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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur berühungslosen bzw. totraumfreien
Messung der Temperatur eines in einer Rohrleitung geführten Mediums
mit einer Manschette mit einer Rohrleitungsdurchführung zur
Aufnahme der Rohrleitung und einem Messeinsatz, der in einen sich
von der Manschettenaußenseite
zur Rohrleitungsdurchführung erstreckenden
Kanal einführbar
ist, wobei der Messeinsatz einen Grundkörper zum Einführen in
den Kanal und einen mit dem Grundkörper in Verbindung stehenden
Temperaturaufnehmer mit einem Messelement aufweist, wobei sich der
Temperaturaufnehmer im eingeführten
Zustand des Messeinsatzes und in einem eine Rohrleitung umfassenden
Zustand der Manschette an die Rohrleitung anschmiegt.
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Derartige
herkömmliche
Temperaturmessgeräte
werden häufig
in Anlagen der Nahrungsmittel- oder Pharma-Industrie eingesetzt.
In diesen Industrien werden durch die Rohrleitungen flüssige oder auch
gasförmige
Medien geführt,
die eine regelmäßige Reinigung
der Rohrleitungen, insbesondere der mit dem Medium in Berührung stehenden
Rohrinnenseiten, aber auch der Rohraußenseiten erfordern. Diese
Reinigungsvorgänge
werden beispielsweise mit heißem
Dampf durchgeführt,
der insbesondere durch die Rohrleitungen geführt wird.
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Diese
Reinigungsvorgänge
der Rohrinnenseite sind häufig
dokumentationspflichtig. Insbesondere ist sicherzustellen und zu
dokumentieren, dass der heiße
Dampf im gesamten Rohrleitungssystem bestimmte Mindesttemperaturen
erreicht, damit – aus
Gründen
der Hygiene – eine
ausreichende Reinigung gewährleistet
ist.
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Zu
diesem Zweck werden an Rohrleitungen Temperaturmessvorrichtungen
an gebracht. Es hat sich herausgestellt, dass besonders vorteilhaft – wiederum
aus Gründen
der Hygiene – die
Temperatur berührungslos
und totraumfrei, d.h. ohne Bildung von Toträumen innerhalb der Rohrleitung,
bspw. Räumen,
in denen das Medium im wesentlichen zum Stillstand kommt, gemessen
und somit eine Querschnittverringerung vermieden wird, so dass auch keine
Verunreinigung des Rohrinneren, auftreten kann. Ferner ist eine
derartige Anbringung vorteilhaft, da keine Temperaturmessorgane
in die Rohrleitung hineinragen. Zu diesem Zweck wird die Temperatur auf
der Außenseite
der Rohrleitung gemessen. Dabei umgibt regelmäßig eine Manschette die Rohrleitung, wobei
die Manschette einen Temperaturmesswiderstand aufweist.
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Unter
einer "berührungslosen
Temperaturmessung" ist
daher im vorliegenden Zusammenhang eine Messung bzw. Messvorrichtung
zu verstehen, bei der das in der Rohrleitung geführte Medium unberührt bleibt.
Gemessen wird daher vielmehr die Temperatur der Rohrleitung bzw.
der Oberfläche
der Außenseite
der Rohrleitung.
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Bekannte
Messvorrichtungen zur Oberflächentemperaturmessung
haben den Nachteil, dass aufgrund ihrer Ausbildung überwiegend
aus Metall, eine Wärme
leitung vom Temperaturaufnehmer direkt nach außen, d.h. in die Umgebung stattfindet, wodurch
die tatsächlichen
Messergebnisse der Temperaturmessung an der Rohroberfläche verfälscht werden.
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US
2002/0041621 A1 zeigt eine Temperaturmessvorrichtung zum Messen
der Temperatur eines Fluids an ausgewählten Stellen einer Fluidleitung. Diese
Temperaturmessvorrichtung ist an einer ausgewählten Stelle der Fluidleitung
befestigt. Sie weist einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur
des in der Leitung fließenden
Fluids auf. Die Temperaturmessvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit
einem unteren und einem oberen Teil, wobei der Temperatursensor
im unteren Teil eingebettet ist. Dieser Sensor weist eine Basis,
Tragmittel und eine Sensorspitze auf. Die Sensorspitze ist derart
ausgebildet, dass sie an der Fluidleitung anliegt, wenn die Leitung von
dem Gehäuse
umschlossen ist.
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DE 102 55 267 A1 zeigt
eine weitere Anordnung zur Temperaturmessung nebst einem Montageelement.
Das Montageelement bildet einen Abschnitt einer Leitung, in welcher
das zu messende Medium geführt
wird. Der Leitungsquerschnitt wird durch dieses Montageelement jedoch
reduziert.
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DE 100 29 186 C2 zeigt
eine weitere Temperaturmessvorrichtung zur Temperaturmessung eines in
einem Rohr strömenden
Fluids. Diese Temperaturmessvorrichtung weist einen Temperatursensor
auf, der auf der Außenseite
eines Rohrabschnitts mechanisch fest angebracht ist. Der Temperatursensor
ist durch ein diesen Rohrabschnitt umgebendes Gehäuse nach
außen
geschützt.
Der zur Messung vorgesehene durchströmte Rohrabschnitt bedarf keinerlei Öffnungen
zur Durchführung
des Temperatursensors in den Fluidbereich. Daher können aufwändige Anschlussflansche
oder zusätzliche
Dichtungsmaßnahmen
entfallen.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Messvorrichtungen
der eingangs genannten Art weiterzubilden, insbesondere indem ihre Messgenauigkeit
erhöht
wird.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch eine Messvorrichtung der eingangs genannten
Art, bei der dem Messeinsatz eine thermische Isolation zwischen dem
Messeinsatz-Grundkörper
und dem Temperaturaufnehmer aufweist.
