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Perfectionnements aux dispositifs pour la mesure des pressions différentielles.
La présente invention se rapporte à un dispositif commande par pression différentielle et destiné à mesurer et à contrôler les pressions différentielles.
Lorsqu'on mesure la vitesse des fluides en écoulement au moyen d'un dispositif primaire, par exemple tel qu'un orifice, un tube de Venturi, ou un tube de Pitot, il faut utiliser un ap- pareil pour mesurer les pressions différentielles créées par ces dispositifs. On utilise des appa.reils similaires pour indiquer, enregistrer ou contrôler les niveaux des liquides et pour me- surer la différence entre deux pressions de fluides.
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Dans un mode usuel de détermination des pressions dif- férentielles on équilibre la pression différentielle par une colonne de liquide de densité connue, par exemple par une colonne d'eau ou de mercure. Les lectures se font en notant directement la. hauteur de la colonne liquide, comme dans un manomètre à tube en U. Les lectures manométriques se font parfois aussi indirecte- ment à l'aide de dispositifs mécaniques ou électriques. Les in- convénients principaux inhérents à l'usage des manomètre:::- sont leur encombrement et le danger d'expulsion du liquide du mano- mètre hors de l'appareil dans le ca.s où celui-ci est soumis à des pressions différentielles excessives.
Un autre inconvénient réside en ce que le liquide du manomètre est sujet aux contami- nations par des matières étrangères, ce qui conduit à. des lec- tures imprécises.
Dans un autre mode usuel de détermination des pres- sions différentielles on équilibre la pression différentielle par un diaphragme ou un soufflet à ressort ou à poids et on transmet le mouvement du diaphragme ou du soufflet par des moyens mécaniques ou électriques convenables à. un dispositif indicateur, tel qu'une aiguille indicatrice ou un style enre- gistreur. Mais, comme le diaphragme ou le soufflet doit être relativement sensible aux faibles pressions différentielles généralement rencontrées il risque d'être rompu ou déformé s'il est soumis accidentellement à une pression différentielle consi- dérablement supérieure à celles auxquelles il est destiné.
Un autre mode de détermination des pressions diffé- rentielles consiste à utiliser deux diaphragmes ou soufflets opposés mécaniquement accouplés l'un à l'autre. Ces dispositifs ont des points faibles provenant de ce que les deux diaphragmes ou soufflets, suivant le cas considéré, doivent avoir exactement
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la même surface utile et doivent être suffisamment robustes pour résister à toute la pression agissant sur eux. Pour cette raison il faut consentir un sacrifice au point de vue de la sensibilité nécessaire à la mesure de faibles pressions différentielles.
La présente invention a principalement pour objet un dispositif commandé par la différence entre deux pressions, par exemple par la différence entre les pressions en amont et en aval d'une plaque à orifice, d'une tuyère, ou d'un tube de Venturi, ce dispositif étant conçu de manière que, si l'une des pressions seulement est amenée au dispositif, sans l'autre pres- sion, qui agit en sens contraire, le dispositif se trouve con- venablement protégé contre la destruction ou les déformations permanentes qui empêcheraient ces lectures correctes sur le dispositif indicateur lors du rétablissement des conditions opé- ratoires normales.
L'invention a en outré pour objet un dispositif com- mandé par la différence entre deux pressions et conçu de manière à résister à la destruction au.aux déformations permanentes même dans les conditions les plus abusives, et à être en même temps très sensible aux pressions différentielles très faibles.
En d'autres termes, la sensibilité du dispositif faisant l'objet de la présente invention n'est pas sacrifiée au profit de la sûreté qu'il offre contre la destruction et les déformations permanentes dans des conditions opératoires extrêmes.
De plus, l'invention a pour but de fournir un dis- positif possédant les caractéristiques susmentionnées et dans lequel un nombre relativement petit d'organes fonctionnels vient en contact direct avec le fluide sous pression, et dans lequel ceux des organes qui viennent en contact direct avec le fluide peuvent être facilement nettoyés.-
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Un autre but de l'invention est de fournir un dispo- sitif commandé par pression différentielle conçu de manière 'que le liquide y contenu puisse en être évacué et y êtreréadmis sans formation de poches d'air susceptibles de rendre la lecture incorrecte.
