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"Capteur pneumatique pour mesures de ni ?au 01.. de ".iol> dans les liquides"
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La présente invention a pour ob, m cap -tUf pneumatique pour mesures de niveau ou de '..ion dans les liquidée, et elle ¯'.applique en particul , mais non ogeluoivement, aux métaux liquidait On sait que les métaux liquide tels que l'outec tique NaK par oumple, sont de très b porteurs et, de ce fa.lt, sont très intéressants pour ce ines applications nuel6airoui cependant, la technique des taux liquides est peu connue et en particulier il alexistk as encore d'instruments de mesure éprouvés,
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Pour co qui concerne la mesure du niveau d'un métal liquide, de nombroux appareillages ot méthodes do mesure ont été proposés.
(a connait par exemple la mesure discontinue par électrodes, la mesure continue par méthode résistive, par méthode inductive, à l'aide de traceurs radioactifs', par pesée, et par ultrasons.
Cens la méthode de mesure par électrodes, après un certain temps d'opération, los électrodes se recouvront d'un dépôt de métal condensé ou d'oxydes, et ceci limite la précision de la messuro. Dans la méthode résistive, la mesure- dépend du mouillage dos parois : ce mouillage est lui-même fonction do la température, de l'état de surface des parois et de la pureté du métal liquide; do plus, le dépôt d'oxydes sur la portion du dispositif de mesure utilisée au dessus du niveau modifie sa résistance, ce qui fausse la mesure. Avoc la méthode inductive, le courant do mesure dépend de la température du métal; on outre l'oxyde qui se déposa sur la paroi'. -de la gaino de l'enroulement inducteur modifie la perméchilité magnétique, donc le coefficient de mutuelle inductanco.
La méthode par traceur radioactif, qui utilise uno source radioactive montée sur un flotteur, présente los désavantages, soit qu'un opérateur doit intervenir, soit qu'un servomécanisme pour l'entraînement du détecteur est nécessaire; le flotteur se recouvre progressivement d'oxyde sur sa partie émorgeante, ce qui l'alourdit et fait dérivor l'étalonnage*. La méthode par pesée n'est convenable que pour des réservoirs de faiblos dimensions, tandis que la méthode par ultrasons ost très onéreuse.
Solon l'invention, on adopte la méthode de mesure
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par pression différentielle, qui est connue et classique dans les centrales thermiques, et qui consiste en une comparaison du niveau à surveiller avec un niveau de référence à l'aide d'un capteur de pression différentielle*
Non soulement, un capteur de pression pour métaux liquides doit travailler à dos températures très supérieures à l'ambiante, mais encore son étalonnage ne doit pas être affecté par des variations do température. Un système mécanique prosentant la dérive d'étalonnage minimale est le système à équilibre de forces.
Les inventeurs so sont proposés d'utiliser un capteur pneumatique équilibré pour la mesure du nivoau ou la mesure do pression, qui réponde par- faitomont à cotte exigence, et qui soit bien compatible avec un mutai liquide chaud.
Selon l'invention, ce capteur est caractérisé on ce qu'il est composé do deux cellules identiques fixes, sensibles à ladite pression différentielle, disposées symétriquement l'uno par rapport à l'autre, les organos sensibles do ces cellules étant reliés par un équipage mobile contr@@@nt un orifice d'échappement de gaz disposé dans le plan de symétrie du capteur et faisant partie du système pneumatique indicateur de colui-ci, l'ensemble du capteur étant immergé dans le métal.
L'ensemble de l'appareil étant réalisé avec le môme matériau, par exemple la même nuance d'acier inoxydable, et immorgé dans le bain liquide afin d'obtenir uno répartition homogène dos températures, la dilatation se fait de part et d'autre du pion de symétrie. L'ensemble orifice - organe do contrôle situé dans ce plan, n'est po@ affecté par les variations de température et aucune correction no s'avère
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nécessaire. Chaque cellule du capteur possède deux parois élastiques opposées, solidaires d'un corps rigide, uniquo pour les doux cellules.