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Auf
diese Weise erreicht man eine thermische Entkopplung des Temperaturaufnehmers
von dem Messeinsatz-Grundkörper,
so dass ein Wärmetransport
von der Rohrleitung über
den Messeinsatz-Grundkörper
in die Umgebung weitgehend unterbunden wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung verhindert somit
Wärmeverluste
durch die Messvorrichtung und zwar dank der thermischen Isolation
zwischen dem Grundkörper
und dem Temperaturaufnehmer. Dadurch können die Temperaturmessergebnisse
eine höhere
Genauigkeit erreichen.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dient die Manschette
nicht nur als Aufnahme des Messeinsatzes, sondern auch gleichzeitig
zur Isolation des Temperaturaufnehmers gegenüber der Umgebung der Messvorrichtung.
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Vorteilhafterweise
befindet sich das Messelement direkt am Temperaturaufnehmer, wodurch
gegenüber
herkömmlichen
Messvorrichtungen ein – die Temperaturmessung
negativ beeinflussender – Wärmeübergang
eingespart werden kann. Bei herkömmlichen
Messvorrichtungen ist nämlich
ein Anlegeelement an einer Rohrleitung derart mit der Manschette verbunden,
dass der Messeinsatz mit dem Messelement aus dem Anlegeelement herausgezogen
werden muss, wenn der Messeinsatz bspw. für eine Kalibriermessung entnommen
werden muss. Demgegenüber
ist bei der Erfindung vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Messelement
unmittelbar im Temperaturaufnehmer angeordnet ist, der sich an die Rohrleitung
anschmiegt.
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Bevorzugt
ist diese thermische Isolation als Isolationskörper ausgebildet, welcher den
Temperaturaufnehmer vom Messeinsatz-Grundkörper trennt. Der Isolationskörper ist
mit dem Temperaturaufnehmer und dem Messeinsatz-Grundkörper fest
verbunden, insbesondere verklebt, so dass der komplette Messeinssatz
samt Temperaturaufnehmer aus dem Kanal herausgezogen werden kann,
was bei wiederkehrenden Kalibrierungsvorgängen und Wartungsmaßnahmen
vorteilhaft ist.
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Vorteilhafterweise
weist der Isolationskörper einen
an den inneren Querschnitt des Kanals angepassten äußeren Querschnitt
auf, so dass vorzugsweise der Isolationskörper den Kanal derart unterteilt,
dass der Temperaturaufnehmer vollständig thermisch gegen die äußere Umgebung
der Messvorrichtung abgetrennt ist, wenn die Manschette eine Rohrleitung
umschließt,
d.h. eine Manschette an einer Rohrleitung montiert ist. Die Unterteilung
des Kanals kann auch durch ein anderes Bauteil als den Isolationskörper realisiert
sein. Auf diese Weise kann man eine Luftisolationskammer in diesem
Kanal bereitstellen, die durch die eingebaute Rohrleitung sowie vorzugsweise
den Isolationskörper
verschließbar
ist und den Temperaturaufnehmer umgibt. Er liegt somit innerhalb
der Luftisolationskammer. Er hat keinen Kontakt zur Manschette,
die ihn umgibt. Luft weist gute thermische Isolationseigenschaften
auf. Das Messelement bzw. der Temperaturaufnehmer hat somit keinen
direkten Kontakt zur Manschette oder zu einem wärmeleitenden Element der Messvorrichtung,
welches Wärme
von der Luftisolationskammer in die äußere Umgebung der Manschette
oder der Atmosphäre
ableiten könnte.
Hierdurch kann die Messgenauigkeit der Messvorrichtung weiter erhöht werden.
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Vorteilhafterweise
weist der Isolationskörper eine
Leitungsdurchführung
zur Durchführung
von elektrischen Leitungen vom Messelement zum Grundkörper auf.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Messelement an eine
nachfolgende Auswerteschaltung anschließbar ist. Diese Durchführung wird
vorzugsweise durch eine thermisch isolierende Masse – nach Durchführen der
elektrischen Leitungen durch die Durchführung – wieder verschlossen.
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Bevorzugt
ist der Messeinsatz-Grundkörper von
einem Führungsorgan
umgeben, das gegenüber dem
Grundkörper
in axialer Richtung des Grundkörpers
und des Führungsorgans
verschiebbar angeordnet ist. Dieses Führungsorgan weist einen hülsenartigen
Abschnitt und einen sich an diesen hülsenartigen Abschnitt anschließenden kragenartigen
Abschnitt auf, der als Anschlag des Führungsorgans an die Manschette
dient. Dabei weist der hülsenartige Abschnitt
eine äußere, an
den inneren Querschnitt des Kanals angepasste Querschnittskontur
auf, so dass der hülsenartige
Abschnitt bereits für
eine Abdichtung des Kanals von der äußeren Umgebung der Manschette
sorgt.
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Vorteilhafterweise
ist zusätzlich
ein Dichtring an der Außenseite
des Führungsorgans
im Bereich des Übergangs
vom hülsenartigen
Abschnitt zum kragenartigen Abschnitt vorgesehen, um die Abdichtung
weiter zu vervollkommnen.
