DE2354307A1 - Pressure measurement using cholesteric mesophase - with reversibly pressure-dependent reflection colours, for accuracy and simplicity - Google Patents
Pressure measurement using cholesteric mesophase - with reversibly pressure-dependent reflection colours, for accuracy and simplicityInfo
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Abstract
Description
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Riedel-de Haen AG 318/3Riedel-de Haen AG 318/3
Verfahren zur Druckmessung sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensPressure measurement method and device to carry out this procedure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckmessung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver~ fahrens.The invention relates to a method for measuring pressure and a device for carrying out this Ver ~ driving.
Es sind organische Substanzen bekannt, die Mesophasen bilden. Als "Mesophase" wird dabei eine Phase verstanden, die zwischen der anisotrop-festen und der isotrop-flüssigen Phase liegt und in diesem flüssigen Bereich anisotrope Eigenschaften aufweist. Mesophasen, die aus chiralen anisotropen Molekülen bestehen, rechnet man zum cholesterinischen !Typ. Einige solcher cholesterinischer Mesophasen zeigen in bestimmten Temperaturbereichen brillante und temperaturabhängige Reflexionsfarben im Sichtbaren, d.h. bei Temperaturänderung tritt eine reversible Spektralverschiebung des von der betroffenen Phase reflektierten Lichtes auf.Organic substances are known, the mesophases form. A "mesophase" is understood to mean a phase which lies between the anisotropically solid and the isotropically liquid phase and has anisotropic properties in this liquid area having. Mesophases, which consist of chiral anisotropic molecules, are classified as cholesteric! Some of such cholesteric mesophases show in certain Temperature ranges brilliant and temperature-dependent reflective colors in the visible, i.e. when the temperature changes a reversible spectral shift occurs in the light reflected from the affected phase.
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L ι ο η L ι ο η
Bei den bekannten Meso.ptiasen mit temperaturabhängigen Re flex ions farben ist die auftretende Spektralverschiebung durchweg von Druck praktisch unabhängig. So besitzen 25.B. Mischungen von Cholesteryläthylcarbonat mit N-(4-methoxybenzyliden)-4'-n-butyl-anilin (ICBBA), die als typische Systeme mit temperaturabhängigen Reflexionsfarben angesehen werden können, keine Druckabhängigkeit der Reflexionsfarben im Bereich von O - 2000 bar. Mesophasen mit reversiblen druckabhängigen Reflexionsfarben sind bisher noch nicht bekannt geworden.In the well-known Meso.ptiasen with temperature-dependent In reflective colors, the spectral shift that occurs is practically independent of pressure. So own 25.B. Mixtures of cholesteryl ethyl carbonate with N- (4-methoxybenzylidene) -4'-n-butyl aniline (ICBBA), which are considered to be typical systems with temperature-dependent reflective colors can, no pressure dependence of the reflection colors in the area from O - 2000 bar. Mesophases with reversible pressure-dependent Reflective colors have not yet become known.
Überraschend wurde nun gefunden, daß es auch cholesterinische Mesophasen gibt, die bei einer nur geringen Temperaturabhängigkeit der Reflexionsfarben eine sear starke Abhängigkeit der Reflexionsfarben von dem allseitig auf die Phase einwirkenden statischen Druck zeigen. So wurde"festgestellt, daß z.B. bei Mischungen von Cholesteryloleylcarbonat mit Cholesterylchlorid ein steigender Druck eine deutliche Rotverschiebung des reflektierten Lichtes bewirkt, und daß aus dem Maximum der schmalband igen Reflexionskurve eindeutig auf den Druck zurückgeschlossen werden kann.Surprisingly, it has now been found that there are also cholesteric mesophases, which are only slight Temperature dependence of the reflection colors a sear strong Show the dependence of the reflection colors on the static pressure acting on the phase on all sides. So it was found "that e.g. for mixtures of cholesteryl oleyl carbonate with cholesteryl chloride an increasing pressure causes a clear red shift of the reflected light, and that from the maximum the narrow-band reflection curve can clearly be deduced from the pressure.
