de récupérer une certaine tension partielle, représentative de la conductivité des fluides dans lesquels est plongée la cellule.
En pratique, quand une tension ΔV est appliquée entre les électrodes 1 et 4, un courant i circule donc dans les fluides à l'intérieur de la cellule. Un amplificateur 7 permet alors de récupérer et contrôler la différence de potentiel ΔVref à travers les fluides entre les deux électrodes 2 et 3.
L'amplificateur 7 étant un amplificateur à haute impédance d'entrée, on considère que les électrodes 2 et 3 sont parcourues par un courant négligeable. En conséquence, la différence de potentiel ΔVref entre les deux électrodes 2 et 3 peut être considérée comme indépendante d'un quelconque état d'encrassement de celles-ci et est uniquement due au courant i, à la résistance Rl du milieu 6 et à la configuration des électrodes .
Ainsi, ΔV = Rl*i, d'où i = ΔV/R1, avec Rl = p*l/s, 1 étant la distance entre les électrodes 1 et 4 d'injection de potentiel et s la surface de celles-ci. Sachant que la conductivité est directement égale à 1/p, le courant i est donc directement proportionnel à la conductivité, ΔVref étant maintenue constante.
Autrement dit, connaissant la différence de potentiel ΔV appliquée entre les électrodes 1 et 4, ΔVref étant maintenue constante entre les électrodes 2 et 3, et la constante de la cellule 1/s, la mesure du courant i permet de connaître la conductivité. Le courant i peut être mesuré de différentes façons. Par exemple, le générateur de tension 5 peut être connecté en série avec une résistance Rm de faible valeur, utilisée pour la mesure du courant i émis dans les fluides à l'intérieur de la cellule. Les bornes de la résistance Rm sont reliées aux entrées respectives d'un amplificateur 9, permettant de mesurer la différence de potentiel ΔVm à ses bornes. Cette différence de potentiel ΔVm est alors directement fonction de la conductivité, qui est affichée par l'intermédiaire d'un moyen d'affichage 11.
Le dispositif de la figure 1 peut également comprendre des moyens de mesure de la température du fluide (non représentés) , par exemple du type comprenant une résistance sensible à la température du fluide, aptes à fournir un signal représentatif de cette température. Ce signal de température est utilisé afin d'apporter une correction en température à la mesure de conductivité obtenue, pour ramener cette valeur par exemple à 250C.
Comme on va maintenant le voir plus en détail, le principe de cette cellule de mesure à quatre électrodes est de maintenir constante la différence de potentiel ΔVref entre les électrodes 2 et 3 de la deuxième paire d'électrodes, quelle que soit la conductivité/ résistance du milieu.
En effet, lors d'un fonctionnement de la cellule avec encrassement des électrodes, des résistances série supplémentaires, de valeur positive (résistance) ou négative (générateur) , symbolisées Re sur la figure 1, apparaissent sur les électrodes qui sont en contact électrique avec le fluide, significatives de la formation d'un dépôt.
Les résistances supplémentaires en série avec les électrodes internes 2 et 3 peuvent atteindre des valeurs ohmiques élevées sans qu'il en résulte des erreurs de mesure, car par construction, l'amplificateur 7 mesure une différence de potentiel sans consommation de courant, la résistance d'entrée de l'amplificateur 7 étant grande. Par contre, un dépôt partiel, isolant ou conducteur, sur les électrodes d'injection de potentiel 1 et 4, va modifier l'impédance de la cellule par rapport à ce qu'elle devrait être pour une conductivité donnée. Par ailleurs, ce dépôt est susceptible de modifier sensiblement les espacements moyens entre les électrodes, ce qui se traduit par une variation de la valeur ohmique de la résistance Rl.
L'intérêt des électrodes internes 2 et 3 est alors de pallier les effets de l'encrassement, comme expliqué ci-après .
Ainsi, pour une même conductivité du liquide avec encrassement, le courant i diminue, donc la différence de potentiel ΔVref mesurée entre les électrodes 2 et 3 diminue également. Dans cette situation, l'amplificateur 7 commande, via une boucle de rétroaction 8, au générateur de tension 5 de corriger la tension injectée ΔV de façon à maintenir la plus constante possible la valeur de ΔVref mesurée entre les électrodes 2 et 3. On se retrouve alors dans le cas décrit précédemment sans encrassement, où la mesure du courant i est directement proportionnelle à la mesure de la conductivité, ΔVref étant maintenue constante.
L'analyse en continu des tensions appliquées aux électrodes 1 et 4 par le générateur de tension 5 pour des solutions de conductivité identique avec électrodes propres (ou avant évolution d'un dépôt), d'une part, et avec électrodes encrassées (ou après évolution d'un dépôt), d'autre part, peut donc avantageusement être utilisée pour détecter un dépôt sur les électrodes et contrôler l'évolution de celui-ci.
En effet, toute différence, en plus ou en moins, détectée entre la tension appliquée aux électrodes 1 et 4 pour une même conductivité mesurée du milieu, pourra indiquer l'apparition d'un dépôt non désiré sur les électrodes, ou même la dégradation d'un dépôt volontairement présent, dans un contexte de contrôle du maintient d'un film de protection sur une surface, par exemple une couche de protection cathodique.
