GALVANOMÈTRES A AIMANT FIXE ET A BOBINE MOBILE
Galvanomètres Deprez-d’Arsonval. — Les galvanomètres Deprez-d’Arsonval, à aimant fixe et à bobine mobile, sont aujourd'hui très employés et tous les constructeurs d’instruments de mesure ont réalisé des modèles basés sur le principe du galvanomètre qui a servi de type.
Modèles J. Carpentier. — La figure 20 représente un galvanomètre Deprez-d’Arsonval à
miroir, construit par M. J. Carpentier.
Entre les branches d’un aimant en fer à cheval, placé verticalement, est suspendu un cadre galvanométrique rectangulaire en fil très fin et faisant un grand nombre de tours. A l’intérieur de ce cadre est un cylindre creux de fer doux, destiné à diminuer la réluctance magnétique et, par conséquent, à augmenter le flux traversant le cadre galvanométrique. La suspension du cadre est constituée par deux fils d’argent, l’un placé au-dessus, l'autre au-dessous et reliés respectivement, par une de leurs extrémités, à l’entrée et à la sortie du cadre ; les extrémités opposées de ces (ils sont fixées à deux points d’attache, afin que le cadre mobile puisse tourner autour de ces deux fils tendus qui lui servent d'axe. Le fil do suspension supérieur est attaché à l’extrémité d’une tige mobile dans une douille que porte une potence métallique fixée sur le socle de l’instrument ; celle tige mobile peut être élevée ou abaissée, afin de placer le cadre à la hauteur convenable, et aussi recevoir un mouvement de rotation pour orienter l’équipage mobile et l’amener au zéro de l’échelle. Le fil de suspension du bas vient s’attacher, par son extrémité inférieure, à une lame élastique dont la tension peut être réglée par une vis.
Les deux fils de suspension servent en même temps de conducteurs et, à cet effet, une de
Fig. 20. — Galvanomètre Deprez-d'Arsonval, à miroir, modèle J. Carpentier.
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leurs extrémités est reliée à une des bornes du galvanomètre par l’intermédiaire de la potence métallique, d une part, et de la lame élastique, de l’autre, tandis que les extrémités opposées sont reliées au cadre galvanométrique.
Le couple qui résulte de la torsion des fils de suspension, sous l’action des déviations angulaires du cadre, sert à mesurer l’action réciproque de l’aimant et du cadre, lorsque ce dernier est parcouru par un courant. Le cadre porte il sa partie supérieure un petit miroir qui permet de mesurer les angles de torsion avec une grande précision par la méthode objective.
Le cadre galvanométrique de ce modèle c tance de 200 ohms environ. Un courant de 0,
l'instrument pour mesures courantes a une résiso microampère donne une déviation de 1 mm sur une échelle placée à 1 m de distance du miroir.
La production de courants induits dans le cadre, par suite de scs mouve- | nient» dans le champ magnétique de
Fio. 22. — Galvanomètre balistique Deprezd’Arsonval, modèle J. Carpentier.
l’aimant, détermine l’apériodicité du galvanomètre, lorsque la résistance totale du circuit a une valeur convenable.
M. J. Carpentier avait exposé une série de galvanomètres Deprez-d’Arsonval de construction analogue. Dans certains modèles, le miroir est remplacé par une aiguille indicatrice qui se déplace devant une graduation; dans d’autres, soit à miroir, soit à aiguille indicatrice, le galvanomètre est différentiel et la bobine mobile comporte alors naturellement deux enroulements. Un autre modèle a une suspension unifilaire, le retour du courant s’effectuant par l’intermédiaire d’un contact à mercure. Enfin, un modèle spécial, destiné aux mesures pyrométriques [fîg. 21), comporte un microscope permettant de lire facilement les plus faibles déviations.
Le galvanomèlre balistique que représente la figure 22 est également du système Deprezd’Arsonval; on a rendu plus grand le moment d’inertie en augmentant le nombre de tours de l'enroulement de la bobine mobile et aussi ses dimensions. Le cadre mobile est très allongé dans le sens horizontal et une forte masse de fer doux, placée à son intérieur, sert à diminuer la réluctance magnétique. La forme des aimants fixes a été également modifiée pour permettre de placer le cadre; les deux aimants, en forme d’U, sont disposés bout à bout de manière à obtenir des pôles conséquents ; ils sont réunis par deux plaques de fer.
