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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION Philippe VAN EECK et Samuel ERRERA " Appareil de mesure d'une faible force électromotrice et potentiomètre convenant pour sa réalisation Il.
La présente invention est relative à un appareil de mesure d'une faible force électromotrice, notamment de la , force électromotrice engendrée par une électrode de pH, com- prenant un amplificateur de tension à tubes électroniques en- tre des bornes de connexion de la source de force électro- motrice à mesurer et un instrument indicateur de l'intensité d'un courant provoqué par la force électromotrice amplifiée, le dit amplificateur étant alimenté à partir d'une source de courant de tension variable.
Avec un appareil de mesure de ce genre, toute variation de tension de la source du courant d'alimentation provoque une variation du courant anodique du tube électrondque de sortie de l'amplificateur et influence, par conséquent, l'instrument indicateur de l'intensité du courant. La pré- sente invention a pour but de remédier à cet inconvénient.
A cet effet, l'appareil de mesure suivant l'invention comprend deux tubes électroniques identiques montés en oppo- @
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sinon dont les anodes sont alimentées à partir du point mi- lieu d'une résistance aux bornes de laquelle l'instrument de mesure du courant est monté,
Grâce à cet appareil, les variations identiques du cou- rant anodique des deux lampes en opposition dues aux fluctua- tions de tension du secteur d'alimentation ont des effets op- posés sur l'instrument indicateur et, par conséquent, celui- ci reste indépendant des fluctuations du réseau.
de plus, l'instrument indicateur de courant est beaucoup plus sensiole quand les variations de courant qui l'influen- cent se produisent à partir d'un courant nul que lorsqu'elles se produisent à partir d'un courant tel que le courant ano- dique permanent du tube de sortie d'un amplificateur.
Enfin, un appareil n'envoyant pas de courant permanent dans l'instrument indicateur permet d'envisager l'emploi d'un instrument indicateur gradué directement en pH dans le cas où l'appareil est destiné à mesurer la force électromotrice engendrée par une électrode de pH.
Cet instrument indicateur peut aussi %tre constitué avantageusement par un appareil enregistreur.
Suivant une forme de réalisation particulière, dans le cas où l'amplificateur comprend une série de deux tubes élec- troniques en cascade à couplage direct par résistance dont le premier a sa grille soumise à la différence de potentiel à mesurer, une série de tubes électroniques en cascade iden- tiques aux deux premiers sont montés en opposition avec ceux- ci et sont connectés identiquement à ces derniers, sauf que la grille du premier tube de cette deuxième série n'est pas soumise à la différence de potentiel à mesurer.
On peut économiser un tube électronique danla forme de réalisation précédente tout en obtenant une compensation ac- ceptable des effets des fluctuations de tension sur le courant influençant l'instrument indicateur, à condition de monter un
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tube électronique en opposition aveo le dernier tube de la série de deux tubes électroniques que comprend l'amplificateur. et dharger sa grille de manière identique à celle du dernier tula be de la série en/connectant à la masse de l'amplificateur par l'intermédiaire d'une résistance d'une valeur égale à la résistance interne du Premier tube de la série susdite.
Pour des facilités de Montage et de maintien des conditions de fonctionnement malgré le vieillement des tubes, cette résistance est chosie réglable. Dans le même but, on a intérêt à monter une autre résistance variable entre le filament du tube en opposition avec le tube de sortie de l'amplificateur et la masse de celui-ci.
Lorsqu'on utilise un appareil de mesure d'une faible force électromotrioe, notamment de la f orae électromotrice engendrée par une électrode de pH, comprenant un amplificateur de tension à tubes électroniques entre des bornes de connexion de la source de force électromotrice à mesurer et un instrument indicateur de l'intensité d'un courant provoqué par la tension amplifiée. le dit amplificateur étant constitué d'au moins un tube électronique à chauffage indirect de la cathode , par le filament et dont la tension anodique obtenue à partir de courant alternatif du secteur, est fournie par l'intermédiaire d'un transformateur et d'un redresseur. il se produit des effets de capacité, entre la grille d'entrée du premier tube et le circuit de chauffage.