En outre l'invention a pour but de fournir un dispo- sitif pour la mesure de pressions différentielles qui est compensé, au point de vue des variations de température, de manière que les fluctuations ordinaires de la température ne s'y manifestent pas de manière à conduire à des lectures erronées ou non concordan- tes.
Le dispositif pour la mesure des pressions différen- tielles qui fait l'objet de la présente invention comporte un élément de support central; des éléments mûs par pression, prévus sur des côtés opposés de l'élément de support central; un élément reliant rigidement l'un à. l'autre les deux éléments nias par pres- sion pour les faire fonctionner ensemble sous l'influence de la pression agissant sur eux; ces éléments mûs par pression communi- quant normalement entre eux et étant remplis d'un liquide incom- pressible; des éléments pour amener les pressions, dont onireut mesurer la différence, à la surface extérieure des éléments mûs par pression, de façon qu'elles puissent agir sur ces derniers;
et des éléments mûs suivant l'amplitude du mouvement exécuté par les éléments mûs par pression sous l'influence des pressions y appliquées.
De préférence le dispositif faisant l'objet de l'in- vention comporte aussi des moyens permettant au liquide contenu dans les éléments mûs par pression de se di.later et de se con- tracter sans influencer le fonctionnement de ces éléments.
La description ci-dessous et les dessins y annexés
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servent à faire clairement comprendre et à faciliter la mise en pratique de l'invention,
Dans les dessins :
La fig. 1 montre une coupe longitudinale dans un dis- positif pour la mesure des pressions différentielles exécute sui- vant 1'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2, dans la direction des flèches, et
La fig. 3 montre une coupe longitudinale dans un dis- positif pour la mesure des pressions différentielles, compensé au point de vue des variations de température, exécuté suivant l'invention.
Suivant les dessins annexés,,dans lesquels les mêmes chiffres de référence désignent des parties similaires, une forme d'exécution préférée du dispositif pour la mesure des pressions différentielles comporte une boîte désignée dans son ensemble par 10 et composée de préférence de deux parties opposées 11 et 12 assemblées l'une à l'autre d'une façon détachable, par exem- ple au moyen de boulons et de brides complémentaires (non repré- sentés). Dans cette boîte se trouve une chambre que l'on peut considérer comme divisée par une cloison 13 en deux comparti- ments 14 et 15. Le bord de la cloison est disposé entre deux joi.nts annulaires 16 et 17 logés entre les faces opposées des parties 11 et 12 de la boite 10.
Dans la chambre formée par la boîte se trouvent deux soufflets métalliques 1$ et 19 à parois ondulées en métal flexible très mince. Les extrémités intérieures ou adjacentes de ces soufflets sont fixées d'une façon permanente, par exemple par soudure en 20, aux côtés opposés de la cloison 13. Les extrérnités extérieures ou suspendues des soufflets sont fixées d'une façon analogue à des plaques extérieures 21 et 22
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respectivement. Des ressorts hélicoïdaux 23 et 24 prennent appui sur les côtés opposés de la cloison 13 et sur les faces intérieu- res des plaques 21 et 22. Au centre de la cloison 13 est ménagé un passage 25 établissant une communication à travers la cloison entre les deux soufflets.
Les extrémités opposées de ce passage forment des sièges pour les soupapes 26 et 27, dont les tiges sont assemblées entre elles à travers le passage 25, par exem- ple par un raccord fileté 28. Les extrémités extérieures des tiges des soupapes peuvent être évidées pour être plus légères et sont assemblées aux plaques 21 et 22. De préférence les sur- faces obturatrices des soupapes 26 et 27 ont une forme sphérique et les surfaces des sièges aux extrémités du passage 25 sont coniques, de sorte que, si les soupapes se posent sur la cloison 13, elles s'accomraodent aux sièges et empêchent les fuites à travers le passage 25.
Le raccordement des soufflets aux plaques respecti- ves 21 et 22 et à la cloison 13, et le raccordement des tiges des soupapes aux plaques 21 et 22 sont hermétiques, par exemple établis par soudage. La. plaque 22 est munie d'une tubulure de vidange et de remplissage 29. Cette tubulure sert à l'évacuation complète de l'air de l'intérieur des soufflets et au remplissage de ces derniers avec un liquide incompressible, tel que par exemple le pétrole, Il a été trouvé que, dans l'intérêt. d'un bon fonctionnement du dispositif, tout l'air doit être évacué des soufflets avant l'introduction du liquide, et à cet effet on raccorde la tubulure 29 d'abord à une pompe à vide et on établit un vide très poussé à l'intérieur des soufflets.