La durée d’oscillation est d’environ 8 à 10 secondes, ce qui permet d’employer cet instru-
ment pour les mesures d'inductance, même lorsque les bobines essayées contiennent du fer. La sensibilité de l’instrument est telle qu'un microcoulomb donne, à circuit ouvert, une élongation de 40 à 50 mm sur une échelle dislante de 1 m et qu’un courant de 0,01 microampère produit une déviation de 1 mm.
La résistance d’amortissement critique est d’environ 4 000 ohms, soit huit fois celle de la bobine mobile qui a 500 ohms de résistance.
Modèles E. Ducretet. — Dans les galvanomètres Deprez-d’Arsonval construits par M. E. Ducretet [fig. 23), le champ magnétique est très puissant; il est obtenu par une série de six aimants circulaires disposés horizontalement et auxquels sont fixés des pièces polaires. Le cadre mobile a une résistance de 350 ohms. La suspension de ce cadre galvano-
métrique est constituée par deux fils fins métalliques, fixés aux montures extrêmes S et T qui permettent de leur donner la tension convenable. Ces deux fils, passant par le centre de gravité du cadre mobile, forment un véritable axe fixe autour duquel le cadre peut prendre un mouvement de rotation ; ils servent en même temps à amener le courant à la bobine.
La suspension du cadre est symétrique, c’està-dire que les fils de suspension, placés au-dessus et au-dessous, ont même longueur et même diamètre et, par suite, donnent des couples de torsion égaux.
A l’intérieur du cadre est une pièce de fer doux I, en forme de cylindre creux, destinée à augmenter le flux qui traverse la bobine mobile.
Les lectures se font soit à l’aide du miroir et d’une échelle, soit directement sur un cadran divisé C.
Ce galvanomètre est apériodique et très sensible. On obtient une déviation de 17,3 mm sur une échelle placée à 1 m avec un courant ayant une intensité de 1 microampère.
Pour certaines applications spéciales, telles que la pyrométrie industrielle, M. E. Ducretet a adapté un dispositif enregistreur au galvanomètre qui vient d’être décrit. Ce dispositif laisse à l’équipage du galvanomètre toute sa mobilité et sa légèreté et à l’instrument toute sa sensibilité.
La figure 24 montre l’ensemble de ce galvanomètre enregistreur. L’équipage mobile du galvanomètre porte une aiguille légère en aluminium qui se termine par un petit encrier e, servant de plume inscrivante ; la pointe de cet encrier-plume est amenée facilement , à l’aide de vis de réglage, à une faible distance du papier quadrillé, fixé sur le cylindre enregistreur H. Ce cylindre enregistreur est commandé par un mouvement d’horlogerie effectuant un tour complet en 26 heures; la large bande de papier quadrillé qu'il reçoit -est divisée en 24 heures, laissant ainsi une partie libre, qui est recouverte par la bande d’attache a. Cette feuille doit être enlevée tous les jours et remplacée par une autre. Comme dans tous les enregistreurs, les traits verticaux (génératrices du cylindre) donnent la valeur du temps en heures et fractions d'heure. Les traits horizontaux donnent la valeur de toutes les parties de la courbe inscrite en fonction du temps.
Le mouvement d’horlogerie commande une roue à rochet R et le nombre de dents de celte roue est tel que la came qui suit son mouvement fait une chute brusque, toutes les minutes environ. Le cadre P est solidaire de cette came ; deux ressorts lui assurent une certaine flexibilité et des vis de réglage permettent d'amener les bords de ce cadre assez près de l’aiguille, mais sans y toucher. A chaque chute de la came, par suite du passage d’une dent à la suivante, la
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vitesse acquise et la flexibilité du cadre amènent ce dernier au contact de l’aiguille pendant un instant et l’encre de la plume e laisse alors la trace de son contact momentané sur le papier qui est disposé sur le tambour H. L'aiguille indicatrice du galvanomètre reprend aussitôt la position exacte que lui donne la valeur de l’intensité du courant circulant dans la bobine mobile.
Le tracé intermittent ainsi obtenu donne une courbe exacte et la sensibilité du galvanomètre n’est nullement affectée.