L'invention a également pour but de remédier à cet inconvénient .
A cet effet, dans l'appareil suivant l'invention, le filament est alimenté directement par le courant alternatif du secteur qui le traverse en série avec une résistance laissant aux bornes du filament la différence de potentiel prévue pour l'alimentationdu filament.
L'invention est également relative à un appareil de mesue @
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d'une faible force électromotrice ,netainentide la force électro- motrice engendrée par une électrode de pH, dans lequel la source de tension à mesurer est montée en opposition avec une source de force électromotrice de compensation réglable au moyen d'un po- tentiomètre qui permet de déterminer un point au même potentiel que celui fourni par la source de tension à mesurer de façon à empêcher la source de tension à mesurer de débiter du courant dans un circuit comprenant notamment un instrument de mesure du courant alimenté par un amplificateur de courant continu constitué d'au moins un tube électronique à chauffage indirect de la catho- de par le filament parcouru par du courant alternatif.
Dans un appareil de ce genre, la source de force électro- motrice de compensation débite en permanence dans le'potentiomè- tre susdit de sorte que sa tension peut varier avec le temps.
L'invention a également pour but de remédier à cet incon- vénient.
A cet effet, dans l'appareil suivant l'invention, la source de force électromotrice de compensation est raccordée en permanence à un chargeur dont le débit vaut au moins autant que le débit à travers la résistance du potentiomètre.
L'invention est enfin relative à un potentiomètre comprenant un fil résistant disposé à la périphérie d'un disque isolant à base circulaire et au contact duquel on peut déplacer un curseur,
Dans les potentiomètres de ce genre employés jusqu'à présent, le fil résistant est enroulé en hélice et celle-ci est disposée dans unpAan pe pendiculaire à l'axe du disque de façon que le curseur qui se déplace autour de cet axe passe successivement d'une spire à l'autre.
Ce potentiomètre ne permet pas d'obtenir une variation conti- nue de tension par le déplacement du curseur . Il ne convient donc par exemple pas pour être monté dans le circuit d'une force électromotrice constante en opposition avec une source de faible force électromotrice à mesurer grâce au concours d'un, amplifica-
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teur courut . Continu tubes "t1Uf}ï teur de oourant oontinu à tubes éleotroniques dont la grille le circuit anodique aux deux sources en opposition et dont le circuit anodique de Sortie est connecté à Un instrument indicateur de courant. sortie est connecté à un instrument qui La présente invention a comme objet un Potentiomètre Permet d'obtenir une variation tout à fait continue de la tension par le déplacement de son curseur.
Cet effet, dans potentiomètre, -.rri""# 8 sur résistant est enroulé sur le disque isolant et le Our¯ seur comprend un galet qui peut rouler sur ce fil.
####t qui Peut rouler sur ce fil.
Suivant une forme de réalisation avantageuse@ résistant est enroulé en hélice sur le le fil est Porte hélice sur disque galet est porté par Un bras qui Pour un tour, est entraîné parai. l'hélice. l'axe du disque d'une quantité égale au pas de l'hélice.
De cette façon la réalisation de la graduation est grandement facilitée puisqu'elle est effectuée à partir de 360 .
D'autres particularités et détails l'invention apparattront au cours de la description des dessins annexés au Pre. t des dessins annexés présent mémoire et qui représentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, quelques formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 est un schéma d'un appareil de mesure suivant l'invention, les figures et représentent deux variantes d'une partie de l'appareil suivant la figure 1, variantes d'une La figure 4 est une vue en perspective, après brisures partielles,d'un potentiomètre suivant l'invention, brisures la figure 5 représente une autre forme de réalisation de ce potentiomètre. réalisât Dans ces différentes figures les mémes notations de référence désignent des éléments identiques.
