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Consistométre.
La présente invention concerne un dispositif perfectionné permettant une mesure continue et plus pré- cise de la consistance d'un courant de matière.
La norme pour mesurer la consistance d'une matière consiste à déterminer la pénétration dans cette 'matière d'un outil spécialement adapté à cet usage, et cela dans des conditions contrôlées. L'outil est calibré
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de façon que la profondeur de pénétration correspond à la consistance de la matière. Cette méthode ne se prête pas à l'automatisation.. c'est-à-dire, qu'elle ne constitue pas un moyen d'obtenir une mesure conti- nue de la consistance. Tout mécanisme destiné à four- ni une mesure continue de la consistance dépend du'main- tien d'un taux d'écoulement constant de la matière dont la consistance doit être mesurée.
Une sonde est placée dans le chemin de l'écoulement et elle est déplacée, par la force que- la matière exerce sur elle, d'une quantité qui est en corrélation avec la consistance de la matière. Le principal inconvénient de ce système ré- si.de dans le problème du Maintien d'un taux d'écoule- ment constant, étant donné que ce taux d'écoulement est influencé par divers facteurs, tels que la consistance et la viscosité de la matièrs. Un autre système pour 'mesurer la consistance 'Puna matière consiste à mesurer la réaction de la matière sur un élément tournant dans la matière dont la consistance est à mesurer.
La réac- tion de la matière sur l'élément tournant peut être mesurée comme changement dans l'effort nécessaire pour maintenir une vitesse de rotation constante. Toutefois, la transmission motrice assurant la rotation de l'élément tournant, dans la. matière est elle-même affectée de chargea inhérentes aux coussinets de joints d'étanchéité. Ces effets de charge qui sont variables, donnent lieu à des efforts de rotation qui ne peuvent pas être distin- gués des efforts produits pour 'surmonter la réaction de la matière sur l'élément tournant, et qui par suite af- fectent la précision de la mesure de consistance.
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La:présente invention élimine ou réduit les inconvénients de la méthode antérieure en proposant un consistomètre capable d'assurer une mesure continue de la consistance d'une matière, indépendamment du taux d'écoule- ment de cette matière. Le dispositif selon l'invention' assure aussi une mesure de consistance qui est, effecti- vement, exempte de tous effets de charge dus au frotte- ment dans les coussinets ou les joints d'étanchéité.
La présente invention propose un consistomètre capable de fournir une mesure de la consistance d'un courant de matière avec une sensibilité accrue et une plus grande précision que ce qu'il était possible d'obtenir jusqu'à présent.
Cette invention propose aussi un consistomètre pour la mesure de la consistance d'un courant de matière, cette mesura pouvant être utilisée comme fonction de commande..
Le consistomètre perfectionné a été particuliè- rement conçu pour 1 emploi en relation avec un traitement continu de la graisse. On notera que la présente inven- tion n'est pas Limitée, néanmoins, à cet emploi particu- lier, mais peut être adaptée à d'autres usages dans tout procédé pour la détermination et le maintien de la consis- tance d'une matière. En ce qui concerne l'utilisation de 'l'invention dans un traitement continu de la graisse, on crée par pompage un courant continu de graisse dans une canalisation dans laquelle est placé le consistomètre.
Celui-ci engendre @ signal électrique qui est propor- tionnel à la consistance de la graisse passant à travers le dispositif. Ce signal électrique est utilisé pour
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commander une soupape qui introduit une quantité corres- pondante d'une matière destinée à modifier la consistance, dans ce cas particulier de l'huile, pour maintenir une' consistance prédéterminée du produit final.
Sommairement, l'invention consiste en un , appareil pbur mesurer de façon continue la consistance d'un courant de matière, comprenant un élément élastique placé dans le courant de façon que les deux surfaces au ¯ voisinage desquelles l'élément est flexible sont parallè- les à la direction de l'écoulement du courant. D'autres organes sont prévus pour mesurer les forces de réaction exercées sur l'élément élastique par la matière pendant la rotation. La mesure obtenue par ce @ une in- dication de la consistance de la matière.
D'autres particularités et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, laquelle, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples.non limitatifs, fera bien com- prendre comment la présente invention peut être mise en pratique, les particularités qui ressoptent tant du texte' que des dessins faisant, bien entendu, partie de celle-ci.
'La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, en partie schématique, du consistomètre montrant une cham- bre contenant l'élément, élastique rotatif monté pour tour- ner dans cette chambre.