Die Erfindung nutzt diese Erkenntnis konsequent aus und schafft ein neues Yerfahren zur Druckmessung, welches sich dadurch kennzeichnet, daß eine cholesterinische Mesophase mit reversiblen druckabhängigen Reflexionsfarben dem zu messenden Druck ausgesetzt und die dabei auftretende Spektralversehiebung des von dieser Mesophase reflektierten Lichtes gemessen wird.The invention makes consistent use of this knowledge and creates a new method for measuring pressure, which is characterized by the fact that a cholesteric mesophase with reversible pressure-dependent reflection colors corresponds to the one to be measured Subject to pressure and the resulting spectral shift of the light reflected from this mesophase measured will.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorrichtungsmäßig an keine "bestimmte Ausführungsform gebunden, geschieht aber notwendigerweise mit einer Messzelle, die sich-dadurch kennzeichnet, daß sie ein die cholesterinische Mesophase dicht einschließendes Gehäuse besitzt, welches in mindestens einem Teilbereich'seiner Wandungen so ausgebildet ist, daß eine Übertragung des zu messenden Druckes auf die Mesophase gewährleister ist, und welches ein Fenster zur Belichtung der Mesophase und zum Durchtritt des von der Mesophase reflektierten Lichtes aufweist.Carrying out the method according to the invention is device-wise to no "particular embodiment bound, but necessarily with a measuring cell, which is characterized by the fact that it is a cholesterol Has mesophase-tight enclosing housing, which is so formed in at least a portion of its walls is that a transfer of the pressure to be measured to the mesophase is guaranteed, and what a window for exposure the mesophase and the passage of the mesophase having reflected light.
Die erfindungsgemäße Druckmessung hat gegenüber bekannten Methoden der Druckmessung vielfältige und erhebliche Vorteile. Einer dieser Vorteile besteht darin, daß keinerlei Leitungen von der Druckmeßzelle zu einem Anzeigegerät erforderlich sind, da der Abruf der Meßwerte mit Hilfe von Licht durchgeführt wird. Die Messung kann daher auch an mit Leitungen schlecht erreichbaren Stellen erfolgen. Weiterhin entfallen aber auch jegliche Leitungs-Durchführungen vom Innenraum der Druckmeßzelle nach außen, die bei herkömmlichen Methoden , z.B. für elektrische Leitungen bei Druckmessung mit Metallwiderständen oder für Druckleitungen bei Druckmessung mit Manometern, erforderlich sind und erhebliche Dichtungsprobleme verursachen können. Das durch das Fenster der Druckmeßzelle austretende reflektierte Licht wird vielmehr völlig getrennt von der Druckmeßzelle aufgenommen und kann mit Hilfe von Lichtleitern auch in größere Entfernung geleitet und dort analysiert und in eine Druckanzeige umgewandelt werden.The pressure measurement according to the invention has opposite known methods of pressure measurement have many and significant advantages. One of these advantages is that none Lines from the pressure measuring cell to a display device are required, since the retrieval of the measured values is carried out with the aid of light will. The measurement can therefore also be carried out in places that are difficult to reach with cables. Furthermore omitted but also any line feedthroughs from the interior of the pressure measuring cell to the outside, which with conventional methods, e.g. for electrical lines when measuring pressure with metal resistors or for pressure lines when measuring pressure with manometers, are required and can cause significant sealing problems. The one emerging through the window of the pressure measuring cell Rather, reflected light is completely separated from the pressure measuring cell recorded and can be guided with the help of light guides to a greater distance and analyzed there and into a Pressure indication can be converted.