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A la figure 1, on a représenté un appareil de mesure d'une faible force électromotrice telle que celle engendrée par une électrode de pH. Celle-ci peut être connectée à deux bornes telles que 2 et 3. La borne 2 est connectée par
103 un conducteur/ à la grille 4 d'un tube électronique 5 du type à écran . Ce tube 5 est monté en série avec un autre tube 8 et à cet effet, son anode 7 est reliéeà la grille 8 du tube 6 par un conducteur 9.
Le secteur à courant alternatif 10 alimente un transfor- mateur 11 comprenant un enroulement primaire 12 et deux en- roulements secondaires 13 et 14. L'enroulement secondaire 13 est destiné à fournir la tension anodique des différents tubes de l'amplificateur . Le courant qu'il fournit est redressé par un redresseur 15 et filtré par une bobine de self-induc- tion 16 et des condensateurs 17 et 18. L'alimentation de l'anode 7 du tube 5 est effectuée à travers une résistance 19, qui est par exemple de deux mégohms , au delà de laquel- le le conducteur 9 est connecté à l'anode 7. L'anode 20 du tube 6 est connectés à la même source de tension à travers une résistance 21.
L'écran 22 du tube électronique 5 est con- necté à la masse 23 de l'amplificateur à travers une résistan- ce 24, qui est par exemple de 5000 ohms . La grille 4 est connectée à la masse 23 à travers une résistance 25 de quinze mégohms , tandis que la cathode 26 est connectéeà la masse 23 à travers une résistance 27 de 1500 ohms , La cathode 28 du tube électronique 6 est connecté à l'écran 22 à travers une résistance 29 ayant la même valeur que la résistance 24, soit 5.000 ohms.
Une tube électronique 30 identique au tube 6 est monté en opposition avec celui-ci . Son anode 31 est alimen- tée à travers une résistance 32 égale à la résistance 21. Sa grille 33 est chargée de manière identique à la grille 8 du tube 6 en étant connectée à la masse de ce dernier tube par
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l'internéàiaire d'une résistance 34 dont la valeur est égale à la résistance interne du premier tube 5. exact e Pour cette On peut facilement obtenir la valeur exacte pour Peut en résistanee én aàoptant une résistanee réglable . 0n peut en ,,sistance On p adoptant Une résistance 'réglable - 0 ube outre faciliter le réglage fonctionnement du tubs 30 la outre le tube 6 en oonneetant la cathode 35 a opposition ds l'apparsi1 .
trsvers une autre résistance varia- masse 23 de l'appel choisie Pour cette résistance doit étre égale La Valeur dss vs1surs des résistances 24 et 29.
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Les trois csthodS psr fi1sent. Les filaments 37, 38 indj'r act clé cathode par ileeell tubes sont
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appartenant respectivement aux tubes ont alimentés
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connectés en série avec une résistance 40 et sont aiiaentés en courant alternatif à partir du secteur 10. Cette résistan- ce à0 a une valeur telle qu'elle laisse subsister aux bornes de chaque filament la différenoe de Potentiel prévue chauffa
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l'alimentation du filament considéré.
Par ce mode de chauffage
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,,,tation du filament "....irot e. on évite effets de ooapiage entre le circuit clé chauffage
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on évite les du premier tube 5-
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et la grille d'entrée du premier tube 5. #### Un appa..11 indicateur de l'intensité du courant an0d'- appar e ri et 3() est monté en dérivation sur les résis que àes tubes 6 et 3Q est monté en àérivation SUr les résiB- tances 21 et 32, uet appareil est désigné par 41. Il est par sx..p1e constitué pa< un mi11iampèreètre accusant des par eXEMP18 0 onstitu, jjjiampère
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courants entre 0 et 1 milliampère.
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Dans l'appareil représenté à la figure lb la borne est oonnectée par un conducteur curseur 43 d'un potentiOM6- .r un conducteur 42 au 41 et 48 tre 44 monté en série avec deS résistsnces 45, 46. ainsi monté un interrupteur 49 dans le circuit d'une sous courant continu telle qu'une pile ov un acevmuiateur 50. cette dernièrs source .. de courant est charge 51 et 52 par le courant redressé débité par des reàresseùrs 51 et 52 conne ctés à l' en<ou1 een secondaire 14e cbSr1l\ eur c one ti tu par ilenrouleraent primaire 12. l'enrou1eent secondeire 14 il.