La figure 2 est un schéma de montage électri- que montrant le circuit électrique à pont et l'équipe- pant électrique auxiliaire pour fournir le signal élec- unique proportionnel à la flexion de l'élément élastique représenté à la figure 1. Ce dessin montre aussi, de
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,:.2,on schématique,, la soupape cosuaandée par le signal électrique.
La figure 3 représente une variante de réali- @ l'élément élastique de la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe transversale
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saluant l'axe longitudinal d'autre forme de consis- ;a:e ta eri La figure ' est le schéma dllêcoulement de la .:''1i'd.:;s dans un sy t.se a marche {,;;u.tinu.3 utilisant le "n.u1-'3tomètr<e selon cette invent10.' Sur la figure 1, il est montré une chambre 11
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dans la<4.d<>llé; est monté l'élément élastique 12. Comme mentionne précédemment., le présent connistomètre a été paâ tiaul3.'sreoent conçu pour 1'emploi dans un traitement continu de la graisse. Dans ce but, la chambre 11 est
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disposée pour être placée dans un courant, généralemen.t un courant dérivé, dans lequel la graisse est continuel- lement pompée.
En conséquence, l'orifice d'entrée 13 est prévu pour être relié à la partie amont du courant de graisse, cependant ue l'orifice de sortie 14 est prévu pour être relié à la partie aval du courant pour assurer un écoulement continu de la graisse. La chambre 11 elle- même a été spécialement connue pour donner un type d'écou- lement de la matière visqueuse autour de l'élément élus- .tique 12 qui donne une rapide circulation de la graisse et assure qu'une matière fraîche est à tout moment en contant avec l'élément élastique.
A cet égard, il a été prévu un organe d'amenée et distribution qui consiste en des trous 18 ménagés dans une paroi d'entrée oblique 17 et disposés dans un cercle
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ayant un rayon prédéterminé et concentrique avec l'axe ,ongitudinal de la chambre 11. Ces trous déposent la. matière entrante dans l'espace de la chambre 11, à travers lequel l'élément élastique 12 tourne continuelle- ment. La.,chambre a er des paroi-- 22 s'évasant vers- l'intérieur et condicant à l'orifice de sortis 14.
Les trous 18 places comme décrit, les parois d'entrée incli- nées 17 et la paroi s'évasant vers l'interieur 22 et conduisant à la sortie 14 fournissent le type désiré d'écoulement de la matière visqueuse à travers la chambre de sorte que l'élément élastique 12, en tournant, rencon- tre continuellement de la matière fraîche. L'élément élas- tique est représenté dans cette réalisation sous for- me d'une pale ou d'un bras flexible dont la face plane est parallèle au courant de matière. Une extrémité de la pale est fixée à une tête de commande rotative 24 placée au centre de la chambre 11. Cette tête de commande 24 est fixée à l'extrémité d'un arbre de transmission 28 qui est mis en rotation par un moteur électrique à vitesse constante 29, par l'intermédiaire.d'un groupe d'engrenage réducteur 31.
La rotation de la pale se-faità angle droit relativement au courant de matière, et la vitesse de ro- tation est maintenue constante, de sorte que la réaction de la matière contre la pale va provoquer la flexion de celle-ci dans sa face plane dans une proportion qui est .fonction de la consistance de la matière. Les coussinets
32 à joint étanche sont prévus pour maintenir au minimum 'le frottement entre l'arbre tournant 28 et la paroi de la chambre à travers laquelle il passe. Un joint d'étan- chéité 34, sous forme de joint mécanique, est prévu
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autour de l'arbre 28 à l'endroit où celui-ci entre dans la chambre, pour empêcher toute fuite de graisse le long de l'arbre de transmission.
Le consistomètre peut fonc- tionner avec des graisses de forte consistance, car le joint 34, de même que les coussinets; peuvent être sans jeu et de construction solide, puis- que la mesure de la consistance n'est pas affectée par la charge ou effort de frottement que subit l'arbre de trans- mission 28.
La pale flexible 12 possède une jauge d'effort
38 montée sur un côté de cette pale, et une seconde jauge d'effort 39 (non représentée) montée sur le côté opposé de ladite pale. Ces jauges sont prévues pour mesurer l'importance de la flexion de la page lorsqu'elle tourre dans la matière, ce qui donne une indication de la consis- tance de la matière. Les conducteurs électriques 41 et 42 partant des jauges 28 et 39 respectivement sont représen- tés comme passant h travers une partie creuse hermétique- ment fermée de l'arbre 28. Ces conducteurs 41 et 42 sont reliés d'autre part à un ensemble de bagues collectrices
43, 44, qui peut être de n'importe quel type connu de système à bagues collectrices.