Ensuite le li- quide est admis dans les soufflets et les remplit complè- tement. Si l'air n'est pas évacué au préalable, par exemple au moyen d'une pompe à vide,, il y a danger qu'il reste de petites
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bulles d'air dans le liquide à cause de la configuration ondulée du récipient formé par les soufflets, la présence de ces bulles étant préjudiciable. Lorsque les soufflets sont complètement remplis de liquide'comme il vient d'être décrit, on ferme herméti- quement la tubulure 27, comme indiqué en 30.
Par 31 et 32 sont désignés des tubes bu autres conduits amenant dans les compartiments 14 et'15 la pression provenant des sources de pression. Ces sources de pression peuvent avoir leur origine en une multitude de causes différentes, telles que par exemple les pressions d'amont et d'aval sur les côtés opposés d'un orifice, d'une tuyère, ou d'un tube de Venturi. Dans certains cas les sources de pression peuvent provenir de différents en- droits d'un réservoir ou d'un récipient à pression. Dans d'au- tres cas les sources de pression peuvent naître dans des réser- voirs entièrement séparés.
Ici on n'énumérera pas toute la va- riété des circonstances dans lesquelles il peut être désirable de déterminer la différence entre deux pressions, ou d'utiliser la différence entre deux pressions- dans des buts de contrôle.
Normalement le conduit 31 amène dans le dispositif la pression la plus élevée et le conduit 32 la pression la moins élevée ou la pression d'ava.l. Le bouchon 33,prévu à la paitie supérieure de la boîte 10 dans des buts d'aérage du compartiment 14, est amovible. Le compa.rtiment 15 peut être aéré en enlevant le bou- chon 33'. De cette façon toutes les poches d'air qui se trou- veraient dans les compartiments ont la possibilité de s'échapper lors du remplissage de ces derniers avec un liquide, de sorte que la précision du''dispositif n'est pas influencée par une pré- sence de poches d'air.
Sur un côté de la boîte est prévu un palier herméti- que pour un arbre oscillant 34 . Cet arbre oscillant s'appuie
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par ses extrémités contre des bouchons réglables 35 et 36 fai- sant office de paliers de butée. A l'une des extrémités de cet arbre oscillant est prévu un bras de levier 37 entrant en prise avec l'extrémité de la tige de la soupape 27. Le palier hermétique représente se compose de deux manchons 40 et 41 disposés autour de l'arbre oscillant garni de bourrades 42 et 43. Le bourrage 43 peut être comprimé autour de l'arbre oscillant 34 par le ser- rage d'un écrou 45.L'autre extrémité de l'arbre oscillant peut être reliée à un mécanisme convenable quelconque,
tel que par exemple un bras 46 monté d'une manière réglable dans le sens angulaire sur l'arbre oscillant par exemple par l'intermédiaire d'une vis de pression 47 accessible après l'enlèvement d'une vis d'obturation 48. Le bras 46 peut être relié à un mécanisme indi- cateur, non représenté, ou à un mécanisme de contrôle ou régula- teur. Le mécanisme particulier influencé ou commandé par le dis- positif faisant l'objet de la présente invention peut être des types les plus divers, de même que l'accouplement du bras ou de la manivelle 46 au mécanisme indicateur ou régulateur.
Le fonctionnement et les avantages du dispositif dé- crit plus haut sont les suivants : supposons, à titre d'exemple typique, que le tuyau 31 amène la haute pression, telle qu'une pression d'amont, de 500 livres par pouce carré (35,14 Kg/cm2) au compartiment 14 et le tuyau 32 une moindre pression, ou pres- sion d'aval, de 499 livres par pouce carré (35, 07 Kg/cm2) au compartiment 15; ces deux pressions agiront sur les surfaces ex- des soufflets 18 et 19. Bien que les parois des souf- flets soient très minces;, leur épaisseur étant normalement d'en- viron 0,005" (0,13 mm), ces hautes pressions statiques ne pro- voquent pas une déformation permanente des soufflets.
