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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET BELGE formulée par Société dite : WESTFALISCHE METALL INDUSTRIE KG HUECK & CO pour "Dispositif de mesure et de contrôle du niveau d'un liquide présent dans un réservoir" comme
BREVET D'INVENTION.
Priorité de la demande de brevet déposée en Allemagne (Rép.
Fed.) le 15 décembre 1982 sous le n P 32 46 340.5, au nom de la société susdite.
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"Dispositif de mesure et de contrôle du niveau d'un liquide présent dans un réservoir" La présente invention a trait à un dispositif pour la mesure et le contrôle du niveau d'un liquide présent dans un réservoir, à savoir, en particulier, du niveau d'huile dans le moteur d'un véhicule automobile, au moyen d'une sonde composée d'une matière photoconductrice, dont la surface réfléchit plus au moins, selon qu'elle est plus ou moins mouillée par le liquide concerné, un faisceau lumineux transmis par la matière photoconductrice et touchant la surface.
On connaît plusieurs types de dispositifs de mesure de ce genre, tels que, par exemple l'indicateur de niveau décrit dans la demande de brevet européen 0 003 566, destiné de préférence à l'équipement de réservoirs de carburant. La mesure du niveau s'effectue, en l'occurrence, au moyen d'une tige incassable dotée de propriétés photoconductrices, munie à ses deux extrémités respectivement d'un émetteur et d'un récepteur de lumière et résistant à l'attaque des carburants usuels. Le flux lumineux passant par la tige photoconductrice est influencé par le niveau occupé par le liquide dans le réservoir, de manière que l'intensité du courant électrique, engendré par le récepteur optique en fonction de la quantité d'énergie lumineuse reçue, peut servir de mesure de niveau.
Ensuite, dans les documents qui se rapportent au modèle d'utilité allemand 19 85 499 est décrit un dispositif de contrôle de la réserve d'huile de freinage dans un système de freinage hydraulique à un ou plusieurs circuits d'huile de freinage
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pour l'équipement de véhicules automobiles, caractérisé par la présence de corps prismatiques photoconducteurs insérés dans les chambres à huile de freinage à contrôler et éclairés par l'entremise d'un photoconducteur, la lumière réfléchie étant conduite par un autre photoconducteur vers le panneau de bord.
Si le corps prismatique plonge dans l'huile de freinage, aucun rayon lumineux n'est réfléchi, par suite du fait que la lumière y amenée s'échappe par la surface mouillée dans le liquide mouillant, tandis que, inversement, en cas d'abaissement excessif du niveau de l'huile de freinage, le corps prismatique n'est pas mouillé et la lumière amenée est réfléchie vers le tableau de bord.
Dans le brevet américain 30 68 697 est même préconisé l'emploi de corps prismatiques photoconducteurs de ce genre à la mesure du niveau d'hydrogène liquéfié.
Le brevet américain 36 83 196 préconise l'emploi de corps photoconducteurs à surface entaillée pour des mesures différentielles.
Enfin, dans la demande de brevet allemand mise à la disposition du public DT-OS 20 34 344, est également décrite une grande variété d'appareils de mesure de niveau, dont le fonctionnement repose sur les propriétés photoconductrices et photoréfractrices des sondes mises en oeuvre et du liquide dont il s'agit de mesurer le niveau.
Toutefois, toutes les tentatives faites jusqu'à présent pour appliquer ce principe à la mesure du niveau d'huile dans les moteurs de véhicules automobiles ont échoué. Les raisons en sont entre autres les fortes fluctuations du degré de pollution de l'huile, les fluctuations de la température de l'huile, qui est souvent trop haute pour permettre l'emploi de matériaux sensibles à la chaleur, ainsi que le manque de place surtout au niveau du carter, par exemple au niveau du bain d'huile, pour le montage d'un dispositif de mesure.
