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COMMSSARIAT A L'MHLROIS ATOMIQUE
La présente invention concerne une jauge perfectionné* permettant de mesurer le niveau d'un liquide contenu dans un récipient.
On liait que de telles jaugea comportent habitusllezent, une résis- tance plongeuse, une source électrique, et un orgaan indiquant la variation des propriétés électriques de la résistance suivant que cell-ci eesT plongée dans un milieu liquide ou gazeux , notamment lorsqu'il N'agit de seurer don variations de niveau de liquides cryogéniques, On entend par "liquide cryogénique" tous les gaz liquéfiés à des températures inférieures à 150 degrés Kelvin, Toutefois, les jauges :réalisées jusqu'à ce jour ne permettent pas d'obtenir des mensures précises aveec un minimum de sécurité et de simplici- té de manipulation lorsque le liquide considéré est de l'hélium liquide.
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La présente invention n pour objet une Jauge porfuotionn6o <!vitnnt oo< inconvénients et dont lo principe do fonotionnumont oat bbod sur In piiii ou moins gmndt) ttuilitd de dissipation thomiquq d'uno Woîotnneu '.,ua, pKreoufuo >41 un eeufnnfy euivnnt quu Cotto fdsiitwwo ëtt ipntrgéo ou non dntm un ,i.qui.lo n4tr,rrcnt dnno l'hélium liquidai Suivant quo lu twvnflfort do Ildnorgie dv In eetintnnoo nu liquide se 'n3.t plite en moine difficilement, In tomperpturu dw ln aistanoe etdteblit à uno valuur plus ou moine eluvees, ri la rdointivit4 dloctrique doi Métaux pure (de-aignt'a minci p,-x opposition rux n3.1l,c:
g,re wrio foix tottont nvac In toatpfKtuMt ta mcoure do cotta diffet4iico du rdaistivitd (concomitante una vatirtion do.tctnp4raturo) untro In position ifeorgnîe et irsnergiie d'une !*<!eiatfnce ohricua proouro ainsi un noyen de détection du nivriau du
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liquide.
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En ftieant croître progrue.5ivoment In tension V appliquée aux bornuis,dtun fil d'un .t; pur, pt-r axorplo/un fil de titane, maintenu imerg<5 dans un gnt liqudtit, ot on mesurant l'intensité I du courant trnr.sant eu fil, on obtient uno courbu 1 - f (V) componée de deux parties nottonont différentes. Ln. arcrnitro prjtio est uno droite issue de l'origine r.vuo une forte pente, La deuxième partit présente un aspuot curviligne à faible ponte.
La partie droite de In courbe 1 - f (V) correspond hiun z-dgim d'ébullition nucléaire et, alors, un flux therciquo important peut ôtra e-chang,6 entre le fil métallique et l'h<<lima liquide, sans nécessiter uno grande différence de ttap(;ratui%. Lorsque la zé-aistame s'échauffe par nuito de l'augmentation de la tension, on d Spnaao la tor:pdrrtura do anut et les propriétés électriques et calorifiques do In résistuice ohniquo changunt brusquement, Ce saut ne traduit par un coude très nnrqué do 1 courbe 1 - f (V) et par l'augmentrtion do In résistirité avec In tension appliquée ce qui indique un écheuffenent important du fil, Le point ne
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trouvant h la jonction de In partie droite et de la partie curviligne est appeli "seuil de ce.16faction".
Au delà du seuil do caldfactiont on Do trouve en rgino d'dbullition en filn, accompagne1 d'une réduction 601U11- durable du coefficient d'ûohrngo thermique. entre lu fil n<5talliquo et l' h6littt liquide.
En faisant la mtmo expérience dans un milieu d'hélium gnxctuxr on obtient une seconde courbe 1 " 3' (V) dont la partie droite ne confond avec colle de la courbe oorruspondnnt h une mesura dane l'helium liquido et dont ln deuxième partio,tourvilignooost parallèle mais d'ordonnés de 15 20 inf 5riwurés h oolloe du ,n courbe en milieu 11qu:l.40, :D't\}1I'A lloxnood du Os K1%PP%fIJ' ..