Les min- ces parois des soufflets servent uniquement à transmettre la pression au liquide incompressible enfermé dans les soufflets.
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Il existe normalement une communication entre l'inté- rieur du soufflet 18 et l'intérieur du soufflet 19 à travers le passage 25 qui est normalement- ouvert. Mais, comme la pression sur la surface extérieure du soufflet 18 dépasse dans l'exemple donné d'une livre (0,07 Kg) celle agissant sur la surface exté- rieure du soufflet 19, la pression différentielle en résultante provoque un déplacement des extrémités extérieures suspendues des deux soufflets opposés, jusqu'à cè qu'elle se trouve équili- brée par l'élasticité des soufflets eux-mêmes et par celle des ressorts hélicoïdaux à l'intérieur des soufflets.
Les mouvements des soufflets sont transmis par le bras de levier ou la mani- velle 37 à l'arbre oscillant 34 et par ce dernier, par l'inter- médiaire du bras ou de la manivelle 46 au mécanisme indicateur ou régulateur, suivant le cas considéré. De cette manière de faibles pressions différentielles sont déterminées ou utilisées avec précision.
Supposons maintenant qu'on se trouve en présence de conditions très anormales, dans lesquelles une pression de 500 livres (35,14 Kg/cm2) est amenée par le conduit 31 dans le compar- timent 14, et qu'aucune pression n'est amenée dans le compartiment 15 par le conduit 32. Des conditions anormales de ce genre peu- vent provenir de circonstances très diverses. Dans ces conditions la haute pression statique agissant sur le soufflet 18 ne provo- que pas la rupture ni une déformation permanente de l'un ou l'au- tre soufflet. Cette haute pression sur la surface extérieure du soufflet 18 a la tendance d'écraser ce dernier et de dilater le soufflet 19.
Mais avant que l'un ou l'autre soufflet ne soit influencé au point de subir une rupture ou une déformation per- manente, la soupape 26 se pose sur son siège et ferme le passage 25 en coupant ainsi la communication entre les soufflets à tra- vers la cloison 13. Le liquide incompressible qui est ainsi em-
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pr'i.:'orLn5 danr. le? soufflet JA résiste à 1"pcr:se:nent, 8. 1."' rupture ou la 1.f()::,tioYL permanente de ce der- ! E?.r malgré que ses pa- rois soient extrêmement minces. PÓ'r comscnen, lors de la re- prise d23 conditions opératoires 11or8E:es, dans lesQuelles la dit- férence des pressions dans les conduits 31 et 32 est relc. t I V2'lï'..;'1t petite le dispositif reprend son fOYlcsirJ'l '8'!l(mt normal et t'.'''i- vaj.1.l.e avec précision.
Il n'est donc pas nécessaire de re-étalonner l'indicateur ou de procéder à un autre réglage quelconque du mé- canisme de commande ou de réglage mû par le dispositif. Il est évident que dans le cas où une haute pression statique est amenée dans le compartiment 15 et une faible ou aucune pression dans le compartiment 14, la destruction ou la déformation permanente du dispositif est empêchée d'une manière analogue.
Dans ces conditions la soupape 27 est appliquée sur son siège à l' extrémité du passage 25 en emprisonnant ainsi le liqui- de incompressible dans le soufflet 19, ce liquide s'opposant à l'écrasement ou à la déformation permanente du soufflet 19, indé- pendamment de l'importance que peut avoir la pression statique dans le compartiment 15.
Comme les soufflets, leurs plaques d'extrémité et la cloison 13 coopèrent de manière à former un récipient hermétique- ment clos, rempli au départ avec un liquide pur, incompressible' tel que du pétrole, il n'y a pas de raison que les soupapes 26 et 27 ou leurs sièges s'encrassent ou subissent une corrosion.
La construction décrite plus haut offre aussi des avantages sous d'autres rapports. Il n'est pas nécessaire que les surfaces utiles des soufflets 18 et 19 aient exactement la même grandeur. Sous ce rapport une tolérance considérable est admissible parce que dans les conditions opératoires normales les soufflets communiquent entre eux à travers le passage 25 et par conséquent les pressions sur les surfaces intérieures des
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soufflets sont égalisées. Les variations de température ont aussi un effet neutralisant, parce que pendant le fonctionnement normal les deux soufflets sont en communication constante.