On notera que l'organe de détection utilisé dans le consistomètre n'est pas limité aux deux jauges d'effort décrites, Une seule jauge d'&ffort pourrait être urilisée, de même que des jauges d'effort supplémentaires pourraient être montées sur la mème pale flexible, ou .'pourraient être placées sur des pales suppliémentaries.
Les signaux électriques obtenus par plusieurs jauges d'effort pourraient être combinés en vue d'obtenir un résultat moyen, afin d'obtenir une mesure plus précise
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de la consistance.
Les jauges d'effort utilisées sont du type dans lequel une caractéristique électrique varie suivant la charge appliquée à la jauge. La plupart des jauges d'effort à résistance conviennent pour cette application, telles que les types à lame mince,fil métallique et semi-conduc- teur. Il est évidemment possible de protéger les jauges contre la plupart des risques de dommage mécanique ou chi- mique,
Les jauges d'effort 38 et 39. sont représentées, dans le schéma de circuit de la figure 2, par les résis- tances 52 et 53, respectivement.
Ces résistances 52 et 53 sont représentées liées à un circuit et ent de Wheatstone dans lequel elles forment les résistants de deux branches du pont, Les deux autres branches de ce pont sont formées par des résistances fixes 56 et 57 et un poten- tiomètre 66. Le pont est alimenté par connexion des points nodaux latéraux du pont à une source de courant continu 61.
La sortie du pont est prise entre le point nodal supérieur et le point nodal inférieur à l'aide des conducteurs 62 et .
63, respectivement. Les valeurs des diverses résistances du pont sont choisies.telles que,le réseau de pont est équilibré pour la valeur des résistances 52 et 53 produite quand la pale flexible 12 est à l'état non fléchi. Le potentiomètre 66 est prévu pour aider à l'équilibrage ini- tial du réseau de pont. On remarquera que toute flexion de la pale élastique 12 va provoquer un changement dans la résistance des jauges d'effort 38 et 39, ce qui va donner ieu à un déséquilibre dans le pont. La jauge 38 produira une variation de résistance opposée à celle de la jauge
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d'effort 39, la variation dépendant du sens de rotation de La paie.
Une rotation dans le sens des aiguilles d'une con- re, de la pale montrée à la figure 1, produira une com-
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)Z",;..e,1f.1{,n dans la jauge à'effor% 38 et une tension dans la ja& deff0rt ;9 tù1s qu'une rotation en sens contraire ' des ai u;L!.1';1 d'une montra traduira l'effort opposé.
Le 'f.!th:élf.\t:U1b:re ainsi causé ear.L le pont provoque dans la sor- ::.., 'iill. flux ft1e courut, qui est proportionnel à ce déséqui- J-ib'tZ'o Si des .3au{;s d'effort suppléNgntaires sont utilisées 6t.r le même siéent élastique en sur des éléments élasti- ques SU91enta.ires, elles peuvent être reliées en série avec les autres jauges d'effort mesurant la même valeur,
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c$est-à-dire qtielles jauges d'effort mesurant la tension peuvent âtre connectées dans un circuit en série, tandis que celles qui mesurent la compression peuvent être connectées dans un autre circuit en série.
Les sorties 62 et 63 venant des points nodaux supérieur et inférieur, respectivement, du pont, sont reliées à @ sélecteur de bandes .71 qui permet la sélection manuelle de la valeur de résistance ente les deux conducteurs électriques 62 et 63 et commande ainsi l'ampleur du signal électrique obtenu par le déséquilibre du circuit du pont. La tension maxima escomptée, fournie par le circuit à pont, est de
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l'ordre de deux volts pour les jauges à semi-conducteure ce qui représente la plus grande flexion de l'élément élastique. Le- sélecteur de bandes peut réduire cette va- leur jusque dans la bande du millivolt.
Le signal de
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millivolt qui. en résulte est amené à 1-lindîcateur-enregin. treur 72. Celui-ci, comme le nom l'indique, comporte un appareil pour enregistrer le signal, donnant ainsi un permanent enregistrement ou indication des variations de
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la consistance du courant- de matière. La partie active de l'indicateur-enregistreur 72 consiste en un organe de conversion pour transformer le signal électrique en un signal pneumatique.