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Besonders
bevorzugt weist das Führungsorgan
an seinem den kragenartigen Abschnitt gegenüberliegenden Abschnitt eine
Angriffsfläche
für ein
Federelement auf, das einerseits an der Angriffsfläche und
andererseits vorzugsweise an dem Isolationskörper angreift und dabei den
Temperaturaufnehmer auf die Rohrleitung drückt. Mittels dieses Federelements
kann ein definierter Anpressdruck des Temperaturaufnehmers auf die
Rohrleitung erzeugt werden. Hierdurch erreicht man reproduzierbare,
gleichbleibende Messbedingungen. Dies ist insbesondere im Hinblick
auf die Dokumentation von regelmäßig durchzuführenden
Messungen vorteilhaft.
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Ferner
ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Führungsorgan an seinem hülsenartigen
Abschnitt eine Geometrie, bspw. eine Einkerbung aufweist, in welche
die im Querschnitt dreieckförmige Spitze
einer Klemmschraube eingreift, die eine Kraft erzeugt, die in Bezug
auf den Messeinsatz axial zur Rohrleitung gerichtet ist. Vorteilhafterweise
ist eine Gewindebohrung für
diese Klemmschraube derart an der Manschette angebracht, dass vor
dem Festziehen der Klemmschraube der kragenförmige Abschnitt des Führungsorgans
einen durch den Dichtring bestimmten Abstand zur Manschette aufweist, wobei
während
des Festziehens der Klemmschraube das Führungsorgan unter gleichzeitiger
Abdichtung im Bereich des Dichtrings in die Manschette gezogen wird.
Durch diese konstruktiven Maßnahmen
wird zwangsweise eine bestimmte Position des Messeinsatzes innerhalb
der Manschette erreicht, so dass der Temperaturaufnehmer stets im
direkten Kontakt mit der Rohrleitung steht. Hierdurch wird einerseits die
Zuverlässigkeit
und Reproduzierbarkeit der Temperaturmessung erhöht. Andererseits wird der Einbau
des Messeinsatzes nach einer etwaigen Entnahme zum Zwecke der Kalibrierung
oder Wartung erleichtert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Führungsorgan,
insbesondere im Bereich seines kragenartigen Abschnitts eine nutartige
Ausnehmung oder einen nasenartigen Vorsprung auf, die bzw. der mit
einem Arretierungsorgan zusammenwirkt, um eine radiale Zwangsausrichtung des
Messeinsatzes bereitzustellen. Durch diese Zwangsführung wird
verhindert, dass der Anwender den Messeinsatz falsch einbaut. Es
wird somit immer ein optimaler Sitz des Temperaturaufnehmers auf
der Rohrleitung gewährleistet.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus den anhand der beigefügten
Zeichnung näher
erläuterten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Messvorrichtung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer geschnittenen Vorderansicht;
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2 die
Messvorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht von
der rechten Seite gemäß 1;
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3 die
Messvorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht von
der linken Seite gemäß 1;
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4 die
Messvorrichtung aus 1 in einer Ansicht von oben,
und
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5 die
Messvorrichtung aus 1, jedoch mit Ausbruch des Messeinsatzes
in vergrößerter und
detaillierterer Darstellung;
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6 eine
Messvorrichtung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer geschnittenen Vorderansicht;
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7 die
Messvorrichtung aus 6 entlang eines Schnittes VII-VII
gemäß 6 und
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8 eine
bevorzugte Positionierung des Temperaturaufnehmers an einer Rohrleitung
in vereinfachter Darstellung.
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1 zeigt
eine Messvorrichtung 1: Eine zweigeteilte Manschette 2 umschließt eine
Rohrleitung 3 derart, dass in jedem Teil der Manschette 2 eine
Aussparung vorgesehen ist. Diese Aussparungen bilden eine Durchführung 4 für die Rohrleitung 3 durch
die Manschette 2, wobei im Bereich 4A der Außenseiten
der Manschette 2 der Querschnitt, insbesondere der Durchmesser
der Durchführung 4 dem äußeren Querschnitt
bzw. dem Außendurchmesser der
Rohrleitung 3 entspricht. Im Bereich 4A können auch
elastische temperaturbeständige
Bauteile angeordnet sein, die evtl. Toleranzen des Außendurchmessers
der Rohrleitung ausgleichen. Im inneren Bereich 4B der
Durchführung 4,
d.h. zwischen diesen Außenseiten-Bereichen 4A ist
der Querschnitt der Durchführung 4 größer als
der Querschnitt der Rohrleitung 3, so dass in diesem inneren
Bereich die Manschette 2 keinen Kontakt zur Rohrleitung 3 aufweist. Der
Verlauf des Querschnitts der Durchführung ist in 4 mit
strichpunktierter Linie dargestellt.
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In
dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Rohrleitung 3 mit
einem kreisförmigen
Querschnitt dargestellt. Rohrleitungen im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung sollen aber auch Rohrleitungen mit anderer Querschnittskontur
sein, wenngleich Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt bevorzugt
sind.
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Die
Manschette 2 ist aus einem temperaturfesten Kunststoff
gefertigt, der insbesondere bei Temperaturen von –40 bis
+200°C eingesetzt
werden kann, ohne sich dabei zu verformen. Die Manschette 2 weist
vorzugsweise eine Oberfläche
mit einer geringen Rauhtiefe und gerundeten Kanten auf, wodurch den
besonderen hygienischen Anforderungen bspw. der Pharma- bzw. Lebensmittelindustrie
Rechnung getragen werden kann. Dank einer geringen Rauhtiefe kommt
es nämlich
nur zu einer allenfalls geringen Verschmutzung der Oberfläche der
Manschette.