Il arrive souvent que le fluide dont on mesure la pression différentielle est souillé et que les impuretés péné- trent dans les compartiments 14 et 15. Dans ce cas, il est fa- cil-e d'enlever le mécanisme opérateur du dispositif pour inspec- tion et nettoyage. Ceci est effectué en disjoignant les brides complémentaires (non représentées) des parties opposées 11 et 12 de la boîte. On peut ensuite retirer de cette dernière les soufflets avec leurs plaques d'extrémité et la cloison, sous forme d'un tout et les inspecter. Toute impureté qui s'est accu- mulée entre les ondulations à la surface extérieure des souf- flets peut être facilement enlevée.
Lorsque l'ensemble du mé- canisme formant unité est remis en place, il reprend sa position dans laquelle il est en prise avec le bras de levier 37, de sorte que le dispositif ne demande aucun réajustage ni re-étalonnage.
Si pour une raison quelconque le mécanisme opérateur formant unité doit être remplacé, ceci se fait aisément en séparant les parties 10 et 11, puis en enlevant l'ensemble défectueux et en le remplaçant par un nouveau. Ordinairement aucun réajustage ni re-étalonnage ne sont nécessaires.
Tout moyen peut être utilisé pour la transmission ou la translation du mouvement des soufflets à un mécanisme indica- teur ou de réglage. Bien qu'on ait représenté sur les dessins un accouplement mécanique avec le dispositif indicateur ou régu- lateur, accouplement constitué par un levier ou une manivelle ou un coude 37 et les parties y. reliées, on conçoit aisément qu'il est possible d'utiliser un accouplement hydraulique ou même élec- trique pour transmettre avantageusement les mouvements des souf- flets provoqués par la différence entre les deux pressions ame-
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nées dans le dispositif.
Il est à remarquer qu'en exécutant le dispositif fai- sant l'objet de la présente invention comme décrit ci-dessus, on arrive' à une construction et à un assemblage faciles de ses par- tics constitutives et que cette construction admet de? tolérances considérables. De plus, le dispositif jouit 8. tout moment 1 Un auto-protection contre la destruction ou les déformations perma- nentes, même dans le cas où une haute pression est; appliquée dans l'un des compartiments 14 ou 15 seulement.
Tout nettoyage, inspection ou remplacement de pièces éventuellement nécessaire peut être exécute avec un minimum de travail et en un minimum de temps, et ordinairement il n'est pas nécessaire dans ce cas de procéder à un réajustage ou à un re-étalonnage.
Le dispositif exécuté comme décrit plus haut s'est avéré très avantageux dans la mesure des pressions différentiel- les là où il y a danger que la différence de pression devienne excessive et où les conditions de température sont, soit cons- tantes, soit sensiblement constantes. Dans les cas de fortes fluctuations de température, la dilatation et la contraction du liquide enfermé dans les soufflets deviennent telles que les lectures peuvent en être rendues parfois erronées. Ceci peut facilement provenir de ce que la dilatation ou la contraction du liquide enfermé dans les soufflets se manifeste plus par l'un des soufflets que par l'autre.
Il en est ainsi notamment lorsque les soufflets utilisés ont des parois latérales à on- dulations peu profondes et relativement raides, la dilatation et la contraction du liquide remplissant les soufflets provoquant un changementconsidérable de la pression régnant à l'intérieur de ceux-ci. A moins que la grandeur des surfaces utiles des souf- flets soit exactement la même, ce changement de pression se ma- ni--'L'este par un déplacement des extrémités libres des soufflets
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jusqu'à ce qu'un état d'équilibre soit atteint. Pour cette rai- son on constate que dans certaines circonstances un simple chan- gement de température conduit à un changement de lecture, même s'il n'y a eu aucune variation ou aucun changement des pressions amenées dans le dispositif et dont on veut mesurer la différence.
Sur la figure 3, dans laquelle les mêmes chiffres de référence indiquent les mêmes parties, 110 et 111 désignent les parties opposées d'une boîte, destinées à être assemblées entre elles, par exemple au moyen de boulons 112, et serrées contre une plaque ou cloison centrale 113 divisant la boîte en deux compartiments 114 et 115. Des soufflets opposés 116 et 117 sont montés sur les côtés opposés de la cloison ou plaque 113, les extrémités intérieures des soufflets étant ancrées ou fixées à la.dite cloison. & l'intérieur des soufflets sont logés des ressorts de compression 118 et 119. Les soufflets ont sensible- ment la même longueur et leurs extrémités extérieures sont rigi- dement reliées l'une à l'autre par une tige 120.