Ein anderer Vorteil leitet sich aus der Tatsache ab,Another benefit derives from the fact
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daß "bestimmte Druckwerte mit definierten Reflexionsfarbsn korreliert werden können. Daher läßt sich die Erfindung sehr gut für eine Druckregelung z.B. in einem Reaktionsautoklaven verwenden. Es "brauchen dazu nur die den oberen und unteren G-renzdrücken zugeordneten Re flex ions farben durch Eilterkombinationen photoelektrisch indiziert und die dabei erhaltenen Anzeigen zur Auslösung der erforderlichen Regelvorgänge weiterverarbeitet su werden. Eine solche optisoh-photoelektrische Erfassung von G-renzdrücken ist in vielen Fällen einer Abnahme der Grenzwerte mittels mechanischer bsw. elektrischer Schalter überlegen.that "certain pressure values with defined reflection colors can be correlated. Therefore, the invention can be used very well for pressure control in, for example, a reaction autoclave use. Only the upper and lower ones need it Reflection colors assigned to limit pressures through filter combinations Photoelectrically indicated and the indications obtained are further processed to trigger the necessary control processes be su. Such an optisoh-photoelectric detection of limit pressures is in many cases a decrease the limit values by means of mechanical bsw. electrical switch superior.
Auch die völlige Unempfindlichkeit gegen Überdrücke oberhalb des Meßbereiches ist als wesentlicher Vorteil der Erfindung hervorzuheben. Im Gegensatz zu anderen Meßmethoden, bei denen bei überschreiten des Meßbereiches nach oben eine Beschädigung des Meßinstrumentes eintreten kann oder zumindest die Gefahr von auftretenden Ungenauigkeiten bei nachfolgenden Meßvorgängen besteht, verschiebt sich bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren (sofern nur die Meßzelle ausreichend stark ausgelegt ist, was auf gar keine Schwierigkeiten stößt) nach Überschreitung des Meßbereiches lediglich die Itfarbanzeige (bei Verwendung von cholesterinischen Meosphasen mit Rotverschiebung) in das infrarote Gebiet, d.h. es tritt im sichtbaren Gebiet keine Earbanseige mehr auf. Ansonsten bleibt das System aber völlig unbeeinträchtigt, und bei Nachlassen des Überdruckes arbeitet die Anzeige weiter wie vorher.Also the complete insensitivity to excess pressure above the measuring range is to be emphasized as an essential advantage of the invention. In contrast to other measuring methods, where there is damage when the measuring range is exceeded of the measuring instrument can occur or at least the risk of inaccuracies occurring in subsequent There is measurement processes, shifts in the inventive Measuring method (provided that the measuring cell is designed to be sufficiently strong, which does not encounter any difficulties) after exceeding of the measuring range only the color display (when using of cholesteric meosphases with redshift) into the infrared area, i.e. it occurs in the visible area no more earbanseige on. Otherwise the system remains completely unaffected, and when the overpressure subsides the display continues to work as before.
Diese Unempfindliohkeit gegen Überdrücke macht es auch möglich, den Meßbereich bei der Erfindung dadurch zu erweitern, daß mehrere Meßzellen, die unterschiedliche,jeweilsThis insensitivity to excess pressure makes it also possible to expand the measuring range in the invention in that several measuring cells, each of which is different
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für einen "bestimmten Druckbereich, sichtbares Licht reflektierende Mesophasen eingebettet enthalten, gleichzeitig dem zu messenden Brück ausgesetzt werden, wobei dann die Inzeige von der gerade in dem bestimmten Druckbereich empfindlichsten Meßzelle abgenommen wird.' Mithin ist durch Auswahl geeigneter Mischungen cholesterinischer Substanzen ein weiterer Meßbereich mit praktisch gleichbleibend guter Empfindlichkeit der Anzeige einstellbar.for a "specific print area, visible light reflecting Embedded mesophases are simultaneously exposed to the bridge to be measured, in which case the display of the most sensitive in the specific pressure range Measuring cell is removed. ' A further measuring range is therefore possible by selecting suitable mixtures of cholesteric substances with practically consistently good display sensitivity adjustable.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen in einer sehr hohen Meßgenauigkeit, weil die Abhängigkeit der Farbverschiebung des reflektierten Lichtes von dem Druck sehr steil verläuft, sowie in dem raumsparenden, kleinen Aufbau der MeßzeHe, für die nur wenige einfache Bauteile erforderlich sind.Further advantages of the invention reside in a great deal high measurement accuracy because of the dependence of the color shift of the reflected light from the print runs very steeply, as well as in the space-saving, small construction of the measuring point for which only a few simple components are required.
.Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar: ■The invention is explained in more detail below in exemplary embodiments with reference to the drawings. Ask dar: ■
Pig. 1 eine mögliche Ausführungsform einer Meßzelle im Querschnitt ,Pig. 1 a possible embodiment of a measuring cell in cross section,
Pig. 2 graphisch die Abhängigkeit des Maximums der reflektierten Wellenlänge vom Druok für zwei unterschiedliche cholesteri- ' nische Mesophasen.Pig. 2 graphically shows the dependence of the maximum the reflected wavelength from the Druok for two different cholesterol ' niche mesophases.
3?ür eine im Sinne der Erfindung brauchbare Meßzelle ist es erforderlich, die druckabhängige cholesterinische Mesophase derart in ein Gehäuse einzubetten, daß eine Übertragung3 for a measuring cell which can be used in the context of the invention it is necessary to embed the pressure-dependent cholesteric mesophase in a housing in such a way that a transmission
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des su inessenden Druckes auf die Mesophase gewährleistet ist und eine Möglichkeit besteht, durch ein Fenster die Mesophase zu "belichten und das austretende reflektierte Licht zu empfangen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Mesophase 8 in sehr dünner Schicht zwischen zwei Scheiben 4 und 4a eingebettet, von denen die Scheibe 4 , die aus Metall bestehen kann, mit einer oder mehreren Bohrungen 5 versehen ist, während die Scheibe 4a aus Quarzglas oder einem anderen, optisch transparenten Material besteht. Die beiden Scheiben sind in einem Spannrahmen 1 gehalten und besitzen einen feststehenden Abstand von nicht mehr als 20 /um voneinander, der durch einen Abstandhalter 6 gewährleistet ist. Die durchbohrte Scheibe 4 ist bedeckt von einer Membran 3, die die Bohrungen 5 in der Scheibe verschließt und es gestattet, im Bereich der Bohrungen 5 einen äußeren Druck auf die Mesophase 8 -statisch'zu übertragen. Im Einbau aller Teile in den Rahmen 1 dienen Anpreßsohrauben 1, wobei Ausgleichs scheiben 2 für einen Spannungsausgleich sorgen. Im übrigen sind die Bohrungen 5 mit der darüberllegenden Membran 3 dann nicht erforderlich, wenn eine oder beide der Scheiben 4 oder 4a so dünn ausgebildet sind, daß sie selbst den zu messenden Druck auf die Mesophase 8 übertragen können.,.of the su inessenden pressure on the mesophase is guaranteed and there is a possibility of exposing the mesophase through a window and receiving the emerging reflected light. In the embodiment according to FIG 4a, of which the disk 4, which can be made of metal, is provided with one or more bores 5, while the disk 4a is made of quartz glass or another optically transparent material a fixed distance of not more than 20 / .mu.m from one another, which is ensured by a spacer 6. The perforated disk 4 is covered by a membrane 3, which closes the bores 5 in the disk and allows an outer one in the area of the bores 5 To transfer pressure statically to the mesophase 8. In the installation of all parts in the frame 1, contact pressure screws 1 are used, whereby Ausglei chs washers 2 ensure tension compensation. In addition, the bores 5 with the overlying membrane 3 are not necessary if one or both of the disks 4 or 4a are so thin that they themselves can transmit the pressure to be measured to the mesophase 8.