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Die
Manschette 2 ist aus einem hellen, insbesondere weißem Material
gefertigt, um günstige Wärmestrahlungseigenschaften
bereitzustellen. Einerseits reflektiert nämlich helles Material von außen kommende
(atmosphärische)
Wärmestrahlung.
Andererseits strahlt ein heller Körper eigene Wärme in einem
viel geringerem Maße
ab als ein schwarzer Körper.
Zum einen kann somit dank des hellen Materials der Temperatureinfluss
von außen
auf die Manschette 2 minimiert werden. Zum anderen sind
aufgrund des hellen Materials die wärmestrahlungsbedingten Wärmeverluste
der Manschette nach außen wesentlich
geringer als bei einem dunklen Material. Insgesamt kann daher aufgrund
der Wahl der Farbe bzw. Helligkeit des Materials eine Verbesserung
der Messergebnisse erreicht werden. Die geringe Auflageflächen der
Bereiche 4A vermeiden zudem eine negative Beeinflussung
der Wärmestrahlung
auf das Messergebnis.
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Der
in 1 gezeigte rechte Teil der Manschette 2 weist
einen Kanal 5 mit einer vorzugsweise zylinderartigen Form
auf, der sich in den linken Teil der Manschette erstreckt. Dieser
Kanal 5 führt
von der Rohrleitungsdurchführung 4 bis
hin zur Außenseite
der Manschette 2. Der Kanal 5 kann auch andere
als kreisrunde Querschnittsformen aufweisen. Bspw. kann er drei-,
vier-, fünf-,
sechs-, achteckig, insbesondere rechteckig ausgebildet sein. Am
einfachsten ist der Kanal 5 jedoch als kreisrunde Bohrung
ausgebildet.
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In
diesen Kanal 5 ist ein Messeinsatz 6 einführbar, der
in 5 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt
ist. Der Messeinsatz 6 weist einen ersten, inneren Abschnitt
auf, der in die Manschette 2 einführbar ist sowie einen zweiten, äußeren Abschnitt,
der außerhalb
der Manschette 2 verbleibt. Die Abmessungen des ersten,
inneren Abschnitts des Messeinsatzes 6 sind derart gewählt, dass
sie in den Kanal 5 hineinpassen. Dies bedeutet, dass die Dicke
des Messeinssatzes 6 im Bereich des ersten Abschnittes
kleiner bzw. im wesentlichen gleich dem Durchmesser bzw. gleich
der Geometrie des Kanals 5 ist. Auf diese Weise kann der
Messeinsatz 6 sich im Kanal 5 nicht verdrehen
und zudem für
eventuelle Kalibriervorgänge
oder Wartungsarbeiten aus der Manschette 2 entfernt und
wieder eingesetzt werden, ohne dass dabei die Manschette 2 demontiert
werden müsste.
Vielmehr kann die Manschette an derselben Messstelle an der Rohrlei tung
verbleiben, so dass diesbezüglich
keine messtechnischen Änderungen
zu erwarten sind.
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Der
innere, erste Abschnitt des Messeinsatzes 6 weist einen
vorzugsweise becherartig ausgebildeten Temperaturaufnehmer 7 auf,
der aus einem thermisch gut-leitfähigen Material, insbesondere
einem Metall ausgebildet ist. Ein Messelement 8, insbesondere
ein Messwiderstand, z.B. ein PT 100-Messwiderstand ist im Inneren
des Temperaturaufnehmers 7 angebracht und zwar vorzugsweise durch
einen temperaturfesten und gut wärmeleitenden
Metallkleber direkt am Boden des Temperaturaufnehmers 7 eingeklebt.
Das Messelement 8 ist im Übri gen aber von einer – von dem
Temperaturaufnehmer 7, einem Isolationskörper 9 und
einem den Isolationskörper
verschließenden
Verschluss 34 gebildeten – Luftisolationskammer 35 umgeben.
Der Temperaturaufnehmer 7 schmiegt sich an die Rohrleitung 3 an,
so dass eine (möglichst)
große
Kontaktfläche
zwischen der Rohrleitung 3 und dem Temperaturaufnehmer 7 besteht.
Vorzugsweise wird vor der Inbetriebnahme der Messvorrichtung 1 bzw.
vor der Montage der Messvorrichtung 1 an der Rohrleitung 3 bzw.
des Temperaturaufnehmers 7 in der Manschette 2 zwischen
den Temperaturaufnehmer 7 und die Rohrleitung 3 ein
hoch wärmeleitendes
Mittel, bspw. eine Paste, auf die Rohrleitung 3 und/oder
den Temperaturaufnehmer 7 aufgetragen, um die Messgenauigkeit
zu erhöhen
und damit die Messergebnisse zu optimieren. Der Temperaturaufnehmer 7 ist
mittels des Isolationskörpers 9 thermisch
getrennt mit einem vorzugsweise metallischen Grundkörper 10 des Messeinsatzes 6 verbunden.
Der Temperaturaufnehmer 7 hat somit keinen direkten Kontakt
zum Grundkörper 10 des
Messeinsatzes 6.
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Der
Temperaturaufnehmer 7 hat einen Querschnitt, insbesondere
einen Durchmesser, der kleiner ist als der Querschnitt bzw. Durchmesser
des Kanals 5. Der Querschnitt bzw. Durchmesser des Isolationskörpers 9 entspricht
jedoch dem Querschnitt bzw. Durchmesser des Kanals 5. Hierdurch
wird eine nach außen
isolierte Luftkammer 11 im Kanal 5 gebildet, wenn
sich der Messeinsatz 6 im Kanal 5 und die Rohrleitung 3 in
der Rohrleitungsdurchführung 4 befindet.