R#Co ffll PAN 4M1"XAlw. d113üy Août 1961) f 1\1 dt'anl.-go on 01'40M8 dao, Mrtius 9utvtg!M)! dei oourboa t a " (V) l'1Q.U08 N'PIol'I;1fo!nun; dam llhdliW3 liquidt vi dAM !# hélium gnioux conduits deux p'duddtlr pcrirairnï 1a ddtvotion du nivfihu d l\1n liquida t!lfonÌ1\&lh Lu pfowiijf proodt! eemintu à faire 1'1'.1'8' . 'nitlf s fil de mdtnl pur un ClOU1't\nt d'intensité constmto on Oba8tYnnt in ItutLitiôft importent de In tension aux bornas du fil lord do on trhhlitton de l'hélium liquide b, l'hélium nez.
Ce prooldd nlo8..itu uno xcupaa puissante dintenast 4.lon.tt'.nto cit impliqua un I!1Ontncu C1UtWQ fila* Outra l'inconvuniont dldtro diasipntuur d'nriet ce pmddd conduit presque 1n1\1otttblC!!1ont à 1/\ doatruotion do In r8i"t!'.noo mi ellu oet parcourue prr le courant à tCl:lpt'l1tu.ro robirntut Le douxieno proc{d6 consiste à appliquer aux bomBa du fil uno tension fixe, ce qui permet d'observer uno variation do l'intensité du courant lors do in transition du fil do l'hélium liquide 3r ltheliun garouxe Cettu deuxième nôthodo présente 1' inconvénient de ne donner qu'une réponse pou natta dttnt donnd que la vnrirtion de l'intensito no ddpnzao pas due valeurs do l'ordre do 15 à 20.
Do plus, cotte méthode no porrt
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d'utiliser des sources électriques portctivos, du type pile sèche ou accumulateur, que pour une assez faible part de leurs capacités do charge.
La jauge, objet do la présente invention,pallie tous ces inoon-
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vonionts et est particulièrement rQMl'.1'qlli'.blo par sa simplicité do construction, sa précision due nesuros, on let%m-t6, sa robustesse, son faible encombrement pcmettnnt l'accès eu récipient contenant la liquida cryogénique par un orifice réduit ou évcntuellement par un conduit courbe, son emploi possible sous dos pressions différentes do la pression atmos-
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phcr,cuu, ses coûts do construction Qt d'entretien* réduits et son nutonomio 41ncUon, A out 6ft;" Gl1 OOM90fto ùDsên'1011Qn;
une seursa énergie 4100tri4uco une rdoietanou ehmiquet Quo,nr 4 dtru plOng6o donâ le liquide o*,B(n1qu"t un intoryuptom!' aaaufnnt la misa on 1 ot'\'iOt de cetto 1'1.111011 dketriquo ot un indïot.tour do Vc,ic:liart dit4onoiS mis en d'il.! tiruo Iti 1'.illi!\na., et indi8f.touï' pu3aobtrui b 1fopdrAtour de coraitttur lo tmtlrmso de If. r<!Bistnh8o du Miliiu liquide bit l!IiUtIU gnfieux L'objet do la prt!oonto invention eet et outre onrnctdtie6 pnr les pointa euivnnte h oonaidlrur 8pfli'(Stnt)nt ou un I:
tIr1binnison . 1 - L'indicateur unit un orgr.ncr très sensible eux vtrittiono de l'intensité et cpoble do donner une réponse par "tout ou rien* pour une variation d'intensité du l'ordre do le-6 @ L'indicateur du type "tout ou rien" ust une cmpoulo à filament
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rootiligne pour If'J11p1)8 do pocha, la tension et l'intensité ninimnlo do l'anpoulo étant do préférence respectivement 1,2 volts et 0,22 ampère, .. La source d'énergie électrique est un accumulateur ou une pilo
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aocho, do préférence une pile sèche dont la tension nominale est do 1,5vol'.