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et les redresseurs 51 et 52 est réalisé de façon que son dé- bit soit au moins égal au débit de la source 50 à travers le potentiomètre 44 et les résistances 45, 46, 47 et 48.
La ré- sistance 48 est une résistance variable qui est destinée à laisser subsister dans le reste du circuit une différence de exactement à
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potentiel égale àxxàaextxxxt7gxxxx
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deux volts. Les résistances 45, 46 et 47 sont égales entre elles ainsi qu'à la résistance du potentiomètre 44. Elles pro- voquent dans chacune une chut; de tension d'un demi-volt lorsque la résistance 48 est ajustée convenablement. L'ajus- tement de la résistapce 48 peut être obtenu facilement gsâce à un voltmètre 53 connecté entre le pôle positif de la source de courant 50 et le point commun aux résistances 45 et 46.
Lorsque la résistance 48 est amenée à la valeur désirée, il ne circule plus aucun courant dans le voltmètre 53 au moment où on ferme l'interrupteur 49.
Les résistances 45, 46 et 47 sont en liaison électrique avec des polts 54, 55, 56 et 57. On peut amener un curseur 58 connecté à la masse 23 au contact de l'un quelconque d'en- tre eux.
Supposons que le curseur 43 soit amené à l'extrémité 59 du potentiomètre 44 et le curseur 58 sur le plot 54.
A ce moment, la borne 3 est donc connectée à la masse 23 de l'appareil. Si aucune source de courant n'est raccordée aux bornes 2 et 3, le courant anodique permanent des tubes 6 et 30 reste sans influence sur l'instrument indicateur de courant 41.
Les fluctuations éventuelles de la tension du secteur 10 sont également sans influence sur cet instrument,mais lorsqu'on raccorde une source de courant aux bornes 2 et 3, il circule dans le circuit anodique du tube 6 un courant supplémentaire qui influence l'instrument 41. Si la course raccordée aux bornes 2 et 3 est une électrode de pH, l'instrument 41 peut être gradué directement en pH. Si cette source reste raccordée en permanence, on peut obtenir un enregistrement de la varia-
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tion du pH en utilisant un appareil enregistreur en déri- vation sur les résistances 21 et 32.
Si on veut faire une mesure très précise de la valeur du pH, on peut monter l'électrode de pH en opposition avec la source constante de courant continu 50.
Cette dernière source peut alors être utilisée pour compenser exactement la tension développée par l'électrode de pH en réglant au moyen du potentiomètre 44 la fraction opposée à cette électrode.
:En déplaçant le curseur 43', on peut amener celui-ci à un point qui est exactement au même potentiel que celui fourni par la source de tension à mesurer raccordée aux bornes 2 et 3.
De cette façon, on empêche cette dernière source de débiter du courant dans l'amplificateur.
Par conséquent, si au moment où on raccorde l'électrode de pH aux bornes 2 et 3, l'instrument indicateur de courant 41 n'indique aucun courant, c'est que le potentiomètre 44 a été amené dans une position pour laquelle la tension opposée à l'électrode de pH compense exactement celle-ci.
Au lieu de deux résistances fixes égales 21 et 32, on a intérêt à utiliser une résistance dont le point milieu peut être recherché à l'aide d'un curseur 60. Ce curseur per- met d'ailleurs d'adapter le potentiel à appliquer aux anodes 20 et 31, de façon que les courants anodiques permanents se compensent exactement.
Si on désire amener l'aiguille de l'appareil indicateur de courant 41 dans une zone de graduation autre que celle du zéro, on peut y arriver aisément en déplaçant le curseur 60, Dans l'appareil de la figure 1, on fait travailler le tube 30 dans des conditions identiques à celles du tube 6 en connectant sa grille 33 à la masse à travers une résistan- ce 34 égale à la résistance interne du tube 5.