Les cellules sont alimentées séparément à travers des conduits de gaz (nrgon par exempta), l'une recevant uno pression constante do réglage du zéro, l'autre une pression do contre-réaction fonction do la pression à l'orifice d'échappement.
L'orifice d'échappement du gaz constitue une buso, disposée dans l'espace libre à l'intérieur du corps du capteur entre lots doux cellules. L'organe contrôlant la buse est constitué par une palette, fixée à la hauteur de la buse sur l'équipage mobile. L'espace libre du capteur communique avec l'extérieur, soit directement, soit indirectement.
On va décrire ci-après, à-titro non limitatif, des exemples do réalisation du nouveau capteur pneumatique, objet de l'invention, en se référant aux dessins annexes sur lesquels :
Fig. 1 est un schéma de principe du nouveau capteur;
Fig. 2 est une vue en coupe schématique d'un capteur à soufflets concentriques;
Fig. 3 est une vue en coupe schéma tique d'un capteur à membranes; Fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'une réalisation pratique du capteur selon la
Fig. 3;
Fig. 5 est une vue on coupe transversale du capteur représenté sur la Fig. 4;
Fig. 6 est uno vue on coupe du montage du capteur rolon la Fig. 4 dans un réservoir comportant unc colonne do référence remplie de métal liquide, pour la mesure du niveau;
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Fig. 7 est une vue de l'installation selon la Fig. 6 mais avec une colonne recevant de l'argon comprimé;
Fig. 8 est une vue du montage du capteur selon la
Fig. dnns un conduit de métal liquido, pour la mesure dos pressions statiques.
Comme onle voit sur la Fig. 1, le capteur, objet de l'invention, est composé de doux cellules identiques fixe* 1 et 2, sensibles à la pression différentielle établie entre le coté basse prossicn 3 et le coté hauta pression 4, et disposées symétriquement l'une par rapport à l'autre.
Los organes sensibles 5 et 6 des cellules sont relias par trois unités pneumatiques 7,8 et 9, dont l'une 7 est le siège d'une force (prepsion) de contre-rénction, la reconde 8 est l'organe sensible au déplacement, et la troisième 9 est le siège d'une force (pression) de réglage du zéro. De la sortie 10 du signal à mesurer, un signal d'action on réaction est injecté dans l'unité 7 de contre-réaction, comme le montre la flêche 11.
L'unité de réglage du zéro 9 reçoit sa pression par le conduit 12, L'élément de contro-réaction 7 annule l'ollon- gement de l'organe sensible 8 dû à l'effet de dilatation par la température. L'unité 9 assure la position zéro de l'organe 8. Du fait que l'ensemble des unités 7,8 et 9 est fixé ontre les doux moitiés symétriques 1 et 2 du capteur, l'organe 3 ne bouge pas sous l'influence des variations de température.
Dans la pratique, l'organe 8 constitue un équipage mobile contrôlant 1 orifice d'échappement de gaz disposé dans le plan de symétrie du captour et faisant partie du système pneumatique indicateur de celui-ci.
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Les particularités dos unités 7,8 et 9 ressortent plus clairomont des Fig. 2 et 3, qui montrent des capteurs de constructions différentes plongea dans un métal liquide.
On retrouve sur la Fig. 2 les deux cellules identi- ques sensibles à la pression différentielle : elles sont constituées do deux disques métalliques 13 ot 4 soudés à doux soufflets identiques 15 et 16 fixée de @@çon symétri- quo dans un.tube cylindrique rigide 17; ce tube 17 est monté de manière étancho dans une paroi 18 séparant los cotés basse pression 19 ot haute prension 20 du liquide, par exemple du métal liquide, dont on veut mesurer la pression.
Los deux disques 13 et 14 sont reliés par une tige rigide 21 portant une palette 22 susceptible d'obturer plus ou moins une buse 23 reliée à la sortie 24 du signal à mesurer.
Aus disques 13 et 14, et en s'éloignant du plan de symétrie, sont soudés doux soufflets 25 et 26 dont les fonds27 et 28 sont reliés respectivement à la sortie 24 par un conduit do réaction 29, et à un conduit de réglage du zéro 30. Toutes ces pièces sont réalisées à l'aide du morne matériau, de l'acier inoxydable de marna nuance par exemple.