Cette information concernant la différence de tension appliquée sur les électrodes 1 et 4 pour la même conductivité du milieu mesurée, avant et après évolution d'un dépôt, est finalement représentative de l'évolution de ce dépôt au niveau des organes d'une installation dans lesquels le dispositif de mesure est placé.
Cet aspect de l'invention est illustré par la figure 2, sur laquelle est représenté un exemple de relation entre la tension ΔUP appliquée aux électrodes 1 et 4 (tension mesurée corrigée par le signal de température pour ramener sa valeur à 25 °C) et la conductivité du milieu mesurée, avec « électrodes propres » (c'est-à-dire en l'absence de dépôt non désiré ou avant dégradation d'un dépôt volontairement présent) .
Cette relation permet donc de déterminer une courbe de calibration Cal de la tension appliquée aux électrodes 1 et 4 avant évolution d'un dépôt en fonction de la conductivité, à partir de laquelle, suite à l'évolution d'un dépôt, pour une mesure ΔUe réalisée de la tension alors appliquée aux électrodes 1 et 4 pour une conductivité donnée C, mesure ramenée à 25 °c après correction en température, on pourra déterminer l'écart ε avec la valeur de tension ΔUP « électrodes propres », fournie par la courbe de calibration pour la même conductivité C, lequel écart étant représentatif de l'évolution du dépôt.
Pour ce faire, en référence au mode réalisation de l'invention décrit à la figure 3, dont les éléments en commun avec la figure 1 portent les mêmes références, le dispositif de mesure comprend des moyens 12 de mesure en continu de la tension Δϋe appliquée aux électrodes d'injection de tension 1 et 4, pour une mesure de la conductivité donnée du milieu.
Le dispositif de mesure comprend encore des moyens 13 de type microcontrôleur, intégrant des moyens de stockage 14 de la calibration de la tension appliquée aux électrodes d'injection de tension 1 et 4 avant évolution d'un dépôt en fonction de la conductivité, pour une température donnée, et des moyens 15 adaptés pour effectuer la comparaison de la valeur de la tension mesurée ΔUe avec une valeur de calibration stockée ΔUP, pour la même conductivité donnée du milieu. La valeur de tension mesurée ΔUe, ainsi que celle de la conductivité évaluée du milieu sont préalablement corrigées en température pour être ramenée" à la température de calibration, par exemple à 250C. Le microcontrôleur 13 est alors à même, à partir de la comparaison effectuée pour chaque mesure ΔU e, réalisée, de produire un signal IND de détection d'un dépôt sur la surface contrôlée. Ce signal IND est plus particulièrement représentatif de la résistance électrique créée par l'évolution (formation ou dégradation) du dépôt sur la surface des électrodes. Cette résistance est fonction (entre autre des effets capacitifs) de la résistivité du dépôt et de son épaisseur . Cette résistance électrique complémentaire créée par l'évolution d'un dépôt sur les électrodes est symbolisée par Rr sur la figure 3.
Ainsi, selon une approche théorique, dans l'hypothèse où le fluide considéré est de l'eau, soient:
Rl = résistance de la colonne d'eau en Ω
S = surface des électrodes;
L = longueur de la colonne d'eau sous mesure ;
ΔUP = valeur de la tension injectée en volts, électrodes propres ;
ΔUe = valeur de la tension injectée en volts, après évolution d'un dépôt sur les électrodes ; ip = valeur du courant, électrodes propres ; is = valeur du courant, après évolution d'un dépôt sur les électrodes ; Conde = Conductivité de l ' eau ; pe = résistivité de l ' eau ; a = constante ;
Is = épaisseur de la couche de dépôt de résistivité ps et de surface S.
Dans le cas électrodes propres, on a vu que le courant mesuré est proportionnel à la conductivité, soit : ip = a x Conde
La loi d'Ohm donne : AUp=Rlxip-RlxaxConde
Après évolution d'un dépôt sur les électrodes, en considérant que la constante de cellule n'est pas modifiée par la surface S on peut écrire :
Figure imgf000017_0001
Mais par principe de fonctionnement et dans les limites du fonctionnement correct, on a : is = ip = i D'où :
Figure imgf000017_0002
Après simplification il vient :
Figure imgf000017_0003
axconde Sy condej
La première partie de la formulation étant l'objet de la mesure, le signal IND fourni en sortie par le microcontrôleur est donc un signal s' exprimant en Ohm et fournit plus précisément la différence de résistance entre la couche de dépôt et la couche correspondante si celle-ci était remplacée par de l'eau au moment de la mesure (sous réserve que la nature du dépôt ne modifie pas fondamentalement S et donc les lignes de champ) .
Cette résistance complémentaire peut être due a une résistance ohmique, à un effet capacitif, etc.