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Grâce à cet artifice, on a réalisé à l'aide de trois tubes électroniques seulement un appareil qui est l'équi- valent de l'appareil à quatre tubes électroniques représenta à la figure 2.
Dans celui-ci, à chacun des tubes 5 et 6 couplés direc- tement entre eux par résistance, est opposé un autre tube électronique identique . Les tubes 61 et 30 constituent une d uxième série de tubes électroniques en cascade . Ils sont montés en oppisition avec ceux de la première série de tubes et sont connectés identiquement à ces derniers, sauf que la grille 62 du premier tube 61 n'est pas soumise à la différen- ce de potentiel à mesurer comme l'est le grille 4 du tube 5.
Dans le schéma de la figure 2, on n'a plus représenté la source de tension anodique qui doit êtreappliquée entre les bornes 63 et 64 ni la force électromotrice de compensa- tion montée en opposition avec la fosce électromotrice à mesurer et réglable grâce au potentiomètre 44.
Dans cette figure, les éléments connectés au tube 61 qui jouent le même rôle que ceux connectés au tube 5 sont désignés .par les mêmes notations de référence que ces der- niers éléments, sauf que ces notations sont effectuées du signe ' .
Le filament 65 du tube 61 est connecté en série avec les filaments 37, 38 et 39 des trois autres tubes et la résistance chutrice 66 est choisie de façon à laisser subsis- ter aux bornes de chaque filament la tension prévue pour l'alimentation du filament considéré.
A la figure 3, on a représenté une autre forme de réa- lisation d'un appareil suivant l'invention dans laquelle l'amplificateur ne comprend qu'un seul tube . Celui-ei est constitue par un tube à écran 67 qui, au lieu d'être monté à la façon d'un tube bigrille comme le tube 5 des figures 1
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et 2, est connecté comme les tubes à écran ordinaires.
Son écran 68 est, par exemple, connecté à la borne de haute tension 64 à travers une résistance 69 de 200.000 ohms, tandis que son anode 70 est connectée à cette même borne à travers une résistance 71 de 5.000 ohms. La grille 72 est connectée à la masse 23 à travers une résistance 73 et la cathode 74 est connectée à cette même masse à tra- vers une résistance 75.
Le tube 67' est identique au tube 67, est monté en opposition avec celui-ci et est connecté identiquement.
Les éléments qui s'y rapportent sont désignés pamme ceux se rapportant au tube 67, sauf qu'ils sont affectés du signe '
Les filaments 76 et 76' sont montés en série avec une résistance chutrice 77 pour être alimentée directement par le réseau 10.
A cause de la grande amplification fournie par l'am- plificateur , pour que le potentiomètre 44 de la figure 1 puisse donner lieu à une compensation exacte de la faible force électromotrice à mesurer, il est nécessaire que ce potentiomètre soit réalisé de façon à permettre une varia- tion continue de la force électromotrice de compensation.
La figure 4 représente un potentiomètre permettant d'obtenir ce résultat.
Ce potentiomètre comprend un fil calibré résistant 78, de préférence en un métal non oxydable, par exemple en platine, qui est enroulé sur un disque isolant 79 en étant logé dans une rainurecirculaire de ce disque .
Les extrémités 80 et 81 de ce fil sont serrées entre le disque et une plaquette désignés respectivement par 82 et par 83, ladite plaquette étant traversée par une vis telle que 84 ou 85 vissée dans le disque 79.
Un curseur constitué en principe par un galet 86 peut
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se déplacer en roulant sur ce fil:..... Ce galet est porté par un bras 87 pivotant autour d'un pivot 88 porté par un plateau 89. Celui-ci présente un rebord 90 pourvu d'une graduation dont une partie est représentée en 91, la dite graduation étant mobile avec le plateau 89 en regard d'un index fixe non représenta et qui se trouve, par exemple, sur la paroi portant le potentiomètre.
Le plateau 89 est calé sur un arbre 92 passant dans une buselure 93 solidaire d'un support 94 pouvant être fixé à une paroi fixe.