L'indicateur-enregistreur peut être n'importe quel appe @ ardinaire réalisé pour accomplir ces deux fonctions,comme ,pair' exemple le dispositif connu sous le nem de "Bristel Dynamester", enregistreur millivolt à bande, graduée avec organe de commar de pneumatique à trois modes, fabriqué par la Bristol C , Waterbury 20, Connecti- but. Le signal pneumatique est utilisé pour actionner la soupape à diaphragme 73 pour régler le taux d'addition de toute matière, telle que de l'huile, déterminant ainsi la qualité du produit final en accord avec la consistance 'mesurée.
La 'figure 3 montre uns variante dans la réali- sation de l'ensemble de pale élastique et jauge d'effort représenté à la figure 1. Ce dispositif se compose d'un bras en porte-à-faux 74 comprenant une lame d'acier ou tout élément à lame .onvenable dans lequel le changement dans l'effort provoque un déplacement suffisant pour être mesurable par une jauge d'effort. Le bras 74 se compose ., d'une longue lame qui pivote en son milieu autour d'un élément de commande motrice 76 ; il peut aussi se composer de lames séparées partant de l'élément de commande 76.
Les extrémités extérieures 75 de la lame ou du bras ont une forme particulière, dans ce cas rectangulaire, pour offrir plus de surface à la réaction avec les matières par lesquelles le bras 74 est mis en rotation . Les jauges d'effort 77 et 78 sont placées le long du bras 74, de préférence près du point d'effort.maximum.
Comme repré-
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tenté, les jauges d'effort sont placées sur le même cote du bras, mais sur rayons opposés, de sorte que, comme .le bras tourne à angle droit avec le sens d'écoulement du courant de matière, une des jauges d'effort mesure la tension tandis que l'autre mesure la compression. ;
Comme dans le cas de la disposition, précédemment décrite, de la figure 1, les jauges d'effort 77 et 78 forment deux bandes d'un réseau en pont qui est utilisé pour détecter les changements dans l'effort supporta par les bras et par suite les changements dans la consistance de la ma- tière qui provoque cet effort.
On notera que plus d'une paire de Jauges d'effort' peuvent être utilisées, et qu'il peut être prévu plus d'un bras 74.
La réalisation de l'invention représentée à la figure 4 est basée sur le même principe que les réalisations précédentes. Le principal avantage de la réalisation de la fi- gure 4 est la suppression de la chambre.Cela est rendu possi- ble par une orientation différente des pales ou lames,qui sont disposées autrement que dans le cas représenté à la fi. gure 1,Ici les lames 106, dont chacune porte une jauge d'ef- fort 107,,sont montées de façon à se diriger parallèlement au courant de matière et à leur axe de rotation.
Leur face plane est toujours parallèle .au courant, mais leur dimension longitudinale n'est plus placée radialement, ou transversalement au courant ; elle est Maintenant parallèle à l'axe de rotation ou au courant,, ela fait que la dimension radiale de l'ensemble a été réduite, et que celui-ci peut aisément trouver place dans un tuyau de petit diamètre, par exemple un tuyau de 1 pouce 1/2 (38 mm), représenté en 109 à la figure 4. On remarquera que les
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lames ou pales pourraient être prévues pour toute position . intermédiaire entre les positions extrêmes décrites par'les ,deux réalisations, c'est-à-dire entre les positions des lames, tendant radialement par rapport à l'axe de rota- tion,, et parallèlement a celui-ci.
Les lames 106 sont fixées à une tête rotative 105,, qui est mise en rotation par l'arbre de commande motrice 100. Cet arbre de commande 100 " présente en 101 l'ouverture d'un trou central le traversant de bout en boutdans lequel des conducteurs (non repré- 'sentes) partant desjauges d' effort 107 peuvent être enfermés pour établir une connexion électrique extérieurement à l'arbre. Des coussinets 102 et un Joint d'étanchéité 103 sont prévus le long de l'arbre.
En fonctionnement, la graisse @ dont la consistance est à mesurer, s'écoule dans le tuyau 109 dans le sens indiqué par la flèche 108. Les lames tournent continuellement dans la graisse à une vitesse constante. La réaction de la graisse sur les lames provoque la flexion de celles-ci le long de leur face plane. Cette flexion est .mesurée par les jauges d'effort 107. On remarquera que les jauges d'effort donnent des sorties c csées en étant dis- posées comme à la figure 4, puisque l'une d'elles mesure la tension et l'autre la compression, suivant le sens de rota- tion des pales. On vo@ @ l'examen de la figure 4 que la graisse, une fois sa consistance mesurée, s'échappe par l'orifice ce sortie 104.
Les jauges d'effort forment deux .branches du réseau électrique d'un pont, identique à celui .utilisé dans le dispositif de la figure 1, pour produire un signal électrique donnant une sortie qui est une indica- .tion de la consistance de la matière s'écoulant dans le
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tuyau 109.