Un shunt approprié, placé en dérivation dans le circuit du galvanomètre, permet de ramener l’amplitude des déviations dans les limites imposées par la largeur du papier quadrillé.
Dans les premiers modèles de ce type, le tambour enregistreur n’actionnait pas lui-même le cadre P par une came. Ce cadre était abaissé par l’attraction de l’armature d’un électro-
Fig. 24. — Galvanomètre enregistreur Ducretet.
aimant E dans lequel on envoyait un courant temporaire, chaque fois qu’on voulait produire une inscription. Le fonctionnement automatique et périodique de la came R dispense de cette sujétion.
Modèles Edelmann. — Le Dr Edelmann, de Munich, avait exposé plusieurs modèles de galvanomètres genre Deprez-d’ArsonvaL
Le modèle de grande sensibilité, que montre la figure 25, comporte un aimant fixe, formé de plusieurs barreaux droits M, réunis par une série de tôles formant culasse, et supporté par une potence P. Entre les pôles de cet aimant est disposée une cage vitrée, à l’intérieur de laquelle se trouve la bobine mobile.
L’équipage mobile comprend un support KR (fiy. 2G), la bobine mobile r, un miroir s, un noyau de fer doux E et les fils de suspension g , w ; le fil de suspension inférieur est souvent remplacé par un ressort en boudin afin de diminuer le couple antagoniste et d’augmenter, par suite, la sensibilité de l’instrument.
Les fils de suspension, inférieur et supérieur, peuvent être tendus séparément, à l’aide des vis d et T. Le courant entre par a et sort par u.
Ce galvanomètre est très sensible. Avec une bobine mobile ayant une résistance de 600 ohms, on obtient une déviation de 200 mm sur une échelle distante de 1 mètre pour une intensité de courant de l microampère.
Employé comme galvanomètre balistique, en supprimant l’amortisseur, on obtient une durée d’oscillation de 15 secondes pour une période complète, lorsque le fil de suspension inférieur est remplacé par un ressort en boudin.
Le modèle industriel, que représente la figure 27, affecte une forme différente. 11 est un peu moins sensible que le précédent, mais il est de construction plus simple.
Nr. 8.
Fig. 23. — Galvanomètre Deprezd’Arsonval, modèle Edelmann.
Fig. 26. — Équipage mobile du galvanomètre Deprez-d'Arsonval, mo- Fig. 27. — Galvanomètre Dcprez-d’Arsonvàl, dèle Edelmann. modèle industriel de M. Edelmann.
L’instrument est monté sur un socle en ardoise muni de vis calantes et de deux bornes a
et b.
L’aimant fixe est constitué par deux barreaux aimantés V, W, disposés verticalement et réunis à leur partie supérieure par une culasse en fer f. Ces barreaux sont simplement en acier rond étiré, ce qui rend leur assemblage très économique. Vers la partie inférieure sont fixées les pièces polaires et le noyau de fer doux E. Dans le champ magnétique ainsi formé oscille la bobine mobile r, dont la suspension supérieure est constituée par un fil d’argent L, fixé en c et en d, et la suspension inférieure, par un ressort en boudin W, attaché en e et en u.
Une cloche en verre protège l’instrument. Quand la bobine est traversée par un courant d’une intensité de 1 microampère, on obtient une déviation de ioü mm sur une échelle placée à 1 m.
Modèles IIaiitmann et Biiaun. — Ces instruments [fig. 28) comportent un système formé de trois aimants fixes en fer à cheval, dont l’acier est pris dans des barres cylindriques. Les pédes de ces aimants pénètrent dans des logements pratiqués dans les pièces polaires, ce qui facilite la construction.
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Fig. 28.
Galvanomètre Deprez-d'Arsonval à miroir, modèle Hartmann et Braun.
La bobine ou cadre mobile, suspendu par des fils fins en argent, a deux enroulements, dont l’un est utilisé pour les mesures et l’autre, shunté par des résistances convenables, sert à régler l’amortissement des oscillations. Ce second enroulement ne comporte qu’un petit nombre de spires et rend l’instrument apériodique, quelle que soit la résistance du circuit dont fait partie le premier.
Les cloches en verre qui protègent les galvanomètres Hartmann et Braun méritent une mention spéciale. Comme d’ordinaire, elles sont cylindriques et portent une fenêtre plane en verre fixée, au moyen d’une bonnette, à la hauteur du miroir.
