Brevet FR2359419A1 — publié le 19780217

La présente invention concerne des instruments et des procédés de contrôle de paramètres variables à l'intérieur d'une enceinte dont l'accès n'est pas commode normalement. Dans de nombreuses catégories d'industries en particulier, bien que les mêmes problèmes ou des problèmes analogues se posent dans d'autres cas, 11 obtention de l'information continue concernant des opérations internes à une enceinte qui n'est pas facilement accessible, par exemple l'intérieur d1un élément d'appareillage industriel, est extrwemement avantageuse. Par exemple, dans le cas des fours, des chaudières, des turbines, des canalisations et des appareillages analogues, l'obtention d'information concernant l'état de corrosion des surfaces internes ou la vitesse de dépit de matières sur les surfaces est extremement utile.La plupart des ins tallations industrielles fonctionnent dans des atmosphères agressives, par exemple à température faible ou élevée, à cause de la combustion d'une matière solide, liquide ou gazeuse et/ou à la suite d'une opération chimique. Par exemple, dans les fours et turbines, un appareillage classique utilisé pour la mesure de la corrosion ou du dépôt sur les surfaces ne peut pas résister aux températures élevées qui y règnent ou n'est pas suffisamment sensible pour pouvoir donner des résultats suffisamment significatifs.La sensibilité est une caractéristique importante si ltón considère que lrarrAet d'un four, par exemple à la suite d'une corrosion excessive, est une opération extremement coûteuse au point de vue de la perte de production, et un appareillage précis de contrôle est extremement avantageux s'il permet l'utilisation de l'installation pendant la durée maximale avant l'arret. Jusqutà présent, étant donné le défaut d'appareillages suffisamment sensibles, on a dû en général augmenter considérablement les marges de sécurité, c'est-à-dire arrêter l'installation plus souvent que nécessaire d'après les conditions régnantdans l'installation, avec une perte conséquente de rendement. Dans d'autres cas, le contrôle du déptt ou de la corrosion dans les conditions à température très basse ou dans des conditions dans lesquelles le dispositif de centrale est exposé à des conditions atmosphériques telles qu'il peut titre détruit, par exemple dans des vents à très grande vitesse, peut titre souhaitable. On peut rencontrer ces conditions de faible température dans des opérations de fabrication (par exemple dans les récipients de cristallisation) ou lors du contrtle du dépit de glace, par exemple sur un aéronef. Dans ces circonstances, un dispositif robuste, d'un type qui n'est pas encore disponible, serait bien nécessaire. L'invention concerne un procédé et un appareil de contrôle d'une enceinte, destinés à donner une information sur l'état de la corrosion ou d'un dépit en surface dans cette enceinte. Selon une caractéristique importante de l'invention, aucun appareillage délicat de détection n'est utilisé dans enceinte ou l'atmosphère contrtlee et l'appareil peut donc être utilisé dans des milieux, atmosphères ou enceintes très difficiles. Parmi lès avantages de l'appareil de l'invention, on peut indiquer qu'il peut être monté facilement sur un élément quelconque d'installation ou d'appareillage industriel, de façon relativement commode, qu'il peut fonctionner à température élevée ou faible, à des pressions élevées, lorsque le débit de gaz ou de liquide est très élevé, et dans des atmosphères telles qu'un dépit -d'une espèce chimique ou une corrosion de l'appareillage est probable.L'appareil convient à des appareils industriels très divers et il permet une dé termination continue du dépôt ou de la corrosion dans un réacteur ou une chambre quelconque. En outre, bien qu'il ait été plus précisément mis au point dans des applications en phase gazeuse à température élevée, il convient aussi à la mesure du dépit et de la corrosion dans des liquides lorsqu'une attaque chimique peut etre prévue ou lorsqu'une matière solide peut se déposer à partir du liquide. L'appareil s'applique en particulier aux cas dans lesquels le poids spécifique du dépit solide n'est pas proche de celui du liquide ; il est par exemple utile pour le contrtle du dépit dans les circuits d'eau chaude. L'invention repose sur le contrôle de la fréquence de résonance d'un élément mis en vibration, cette information permettant la mesure par exemple du dépit et/ou de la corrosion car la fréquence de résonance de l'élément qui vibre change en cas de corrosion ou lorsque des matières se déposent sur lui. Ainsi, l'invention concerne un appareil de contrale de paramètres d'une enceinte ou d'une atmosphère, comprenant un élément vibrant destiné à etre placé dans l'enceinte ou l'atmosphère, un dispositif destiné à relier l'élément en un point qui se trouve au-delà d'une paroi délimitant l'enceinte ou l'atmosphère, et à transmettre les vibrations à l'élément qui vibre audit point, et un support élastique destiné à être placé entre le dispositif de liaison et la paroi, la fréquence de résonance de l'élément vibrant étant différente de celle du dispositif de