.. La résistance plongeuse, est constituée par un fil eu métal pur de résistivité électrique et thernique élevées conservant un fort coof- ficient de température au voisinage du zéro absolu de température.
- La résistance plongeuse est constituée par un fil en métal
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, tortn' domi de tnqon h ce quo sa coum otAo.('i.'1u. 1 f (V) prl,l"nto un palier prniqunohi horilontt\1 pour un goem4o étendu de*
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tonnions appliqué
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- Lu rn6t1l1 constituant la rde3atr.noa plonguue cet du pjMMe du tttMtOt . Lo fil on ou tri pur, aonnt.tu: nt ltt rll1.tllnou plouuusel #jet onroul(5 en spire do fr.iblo pnn sur un (H,.t1tro dfonrmlumont lrd plite faible ponniblul do pr ronou -"uno vt,.'1(,iir do 70....do dlnnhtru, r.tin d'obtenir l'nppnrition du seuil do o'l(1'r.otion pour dua întunnitde do courent tria tnibl.no compricun du prSfi r4noo untru 0,16 .E Oe22 Amporua.
- Lua apiron do Ir. rCo1ato plor4/vueu sont ropli6. en U ou en V de façon à conoentror la dC.r.gur:..nt or.loritiquu, D'autrue ol1notrietiquoB rossortiront du ln description d'un mode do rCr.liation Oru1 uniquonc-nt h titr, d'oxcnplii, cette description <5ttnt fnito en r 5f<Cronoo vu doasin annexa sur lcqual t La finira 1 roprioante las courts 1 m f (V) obtenues avec le dispositifs connue juaqu'à présent.
La figuro 2 représente les courbas 1 - f (V) obtenues nveo In jmwo conforme à l'invention, suivant quo lr. 8i8tcnCO plonguuee 80 trouve :nna do l'h611uo liquide ou do l'hffliua gazeux@ Le%. figure 3 représente lr. courbe onotri8tiquo I # f (V) d'une ampoule pour lnrnpoe do poche.
Ln figuro 4 roprGs.-ntl3 uno vuo ach6m--tiTie de ln jnugo confome
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à l'invention.
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La figure 5 représente une vue on coupa ddt-illeo do ln partie 8uplriO\llQ du In dn'I#Q, ïf ri..4u ! rp!'t!JM6J uno vue en '8\ipo .tl'1iUf.. de Mis 1'piuulo du In JA%WO k plue 8tand aQ11..
Sur lr. fÍSUfo '; 11\ courbo 1 Io t (V) 4t.. te oteftme A montre les difrJi8oObpof'omontl d'une 3rirtao tfi11i4uu lM'Mf6
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d:.-.na un liquida oiyotftïnlquo On paît ognatttur qttu in !ll!ailtl'.no-. 1t . roets fr,.blc d comitfntù jusqu'au :,;il1t C (11) qui turque 10 outil du cnlltnot1cn. A p i>ttr ilo OV ruuil C{) In Kel8tr.t o R doîcnt bruo" qnor'ent <!lu'o ut croît ;'<'t.)0 lr.yrtntvfati du In tC/NI:lon Y 'Le oeufb ii indiquant 1 a rorpattcc.nta du In rAst 1-dointrnou t'\,:t!\l1:1.quIJ plol1r.u outil.! foie-ci df.tI:1 li, :ili.,u g<!9ux du mono .liquide oryo/ni<1uu. üut in<1<JQUquu h 1:. courbq a dusquttu point 0 /.\.
A pwtiy du ,,,u1l C (t)# In pntu du 1' oourblJ J1. 6QrohûoonUtuHoht ot la coumba ,, pour \U1 tension V donnéo, prenonto dos velours d'intonsitd inf'rh.U1'1J8 do 15 à 20f' px rapport à aa7 ,:a do In oourbu A .