D'autre part, un conduit 31 comportant un étranglement
32 amène au tube 24 une pression de gaz auxiliaire, de l'argon par exemple.
Enfin un conduit 33 relie l'intérieur du tube 17 à l'atmosphère.
Le fonctionnement de ce capteur de pression est le suivant s
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la différence do pression que apparaft entre les cote* 19 et 20 de la paroi 18 produit une force orientée vers la gaucho de la figure;cotte force déplace la palette 22 qui obture la buse 23 ; la pression d'argon augmente alors dans lo petit soufflet do contre-réaction 25 pour équilibrer le système. C'est cette pression qui constitue le signal do sortie 24 do l'appareil.
Lo petit soufflet 26 reçoit en 30 une pression de référence sonsiblement constanto (aux réglages près).
On voit que le signal de sortie n'est pas affecté par la température puisque l'appareil étant immergé, la répartition dos températures, ost homogène, et que le* dilatations s'effectuent symétriquement do part et d'autre du plan de 1'ouverture do la buse.
Sur la Fig. 3 on voit une variante de réalisation de ce capteur : les soufflets y sont remplaces par dos mare- huanes Métallique* aouples symétriques 34-33 et 36-37 soudée* dans une pièce cylindrique rigide 38 montée de façon étanche dand une paroi 39 séparant les cotes banne pression 40 et haute pression 41 du liquide.
Ces membranes ? sont reliées par une tige rigide 42 par. lent une pâlotte 43 susceptible d'obturer la buse 44 reliée à la sortie 45. La chambre située ntre les membranes 34-30 est reliée à la sortie 45 par un conduit do réaction 46, et la chambre 35-37 est reliée à un conduit do réglage du zéro 47.
Un conduit 48 comportant un étranglement 49 amène au tube 45 la pression do gaz auxiliaire, tandis qu'un conduit 50 relie 1* intérieur de la chnmbro 34-35 à l'atmosphère*
Lo fonctionnement de ce capteur do pression est semblable au précédent. Il présente un avantage supplémentaire t
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la rupture accidentelle d'uno membrane ou d'une soudure no permet pas au liquida de s'échapper à l'atmosphère par le conduit 50.
Sur los Fig. 4 et 5 on voit un exemple de réalisation pratique du capteur C décrit schématiquement en se référant à la Fig. 3 1 la pièce cylindrique 38 est constituée do cinq parties 51 à 55 faciles à usiner au tour.
Les Membranes 34 à 37 sont serrées entre ces parties et soudées suivant leur périphérie afin d'obtonir uno étanchéité parfaito.
La liaison centrale ost constituée par un cylindre creux 56 portant la palette 57 cette disposition permet de placer l'orifice do la buse 58 au contre de symétrie de l'appareil.
Un porte-buso mobile 59 monté sur une glissière 60 comportent une vis de réglage 61 permet de régler la position do la buse sur l'axe de l'appareil,
La Fig. 6 montre le montage de ce capteur à membranes C dans un réservoir 62 en vue de la mesure du niveau du liquida 63 dans ce réservoir. Ce niveau peut varier normalement entre deux limites 64 et 65 qui laissent toujours le capteur immerge :ceci évite, dans le cas d'un métal liquide, la formation de dépêt d'oxydes sur les membranes.
Pour cola, le capteur C est monté dans un pot 66 soudé à la partie inférieure du réservoir 63; ce pot ost muni d'un orifice do vidante 67.
La mesure du niveau liquido s'effectue par mesure do la pression différentielle entre la colonne do liquido
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constituée par le réservoir lui-même et une colonne de référence contenue dans un puits vertical 68.
La Fig. 7 représente une variante du montage précèdent, dans laquelle on remplace la colonne do Jiquiae de référence par une colonne 69 de gaz auxiliaire sous pression injecté en 70. Pour éviter dos entrées de vapeurs du métal dans la puits 69, celui-ci nome section faible, et on y établit un léger débit du gaz auxiliaire (argon par exemple) vorsune sortie 71.
