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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Messgröße. Die Vorrichtung verfügt dabei über mindestens ein zumindest teilweise auf einem Trägerelement angeordnetes Sensorelement und über mindestens eine Auflagefläche. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Messanordnung zur Bestimmung des Durchflusses eines Mediums durch ein Messrohr. Dabei ist mindestens eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Messgröße über mindestens eine Auflagefläche auf dem Messrohr fixiert. Weiterhin weist die Vorrichtung mindestens ein zumindest teilweise auf einem Trägerelement angeordnetes Sensorelement auf. Bei der Messgröße handelt es sich beispielsweise um die Temperatur. Die Messanordnung ist beispielsweise ein Coriolis- oder Vortex-Durchflussmessgerät. Das Medium ist insbesondere fließfähig und ist beispielsweise zumindest teilweise eine Flüssigkeit oder ein Gas.
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In der modernen Prozessautomatisierung werden oft Messgeräte verwendet, um ausgehend von der ermittelten Messgröße Prozesse oder Medien zu überwachen oder zu steuern.
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Dabei sind die Messvorrichtungen oft rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Weiterhin können in den Prozessanlagen befindliche Maschinen wie Rührwerke, Pumpen etc. Kräfte auf die Messvorrichtungen oder die Objekte ausüben, auf denen die Sensoren fixiert sind. Daher besteht die Gefahr, dass die Messvorrichtungen sich lösen und nicht mehr zuverlässig messen. Im Sinne einer zuverlässigen Bestimmung der Messgröße ist es daher notwendig, dass die Fixierung sichergestellt wird oder dass zumindest ein Abfallen oder Abreißen des Sensors zuverlässig erkannt wird.
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Bei Messanordnungen zur Bestimmung des Durchflusses eines Mediums ist es für eine Erhöhung der Messgenauigkeit erforderlich, beispielsweise die Temperatur oder den im Medium herrschenden Druck zu kennen. Hierfür werden entsprechende Messvorrichtungen oder Sensoren auf dem das Medium führenden Messrohr angebracht. Sollte ein solcher Sensor sich lösen, so könnte dies ggf. schwer zu entdecken sein, da sich die meisten Durchflussmessgeräte durch einen relativ kompakten und in sich geschlossenen Aufbau auszeichnen.
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Die Vorrichtungen zur Bestimmung einer Messgröße – z. B. Temperatur, Druck, elektrische Leitfähigkeit oder ph-Wert – verfügen in aller Regel über wenigstens ein Sensorelement, das auf einem Trägerelement aufgebracht ist. Das Sensorelement erzeugt in vielen Fällen eine von der zu bestimmenden Messgröße abhängige elektrische Größe, die sich entsprechend verarbeiten und insbesondere in Abhängigkeit von Kalibrierungsdaten auswerten lässt. Für die Fixierung ist üblicherweise zumindest eine Auflagefläche vorgesehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung bzw. eine Durchflussmessanordnung mit einer Messvorrichtung vorzuschlagen, bei der eine Änderung der Befestigung der Vorrichtung sicher erkennbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Überwachungselement zur Bildung eines elektrischen Stromkreises vorgesehen ist.
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In einer Ausgestaltung ist das Überwachungselement thermisch leitfähig ausgestaltet.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch ein wenigstens teilweise elektrisch leitfähiges Überwachungselement ein elektrischer Stromkreis gebildet. Der Stromkreis dient daher der Überwachung der Fixierung.
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Das Überwachungselement ist beispielsweise zumindest teilweise eine Metallfläche oder ein metallischer Leiter oder eine Leiterbahn.
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Weiterhin ist das Überwachungselement zumindest teilweise frei von einer Isolierung, so dass eine elektrische Verbindung mit einem Gegenstück hergestellt werden kann. Wie im Folgenden ausgeführt, ist das Gegenstück beispielsweise eine elektrisch leitfähige Oberfläche oder ein weiteres Überwachungselement.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Überwachungselement zumindest teilweise die Auflagefläche bildet. Ist die Vorrichtung auf einem Objekt fixiert, so steht mit dieser Ausgestaltung das Überwachungselement in elektrisch leitendem Kontakt mit dem Objekt. Daher kann sich die Fixierung bzw. eine Änderung des Kontakts zwischen Vorrichtung und Objekt auf den Stromkreis auswirken.