Si ln erndu tonaion cit puiuar.nc n,Soocat.1ru8 ot lu frfilit d fil li1útrUiquú conntitlnt In rc.niat¯nco plonp,out5o no présentaient pas de difficultés gbnnntda, on pourrait donc utiliaur oottû diffdronco de oonportercnt de 1;'. reeietanco ploncousu pour détecter lo niveau du liquide cryogénique soit en n!iinton-nt 1" tension V , soit en nnintonnnt llintI;.21Sit 1 ,oonstnnto, Sur Il figuro 2, on a rt.prson!:<! los oourbea 1 - f (V) da leu r'a3.atrnau plongouso E, confor.a à ltinvuntion. Cottu rdoietanoa est constituéo P!11' un fil on titane pur, Lo ,a :btrvdu fil ost 6 r-l h b5't!" La rsiBtnco ne oonpoau do 50 apirca du f1blo pa dont lu dimbtre d'onrouluront unt 70 r- Afin do concentrer lu d<5gngonont calorifique, on roplio In 8iBtr.nOO plonguueo on forrj do U ou du V.
A 300 dogrûa Kelvin, l:i...t'\'rdl3toQ u.!'l1 ia titl.::Í pur.D'1SU:?e h 10 ('hJJiJ .c, l'à 1) . de6i%'Li LYulvin# elle a'cat <uo do 1'01'11'0 do 1 ohn. Lee courbes ,±01 ji, pjpifMntmt 11!ntorit 1 du courmnt un fonotien do 1't tons ion V, nont du Oommetusolit itFiquu du 1tI i.i4A'Èt lét7tul3t;
aonfomg h llînvontiônë trt Wittbo 1 oOftCl.'rotld .. l' ordot1 do ie entotitho6 plemeutime dnna de I#helli j liquida ut 3rj flurbo 4 induit Don 0&.ipoîlt*mç.nt Glcrotriquo lÓiI8qu'ollo cet p10flr,l.{o 41'.na de l'h,I,UufI gnoeu 1/1'.t!':dir. ton"nt tluoodclaus do In sitrttod du liquida S\I1' In figure 2# eu
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voit olnirunont quo, d'une pnrt, .i.zttusait3 des courants trr.yoraant In jtfaiatnnoe plongouso cet tr8 faible (de l'ordre do 06 à 0,22 Anpirv) . ' ' ! 1. '.. 1 et qulol, ditiutru pnf', l'int8Mit<! te pn*.ticiu<iiwnt flenatnnte fc jmrtir dtunu tension de 0" Volt Ln figura 3 roprinonto In 6du*bo ocï'netJifiotique wu (V) a'MtM petite limpoulto à filtrent rootiligno toile que oournmont utilité dam lca lanpco do poche Lan crrnot{r1etiquc. indiquée prx octto courba sont ausooptiblue do vcuriar du + 20;
' selon lue différente fnbpieantet A titre d'uxofflplci uno nnpoul,z do ce genre pl'ô18nto un pr.lier d'intensité 001\- ruapondnnt h don tensions cormprise-o entro ha et 1,10 Volta Pour uno tension de 0,3 Volt, l'intensité ost per exemple de 0,171 ktpbru ot l'nnpoule cet éteinte. Le promior point ronce sur le filnuunt de ltnmpoulo apparnft pour uno tc.naion do 0,45 Volt (1 - 0,18Arpbros), Pour uno tension dû 0,60 Volt, l'intonsitJ du oourr.nt oat de O,187Afo.nèru" ot l'nmpoulo presonto prusquo son vol ;t nornl.