Dans ce montage, le niveau 63 est mesuré par l'in- termédiaire de la pression différentielle entre la colonne séparant le niveau 63 et le plan de la membrane inférieure, et lo niveau de référence constitué par le rebord 72 de la conduite d'évacuation du métal liquide.
La Fig. 8 montre le montage du même capteur C sur une tuyauterie 73 de métal liquide (calorifugée en 74) dont on veut mesurer la pression statique.
Cette mesure s'effectue par l'intermédiaire do la pression différentielle entre ladite pression statique à mesurer d'une part, et la pression atmosphérique qui rogne dans la chambre basse pression 75 de l'appareil, d'autre part.
La conduite d'alimentation en argon 48 est mise en contact, sous l'isolant thermique 74, avec la conduite principale 73 sur une certaine longueur, pour amener le gaz à la marne température que le liquide et avoir ainsi dans le capteur C.une température uniforme.
Comme on l'a déjà mentionné, les principaux avanta- ges du capteur pneumatique, objet do l'invention, sont les
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suivants t insonsililité à la température, due à sa symétrie par rapport au plat, de l'ouverture de la buse et de la palotto; utilisation d'une pression constante pour le réglage du zro; possibilité d'immerger l'ensomble Ci-4 capteur dans,le bain liquide
Il est bien entendu que l'inven@@@n ne se limite pas aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titro d'exemples soulement, mais qu'elle en embrasse au contraire toute variante.
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"Pneumatic sensor for measurements from ni? To 01 .. of" .iol> in liquids "
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The object of the present invention is to provide a pneumatic sensor for level or ion measurements in liquid liquid, and it applies in particular, but not to liquid metals. It is known that liquid metals such as liquid metal. tic NaK by oumple, are very b carriers and, therefore, are very interesting for this ines nuel6air applications yes, however, the technique of liquid rates is little known and in particular it alexistk still has instruments of proven measures,
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As far as the measurement of the level of a liquid metal is concerned, numerous devices and methods of measurement have been proposed.
(Known for example discontinuous measurement by electrodes, continuous measurement by resistive method, by inductive method, using radioactive tracers', by weighing, and by ultrasound.
According to the method of measurement by electrodes, after a certain time of operation, the electrodes will be covered with a deposit of condensed metal or oxides, and this limits the precision of the messuro. In the resistive method, the measurement depends on the wetting of the walls: this wetting is itself a function of the temperature, of the surface state of the walls and of the purity of the liquid metal; moreover, the deposit of oxides on the portion of the measuring device used above the level modifies its resistance, which distorts the measurement. Using the inductive method, the measuring current depends on the temperature of the metal; one besides the oxide which is deposited on the wall '. -of the gaino of the inductor winding modifies the magnetic permechility, therefore the coefficient of mutual inductance.
The radioactive tracer method, which uses a radioactive source mounted on a float, has the disadvantages, either that an operator must intervene, or that a servomechanism for driving the detector is necessary; the float is gradually covered with oxide on its emerging part, which makes it heavier and makes the calibration deviate *. The weighing method is only suitable for tanks of small dimensions, while the ultrasonic method is very expensive.
Solon the invention, we adopt the measurement method
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by differential pressure, which is known and classic in thermal power plants, and which consists of a comparison of the level to be monitored with a reference level using a differential pressure sensor *
No, a pressure sensor for liquid metals must work at temperatures much higher than ambient, but also its calibration must not be affected by variations in temperature. A mechanical system prosenting the minimum calibration drift is the force balance system.
It is proposed by the inventors to use a balanced pneumatic sensor for the measurement of the level or the measurement of the pressure, which perfectly meets this requirement, and which is well compatible with a hot liquid medium.
According to the invention, this sensor is characterized in that it is composed of two identical fixed cells, sensitive to said differential pressure, arranged symmetrically with respect to each other, the sensitive organs of these cells being connected by a mobile equipment controls a gas exhaust orifice arranged in the plane of symmetry of the sensor and forming part of the pneumatic indicator system thereof, the entire sensor being immersed in the metal.