Ainsi, pour différentes valeurs de conductivités rencontrées dans une installation :
- en calibrant la valeur de la tension appliquée aux électrodes 1 et 4 en fonction de la conductivité du fluide, la calibration étant effectuée avant l'évolution d'un dépôt, c'est-à-dire avec électrodes propres, et corrigée en température pour ramener cette valeur par exemple à 250C, et
- en mesurant et en comparant comme exposé ci- dessus la valeur de tension appliquée aux électrodes 1 et 4 suite à l'évolution d'un dépôt, par rapport à la valeur de tension de calibration pour la même conductivité du milieu mesurée, on obtient, pour chaque mesure, une information quant à la présence d'un dépôt sur une surface, directement reliée à la résistance créée par le dépôt sur les électrodes. Le suivi de ces mesures sur une période de temps donné, permet en outre de contrôler l'évolution de ce dépôt sur la surface sur ladite période.
La figure 4 illustre à cet effet les résultats de tests menés sur plusieurs jours lors de l'implantation du dispositif de mesure selon l'invention dans un équipement d'une installation industrielle utilisant un fluide traité, en représentant l'évolution du signal de détection de dépôt IND et celle de la conductivité Cond, en fonction du temps .
Ces résultats de test montrent par exemple que les effets d'une action de traitement, symbolisée par le trait plein vertical en date du 14/02, sont restitués très nettement par le signal de détection IND fourni par le dispositif de mesure selon l'invention. En effet, on peut voir que le signal IND, représentatif de la variation de la résistance créée par le dépôt sur les électrodes, diminue fortement suite à l'action de traitement, indiquant donc parfaitement un effet de décrochement de dépôt sur l'électrode, dû à l'action du traitement .
La cohérence de la mesure obtenue avec les résultats attendus du traitement, attestent donc de la fiabilité des informations fournies par le dispositif de mesure selon l'invention sur le comportement d'un dépôt dans un équipement d'une installation industrielle.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de l'évolution d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux, comprenant au moins une première paire d'électrodes (1, 4) connectée à un générateur (5) de tension alternative, pour émettre dans le fluide un courant alternatif proportionnel à la conductivité du fluide, au moins une deuxième paire d'électrodes (2, 3) disposée sur une ligne d'un champ de potentiel créé par la première paire d'électrodes, et des moyens de correction (7, 8) de la tension fournie par le générateur de tension alternative, pour maintenir sensiblement constante la différence de potentiel (ΔVref) entre la deuxième paire d'électrodes, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il comprend des moyens (12) de mesure de la tension appliquée à la première paire d'électrodes, des moyens de stockage
(14) d'une calibration (Cal) de la tension appliquée à la première paire d'électrodes avant évolution d'un dépôt en fonction de la conductivité du fluide, et des moyens de comparaison (15), liés aux moyens de stockage et propres à comparer la tension mesurée (ΔUe) pour une conductivité donnée du fluide avec une valeur de calibration stockée (ΔUP) pour la même conductivité donnée, afin de produire un signal (IND) représentatif de la variation de résistance électrique de la première paire d'électrodes créée par l'évolution d'un dépôt.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de calibration correspond à la valeur de la tension appliquée à la première paire d'électrodes en l'absence de dépôt.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de calibration correspond à la valeur de la tension appliquée à la première paire d'électrodes avant dégradation d'un dépôt .
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de la température du fluide et des moyens de correction de la tension mesurée en fonction d'un signal de mesure de la température fourni par les moyens de mesure de la température.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure (Rm, 9) de l'intensité du courant émis dans le fluide.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de correction de la tension fournie par le générateur (5) de tension alternative comprennent un amplificateur (7) à haute impédance d'entrée, dont les entrées sont connectées à la deuxième paire d'électrode et dont la sortie est connectée audit générateur, de façon à commander la tension appliquée à la première paire d'électrodes.
7. Procédé de mesure de l'évolution d'un dépôt sur une surface en contact avec un fluide aqueux, dans lequel un courant alternatif, proportionnel à la conductivité du fluide, est émis au moyen d'une première paire d'électrodes (1, 4) connectée à un générateur (5) de tension alternative, une différence de potentiel (ΔVref) entre une seconde paire d'électrodes (2, 3) disposée sur une ligne d'un champ de potentiel créé entre les électrodes de la première paire ' étant maintenue sensiblement constante par l'application d'une correction de la tension fournie par le générateur de tension alternative, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'une calibration (Cal) de la tension appliquée à la première paire d'électrodes en fonction de la conductivité du fluide, réalisée avant l'évolution d'un dépôt,
- la mesure de la tension appliquée à la première paire d'électrodes, suite à l'évolution d'un dépôt, pour une conductivité donnée du fluide,
- la comparaison de la tension mesurée (ΔUe) avec une valeur de calibration (ΔUP) de ladite tension pour la même conductivité donnée du fluide, et
- la génération d'un signal (IND) représentatif de la variation de résistance électrique de la première paire d'électrode créée par l'évolution du dépôt, à partir de ladite comparaison.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la calibration est réalisée en l'absence de dépôt .
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la calibration est réalisée avant dégradation d'un dépôt.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la calibration de la tension appliquée à la première paire d'électrodes est réalisée à une température de calibration et en ce qu' il comprend une correction en température de la valeur de la tension mesurée pour ramener ladite valeur à la température de calibration.
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