Les lames 106 peuvent porter chacune une paire ce jauges 107, une jauge étant placée sur chacune des faces Dans des lames, qui sont parallèles à la direction du ant de matière. Les jauges d'effort mesurant la tension endant la rotation dans le courant de matière peuvent alars tre reliées ensemble en série, cependant que les nutre Jauges mesurant la compression peuvent aussi être
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.Jlj e'. c8të reliée' in série. La disposition en série des - ;)'r:;e"" <1 >e,ffor<w ;ae<>.:f3nt la tension ,el.. t former la resis" tance dans un pied du pont, tandis que la disposition en série de-,3 jauges mesurant la compression peut former un autre pied du pont.
Dans un tel arrangement, le pont serait exactement le même que celui qui a été décrit rela- tivement à la figure 2.
La figure 5 est un schéma d'écculement simplifia d'un ensemble de traitement continu de graisse, dans lequel un consistomètre est utilisé pour.mesurer la consistance ,de la graisse produite, et pour y exerce.,- une fonction de
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réglage, somnairoment, X'ensenbie de product1on de graîsse à marche contint comprend des organes de chargement de graisse, alcali et huile n 1 une section de réaction avec une pompe de circulation 81; une chambre à vide à condensation avec pompe de circulation 82, et une section de finissage contenant une pompe de circulation 83 et une vanne de coupure 84.
L'alcali et la graisse sont envoyés par pômpage à travers un système de circulation à réaction à l'aide des pompes 85 et 86, respectivement, et la pression dans le système à réaction est maintenue constante à l'aide de la soupape 87 placée sous l'action d'un ressort. Le vide
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,, dans la chambre à est maintenu constant à
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. l'aide de la soupap % dph:,t St se déchargeant dans un système à vide.'La pression dans le système de circulation à chambre à vide à condensation est maintenue au-dessus de
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la pression atuif#spi.5r4,qi;e, et la eeupure est maintenue à.
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'c1rculationa en passant par la soupape de cisaillement 8lF à l'aide de la pompe 83. Le produit total se décharge par la soupape à ressort 92., qui est réglée pour maintenir une pression constante dans le system de circulation de la -section de finissage.
Une petite fraction du produit est
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prélevée et envoyée par pompage à .travers l'échanseur de chalpir, so'.-I ';Jt le conolotomètre 94 à l'aide de la pompe 95. ' L'échangeur de chaleur 9 maintient la graisse entrant dans le consistomètre 94 à une température constante. La déchar-' ge du consistomètre rejoint le produit sur le côté aval de .la soupape 92. La pompe 95 permet à la graisse de s'écouler
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à travers le consistométre Y4 â une vitesse à peu près constante, alors même que la chute de pression à. la sortie de la soupape 92 se répercute sur la pompe 95, l'échangeur do
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chaleur 93 et le gonsistométre 94..
Le consistomètre 94, représenté à l'intérieur du parallélogramme en pointillé de la figure 4, se compose du moteur électrique 29 à vitesse constante, de l'ensemble
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. de. bagues collectrices 43.44 et de la chambre du consis to- . mètre 11 contenant l'élément sensible rotatif.
Le signal électrique engendré par le consistomètre., signal qui est proportionnel à la consistance de la graisse dans le sytème est amené à l'indicateur-enregistreur 72 qui, comme expli- qué plus haut,, convertit le signal électrique en une varia- tion pneumatique proportionnelle pour actionner une soupape pneumatique à diaphragme,73., réglant par ce moyen le taux d'addition de l'huile n 2 qui est ajoutée à la graisse pou:. maintenir la qualité convenable. comme mentionné précédemment, il n'est pas nécessaire de prévoir le consistomètre dans une boucle de dérivation comme représenté à la figure 5 . Le consistomètre peut être logé dans un tuyau convenable conduisant le courant principal de matière.
On s'en rend compte aisément en considérant la réalisation de la figure 4, où le consiste* mètre peut être logé facilement dans un tuyau relativement étroit.
On notera que le consistomètre selon cette invention n'est pas limité à l'emploi dans un procède de traitement continu de la graisse, mais peut être utilisé pour me- surer la consistance de pratiquement n'importe quelle ma- tière, comme les polymères, les asphaltes, les huiles de graissage, les essences Minérales, etc.*.
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1.- Appareil pour mesurer de façon continue la consis- tance d'un courant de matière# cod;rc::ant un élément élasti-
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