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Ist beispielsweise das Objekt, auf dem die Vorrichtung fixiert ist, elektrisch leitfähig und wird der besagte Stromkreis durch einen Abgriff an dem Objekt geschlossen, so wirkt sich die Verbindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Überwachungselement und dem Objekt auf den Stromkreis aus. Löst sich die Vorrichtung von dem Objekt, so wird der Stromkreis geöffnet und ein entsprechender Stromfluss unterbrochen.
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Diese Ausgestaltung setzt daher vorteilhafterweise voraus, dass das Objekt, auf dem die Vorrichtung platziert wird, eine zumindest teilweise elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist. Weiterhin ist vorteilhafterweise die Vorrichtung so auf dem Objekt platziert, dass die Kontaktierung stattfindet und nicht beispielweise durch eine isolierende Schicht zwischen Vorrichtung und Objekt unterbrochen wird.
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Ist das Objekt nicht elektrisch leitfähig oder soll ein Stromfluss über das Objekt vermieden werden, so besteht eine alternative Ausgestaltung darin, dass mindestens zwei Überwachungselemente vorgesehen sind und dass die mindestens zwei Überwachungselemente unmittelbar und/oder über mindestens ein Verbindungselement elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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In dieser Ausgestaltung bilden mindestens zwei Überwachungselemente den Stromkreis. Hierfür sind beide Überwachungselemente entweder unmittelbar oder über ein gesondertes Verbindungselement miteinander verbunden. Wird daher im eingebauten Zustand die Verbindung zwischen den zwei Überwachungselementen aufgehoben oder verändert, so wirkt sich auch dies auf den Stromkreis aus.
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In einer sich daran anschließenden Ausgestaltung ist mindestens ein zumindest teilweise die Auflagefläche bildendes Auflageelement vorgesehen. In einer Ausgestaltung ist das Auflageelement thermisch leitfähig und in einer ergänzenden oder alternativen Ausgestaltung elektrisch isolierend.
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Die folgenden Ausgestaltungen beziehen sich auf die Anordnung der zwei Überwachungselemente.
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In einer ersten Variante ist vorgesehen, dass einerseits ein Überwachungselement auf der von der Auflagefläche abgewandten Seite des Auflageelements angeordnet ist und dass andererseits ein Überwachungselement auf der der Auflagefläche zugewandten Seite des Trägerelements angeordnet ist.
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In einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass einerseits die zwei Überwachungselemente auf der von der Auflagefläche abgewandten Seite des Auflageelements angeordnet sind und dass andererseits das Verbindungselement auf der der Auflagefläche zugewandten Seite des Trägerelements angeordnet ist.
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Eine dritte Variante sieht vor, dass einerseits die zwei Überwachungselemente auf der der Auflagefläche zugewandten Seite des Trägerelements angeordnet sind und dass andererseits das Verbindungselement auf der von der Auflagefläche abgewandten Seite des Auflageelements angeordnet ist.
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In den obigen Ausgestaltungen ergibt sich der Stromkreis durch Komponenten (also Überwachungselemente oder Verbindungselemente) auf dem Trägerelement und durch Komponenten auf dem Auflageelement. Die Anordnung ist dabei jeweils so, dass eine elektrische Verbindung besteht. Kommt es zu einer Trennung zwischen dem Trägerelement und dem Auflageelement, so wird der Stromkreis unterbrochen.
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In einer Ausgestaltung dient das Sensorelement der Bestimmung der Messgröße Temperatur.
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Gemäß einer weiteren Lehre bezieht sich die Erfindung auf eine Messanordnung zur Bestimmung des Durchflusses eines Mediums mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer – insbesondere vom Durchfluss unterschiedlichen – Messgröße, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung mindestens ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Überwachungselement zur Bildung eines elektrischen Stromkreises aufweist.
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Die Vorrichtung ist vorzugsweise nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt, so dass die obigen Ausführungen entsprechend auch für die Messanordnung mit der Vorrichtung gelten.
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In einer Ausgestaltung bildet das Überwachungselement zumindest teilweise die Auflagefläche und das Messrohr ist zumindest in dem Bereich, in dem die Vorrichtung fixiert ist, elektrisch leitfähig. Das Messrohr ist in dieser Ausgestaltung ein Teil des Stromkreises.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind mindestens zwei Überwachungselemente vorgesehen. Dabei sind die Überwachungselemente unmittelbar und/oder über mindestens ein Verbindungselement – also mittelbar – elektrisch leitend miteinander verbunden. Dadurch bilden sie den elektrischen Stromkreis. Weiterhin ist mindestens ein zumindest teilweise die Auflagefläche bildendes – insbesondere thermisch leitfähiges und zusätzlich insbesondere elektrisch isolierendes – Auflageelement vorgesehen. Schließlich sind einerseits die zwei Überwachungselemente derartig ausgestaltet, angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden und ist andererseits das Auflageelement derartig auf dem Messrohr fixiert, dass eine mechanische Belastung leichter den Stromkreis unterbricht, als das Auflageelement von dem Messrohr abzulösen.