Die Luftkammer 11 erstreckt sich nicht nur in Längsrichtung
des Kanals 5, sondern auch in Längsrichtung der Rohrleitung 3.
Die Luftkammer 11 ist dabei in Längsrichtung der Rohrleitung 3 derart
ausgebildet, dass die Manschette 2 lediglich im Bereich 4A der
Manschettenaußenseiten
in Kontakt mit der Rohrleitung 3 tritt. An diesen Kontaktstellen
umschließen
beide Teile der Manschette 2 die Rohrleitung 3 vollständig. Indem
aber die Manschette nur an diesen von dem Temperaturaufnehmer weit
entfernt liegenden Bereichen 4A Kontakt zur Rohrleitung 3 hat,
ist ein Wärmeverlust
bzw. Wärmetransport
von der Messstelle des Temperaturaufnehmers 7 an der Rohrleitung 3 in
die Umgebung der Messvorrichtung 1 minimiert. Ein direkter
Wärmeübergang
von der Rohrleitung zur Manschette tritt dann nämlich nur an diesen äußeren minimierten
Bereichen 4A der Manschette auf.
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Auf
diese Weise wird das Messelement 8 sowie der Temperaturaufnehmer 7 im
wesentlichen vollständig
gegenüber
der äußeren Umgebung
der Messvorrichtung 1 abgeriegelt. Hierdurch werden nennenswerte
Wärmeverluste
aus dem Bereich des Messelements 8 nach außen vermieden.
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Der
Isolationskörper 9 weist
eine Leitungsdurchführung 12 zum
Durchführen
von elektrischen Leitungen 13 von dem Messelement 8 zu
dem zweiten, äußeren Abschnitt
des Messeinssatzes 6 auf. Diese Leitungsdurchführung 12 wird
nach dem Durchführen
der elektrischen Leitungen 13 – unter Bildung der Luftisolationskammer 35 – mit einer
thermisch isolierenden Masse, nämlich
dem Verschluss 34 verschlossen, um einen nachteiligen Wärmetransport
vom bzw. auf das Messelement weg zu verhindern bzw. zu minimieren.
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Die
elektrischen Leitungen 13 führen zu einer Buchse 14,
welche mit einem Stecker 15 verbunden werden kann. Alternativ
kann statt der Buchse 14 auch ein Stecker vorgesehen sein,
der in eine entsprechend ausgebildete Buchse einschiebbar ist.
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Vorzugsweise
sind die elektrischen Verbindungen der Leitungen 13 und
der Buchse 14 mit Korrosionsschutzmitteln vor Korrosion
geschützt.
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Vorzugsweise
ist der für
die Buchse 14 vorgesehene Stecker als Schraubstecker 15 ausgebildet.
Daher weist der äußere, zweite
Abschnitt des Messeinsatzes 6 ein Außengewinde 16 auf.
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Der
Schraubstecker 15 weist zu diesem Zweck eine Überwurfmutter 17 auf,
welche auf dieses Außengewinde 16 aufschraubbar
ist. Ferner ist an dem Schraubstecker 15 ein Kabel 18 angeordnet, mittels
dessen der Messeinsatz 6 mit einer elektrischen Auswerteschaltung
verbindbar ist.
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Der
Isolationskörper 9 ist
vorzugsweise aus einem Kunststoff mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit
ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen mechanisch
festen und hoch temperaturbeständigen
Kunststoff, bspw. PEEK (Polyetheretherketon).
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Der
Isolationskörper 9 ist
nicht nur mit dem Temperaturaufnehmer 7, sondern auch mit
dem Grundkörper 10 temperaturfest
verklebt. Der Innenraum des Temperaturaufnehmers 7 und/oder
der Innenraum des ersten, inneren Abschnitts des Isolationskörpers 9 sind
mit einem thermisch isolierenden Gas, insbesondere Luft ausgefüllt.
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Der
Grundkörper 10,
welcher sich an den Isolationskörper 9 anschließt, ist
vorzugsweise mit einem zylinderförmigen
Abschnitt 19 ausgebildet, der einen Querschnitt hat, der
signifikant kleiner ist als der Durchmesser des Kanals 5.
Auf diese Weise lässt
sich ein Federelement 20, insbesondere eine Spiralfeder
in den entstehenden Zwischenraum zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt 19 des
Grundkörpers 6 und
der Wand des Kanals 5 einbringen. Dieses Federelement 20 stützt sich
einerseits gegen den Isolationskörper 9 und
andererseits gegen ein Führungsorgan 21 ab.
Dieses Führungsorgan 21 weist
einen hülsenartigen
Abschnitt 22 sowie einen sich daran anschließenden kragenartigen
Abschnitt 23 auf. Das Führungsorgan 21 ist
axial relativ zu dem Messeinsatz 6 verschiebbar, wobei
jedoch das Führungsorgan 21 ortsfest
mit der Manschette 2 verbindbar ist. Diese Verbindung kann
jedoch wieder gelöst werden.
Der kragenartige Abschnitt 23 dient dabei als Anschlag
des Führungsorgans 21 an
die Manschette 2. Das Federelement 20 drückt auf
diese Weise über
den Isolationskörper 9 den
Temperaturaufnehmer 7 gegen die Rohrleitung 3.