liaison et de celle du support. L'enceinte où l'atmosphère à contrôler peut titre par exemple une chambre et dans ce cas, le dispositif de liaison traverse une paroi de la chambre. Dans une variante, l'enceinte ou l'atmosphère peut être l'atmosphere externe contralée depuis l'intérieur d'un aéronef, d'un récipient ou d'un bâtiment et dans ce cas la paroi est celle de l'aéronef ou d'un dispositif analogue. L'élément vibrant peut être avantageusement allongé bien que d'autres configurations conviennent aussi. Par exemple, il peut avoir la forme d'un cercle, avec une section rectangulaire, ou d'un disque. Lorsqu'on utilise un élément allongé, - celui-ci peut sistre avantageusement porté par le dispositif de liaison à l'une de ses extrémités ou près d'une de ses extrémités. Le dispositif de liaison peut comprendre une barre qui peut etre sous forme d'une tige allongée, ou un tube et il peut autre disposé afin qu'un vibrateur soit relié à lui, à l'extrémité éloignée de celle qui est associée à l'élément. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de liaison peut comprendre deux éléments destinés à être placés de part et d'autre de la paroi de la chambre et reliés l'un à l'autre par un dispositif magnétique. Les deux éléments peuvent etre séparés par la paroi de la chambre prè#s d'un rétrécissement de cette paroi ou du dispositif de support, par exemple au niveau d'un diaphragme qui peut wetre placé entre les éléments. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de liaison peut etre do type à magnétostriction dans lequel un champ magnétique créé en un point d'un coté de la paroi provoque la vibration diun élément placé de l'autre ctté de la paroi. Le support élastique peut avoir diverses configurations. Comme indiqué précédemment, le support est un diaphragme, par exemple en acier inoxydable. Un autre dispositif avantageux est un support en forme de soufflet. Selon une autre caractéristiqUe de l'invention, le support peut ventre formé par un canai ou un alésage de la paroi de la chambre, permettant un coulissement sans jeu du dispositif de liaison qui est forme par une barre ou un tube. Lorsque le dispositif de liaison est allongé notamment, un autre support élastique, par exemple un croisillon élastique, peut etre ajouté au support élastique et peut le cas échéant ne pas etre relié à ce dernier. L'invention concerne aussi un procédé de contrtle de paramètres d'une enceinte ou d'une atmosphère, comprenant le support dans l'enceinte d'un élément vibrant, la transmission à cet élément, par un dispositif de liaison supporté élastiquement, de vibratiorsappliquées à ce dispositif de liaison, en un point qui Se trouve en dehors de l'atmosphère ou de ilenceinte, et le contrle de signaux indiquant la résonance de l'élément vibrant et correspondant à la détection de variations desdits paramètres.Ainsi, par exemple, lorsque le dispositif dé liaison vibre sous la commande d'un vibrateur électrique, la résonance de l'élément peut titre détectée avec un détecteur qui permet la détermination du moment où l'énergie transmise au dispositif vibrant a une valeur minimale. Lorsque la tension d'alimentation est maintenue à une valeur fixe, la résonance peut titre détectée en un point de circulation d'un courant d'intensité minimale vers le vibrateur. Une compensation peut être assurée en fonction des changements de température qui ont une influence sur la fréquence de résonance de l'élément vibrant, par exemple à l'aide de thermocouples ou d'autres dispositifs de mesure de température fixés dans 11 élément vibrant ou dans le dispositif de liaison, de préférence dans l'élément vibrant lui-m#me. Dans une variante, cette compensation peut ne plus titre nécessaire lorsque liéléXent vibrant est formé d'au moins deux métaux différents tels que la fréquence de résonance de l'élément est pratiquement indépendante de la température. La fréquence des vibrations transmises au dispositif de liaison dépend évidemment de la fréquence de résonance de l'élément vibrant ; les dimensions de l'élément sont donc choisies compte tenu de la plage souhaitable ou disponible des fréquences du vibrateur. En général, la fréquence des vibrations transmises est normalement comprise entre 0,01 et 10 kHz, de préférence entre 0,3 et 3 kHz. Il est avantageux que les fréquences qui constituent des harmoniques intenses de la fréquence de l'alimentation du vibrateur soient évitées. D'autres caractéristiques et avantages d un appareil selon 11 invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une élévation en coupe partielle d'un mode de réalisation de l'invention, vue en direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de la chambre cylindrique dans laquelle est placé l'appareil de contrtle ; - la figure 2 est une élévation en coupe partielle de l'appareil de la figure 1, suivant ltaxe longitudinal de la chambre dans laquelle il est monté ; et - la figure 3 est une élévation en coupe partielle correspondant à la figure 1 et représentant une variante selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un appareil selon l'invention et une partie de la paroi 10 d'un réacteur