Die Meßzelle gemäß Fig. 1 kann den Teil derThe measuring cell according to FIG. 1 can be part of the
Wandung eines Druckraumes bilden (mit den Bohrungen 5 nach innen), sie kann aber auch innerhalb eines Druckraumes angeordnet sein. In jedem Pail erfolgt die Druckmessung mittels Belichtung der Meßeinheit durch die Quarzscheibe 4a hindurch und mittels Messung des duroh diese Scheibe wieder austretenden, in der Mesophase 8 reflektierten Lichtes. Zweckmäßig ist es dabei, die der Mesophase 8 zugekehrte Fläche der Scheibe 4 nichtreflektierend auszubilden, um die Messung nicht durch ReflexionForm the wall of a pressure chamber (with the bores 5 facing inwards), but it can also be arranged within a pressure chamber. In each pail the pressure is measured by means of exposure the measuring unit through the quartz disk 4a and by means of Measurement of the light exiting through this disk and reflected in mesophase 8. It is useful the surface of the disk 4 facing the mesophase 8 should be designed to be non-reflective, so that the measurement is not caused by reflection
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von'der Oberfläche . der- Scheibe 4 zu stören.from the surface. to disturb the disc 4.
Ein Beispiel für eine druckabhängige cholesterinische Kesophase ist ein Gemisch aus Cholesteryloleylcarbonat und Cholesterylchlorid·. Bei diesem'-Gemisch, hängt der für eine Druckmessung nutzbare Druckbereich, d.h. derjenige Druckbereich, bei dem sich pro Druckeinheit eine starke Änderung der Reflexionswellenlänge bemerkbar macht, eindeutig vom Mischungsverhältnis ab, und zwar derart, daß mit zunehmendem Gehalt an Oholesterylchlorid der nutzbare Druckbereich zu höheren Werten hin verschoben wird. Das ist anhand der Pig. für zv/ei spezielle Mischlingen veranschaulicht.An example of a pressure-dependent cholesteric kesophase is a mixture of cholesteryl oleyl carbonate and cholesteryl chloride ·. With this' mixture, the for a pressure measurement usable pressure range, i.e. that pressure range, in which a strong change in the reflection wavelength is noticeable per unit of pressure, clearly from Mixing ratio from, in such a way that the usable pressure range increases with increasing content of Oholesterylchlorid is shifted towards higher values. That's based on the Pig. illustrated for zv / ei special hybrids.
Die Kurve A der Pig. 2 wurde gewonnen mit einem Gemisch aus 74,8 MoI^ Cholesteryloleylcarbonat und 25,.2 Md1# Cholesterylchlorid. Eine Probe dieser Mesophase wurde in der Meßzelle gemäß 'Fig. 1 verschiedenen.Drücken ausgesetzt? und es wurde das Maximum der jeweils reflektierten Wellenlänge mit einem UV YiS-Spektrophotometer Perkin-Elmer, Modell 159, durch Messung der Lichtabsorption bestimmt. Die erhaltene Verschiebung des Reflexionsmaximums in Abhängigkeit vom Druck zeigt die Kurve A der Pig. 2, die somit gewissermaßen als "Eichkurve" für diese bestimmte Mesophase angesehen werden kann. In gleicher Weise wurde die Kurve B der Pig. 2 gewonniB mit einem Gemisch aus 80?1 MoI^ Gholesteryloleylcarbonat und 19,9 MoI^ Cholesterylchlorid. Es ist zu erkennen9 daß die Mesophase "B" in einem niedrigeren Druokbereich empfindlicher ist als die Mesophase "A". Die Grenzwerte liegen bei einem Gehalt der Mischung von etwa 26 Mol$ Cholesterylbhlorid als obere Grenze und von etwa 5 Mol$ Cholesterylchlorid als untere Grenze.Curve A of the Pig. 2 was obtained with a mixture of 74.8 mol ^ cholesteryl oleyl carbonate and 25.2 Md1 # cholesteryl chloride. A sample of this mesophase was in the measuring cell according to 'Fig. 1 different pressures? and the maximum of the respectively reflected wavelength was determined with a UV YiS spectrophotometer Perkin-Elmer, model 159, by measuring the light absorption. The resulting shift in the reflection maximum as a function of pressure is shown by curve A of Pig. 2, which can thus be regarded as a "calibration curve" for this particular mesophase. In the same way, curve B became the pig. 2 earned with a mixture of 80 ? 1 mole of gholesteryl oleyl carbonate and 19.9 mole of cholesteryl chloride. It can be seen 9 that the mesophase "B" is more sensitive than the mesophase "A" in a lower pressure range. The limit values are at a content of the mixture of about 26 mol of cholesteryl chloride as the upper limit and about 5 mol of cholesteryl chloride as the lower limit.