On s'aperçoit alors que l,t miao on a6rio d'unu tollt r.tnpoulu nvoo la raiat"noo plo!1f;tJuDQ pormot d'obtenir uno rvponoo par "tout ou rion" suivant quu 1; ditu r 5siatnnoo ost inrorg<5o dans ln phr.so liquida O\.:t 3:!.1:::(1 ou gnseuco de llhv'liums l'vmpoulu wat r:llurûoot, grog h ootto nouvollu conbinr.iarn, il dtiviunt posaiblu du n.DurClr lu niveau du l' hlli\1r1 liquide nvoo uno pn'oision du l'ordro do 1 m La figure 4 rùprBI1mto d'une fnçon aohiînntiqua In jnugo, confomu à l'invantion. C,:ttu jnuge sa prCa3,;ntu sous ln fornu d'unu ornnu on tubo nrc'ux un M0tl\1 inoxydr.bla portât h une do non oXtrÓt'!it(" uno 8il3tMoo . plong\J\.ae 2 on fil du titr.no oroui ot h l'nutro oxtrtînit<î un boitior 3 muni d'un inturruptûur 4.
Cot interrupteur 4 ngit sur lc oirouit Glootriquo t-r-inr-1 d'une: rospoulo 5 qui se. trouva disposé, do sur ln froc r 8uriuuru du boiticr 3.
Ln fiRuru 5 illustro on d,'tril ln r(!nli8rtion du boitior 3. Celui- ci portu h cen vxtrv,i.tG aup;riuuN, uno pibou do laiton 6 Eunio d'un
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douille 7 daat1I"(1, raacvoir l 'r.t1povll. 5. Lo fend tool-pt 8 du In douille 7 est tl'l'Yt.J'.1i prx Ut. 001'1d\.l12tO\l1' 5& roliant le plot auntrrsl 10 do le, douille z k une doe bémol do l' :l.11"I'I'\)'U1' 4. LI '\Jt2\l bom do aat interrupteur 4 est aonnoct6u, nu Moyon d'un conducteur 9.a.
Il plot t) qui, trtvoretnt une rondol1 dsigQlararii 12 par uxumpla on tibro. cet en contact -vc.a le pele positif d'uno pilo ec,.. 14, 1,',ut1'C polo dn In pilo 14 *et Eiupportl prr tu, roaaort 15 dibvoar dn-o nno or.paulo ieoltnto 160 Cotto onpoulc 16 ot In, pf.'.1'tiG sup-'riourt tlltit oonnuotour 17 sont fixées df-ne dos l''l{.s''r.ua r.ppropri4a d'uno pièce cylindrique on laîton 18 qui a'onnrsatro t9. 1* boitlur ot qui y otit nrintonuc prx uno ftirmrituro bpionnuttù 19. Luux oonduoteura un cuivra (5jviill<J 20 et 21 connuetotit lu boitior 3 4 trnvore le tuba cruux 1 z lr rtaiatcnoo plongeuse 2 (figure 6). Loin doux conducteurs 20 ut 21 sont fixes l'viJo.iso1ul"'Ont dnna 10 connecteur 17 qui reaurz pour l'un d4cs fila 20 ut 21 lu contrat r.vuo . 10 ruseort 15 ot pour l'r.utrc fil lo contact t.vuo la pioao cylindrique on
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Initon 18.
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D'c.prts 11'. ficuru 6, on oor.atc,t.. quo l'oxtrcSnit/' inr/r1<.\.\X'(; 22 du tube cruux 1 on acier inoxydable a un. al6et,.ge 16gàrOMont supérieur à molui du reste du tube 1, Cotto extraite 22 est destinée a recevoir 11'1 résistance plon- gouao 2 et constitue pour collo-ci une orsgo do protection. Au droit do la résistance plongeuse 2> l'extr&1té 22 du tubo 1 oonporto plusieurs orificoa 23 pt.mottnnt un railleur contact entra la r4s1atrnoo 2 ot les fluides, Los doux oxtrc'nittîs ça l." rdoiritrnoü plonguuao 2 sont fixés h doux tubes 24 et.5 on nickel qui sont logds dr.na doux aldangon d'un tube 26 on alumina, ononotr6 lui-mdno dnna 1 ' oxtrônitd 22 du tubo 1.