De grandes difficultés se présentent, en particulier, lorsque les
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sondes faites d'une matière photoconductrice, dont le fonctionnement repose sur la réflexion d'un rayon lumineux, sont conçues pour remplacer la jauge d'huile habituelle, et cela par suite du diamètre fort réduit, par exemple égal à environ 5-8 mm, de l'ouverture par laquelle est introduite la jauge.
Or, la présente invention concerne un dispositif de mesure du genre susmentionné et se propose de le perfectionner par des mesures aussi simples qu'efficaces en vue de son adaptation à la mesure et au contrôle du niveau d'huile dans les moteurs de véhicules automobiles. Elle prévoit à cet effet, que la sonde est fixée au bout inférieur d'une tige flexible et que sa longueur est plus petite que celle de la tige. Cette solution présente surtout l'avantage que le dispositif concerné se prête à remplacer les jauges d'huile habituelles de manière à éviter l'alésage d'un trou supplémentaire ou surtout d'un trou plus large dans le carter, et donc l'adaptation de l'équipement des véhicules existants.
D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention ressortiront de la description détaillée suivante de quelques exemples de mise en oeuvre, donnée avec référence aux figures 1-5 des dessins annexés.
Comme le montre la figure 1, le dispositif concerné, comporte une tige 1, qui porte à son extrémité inférieure une sonde 2 faite d'une matière photoconductrice. La tige 1 se termine en haut en un joint 3, conçu de manière connue pour s'ajuster dans le trou prévu pour l'introduction d'une jauge d'huile habituelle dans un moteur de véhicule automobile. S'y raccode un conducteur 4 conduisant à un analyseur 5, auquel est raccordée par exemple une lampe-témoin 6 ou, le cas échéant, un dispositif d'avertissement acoustique.
Cette tige 1 est une tige flexible et peut ainsi s'employer également en présence de moteurs de véhicules automobiles, dont l'ouverture d'introduction de la jauge d'huile est sui-
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vie d'un guidage ou d'une déviation où la jauge se courbe facilement. La sonde proprement dite 2 est beaucoup plus courte que la tige 1. Elle a, par exemple, une longueur d'environ 30 mm pour une tige de longueur supérieur à 300 mm. L'avantage en est que la sonde, bien qu'étant relativement raide, suit, lors de son introduction, facilement ces guidages ou déviations, ce qui est surtout intéressant lorsque sa partie photoconductrice se compose de verre minéral flexible au point de vue physique, mais assez raide au point de vue technique.
L'emploi de verre minéral est toutefois la meilleure solution, c'est-à-dire la solution la plus simple et la plus économique, vu sa résistance à la chaleur, exigée pour permettre son immersion par exemple en des bains d'huile d'une température de 180 C ou plus.
La tige 1 peut, par exemple, se composer d'une tige de support métallique creuse munie de conducteurs électriques ou optiques parallèles à son axe. Cette tige de support pourra, le cas échéant, être entièrement supprimée, si les conducteurs sont suffisamment flexibles, toutefois sans avoir la flexibilité d'un cordon.
Le conducteur de raccord 4 pourra, selon le cas envisagé, être un conducteur électrique ou un photoconducteur. L'analyse des signaux reçus par l'analyseur 5 pourra s'effectuer de manière habituelle. Il est également possible que l'information requise concernant le niveau du bain d'huile est signalée par indication directe des signaux lumineux transmis par un photoconducteur, sans transmission par l'entremise d'éléments 5 et 6, par exemple si l'on exige pas de contrôle effectué à une certaine distance du bloc-moteur et l'on se contente d'indications données à proximité immédiate du moteur, par exemple également au panneau de bord.
La figure 2 représente de manière schématique la sonde 2 de la figure 1 avec plus de détails. Le corps proprement dit 2a de la sonde, composé par exemple de verre cristal, est partiellement recouvert d'une enveloppe opaque sous forme d'une
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calotte inférieure 2b et d'une calotte supérieure 2c, exécutées en feuille métallique ou tout autre matériau approprié.