Le disque /est serré entre un épaulèrent de la buselure 93, non visible au dessin,et un écrou 95 engagé sur une partie filetée de la buselure 93.
L'arbre 92 est empêché de sortir de cette buselure grâce à. un collier 96 fixé sur lui en avant de la buselure au Moyen d'une vis de serrage 97.
Dans cette forme de réalisation, le galet 86 ne peut pas décrire un tour complet au contact du fil 78. Or. pour faciliter le marquage de la graduation 91, on a intérêt à faire faire exactement un tour au galet 86.
La forme de réalisation représentée à la Figure 5 per- met d'arriver à ce résultat. Dans ce cas, le fil calibré résistant 78 est enroulé sur le disque 79 suivant une héli- ce ; il est à cet effet disposé dans un filet ménagé à la péri- phérie du disque 79,
Le galet 86 est porté par la partie recourbée 98 d'un bras 99 calé sur un arbre100. celui-ci est engagé dans la buselure fixe 93 solidaire du support 94. Il présente sur une partie de sa longueur un filet 101, et dans ce filet est engagé un pointeau lu2.
Le filet 101 a le même pas que le filet ménagé à la périphérie du disque 79. 11 en résulte que si on fait tourner le bras 99 d'un tour, il se déplace parallèlement à l'axe du disque 79 d'une quantité égale au
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pas de l'hélice suivant laquelle le fil 78 est enroulé sur le disque .
L'arbre 100 est soumis à une poussée axiale dans le sens de la flèche X pa.r un ressort 103 comprimé entre une cuvette 104 à l-extrémité antérieure de la buselure 93 et und cuvette 105 maintenue sur l'extrémité filetée de l'arbre 100 au moyen d'un écrou 106. pour limiter exactement à un tour la rotation de qui
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1'arbre J9, le plateau 89 porte une butée 10'l', dans une position à fond de course, appuie contre und butée 108 solidaire du disque 79. Celui-ci est pourvu d'une autre butée 109 un peu plus longue que la butée 108 et dont un bec 110 se trouve sur le trajet de la butée mobile 107 lorsque celui-ci a décrit exactement un tour partir de la position qu'elle occupait lorsqu'elle appuyait contre la butée 108.
C'est grâce au déplacement axial de la butée 107 au cours de la rotation du plateau 89 que la butée 111 qui n'a pas été retenue par la butée fixe 109 au commencement de son mouvement est venue se placer la fin de celui-ci de façon à rencontrer le bec 110 de la butée 109.
Le galet 86 est monté sur un coulisseau 112 qui peut
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coulisser pax rapport â la partie recourbée 98 du bras 99' parallèlement à l'axe du disque 79.
Ce coulisseau est cependant maintenu appliqué à frot-
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tement doux contre ce braS sous l'action d'un léger ressort 113. Le roulement du galet 86 est en outre freiné par un ressort 114. oui vient Grâce au coulisseau 112 monté de la façon qui vient @@@@@@@@@@@ d'être décrite, le galet 86 peut suivre exactement le filet ménagé à la périphérie du disque 79, même si celui-ci s'est @@@@@@@@@@@ galet reste légèrement voilé. La pression d'application du galet reste donc constante.
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Il est évident que l'invention n'est pas excluvivement limitée aux formes de réalisation représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans la réalisation de l'invention,à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendication suivantes.
REVENDICATIONS.
1. Appareil de mesure d'une faible force électromotrice, notamment de la force électromotrice engendrée par une élec- trode de pH, comprenant un amplificateur de tension à tubes électroniques entre des bornes de connexion de la source de force électromotrice à mesurer et un instrument indicateur de l'intensité d'un courant provoqué par la force électro- motrice amplifiée, le dit amplificateur étant alimenté à partir d'une source de courant de tension variable,caractérié en ce qu'il comprend deux tubes électroniques identiques montés en opposition dont les anodes sont alimentées à par- tir du point milieu d'une résistance aux bornes de laquelle l'instrument de mesure du courant est monté.