L'intérieur des soufflets communique l'un avec l'autre à travers un passage 121 ménagé au centre de la cloison 113. La tige 120 porte deux soupapes opposées 122 et 123, dont chacune peut se poser sur un siège de soupape ménagé à cet effet' dans chaque extrémité du passage 121, de façon à couper la communication entre l'intérieur des deux soufflets dans le cas où la différence entre les deux pressions à mesurer devient excessive. Ceci évite la rupture ou la déformation permanente des soufflets.
L'extrémité de la tige 120 vient en prise avec un bras de levier 124 commandant un arbre oscillant 125, qui commande à. son tour un indicateur ou un registre.
A l'extrémité du soufflet 116 est prévue une petite partie supplémentaire da soufflet 126 formant une chambre auxi- iaire expansible et contractile 127 communiquant avec l'inté-
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rieur du soufflet 116 à traversdes ouvertures 128. L'intérieur des soufflets 116 et 117 aussi bien que la chambre 127 sont com- plètement remplis d'un liquide incompressible et à cette fin il convient de vider complètement d'air ou de gaz l'intérieur des soufflets en y établissant un vide aussi poussé que possible avant de les remplir avec an liquide incompressible, tel que par exemple du pétrole, de la glycérine, ou analogue.
La cloison 113 peut être munie d'une forurede faible diamètre 129 garnie d'un tube déformable 130 et raccordable à une pompe à vide dans le but de faire le vide dans les soufflets.
Apres l'évacuation complète de l'air ou du gaz de l'intérieur des soufflets on peut y admettre le liquide incompressible par le tube et la forure pour en remplir complètement les deux soufflets et la chambre 127. Ensuite le tube 130 peut être ferme par écrase- ment et être définitivement scelle.
Les pressions dont on se propose de mesurer la diffé- rence peuvent être amenées à 1''intérieur de la boîte par les ou- vertures 131 et 132 et si les pressions sont amenées dans la boîte pa r l'intermédiaire de liquides, l'air entraîné dans la. boîte peut en être évacué par l'enlèvement des bouchons 133 et 13/,.. Les bou- chons 135 et 136 peuvent être enlevés pour vider la boîte.
Le fonctionnement et les avantages du dispositif exé- cuté comme représenté sur la figure 3 sont les suivants :pour une certaine gamme de conditions de température les pressions trans- mises à la boîte à travers les ouvertures 131 et 132 exerceront une action prédéterminée sur les soufflets et la différence entre ces pressions est mesurable par le mouvement de la tige 120 trans- mis par l'intermédiaire du bras de levier 124 et l'arbre oscillant 125 à l'indicateur. Si la différence entre les pressions considé- rées devient excessive, la tige peut se déplacer suffisamment pour que l'une des soupapes 122 ou 123 qu'elle porte se pose sur son @
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siège et ferme le passage 121,
de sorte que les soufflets ne subissent pas de déformation permanente mais reprennent leur fonct tionnement normal dès le rétablissement des conditions de pression différentielle normale. Si la température varie considérablement en entraînant une dilatation ou une contraction du liquide à l'in- térieur des soufflets 116 et 117, cette dilatation ou cette con- traction ne se transmet pas aux parois ondulées des deux soufflets, mais se' communique à travers les perforations 128 à la chambre supplémentaire ou auxiliaire 127. Or, cette chambre, qui possè- de des parois ondulées, peut se dilater ou se contracter selon les nécessités, par suite de la dilatation ou la contraction du liquide à l'intérieur des soufflets, sans que le fonctionnement des deux soufflets 116 et 117,
suivant les pressions dont on veut mesurer la différence, subisse un dérangement ou une influence quelconque. On a ainsi un dispositif pour la mesure des pres- sions différentielles qui fonctionne convenablement même lorsque les conditions de température varient considérablement.
Il est évident qu'on peut apporter diverses modifica- tions aux formes d'exécution particulières décrites ci-dessus, sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention.
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