Quand le plan de la fenêtre est vertical, il se produit sur l’échelle des réflexions multiples qui rendent les lectures assez incommodes, ces réflexions troublant l’obscurité relative dans laquelle les échelles translucides doivent se trouver.
La maison Hartmann et Braun évite très simplement cet inconvénient en inclinant un peu sur la verticale le plan du verre de la fenêtre. Les rétlexions gênantes sont ainsi renvoyées hors de la direction de l’échelle.
Le même modèle de galvanomètre se construit également avec aiguille indicatrice.
Modèle Siemens et Halske. — Dans ce modèle de galvanomètre ( fig . 29), les aimants fixes, au nombre de six, ont la forme d’un fer à cheval et sont munis de pièces polaires disposées de manière à rendre le champ magnétique uniforme dans l’entrefer ménagé entre elles et le cylindre de fer doux placé à l’intérieur de la bobine mobile.
Le cadre ou bobine mobile est suspendu par un fil d’argent logé à l’intérieur du tube vertical qui surmonte les aimants. Un ressort en boudin maintient la partie inférieure du cadre.
Tout cet ensemble est placé dans une chape qui supporte le tube supérieur et le cylindre de fer doux ; cette chape porte également la boîte qui protège le miroir et qui se glisse dans un logement ménagé dans les aimants. Un prisonnier empêche le déplacement de toute cette partie amovible. Grâce à cette disposition, il est facile de substituer un cadre à un autre pour obtenir la sensibilité voulue.
Ce galvanomètre est muni d’un shunt magnétique permettant de faire varier sa sensibilité de 40 0/0 environ. Il est constitué par une pièce de fer que l’on peut rapprocher ou éloigner des pôles des aimants en manœuvrant la vis que porte un étrier placé à la hauteur de ces pôles.
Avec le cadre mobile le plus sensible, on obtient une déviation de 1 mm sur une échelle distante de 1 mètre avec un courant ayant une intensité de 8,5 . 10,° ampère.
Modèle bifilaiiie Ckompton et Cie. — MM. Crompton et Cie, de Londres, exposaient un galvanomètre à miroir d'une très grande sensibilité, pouvant être utilisé pour les mesures par la méthode de réduction à zéro et aussi comme galvanomètre balistique.
Fig. 2D. — Galvanomètre Deprezd'Arsonval, modèle Siemens et Halske.
Fig. 30. — Galvanomètre Deprez-d’Arsonval bifilaire, modèle Crompton.
Les aimants, en forme d’anneau, sont placés à plat et superposés au nombre de quatre [fig. 30) ; les'pôles sont amincis afin de concentrer le flux dans un espace aussi réduit que
possible. La colonne centrale de l’instrument sert de support pour l’équipage mobile et aussi pour un disque de fer doux placé entre les pôles.
La bobine mobile a la forme d’un anneau et les extrémités de l’enroulement sont soudées à deux crochets qui servent à la suspendre. Cette suspension bifilaire rend l’instrument très sensible et sert en même temps à amener le courant à la bobine.
La longueur du bifilaire peut être modifiée au moyen d'un chevalet qui coulisse sur la colonne centrale. L’écart des fils de suspension peut également être modifié en manœuvrant le treuil sur lequel ils sont attachés.
Pour que l’instrument fonctionne régulièrement, il est nécessaire de le placer bien verticalement afin que la bobine mobile ne vienne pas toucher les pôles de l’aimant fixe. Modèles Chauvin et Arnoux. — MM. Chauvin et Arnoux avaient exposé deux modèles de galvanomètres Deprez-d’Arsonval .
Le premier ( fig. 31} a un équipage mobile suspendu à un ressort en boudin très llexible, ce
qui permet de transporter l’instrument sans risquer de briser la suspension. L’enroulement, en fil de cuivre ou de maillechort, est, suivant le cas, à grande ou à faible résistance.
L’équipage mobile est muni d’une aiguille qui se déplace sur un cadran, qui peut être gradué soit en millivolts, soit en milliampères, le zéro de la graduation pouvant être placé soit à une extrémité de l’échelle, soit au milieu, lorsque l’instrument doit être utilisé pour des mesures comportant la méthode de réduction à zéro.