La sonde est munie en bas d'un émetteur optique 7 sous forme d'une source lumineuse, telle que par exemple une lampe à incandescence ou une diode lumineuse, et en haut d'un récepteur optique, tel que par exemple une photodiode ou un phototransistor. Le corps de verre est biseauté de part et d'autre de manière à réfracter les rayons lumineux dans les directions indiquées par les flèches. Les rayons lumineux entrent en bas par les surfaces obliques inférieures, sont réfléchis par la paroi latérale du corps de verre 2a et sortent en haut par les surfaces obliques supérieures. En cas d'immersion du corps de verre dans un liquide correspondant, les rayons lumineux ne sont pas réfléchis, mais absorbés par le liquide, ce qui se prête, de manière connue, à l'émission de signaux.
Un point essentiel consiste en ce que la zone de mesure, c'est-à-dire la zone où les rayons lumineux sont réfléchis ou non, est, regardée dans le sens de la pesanteur, décalée de bas en haut, du bout inférieur au bout supérieur de la sonde, à savoir latéralement comme dans l'exemple illustré par la figure 2. Cette mesure est prise pour éviter que les indications ne soient faussées par des gouttes suspendues au corps de verre, telles que des gouttes d'huile chaude, éventuellement durcies par résinification.
Si un récepteur 8, capable de transformer immédiatement le signal optique en un signal électrique correspondant, n'est pas prévu, un photoconducteur pourra être accouplé de manière appropriée à l'extrémité supérieure du corps de verre 2a.
La figure 3 représente un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. Les parties identiques ou fonctionnellement équivalentes à celles du dispositif représenté par la figure 1 sont munies d'un même chiffre de repère. La figure 4 représente de manière schématique et à plus grande échelle la sonde 2 du dispositif illustré par la figure 3. Cette sonde com-
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porte, comme dans le cas précédent, un corps de verre 2a, partiellement enveloppé d'une matière opaque 2c. En bas est monté un miroir 10, qui, dans l'exemple concerné, est un miroir plan. Le corps de verre 2a est partiellement biseauté à son extrémité supérieure.
Deux photoconducteurs coaxiaux 11 et 12 sont connectés à la partie supérieure du corps de verre 2a, à savoir un photoconducteur 11 sous forme de manchon faisant office de transmetteur optique et un photoconducteur interne 12 filiforme ou se présentant également sous forme de manchon ou ayant toute autre forme appropriée, et servant à transmettre les rayons lumineux réfléchis à un analyseur.
Le mode de mise en oeuvre illustré par les figures 3 et 4 présente l'avantage d'être dépourvu de conducteurs électriques d'entrée et de sortie introduits jusqu'à un niveau inférieur à la surface du bain d'huile. L'émetteur optique et le récepteur optique se trouvent entièrement en dehors du moteur. Ici se trouve également le point de mesure de la paroi latérale, de manière à éviter que la mesure ne soit faussée par des gouttes suspendues au miroir, même si les gouttes y restent longtemps suspendues ou forment un dépôt permanent par exemple par résinification.
La figure 5 représente un troisème mode de mise en oeuvre d'une sonde destinée à l'équipement d'un dispositif selon l'invention. Le corps de verre 13, qui est un corps de révolution, présente en haut un biseau conique 13a, dont l'angle de sommet mesure par exemple 60 . En bas est également prévu un biseautage 13b par exemple également de forme conique ou se présentant de préférence sous forme d'un corps de révolution engendré par rotation d'un arc de cercle, comme le montre la figure. La base de ces deux éléments 13a et 13b est plus petite que la section transversale du corps 13.
Si, dans ces conditions, est montée en bas une lampe à incandescence à faisceau lumineux légèrement divergent, les rayons lumineux émis par la lampe sont réfractés à la surface
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de l'élément 13 et entrent ainsi dans le corps de verre 13, où ils rencontrent sa surface extérieure dans une zone annulaire étroitement limitée, ce qui permet la formation d'un point de mesure nettement tranché même en cas d'absence de revêtements, se prêtant à une concentration maximale du flux lumineux, en dépit des conditions d'application rendues difficiles par l'exécution ramassée et néanmoins solide de l'ensemble.