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Bas Gemisch, aus Cholesteryloleylcarbonat und Cholesterylcliloriä ist nicht die einzige für die Zwecke der Erfindung brauchbare Mesophase. Allgemein wurde gefunden, daß alle diejenigen Mesophasen reversible druckabhängige Reflexionsfarben zeigen, bei denen zusätzlich, zum cholester mischen Phasentyp noch, ein smektischer Phasentyp vorliegt. Diese Eigenschaft besitzen beispielsweise alle solche Gemische aus chiralen anisotropen Molekülen, bei denen mindestens eine Komponente im reinen Zustand einen smektischen Phasentyp ausbildet. Das ist bei verhältnismäßig langgestreckten Molekülen der Jail. Demgemäß lassen sich, für die Zwecke der Erfindung auch Gemische einsetzen von Oholesterylmyris.tat mit Gholesterylchlorid oder Cholesterylnonanoat mit Cholesterylchlorid«, Auch für diese Gemische läßt sich der für die Messung nutsbare Druckbereich durch Änderung des Mischungsverhältnisses auf unterschiedliche Werte einstellen»Bas mixture, of cholesteryl oleyl carbonate and Cholesterylcliloriä is not the only one for the purpose of Invention useful mesophase. It has generally been found that all those mesophases show reversible pressure-dependent reflection colors in which, in addition to mixing with cholesterol Phase type still, a smectic phase type is present. These Such mixtures, for example, have properties of chiral anisotropic molecules in which at least one component in the pure state has a smectic phase type trains. That is with relatively elongated molecules the jail. Accordingly, for the purposes of the invention also use mixtures of Oholesterylmyris.tat with Gholesterylchlorid or Cholesterylnonanoat with cholesteryl chloride «, For these mixtures, too, the pressure range that can be used for the measurement can be determined by changing the mixing ratio set to different values »
Ansprüche -Expectations -
ERE/kä S09819/0535ERE / kä S09819 / 0535
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732354307 DE2354307C2 (en) | 1973-10-27 | 1973-10-27 | Device for measuring pressure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732354307 DE2354307C2 (en) | 1973-10-27 | 1973-10-27 | Device for measuring pressure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2354307A1 true DE2354307A1 (en) | 1975-05-07 |
DE2354307C2 DE2354307C2 (en) | 1984-09-06 |
Family
ID=5896843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19732354307 Expired DE2354307C2 (en) | 1973-10-27 | 1973-10-27 | Device for measuring pressure |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2354307C2 (en) |
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DE10055629A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-23 | Manfred Gortat | Optical pressure sensor, comprising a liquid crystal through which light from a waveguide passes, being modified in a measurable way by a pressure wave, then reflected along the same waveguide |
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FR2105524A5 (en) * | 1970-09-10 | 1972-04-28 | Merran Ruby | Pressure sensitive compsn - whose colour varies with pressure contg cholesteryl or cholestanyl halides and carbonates |
FR2105327A5 (en) * | 1970-09-01 | 1972-04-28 | Robillard Jean | Pressure gauge - esp for blood, using a liquid crystal |
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1973
- 1973-10-27 DE DE19732354307 patent/DE2354307C2/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2354307C2 (en) | 1984-09-06 |
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