Los tubes 24 ot 25 un nickel pose Mont des longueurs différentes ot sont oonnoctoa aux fila du ou ivre 6rnillÓo 20 ot 21 à l'nido'do soudures 27 ot 28 offectuos à travers Ion orifices 29 ot 30 du tube 26.
Lo fonctionneront do ln jnufo 6orittl cioducibue oat le 8uivnnt .
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On introduit la canne 1, supportant à son extrû:itc; infcriouro 22 la r&aiatanoe ploffluso 2, dans 1') récipient qui oontiont Iflidliuu liqu'.do. ?our connecter l'aapoule 5 au polo positif 13 do la pilo 14, on appuio our un bouton-poussoir do corr.ande do 3'intvrruptaur 4* Loraquo la résistance 2 en fil de titane est plonge dr..su l'h5liuu liquide, lo circuit électrique est parcouru par un courent dfinteijo.t4 telle qua l'aupoulo 5 n'allume. Cllo o'6tuint lorsque lo fil do tit no 2 sort di l'hdüua liquida, l'intensité dans le fil 2 ayant diLLînu, grace à la jr.u3o, il est possible do ddtocter la ni voeu dth6lïun liquide nwo une px-deiai:, #',.. ;.-i'' 1..-. L'dolat de l'sttpoule 5 rasta norual ou presque nar:^, tent que La pila 14 conserve une tension supérieur à 1,1 volts amis uno internait de 0,20 .'jro.
Lon chutes de tension sont alors respootivouemt de 0,2 Volt dans la résistance 2 iriiergée dans l'h<51iun liquide, do 0,1 Volt
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d=o lois conductuurn 20 ot 21, et do 0$$ Volt dans los filsnenta Meti- li,non do lfampoule 5. Loraquw l'on aort la r5airtana da 7.hG1l liqaido, la tonoion aux bomoo do !'<!E)poulo passa do oci fait do 0,8 Volt h 0,3 Volt Co changeant do tension pwut dtre obo#rw du frit fus l:
pcru,v o((5tëint aloroi cotto observation et peut aussi A* f4i yez tout tutra moyen approprié par tratiples à 1 de d'un elvan *tr4o La jaugo rvettî utilisable pour une aurao d,r praiaiefti dât c1 vrljurs axtranoa aont doM)dat par 0$% et 115 atmogpmroo tbooIM4 .Vu donao d* 0,5 atmoophèra absolus, Ion paliure deo eeurbatt eûfcet.aUM 1 m t (V) (voir fiuru 2) de la rdaiatanca plongwoo 2 etabaiàt#4nt 01 l'anpoula no e'alluuo plua, tidmo si la riaistanoo 2 2 est pionne dkis do 1'Mliun liquida.
L'oxistence des. paliers d'intansitw oubaisto oopoadûnt et il oat donc posaiblo do détecter lo passais do la y<!aiatanM 2 du la p!Mno liquida à la lhanu gaMuaa au moydn d'un uillinupra:'! (rû,316 pour qui sa déviation totale corresponde à 3 nilli-atiperus) oonid 4.n edrio avocuno ruaiatanea du 300 obra, et placé aux bomos do l'aspoulu 5
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Lu trcnehiesurunt du niveau do llhu'li= liquida S:,r 1; i-jeict=" plon- SuUQu 2 aura indiqua sur le tiilliampèrurètru par un. divirtion du duux ,7P.".du."'.tiono du oilliaupërOt Bien untondu, on pourrait aussi biun brwothjr d4wc rl,po%ilcin us- p.r,nllèlo sur lu circuit électrique du la nu,3u, 1,;o djux riipouloo pru- aontsiit don c.-iraot6riatiquve diffdronton du façon à >riottra le font- ti.onn,.rmnt de la jnugo à dos prussiona nor;
,lus jt '.lur.tt due yroaoiona baaaces Dana et) ois, on doit prévoir doux inturruptours rcapuotivjcont on néria avuo ohiqut nupoulu, l'un pour la uoauro h pression nort7al, l 'autrui pour la LiQauro h bannu proa'3ioa.