Le socle est muni de trois vis calantes qui permettent, avec l’aide de la tête de torsion et du bouton de réglage en hauteur, de bien déterminer la position du cadre dans le champ pour que l’aiguille oscille librement.
Le second modèle [fig. 32) est un galvanomètre Deprez-d’Arsonval à miroir de dimensions très réduites et, par conséquent, facile à transporter, même dans une poche de vêtement.
Le foyer du miroir permet d’effectuer les lectures sur une règle transparente ordinaire placée à 1 mètre, si on préfère son emploi à celui de la règle livrée avec l’instrument et qui est généralement placée à 33 cm, sur un support démontable en trois pièces, auquel est suspendu également le galvanomètre par un joint à la Cardan.
Fig. 3!. — Galvanomètre Deprez-d’Arsonval à suspension élastique Chauvin et Arnoux.
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À la distance de 33 cm, on obtient une déviation d’une division pour 0,1 microampère, la résistance de la bobine mobile étant d’environ 100 ohms.
On peut utiliser avec ce galvanomètre le réducteur universel que. l'on voit sur la figure 32 et que l’on peut étalonner de manière à obtenir exactement 0,000 0C0 1 ampère par division,
des prises de courant permettant de faire varier la sensibilité dans les rapports -, — , ■ r — > — — 1 1 r 1 10 100 1000
et L.
MM. Chauvin et Arnoux ont également construit une résistance de 1 mégohm, fractionnée
Fio. 32. — Galvanomètre Deprez-d’Arsonval à miroir, modèle transportable, Chauvin et Arnoux.
en 10 bobines de 100 000 ohms, que l’on peut employer avec ce galvanomètre pour effectuer des mesures de résistance d'isolement.
Galvanomètre enregistreur à relais Callendar. — Cet instrument (fig. 33), exposé par la Cambridge Sciéntific Instrument C° , de Cambridge (Angleterre), enregistre graphiquement les variations des diverses quantités physiques qui peuvent se déduire d’une mesure de résistance ou d’une détermination de différence de potentiel. C’est ainsi qu’il est possible de l’utiliser pour tracer la courbe des variations de consommation d’énergie électrique d’un réseau de distribution.
La figure 34 montre schématiquement la disposition des communications.
Sur une planchette verticale se trouve un pont de Wheatstone, placé à la partie inférieure et comprenant les bornes -(-et — de la pile, les bornes C et P où s’attachent les extrémités du circuit dont on veut mesurer les variations de résistance, la clé de pile B et la clé M du circuit des relais [fig. 33).
La résistance variable du pont est constituée par un fil calibré le long duquel se déplace
un curseur D (/?</. 34), mû par un chariot spécial qui porte, en outre, la plume inscrivant les courbes sur un grand tambour horizontal actionné par un mouvement d’horlogerie.
Fig. 33. — Galvanomètre enregistreur à relais du professeur Caliendar.
Le galvanomètre, placé à la partie supérieure, est du type Deprez-d’Arsonval à cadre mobile ; il sert de galvanoscope, les mesures s'effectuant par la méthode de réduction à zéro.
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Le galvanomètre a pour fonction de déplacer la plume soit vers la droite, soit vers la gauche, suivant le sens de la déviation. La plume s’arrête dès que l'aiguille du galvanomètre cesse d’ètre déviée.
Le mécanisme de déplacement du chariot, actionné par le galvanomètre, se compose d’un mouvement d'horlogerie analogue à celui des réveille-matin et, par conséquent, d’un prix peu élevé. L’échappement de ce mouvement d’horlogerie est commandé par les armatures d’électro-aimants formant relais et de telle façon que le rouage défile quand l’armature est attirée et s’arrête dès que le courant cesse d'actionner les électro-aimants. Les circuits de ces électro-aimants sont fermés par l’aiguille du galvanomètre.
Ce mouvement d'horlogerie actionne une des roues d’un engrenage différentiel dont le planétaire, ou roue satellite, tourne dans un sens ou dans l’autre suivant que c'est l’un ou l’autre des rouages qui défile.
L'axe de la roue satellite porte un pignon qui conduit une roue dentée, dont l’axe porte une poupée formant treuil. Sur ce treuil s'enroule une cordelette qui, passant sur deux galets de renvoi, produit le déplacement du chariot porte-plume et du curseur mobile le long du fil calibré.