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Der äußere Querschnitt
des Führungsorgans 21,
insbesondere der Außendurchmesser
des hülsenartigen
Abschnitts entspricht im wesentlichen dem Durchmesser des Kanals 5.
Der Innendurchmesser des hülsenartigen
Abschnitts 22 entspricht dabei im wesentlichen dem Außendurchmesser
des zylinderförmigen
Abschnitts 19 des Messeinsatzes 6. Der kragenartige
Abschnitt 23 weist demgegenüber einen Durchmesser auf,
der signifikant größer ist
als der Durchmesser des Kanals 5, so dass dieses Führungsorgan 21 nicht
vollständig
in den Kanal 5 "hineinfallen" kann.
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Ein
Dichtring 24 ist an der Außenseite des Führungsorgans 21 vorgesehen
und zwar im Bereich des Übergangs
vom hülsenartigen
Abschnitt 22 zum kragenartigen Abschnitt 23.
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Ferner
ist ein weiterer Dichtring 25 in einer umlaufenden Nut
im zylinderförmigen
Abschnitt 19 im Bereich des Führungsorgans 21 vorgesehen.
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Der
Dichtring 24 und der Dichtring 25 dichten in Verbindung
mit dem Führungsorgan 21 den
Kanal 5 ab. Insbesondere gewährleisten diese Mittel einen Spritzwasserschutz,
so dass Flüssigkeiten,
insbesondere bei der Reinigung der Anlage, an welcher die Messvorrichtung 1 installiert
ist, nicht zu einer Verunreinigung im Inneren der Manschette 2 führen. Des
weiteren dichten die Dichtringe 24 und 25 den Kanal 5 nach
außen
im wesentlichen luftdicht ab. Es kann somit kein Luftaustausch zwischen
dem Kanal 5 und der Umgebung stattfinden. Auf diese Weise verhindern
die Dichtringe einen Wärmetransport
von der Messstelle nach außen
und umgekehrt.
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Das
Führungsorgan 21 weist,
wie in 2 dargestellt, eine Ausnehmung 26 auf,
welche mit einem Arretierstift 27 in Einklang zu bringen
ist, damit das Führungsorgan 21 in
seine Einbauposition gebracht werden kann. Hierdurch wird eine Ausrichtung des
Führungsorgans 21 erzwungen
und somit auch des Messein satzes 6. Eine radiale Verdrehung
des Messeinsatzes 6 gegenüber dem Führungsorgan 21 wird
durch wenigstens eine sich in axialer Richtung erstreckende Nut
bzw. einen Vorsprung (nicht dargestellt) am inneren Durchmesser
des Führungsorgans 21 sowie
an dem zylinderförmigen äußeren Abschnitt 19 des
Messeinsatzes 6 verhindert. Somit gewährleistet der Stift 27 in
Verbindung mit der Ausnehmung 26 eine Verdrehung des Temperaturaufnehmers 7 relativ
zu der Rohrleitung 3, welche einen unerwünschten
verminderten Wärmeübergang
zwischen diesen beiden Elementen zur Folge haben könnte.
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Statt
einer nutartigen Ausnehmung 26 kann der kragenartige Abschnitt 23 auch
einen nasenartigen Vorsprung aufweisen, der dann in ein entsprechend
ausgebildetes Arretierorgan (anstelle des Arretierstiftes 27)
eingreift. Letztlich sind alle geometrischen Formen verwendbar,
welche nur eine einzige Ausrichtung des Temperaturaufnehmers 7 in
Bezug auf die Rohrleitung 3 gestatten.
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Wieder
bezugnehmend auf 5 ist ferner eine seitlich an
der Manschette 2 angebrachte Gewindebohrung 28 vorgesehen,
in welche eine Klemmschraube 29 mit einem im Querschnitt
dreieckförmigen
Schraubenende einschraubbar ist. Der Schraubenkopf dieser Klemmschraube 29 weist
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
einen Innensechskant 30 zur Aufnahme eines entsprechenden
Werkzeugs auf. Andere Schraubenkopfausführungen sind ebenfalls verwendbar.
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Die
Gewindebohrung 28 ist derart an der Manschette 2 angebracht,
dass vor dem Festziehen der Klemmschraube 29 der kragenförmige Abschnitt 23 des
Führungsorgans 21 einen
durch den Dichtring 24 bestimmten bzw. bestimmbaren Abstand
zur Manschette 2 aufweist. Ferner weist der hülsenartige
Abschnitt 22 des Führungsorgans 21 eine
Einkerbung 31 auf, die vorzugsweise als umlaufende Nut
ausgebildet ist. Die Spitze der Klemmschraube 29 drückt sich
beim Festziehen der Klemmschraube 29 auf die schräge Fläche dieser
Einkerbung 31. Aufgrund der Position der Anringung der
Einkerbung 31 wird durch das Anziehen der Klemmschraube 29 das
Führungsorgan 21 in
die Maschette 2 gezogen. Hierdurch erfolgt ein Anpressen
des kragenförmigen
Abschnitts 21 an die Manschet te 2, so dass eine
Abdichtung des Kanals 5 durch den Dichtring 24 zuverlässig bewirkt wird.
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3 zeigt
eine seitliche Ansicht auf den in 1 links
dargestellten Teil der Maschette 2. Zwei äußere Schrauben 32 dienen
zum Verbinden der beiden Manschettenteile. Eine weitere Schraube 33 dient
ferner als Sicherungsschraube zum Sichern einer festen Position
der Manschette 2 an der Rohrleitung 3, insbesondere
bei starken Vibrationen der Rohrleitung 3.