Comme le montrent les résultats d'essais effectués dans les conditions de la pratique, ce système répond parfaitement à toutes les exigences imposées aux dispositifs de mesure et de contrôle du genre concerné.
C'est ainsi, par exemple, que d'excellents résultats s'obtiennent avec des corps de verre de dimensions très réduites, accusant par exemple un diamètre de 4 à 4,5 mm et une longueur d'environ 15 mm, et avec de petites lampes à incandescence de dimensions correspondantes, formant un ensemble qui, en dépit de ses dimensions fort réduites et sa faible puissance lumineuse, se prête à des mesures suffisamment précises et à l'émission de signaux suffisamment nets, de manière à répondre à toutes les exigences imposées aux dispositifs de mesure et de contrôle du genre concerné. La sonde ne court pas le moindre risque de se casser, de devenir inutilisable par de la crasse y adhérente ou d'être détruite à la longue par l'agressivité ou la chaleur des liquides dans lesquels elle est employée.
Le choix judicieux de l'angle de sommet des éléments 13a et 13b permet le réglage dans de larges limites de l'angle d'incidence et de l'angle de sortie des rayons lumineux en vue d'une adaptation efficace de l'ensemble aux propriétés optiques (réfraction de la lumière) de la sonde 13 elle-même, et à la nature du liquide à mesurer, tel que par exemple de l'huile de lubrification pour les moteurs de véhicules automobiles ou de l'huile hydraulique. La sonde 13 pourra se composer de verre minéral, comme dit ci-dessus, ou d'une
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matière plastique appropriée, c'est-à-dire transparente et réfractaire, comme par exemple que le polyamide transparent 6.
L'élément conique à l'extrémité de la sonde 13 ou 2a pourra, le cas échéant, également être un élément creux ou en forme d'entonnoir, de préférence de part et d'autre.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of a request for
BELGIAN PATENT formulated by Company known as: WESTFALISCHE METALL INDUSTRIE KG HUECK & CO for "Device for measuring and controlling the level of a liquid present in a tank" as
PATENT.
Priority of the patent application filed in Germany (Resp.
Fed.) On December 15, 1982 under No. P 32 46 340.5, in the name of the above-mentioned company.
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"Device for measuring and checking the level of a liquid present in a tank" The present invention relates to a device for measuring and checking the level of a liquid present in a tank, namely, in particular, the oil level in the engine of a motor vehicle, by means of a probe composed of a photoconductive material, the surface of which reflects more or less, depending on whether it is more or less wetted by the liquid concerned, a beam light transmitted by the photoconductive material and touching the surface.
Several types of measurement devices of this kind are known, such as, for example, the level indicator described in European patent application 0 003 566, preferably intended for equipping fuel tanks. The level measurement is carried out, in this case, by means of an unbreakable rod endowed with photoconductive properties, provided at its two ends respectively with a light emitter and a receiver and resistant to the attack of fuels usual. The light flux passing through the photoconductive rod is influenced by the level occupied by the liquid in the reservoir, so that the intensity of the electric current, generated by the optical receiver according to the quantity of light energy received, can serve as level measurement.
Next, in the documents relating to the German utility model 19 85 499, a device for controlling the reserve of brake oil in a hydraulic brake system with one or more brake oil circuits is described.
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for motor vehicle equipment, characterized by the presence of photoconductive prismatic bodies inserted in the brake oil chambers to be controlled and illuminated by means of a photoconductor, the reflected light being conducted by another photoconductive to the panel edge.
If the prismatic body plunges into the brake oil, no light ray is reflected, owing to the fact that the light brought into it escapes through the wet surface into the wetting liquid, while, conversely, in the event of excessive lowering of the brake oil level, the prismatic body is not wet and the light supplied is reflected towards the dashboard.
In the American patent 30 68 697 is even recommended the use of photoconductive prismatic bodies of this kind to measure the level of liquefied hydrogen.
American patent 36 83 196 recommends the use of photoconductive bodies with a notched surface for differential measurements.