The whole of the apparatus being made with the same material, for example the same grade of stainless steel, and immersed in the liquid bath in order to obtain a homogeneous distribution of the temperatures, the expansion takes place on both sides. of the symmetry pawn. The orifice - control unit assembly located in this plane is not affected by temperature variations and no correction is found.
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necessary. Each sensor cell has two opposite elastic walls, integral with a rigid body, unique for the soft cells.
The cells are supplied separately through gas conduits (nrgon par exempta), one receiving a constant zero-setting pressure, the other a feedback pressure dependent on the pressure at the exhaust port.
The gas exhaust port constitutes a buso, arranged in the free space inside the body of the sensor between batches of soft cells. The member controlling the nozzle consists of a pallet, fixed at the height of the nozzle on the mobile assembly. The free space of the sensor communicates with the outside, either directly or indirectly.
Examples of embodiments of the new pneumatic sensor, object of the invention, will be described below, without limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a block diagram of the new sensor;
Fig. 2 is a schematic sectional view of a sensor with concentric bellows;
Fig. 3 is a schematic sectional view of a membrane sensor; Fig. 4 is a view in longitudinal section of a practical embodiment of the sensor according to
Fig. 3;
Fig. 5 is a cross-sectional view of the sensor shown in FIG. 4;
Fig. 6 is a sectional view of the assembly of the rolon sensor in FIG. 4 in a tank comprising a reference column filled with liquid metal, for level measurement;
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Fig. 7 is a view of the installation according to FIG. 6 but with a column receiving compressed argon;
Fig. 8 is a view of the mounting of the sensor according to
Fig. in a liquid metal pipe, for measuring static pressures.
As can be seen in FIG. 1, the sensor, object of the invention, is composed of soft identical cells fixed * 1 and 2, sensitive to the differential pressure established between the low side prossicn 3 and the high side pressure 4, and arranged symmetrically with respect to each other to the other.
The sensitive organs 5 and 6 of the cells are connected by three pneumatic units 7,8 and 9, one of which 7 is the seat of a force (prepsion) of counter-reaction, the reconde 8 is the organ sensitive to displacement , and the third 9 is the seat of a force (pressure) of zero adjustment. From the output 10 of the signal to be measured, an action or reaction signal is injected into the feedback unit 7, as shown by arrow 11.
The zero adjustment unit 9 receives its pressure through the conduit 12. The feedback element 7 cancels the extension of the sensitive member 8 due to the effect of expansion by temperature. Unit 9 ensures the zero position of member 8. Because all of units 7, 8 and 9 are attached to the soft symmetrical halves 1 and 2 of the sensor, member 3 does not move under the influence of temperature variations.
In practice, the member 8 constitutes a movable unit controlling 1 gas exhaust orifice arranged in the plane of symmetry of the captour and forming part of the pneumatic system indicating the latter.
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The peculiarities of units 7,8 and 9 emerge more clearly from Figs. 2 and 3, which show sensors of different constructions plunged into a liquid metal.
It is found in FIG. 2 the two identical cells sensitive to the differential pressure: they consist of two metal discs 13 and 4 welded to soft identical bellows 15 and 16 fixed symmetrically in a rigid cylindrical tube 17; this tube 17 is mounted in a sealed manner in a wall 18 separating the low pressure sides 19 and high prension 20 from the liquid, for example liquid metal, the pressure of which is to be measured.
Los two discs 13 and 14 are connected by a rigid rod 21 carrying a pallet 22 capable of closing more or less a nozzle 23 connected to the output 24 of the signal to be measured.
To the discs 13 and 14, and moving away from the plane of symmetry, are welded soft bellows 25 and 26, the bottoms 27 and 28 are connected respectively to the outlet 24 by a reaction duct 29, and to a zero adjustment duct 30. All of these pieces are made using the dull material, such as grade marna stainless steel.
On the other hand, a duct 31 comprising a constriction
32 brings to the tube 24 an auxiliary gas pressure, argon for example.
Finally, a duct 33 connects the interior of the tube 17 to the atmosphere.