ou d'une chambre fermé, ayant une section circulaire dans le mode de réalisation représenté. L'appareil de contrôle selon l'inven- tion est monté à l'extérieur de la paroi de la chambre et comprend un bottier 12 qui peut etre soudé, vissé ou fixé d'une autre manière à la paroi de la chambre. Un vibrateur électromécanique 14 est fixé dans le bottier 12 et une tige 16 de liaison qui peut être pleine ou creuse, dépasse du vibrateur 14 vers la chambre. La tige 16 passe dans un trou 18 de la paroi 10, ayant une dimension supérieure à celle de la section de la tige.Une lame 20 est fixée à l'extrémité de la tige 16, dans la chambre, et elle est portée à l'une de ses extrémités, en porte-à-faux. La lame 20 peut etre par exemple soudée à la tige 16. La position et la disposition de la lame 20 dans la chambre dépendent des conditions particulières de fonctionnement et du sens de circulation dans la chambre, le cas échéant. La tige 16 est portée près de la paroi 10 par un diaphragme 22 qui est fixé à la paroi par une plaque 24 de serrage. Le diaphragme 22 peut etre par exemple un disque circulaire ayant un orifice convenable en son centre qui permet la fixation mécanique sûre de la tige 16, et il peut être soudé à la tige. Les dimensions et les matières choisies pour la tige 16, la lame 20 et le diaphragme 22 dépendent de l'atmosphère particulière dans laquelle ils doivent etre utilisés. Dans de nombreuses applications cependant, l'acier inoxydable est une matière qui convient pour la formation de ces éléments. Selon une caractéristique importante de l'invention, la fréquence de résonance de la lame 20 doit etre différente de celle de la- tige 16 et du diaphragme 22 afin que les signaux représentatifs de la fréquence de résonance de la lame ne soient pas cachés ou rendus ambigus par les signaux de la tige 16 ou du diaphragme 22. Lors de l'utilisation, le vibrateur 14 est alimenté par une source électrique externe (non représentée) et des vibrations, par exemple de l'ordre de I kHz, sont transmises à la lame 20. Des dispositifs convenables permettent l'égalisation des pressions de part et d'autre du diaphragme 22 afin que celui-ci puisse fonctionner sans etre déformé. On peut par exemple obtenir cette caractéristique avec une liaison placée entre le contenu de la chambre et l'intérieur du bottier 12. Dans une variante, on peut utiliser une réserve indépendante, par exemple d'un gaz inerte, notamment l'azote, reliée à l'intérieur du bottier 12, et une commande d'égalisation peut maintenir la pression dans le bottier 12 à une valeur qui correspond à celle du réacteur ou de la chambre. Le cas échéant, le diaphragme 22 peut ebe refroidi afin qu'il soit maintenu à une température convenable de fonctionnement inférieure à celle de la chambre. Par exemple, une réserve d'un gaz inerte ou d'air de refroidissement peut être utilisée à cet effet. Lorsque la matière de la lame 20 est corrodée ou lorsque des matières se déposent à la surface de la lame, la fréquence de résonance de celle-ci varie. Cette fréquence de résonance est influencée par quatre paramètres, sa masse, son module d'élasticité, ses dimensions et sa température. La compensation des variations de température peut titre assurée et ce sont essentiellement les variations de la fréquence dues aux variations de la masse, du module et des dimensions de la lame 20 qui sont détectées selon l'invention. La compensation des variations thermiques qui provoquent des variations de la fréquence de résonance de la lame 20 peut étre réalisée par fixation de thermocouples non représentés dans la lame ou dans la tige 16, notamment lorsque celle-ci est creuse, et des signaux des thermocouples peuvent etre utilisés pour la transmission de signaux représentatifs des variations de température, ayant une amplitude telle qu'ils compensent la variation du signal à la fréquence de résonance, qui peut etre attribuée à l'effet de température seul. On utilise un appareil électrique convenable de commande avec l'appareil de centrale. La résonance de la lame est détectée par contrtle du courant d'entrée du vibrateur 14. A la résonance, le courant d'entrée a une valeur minimale, et, comme dans tout système mécanique à facteur Q élevé, la détection des très faibles variations de la fréquence de résonance sont possibles. La sensibilité de l'appareil est donc extremement élevée et on peut détecter des variations très faibles de la masse, du module ou des dimensions de la lame 20. Lorsqu'on utilise un pont, les petites variations du courant d'entrée du vibrateur 14 sont amplifiées et affichées, par exemple dahs l'appareil de mesure.La fréquence de résonance petit alors wetre enregistrée au voisinage de l'in- tensité minimale du-courant. Au préalable, itétalonnage de la fréquence de résonance en fonction de la température est de préférence réalisé et des corrections convenables sont apportées en fonction des variations de température, soit par calcul, soit par décalage électrique direct comme décrit précédemment. La figure 3 représente une variante, analogue à l'appareil des figures 1 et 2 mais dans laquelle le support élastique de la