Finally, in the German patent application made available to the public DT-OS 20 34 344, a wide variety of level measuring devices is also described, the operation of which is based on the photoconductive and photorefractive properties of the probes used. and the liquid to be measured.
However, all attempts to date to apply this principle to the measurement of the oil level in motor vehicle engines have failed. The reasons are among others the large fluctuations in the degree of pollution of the oil, the fluctuations in the temperature of the oil, which is often too high to allow the use of materials sensitive to heat, as well as the lack of place above all at the casing, for example at the level of the oil bath, for mounting a measuring device.
Great difficulties arise, in particular, when the
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probes made of a photoconductive material, whose operation is based on the reflection of a light ray, are designed to replace the usual oil dipstick, and this because of the greatly reduced diameter, for example equal to about 5-8 mm , from the opening through which the gauge is introduced.
However, the present invention relates to a measuring device of the aforementioned kind and proposes to improve it by measurements as simple as effective with a view to its adaptation to the measurement and control of the oil level in the engines of motor vehicles. It provides for this purpose, that the probe is fixed to the lower end of a flexible rod and that its length is shorter than that of the rod. This solution above all has the advantage that the device concerned lends itself to replacing the usual oil gauges so as to avoid the reaming of an additional hole or especially of a larger hole in the casing, and therefore the adaptation equipment of existing vehicles.
Other characteristics and advantages of the system according to the invention will emerge from the following detailed description of some examples of implementation, given with reference to Figures 1-5 of the accompanying drawings.
As shown in Figure 1, the device concerned comprises a rod 1, which carries at its lower end a probe 2 made of a photoconductive material. The rod 1 ends at the top in a seal 3, designed in a known manner to fit in the hole provided for the introduction of a standard oil dipstick in a motor vehicle engine. A conductor 4 leading to an analyzer 5 is connected thereto, to which is connected for example a control lamp 6 or, if necessary, an acoustic warning device.
This rod 1 is a flexible rod and can thus also be used in the presence of motor vehicle engines, the opening for introducing the dipstick is followed
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life of a guide or a deviation where the gauge bends easily. The actual probe 2 is much shorter than the rod 1. It has, for example, a length of approximately 30 mm for a rod of length greater than 300 mm. The advantage is that the probe, although being relatively stiff, follows, during its introduction, easily these guides or deviations, which is especially interesting when its photoconductive part consists of mineral glass flexible from the physical point of view, but quite stiff from a technical point of view.
The use of mineral glass is however the best solution, that is to say the simplest and most economical solution, given its resistance to heat, required to allow its immersion for example in oil baths. '' a temperature of 180 C or more.
The rod 1 can, for example, consist of a hollow metal support rod provided with electrical or optical conductors parallel to its axis. This support rod may, if necessary, be entirely eliminated, if the conductors are sufficiently flexible, however without having the flexibility of a cord.
The connecting conductor 4 may, depending on the case envisaged, be an electrical conductor or a photoconductor. The analysis of the signals received by the analyzer 5 can be carried out in the usual way. It is also possible that the required information concerning the oil bath level is indicated by direct indication of the light signals transmitted by a photoconductor, without transmission by means of elements 5 and 6, for example if required no check carried out at a certain distance from the engine block and we are satisfied with indications given in the immediate vicinity of the engine, for example also on the dashboard.
Figure 2 schematically shows the probe 2 of Figure 1 in more detail. The actual body 2a of the probe, composed for example of crystal glass, is partially covered with an opaque envelope in the form of a
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lower cap 2b and an upper cap 2c, made of metal foil or any other suitable material.
The probe is provided at the bottom with an optical emitter 7 in the form of a light source, such as for example an incandescent lamp or a light diode, and at the top with an optical receiver, such as for example a photodiode or a phototransistor. The glass body is bevelled on both sides so as to refract the light rays in the directions indicated by the arrows. The light rays enter at the bottom through the lower oblique surfaces, are reflected by the side wall of the glass body 2a and exit at the top through the upper oblique surfaces. If the glass body is immersed in a corresponding liquid, the light rays are not reflected, but absorbed by the liquid, which lends itself, in known manner, to the emission of signals.