Lorsque le relais de gauche attire son armature, le treuil tourne dans un sens et la plume se déplace vers la gauche; si, au contraire, le relais de droite est actionné, la plume et le curseur vont vers la droite. Enfin, lorsque les relais sont au repos, le chariot s’arrête.
Si, pour une raison quelconque, le chariot tend à dépasser la limite de sa course, le circuit du relais correspondant est coupé automatiquement. La sensibilité des relais se règle par le déplacement convenable de petits contrepoids visibles sur la figure 33.
Ce sont les déviations du cadre mobile du galvanomètre qui actionnent l’un ou l’autre des relais au moyen du dispositif suivant.
Le cadre galvanométrique est muni d’une aiguille le long de laquelle sont fixés deux fils isolés, reliés aux relais par l'intermédiaire de fils très souples et se terminant à l’extrémité de l'aiguille par deux contacts en platine.
Lorsque le galvanomètre ne dévie pas, les pointes en platine sont également écartées d'un tambour en ébonite dont les joues sont garnies de platine. Dans ces conditions, lorsque le galvanomètre dévie dans un sens ou dans l'autre, l’une des pointes vient en contact avec la partie métallique du tambour, fermant ainsi le circuit du relais correspondant.
Afin d’obtenir un contact suffisant, malgré la faiblesse de la pression résultant de faibles déviations, M. Callendar a employé l'artifice suivant : Le tambour à contacts tourne constamment sous l’action d’une mouvement d’horlogerie spécial que représente la figure 33. Un ressort à lames, formant pincettes, frotte sur les parties métalliques du tambour en ébonite et, par suite de cette rotation, entretient les surfaces métalliques dans un grand état de propreté. Pour éviter que les extra-courants de rupture, qui produisent des étincelles toutes les fois que l’aiguille du galvanomètre cesse de loucher les joues du tambour, n’altèrent les surfaces de contact, la rupture du circuit n’est pas complète et celui-ci reste fermé à travers une résistance sans self-induction qui empêche la production d'étincelles. Les relais doivent naturel-
Fig. 3i. — Schéma des connexions du galvanomètre Callendar.
lement être réglés de manière que leurs armatures ne soient pas attirées lorsque le courant traverse celte résislance.
Grâce à cetle série de dispositions ingénieuses, les relais fonctionnent pour la plus légère déviation du galvanomètre. Le chariot et la plume s'éloignent d'autant plus du centre du tambour enregistreur que l’équilibre du pont est plus détruit.
Sur la figure 34, qui donne les connexions de cet instrument, les circuits du pont sont indiqués en traits pleins et ceux des relais en pointillé. La même pile sert en même temps poulie pont et pour faire fonctionner les relais.
Les bras de proportion du pont sont égaux. Les points C et D sont reliés au galvanomètre et le courant de la pile arrive en A et B, lorsqu’on ferme l’interrupteur placé en B. L’interrupteur M commande les relais. La résistance dont on veut mesurer les variations est reliée aux bornes P; suivant sa valeur, on intercale une résistance convenable entre les bornes C afin d’équilibrer le pont et de maintenir le galvanomètre au zéro.
Si l'emploi des résistances marquées 0,23 ; 0,3 ; 1 ; 2 ; 4 et 8 suffit, on met les bornes G en court-circuit.
Un rhéostat, placé entre le point A du pont et la borne -f-, sert à limiter l'intensité du courant de la pile.
Sur la figure 33, la grande résistance sans self-induction, dérivée sur les relais, est représentée par un long boudin placé au-dessus du tambour de l'enregistreur. Ce dernier peut faire un tour en une heure ou en douze heures, suivant que l'on immobilise l’arbre du côté gauche ou celui du côté droit par le serrage de boutons molettés placés sous les chapes qui le supportent, cet arbre étant en deux parties indépendantes.
Le galvanomètre Callendar a été déjà utilisé pour enregistrer la courbe des variations de température d’un four à acier, dans lequel était disposé un pyromètre à fil de platine, dont la résistance variait suivant la température à laquelle il était soumis.
Fig. 35. — Mouvement d’horlogerie du tambour à contacts du galvanomètre enregistreur Callendar.