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Die
Sicherungsschraube 33 weist ein spitz zulaufendes Schraubenende
auf, das gegen die Rohrleitung 3 drückt. Es kommt somit zu einem punktförmigen Kontakt
zwischen der Schraube 33 und der Rohrleitung 3.
Da dieser Kontaktpunkt jedoch äußerst klein
ist, ist der Wärmeübergang
von der Rohrleitung zur Sicherungsschraube 3 derart gering,
dass er nicht zu messbaren Verfälschungen
der Temperaturmessung führt.
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Die
dargestellte Messvorrichtung 1 hat den Vorteil, dass der
Messeinsatz 6 vollständig
in einem Arbeitsgang in den Kanal 5 eingeführt und
wieder herausgenommen werden kann. Dabei ist eine Demontage der
Manschette 2 nicht erforderlich. Es braucht lediglich die
Klemmschraube 29 gelöst
zu werden und der Messeinsatz 6 kann vollständig aus
der Manschette 2 herausgezogen werden. Hierdurch wird die Reproduzierbarkeit
von Messungen wesentlich verbessert. Insbesondere bleibt die Messstellenposition und.
Anordnung durch die beiden Manschettenteile 2 eindeutig
erhalten, auch wenn der Messeinsatz zwischendurch, bspw. für Kalibriervorgänge, Wartungsmaßnahmen
usw., entnommen wurde.
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Aufgrund
der beschriebenen Konstruktion eignet sich die Messvorrichtung insbesondere
auch für
Rohroberflächen
für Rohrleitungen
mit einem geringen Außendurchmesser
bis hinunter zu bspw. 4 mm. Dies liegt insbesondere an den guten
Wärmeübergängen im
Bereich des Temperaturaufnehmers sowie den geringen Wärmeverlusten
aufgrund des Isolationskörpers
sowie der Luftisolationskammer.
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Die
Erfindung stellt somit eine einfach zu montierende Messvorrichtung
bereit, die ohne besondere vorherige Planung auch nachträglich an
vorhandene Rohrleitungen angebracht werden kann. Die Rohroberfläche und
auch die Rohrinnenflächen müssen für die beschriebene
Messvorrichtung nicht bearbeitet, insbesondere nicht mechanisch
bearbeitet, bspw. durch Schweißen
verändert
werden. Somit können
hygienisch problematische Zonen in und an der Rohrleitung vermieden
werden.
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Dank
der beschriebenen Zwangsführung des
Messeinsatzes 6 in die Manschette 2 werden mögliche Bedienungsfehler
vermieden.
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Eine
fehlerfreie Montage ist zudem gewährleistet, da die linke Seite
der Manschette 2 in 1 symmetrisch
ausgeführt
ist und auf Umschlag an die rechte Seite passt.
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Der
Messeinsatz kann insbesondere deshalb leicht aus der Manschette
entnommen und wieder eingebaut werden, da er sich axial erstreckt
und im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist – bis auf
Abweichungen der Rotationssymmetrie aufgrund der erwähnten Arretierungsmittel.
Die Durchmesser des Messeinsatzes sind dabei derart bemessen, dass
er in den Kanal der Manschette eingeführt werden kann.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Kanal 5 sowie
der Messeinsatz, einschl. des Führungsorgans 21 im
wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Es sind jedoch auch andere
alternative Ausführungsformen
möglich. Bspw.
kann der Kanal einen eckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt
aufweisen, so dass der Isolationskörper ebenfalls mit einer an
diesen Kanal angepassten Kontur, d.h. ebenfalls eckig, insbesondere rechteckig,
ausgebildet ist. Hierdurch kann eine Fehlausrichtung des Temperaturaufnehmers 8 an
der Rohrleitung 3 zuverlässig verhindert werden, da
lediglich eine oder ggf. zwei um 180° zueinander versetzte Einbaulagen
des Temperaturaufnehmer glich sind. Zur Montage bzw. Demontage des
Messeinssatzes 6 in der Manschette 2 weist der
Kanal 5 eine Gewindebohrung auf, und zwar lediglich an
seiner der äußeren Umgebung
der Messvorrichtung 1 zugewandten Seite. In diese Gewindebohrung
ist ein mit einem Außengewinde
versehenes Führungsorgan einschraubbar,
welches aber im übrigen
derart ausgebildet ist wie das vorstehend beschriebene Führungsorgan 21,
d.h. insbesondere einen Anschlag aufweist, gegen den sich das Federelement 20 abstützen kann.
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Bei
dieser alternativen Ausführungsform kann
der Arretierstift 27 sowie die entsprechende Ausnehmung
am Führungsorgan
ebenso wie die Gewindebohrung 28, die Klemmschraube 29 und
die Einkerbung 31 am Führungsorgan
entfallen, obwohl aufgrund der besonderen Ausbildung des Kanals
der Temperaturaufnehmer stets optimal an der Rohrleitung sitzt.
Alternativ zu einer derartigen eckigen Ausgestaltung des Kanals
kann auch eine andere nichtrotationsasymmetrische Kontur des Kanals
und des Isolationskörpers 9 verwen
det werden, bspw. eine ellipsenartige Kontur. Alle diese Konturen
verhindern nämlich
eine radiale Verdrehung des Isolationskörpers und damit des Temperaturaufnehmers 8 gegenüber der
Rohrleitung 3.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Messvorrichtung 1',
die weitgehend der in den 1 bis 5 dargestellten
Messvorrichtung 1 entspricht, so dass nachfolgend gleiche
Bezugszeichen für
gleiche Teile verwendet werden. Abweichungen beider Ausführungsbeispiele
werden nachfolgend beschrieben. Im übrigen wird auf die obigen
Ausführungen
zu den 1 bis 5 verwiesen.