An essential point is that the measurement area, that is to say the area where the light rays are reflected or not, is, viewed in the direction of gravity, shifted from bottom to top, from the bottom end to the upper end of the probe, namely laterally as in the example illustrated in FIG. 2. This measure is taken to prevent the indications from being distorted by drops suspended from the glass body, such as drops of hot oil, possibly hardened by resinification.
If a receiver 8, capable of immediately transforming the optical signal into a corresponding electrical signal, is not provided, a photoconductor can be suitably coupled to the upper end of the glass body 2a.
FIG. 3 represents another example of implementation of the invention. The identical or functionally equivalent parts to those of the device represented by FIG. 1 are provided with the same reference numeral. FIG. 4 schematically represents on a larger scale the probe 2 of the device illustrated in FIG. 3. This probe comprises
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carries, as in the previous case, a glass body 2a, partially wrapped in an opaque material 2c. At the bottom is mounted a mirror 10, which, in the example concerned, is a plane mirror. The glass body 2a is partially bevelled at its upper end.
Two coaxial photoconductors 11 and 12 are connected to the upper part of the glass body 2a, namely a photoconductor 11 in the form of a sleeve acting as an optical transmitter and an internal photoconductor 12 which is filiform or is also in the form of a sleeve or having any other suitable form, and used to transmit the reflected light rays to an analyzer.
The mode of implementation illustrated by FIGS. 3 and 4 has the advantage of being free of electrical input and output conductors introduced up to a level below the surface of the oil bath. The optical transmitter and the optical receiver are located entirely outside the engine. Here is also the measurement point of the side wall, so as to prevent the measurement from being distorted by drops hanging from the mirror, even if the drops remain there for a long time or form a permanent deposit, for example by resinification.
FIG. 5 represents a third embodiment of a probe intended for equipping a device according to the invention. The glass body 13, which is a body of revolution, has a conical bevel 13a at the top, the apex angle of which measures, for example, 60. At the bottom is also provided a bevel 13b, for example also of conical shape or preferably in the form of a body of revolution generated by rotation of an arc of a circle, as shown in the figure. The base of these two elements 13a and 13b is smaller than the cross section of the body 13.
If, under these conditions, an incandescent lamp with a slightly divergent light beam is mounted at the bottom, the light rays emitted by the lamp are refracted on the surface
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of the element 13 and thus enter the glass body 13, where they meet its external surface in a tightly limited annular zone, which allows the formation of a clearly cut measuring point even in the absence of coatings, suitable for maximum concentration of the luminous flux, despite the application conditions made difficult by the collected and nevertheless solid execution of the assembly.
As the results of tests carried out under practical conditions show, this system perfectly meets all the requirements imposed on measuring and monitoring devices of the type concerned.
Thus, for example, excellent results are obtained with glass bodies of very small dimensions, showing for example a diameter of 4 to 4.5 mm and a length of about 15 mm, and with small incandescent lamps of corresponding dimensions, forming an assembly which, despite its very small dimensions and low light power, lends itself to sufficiently precise measurements and to the emission of sufficiently clear signals, so as to respond to all requirements for measuring and monitoring devices of the kind concerned. The probe does not run the slightest risk of breaking, becoming unusable by adhering dirt or being destroyed in the long term by the aggressiveness or the heat of the liquids in which it is used.
The judicious choice of the apex angle of the elements 13a and 13b allows adjustment within wide limits of the angle of incidence and of the angle of exit of the light rays with a view to an effective adaptation of the assembly to optical properties (refraction of light) of the probe 13 itself, and the nature of the liquid to be measured, such as for example lubricating oil for motor vehicle engines or hydraulic oil. The probe 13 may consist of mineral glass, as said above, or of a
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suitable plastic, that is to say transparent and refractory, such as for example transparent polyamide 6.
The conical element at the end of the probe 13 or 2a may, if necessary, also be a hollow element or in the form of a funnel, preferably on either side.