The operation of this pressure sensor is as follows:
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the difference in pressure which appears between the dimensions * 19 and 20 of the wall 18 produces a force directed towards the gaucho of the figure; this force moves the vane 22 which closes the nozzle 23; the argon pressure then increases in the small feedback bellows 25 to balance the system. It is this pressure which constitutes the output signal 24 of the apparatus.
The small bellows 26 receives at 30 a reference pressure which is soundly constant (except for the settings).
It can be seen that the output signal is not affected by the temperature since the apparatus being immersed, the distribution of temperatures is homogeneous, and that the dilations take place symmetrically on either side of the plane of 1 '. opening of the nozzle.
In Fig. 3 we see an alternative embodiment of this sensor: the bellows are replaced by back mare-huanes Metallic * symmetrical aouples 34-33 and 36-37 welded * in a rigid cylindrical part 38 mounted in a sealed manner dand a wall 39 separating the dimensions banne pressure 40 and high pressure 41 of the liquid.
These membranes? are connected by a rigid rod 42 by. slow a paddle 43 capable of blocking the nozzle 44 connected to the outlet 45. The chamber located between the membranes 34-30 is connected to the outlet 45 by a reaction duct 46, and the chamber 35-37 is connected to a duct do zero adjustment 47.
A duct 48 with a constriction 49 supplies the auxiliary gas pressure to the tube 45, while a duct 50 connects the interior of the chnmbro 34-35 to the atmosphere.
The operation of this pressure sensor is similar to the previous one. It has an additional advantage t
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accidental rupture of a membrane or a weld does not allow the liquid to escape to the atmosphere through pipe 50.
On the Fig. 4 and 5 shows an example of a practical embodiment of the sensor C described schematically with reference to FIG. 3 1 the cylindrical part 38 consists of five parts 51 to 55 easy to machine by lathe.
The membranes 34 to 37 are clamped between these parts and welded along their periphery in order to obtain a perfect seal.
The central connection is formed by a hollow cylinder 56 carrying the pallet 57, this arrangement allows the orifice of the nozzle 58 to be placed against the symmetry of the device.
A mobile nozzle holder 59 mounted on a slide 60 include an adjustment screw 61 allows the position of the nozzle to be adjusted on the axis of the device,
Fig. 6 shows the mounting of this membrane sensor C in a tank 62 with a view to measuring the level of the liquid 63 in this tank. This level can normally vary between two limits 64 and 65 which always leave the sensor immersed: this prevents, in the case of a liquid metal, the formation of oxide deposits on the membranes.
For cola, the sensor C is mounted in a pot 66 welded to the lower part of the tank 63; this pot is fitted with a drain hole 67.
The liquido level is measured by measuring the differential pressure between the liquido column
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constituted by the reservoir itself and a reference column contained in a vertical well 68.
Fig. 7 shows a variant of the above assembly, in which the reference Jiquiae column is replaced by a column 69 of pressurized auxiliary gas injected at 70. To avoid the entry of metal vapors into the well 69, the latter has a small section. , and a slight flow of the auxiliary gas (argon for example) is established therein vorsune outlet 71.
In this assembly, the level 63 is measured by means of the differential pressure between the column separating the level 63 and the plane of the lower membrane, and the reference level formed by the rim 72 of the discharge pipe. liquid metal.
Fig. 8 shows the mounting of the same sensor C on a pipe 73 of liquid metal (heat-insulated at 74), the static pressure of which is to be measured.
This measurement is carried out by means of the differential pressure between said static pressure to be measured on the one hand, and the atmospheric pressure which cuts through the low pressure chamber 75 of the device, on the other hand.
The argon supply pipe 48 is brought into contact, under the thermal insulation 74, with the main pipe 73 over a certain length, to bring the gas to the temperature of the liquid and thus have in the sensor C. a uniform temperature.
As already mentioned, the main advantages of the pneumatic sensor, object of the invention, are the
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following t insonsilility to the temperature, due to its symmetry with respect to the dish, of the opening of the nozzle and of the palotto; use of constant pressure for zero adjustment; possibility of immersing the sensor Ci-4 in the liquid bath
It is understood that the invention is not limited to the embodiments which have just been described by way of example alone, but on the contrary embraces any variant thereof.