tige 16 est sous forme d'un soufflet 26 en acier inoxydable, fixé au point 28 à la tige de liaison et par une plaque 30 à la paroi 10. Bien que l'appareil selon l'invention puisse être utilisé, avant étalonnage, pour la détermination de la fréquence brute de résonance, on utilise habituellement pour le con trtle soit des variations de îa fréquence de résonance, soit des variations de la vitesse de variation de cette fréquence. Ainsi, lorsque l'appareil contrtle la corrosion ou le dépôt, une vitesse prédéterminée de corrosion ou de dépit peut étre acceptable;mais des variations de cette vitesse, plus prëci- sément l'accélération, pelivent indiquer une variation importante des conditions de l'installation ou du processus mis en oeuvrez méritant qu'on y porte attention.Une variation importante de la fréquence de résonance peut indiquer une fragilisation de la lame qui provoque un changement de son module dtélasticité. Comme, dans de nombreux cas, la matière de la lame est choisie en fonction de la matière d'éléments de linstallation qui peuvent être particulièrement vul- nérables, la corrosion ou la fragilisation de la lame donrie une indication directe sur une détérioration analogue ou potentielle de l'installåtion. L'appareil elon l'invention peut autre totalement automatique et permet le c'contrôle des variations de la corrosion et des dépits de surface sur la lame. Dans. un ensemble totalement automatique, la fréquence de résonance peut étre détectée par utilisation de détecteurs de déphasage, car le déphasage entre le courant du vibrateur et sa tension se rapproche de O lorsque la lame est accordée. On peut utiliser un système électronique didsservissement assurant llac- cord continu et automatique de l'ensemble et l'enregistre- ment des changements de fréquence, par exemple sur un enregistreur à bande de papier ou de type numérique.On peut utiliser, dåns le système d'asservissement, une boucle qui corrige automatiquement les changements indésirables de fréquence dus aux variations de la température. Bien que la des#cription qui précède concerne un appareil de contrtle particulièrement utile pour le contrôle de la corrosion et de la vitesse de dépit de matières dans une installation industrielle, le système de base a des applications bien plus vastes. Par exemple, l'ensemble de con truble peut etre utilisé pour la détection du dépit de tartre dans les circuits industriels d'eau chaude. La disposition de la partie de base de l t ensemble de contrôle, ctest-à- dire la lame, la tige de liaison et le diaphragme, dans une partie convenable de plusieurs circuits d'eau chaude est relativement simple, et la vitesse de dépit du tartre dans les circuits individuels d'eau chaude peut alors etre vérifiée à certains intervalles, par utilisation d'un vibrateur portatif et d'un circuit électronique qui peuvent être reliés aux ensembles individuels de contrtle. REVENDICATIONS 1. Appareil de contrtle de paramètres d'une enceinte ou d'une atmosphère, caractérisé en ce qu'il comprend un élément vibrant destiné à être placé dans l'enceinte ou l'atmosphère, un dispositif de liaison de l'e#m#i#en un point qui se trouve au-delà d'une paroi délimitant l'enceinte ou liatmosphère, et de transmission de vibrations à l'élément, celui-ci vibrant audit point, et un support élastique destiné à étre placé entre le dispositif de liaison et la paroi, la fréquence de résonance de 11 élément vibrant étant différente de celle du dispositif de liaison et de celle du support. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément vibrant est allongé et il est supporté à l'une de ses extrémités ou près de celle-ci par le dispositif de liaison. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de liaison est un tube ou une barre allongée. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de liaison comprend deux éléments destinés à etre placés de part et d'autre de la paroi et reliés l'un à l'autre par un champ magnétique. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support est un diaphragme. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support est un soufflet. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend aussi un vibrateur commandé électriquement et destiné à appliquer des vibrations à l'élément par le dispositif de liaison, et un détecteur destiné à déterminer la valeur minimale de l'énergie transmise au vibrateur. 8. Procédé de contrtle de paramètres d'une enceinte ou d'une atmosphère, caractérisé en ce qu'il comprend le support dans l'enceinte ou l'atmosphère d'un élément vibrant, la transmission à celui-ci, par un dispositif de liaison supporté élastiquement, de vibrations appliquées au dispositif de liaison en un point qui se trouve à l'extérieur de l'enceinte ou de l'atmosphère, et le contrôle de signaux représentatifs de la résonance de l'élément vibrant afin que les variations desdits paramètres soient détectées. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de liaison vibre par transmission d'énergie à un vibrateur associé à lui, et lténergie transmise est con tr#lée afin qu'un point de transmission minimale d'énergie soit déterminé.