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Der
Kanal 5' zur
Aufnahme des Messeinsatzes 6' ist
in diesem Ausführungsbeispiel
nicht von durchgehend kreisrunder Kontur. Vielmehr weist der Kanal 5' eine erste
zentrale durchgehende Bohrung 36 auf. Am Rand dieser Bohrung 36 befinden
sich zwei gegenüberliegende
in Längsrichtung
des Kanals 5' verlaufende
Ausnehmungen 37, welche als Führungsnuten für ein am
Grundkörper 10' angeordnetes
Führungsorgan 38 mit
zwei korrespondierend zu den Ausnehmungen 37 ausgebildeten
Führungsnasen 39 ausgebildet
ist. Das Führungsorgan 38,
die Führungsnase 39 sowie
die Ausnehmungen 37 am Kanal 5' dienen einer Zwangsausrichtung
des Temperaturaufnehmers 7, so dass dieser Temperaturaufnehmer 7 in
seiner Ausrichtung der Rohrleitung 3 angepasst ist.
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Alternativ
kann auch nur eine einzige Ausnehmung 37 entlang des Kanals 5' vorgesehen
sein, so dass dann das Führungsorgan 38 nur
eine entsprechend ausgebildete Führungsnase 39 aufweist.
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Das
Führungsorgan 38 ist
entweder einstückig
mit dem Isolationskörper 9' oder aber als
separates Bauteil ausgebildet, das im Bereich des Isolationskörpers 9' angeordnet
ist. Das Führungsorgan 38 ist
jedoch gegenüber
dem Isolationskörper 9' drehfest angeordnet,
d.h. insbesondere mit dem Messeinsatz-Grundkörper 10' fest verbunden. Das Führungsorgan 38 ist
bspw. als Blechteil ausgebildet. Es kann aber auch aus dem selben
Material wie der Isolationskörper 9' ausgebildet
sein.
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Das
Führungsorgan 38 dient
ferner als Anschlag für
das Federelement 20, welches den Grundkörper 10' samt Temperaturaufnehmer 7 und
Isolationskörper 9' in Richtung
der bzw. an die Rohrleitung 3 drückt.
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Der
Grundkörper 10' wird ferner
im Führungsorgan 21' geführt, welches
in die Manschette 2 einschraubbar ist. Das Führungsorgan 21' weist zu diesem
Zweck ein Außengewinde
auf. Die Manschette 2 weist dazu in einem äußeren Abschnitt
des Kanals 5' eine
Innengewindebohrung auf. Diese beiden Gewinde sind aneinander angepasst
und derart ausgebildet, dass der Messeinsatz 6' mit einer geringen Anzahl
von Drehungen in die Manschette 2 einschraubbar ist.
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Der
Grundkörper 10' verläuft vollständig durch
das Führungsorgan 21'. Ein Dichtring 25' dichtet den
Grundkörper 10' gegen das Führungsorgan 21' luft- und wasserdicht
ab. Ein weiterer Dichtring 24' dichtet das Führungsorgan 21' gegenüber der Manschette 2 luft-
und wasserdicht ab.
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7 zeigt
das Ausführungsbeispiel
gemäß 6 in
einer Schnittdarstellung durch das Führungsorgan 38 entlang
der Linie VII-VII gemäß 6.
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8 zeigt
eine besondere Anbringungsmöglichkeit
der Messvorrichtung gemäß einem
der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
und zwar derart, dass der Temperaturaufnehmer 7 die Rohrleitung 3 an
ihrer nach unten gerichteten Seite kontaktiert (soweit die Rohrleitung
waagerecht oder schräg verläuft). Diese
Anbringung hat den Vorteil, dass der Temperaturaufnehmer 7 in
unmittelbarer Nähe
zum durch die Rohrleitung 3 geführten Medium M angeordnet ist
und zwar auch in derartigen Fällen,
in denen die Rohrleitung nur teilweise mit dem Medium gefüllt ist.
Dies gilt insbesondere für
flüssige
Medien, die sich bei nur teilweise Füllung der Rohrleitung 3 aufgrund
der Schwerkraft im unteren Bereich der Rohrleitung 3 befinden.
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Auf
diese Weise kann der Temperaturaufnehmer 7 auch noch eine
im wesentliche optimale Temperatur erfassen, selbst wenn die Rohrleitung 3 nicht
vollständig
vom Medium M durchströmt
ist.
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Der
Temperaturaufnehmer ist aus einem gut wärmeleitendem, Idealerweise
aus nicht rostendem Material (z.B. Silber, Kupfer, Messing, ggf.
vernickelt oder aus Edelstahl) ausgebildet. Der Temperaturaufnehmer
ist in seiner Form dem Rohrleitungsaußendurchmesser exakt angepasst,
um einen Wärmeübergang
und damit die Temperaturaufnahme zu optimieren. Der Temperaturaufnehmer
kann auch aus gut wärmeleitendem
elastischen Material sein, das sich dem Durchmesser der Rohrleitung
anpasst.
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Durch
das beschriebene Federsystem wird der Temperaturaufnehmer während des
Messens der Temperatur unter gleich bleibendem und definiertem Druck
an die Oberfläche
der Rohrleitung gedrückt. Somit
ist eine Reproduzierbarkeit der Messungen stets gewährleistet.