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In dieser Ausgestaltung wirkt sich eine mechanische Belastung – also z. B. die Krafteinwirkung einer Maschine oder Schwingungen durch Rührwerke oder einfach nur die Schwerkraft – so auf die Vorrichtung aus, dass eher durch einen Ablösevorgang der Stromkreis unterbrochen wird, als dass sich die Vorrichtung vom Messrohr ablöst. Die mechanische Belastung führt also beispielweise eher dazu, dass sich zwei Schichten der Vorrichtung voneinander trennen, auf denen Teile des Stromkreises befindlich sind, als dass die Vorrichtung vom Messrohr abfällt. Daher ist entsprechend auch die Art der Fixierung der Vorrichtung auf dem Messrohr auszugestalten bzw. in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Vorrichtung auszuwählen.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfindungsgemäße Messanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 8 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine erste Variante einer Vorrichtung in Explosionsdarstellung,
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2 eine Messanordnung mit der Vorrichtung der 1,
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3 eine zweite Variante der Vorrichtung in Explosionsdarstellung,
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4 zwei Varianten eines Teils der Vorrichtung,
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5 eine weitere Messanordnung mit der Vorrichtung der 3 und
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6 eine dritte Variante der Vorrichtung.
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In der 1 ist schematisch in einer Explosionsdarstellung eine Vorrichtung 1 zur Messung der Temperatur als Messgröße dargestellt.
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Hierfür befindet sich auf einem Trägerelement 2, das beispielsweise aus einer Keramik besteht, ein Sensorelement 3. Das Sensorelement 3 verfügt über eine mäanderförmig verlaufende Leiterbahn und bildet ein Widerstandsthermometer bzw. RTD (resistance temperature device). Für die Temperaturmessung wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands der aufgebrachten Leiterbahn ausgenutzt.
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Für die Befestigung der Vorrichtung 1 auf einem – hier nicht dargestellten – Messobjekt ist die Auflagefläche 4 vorgesehen, der gegenüberliegend sich das Sensorelement 3 befindet.
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Um zu erkennen, ob die Vorrichtung 1 von dem – hier nicht dargestellten – Messobjekt abgefallen ist, ist das elektrisch leitfähige Überwachungselement 5 vorgesehen. Das Überwachungselement 5 ist plattenförmig ausgestaltet, weist im Wesentlichen die gleiche flächige Dimensionierung wie das Trägerelement 2 auf und bildet im gezeigten Beispiel vollständig die Auflagefläche 4.
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Das Sensorelement 3 befindet sich auf der Oberseite 6 des Trägerelements 2 und das Überwachungselement 5 auf dessen Unterseite 7. Dabei überdeckt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Überwachungselement 5 komplett die Unterseite 7. Das Sensorelement 3 und das hier einzige Überwachungselement 5 sind daher auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten 6, 7 des Trägerelements 2 angeordnet.
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Für die Temperaturmessung ist das Überwachungselement 5 nicht nur elektrisch leitfähig, sondern auch thermisch leitfähig.
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Das Sensorelement 3 ist mit zwei Kontaktelementen 8 und das Überwachungselement 5 mit einem Kontaktelement 9 verbunden. Das Kontaktelement 9 des Überwachungselements 5 ist hier – ebenfalls wie die zwei Kontaktelemente 8 des Sensorelements 3 – auf der Oberseite 6 des Trägerelements 2 befindlich, so dass die elektrische Kontaktierung entsprechend – hier nicht dargestellt – von der Unterseite 7 zur Oberseite 6 geführt ist.
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Mit den drei Kontaktelementen 8, 9 ist jeweils eine elektrische Leitung 10 verbunden.
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Oberhalb der Kontaktelemente 8, 9 und zumindest teilweise oberhalb der mit den Kontaktelementen 8, 9 verbundenen Leitungen 10 befindet sich das Abdeckelement 11. Dabei handelt es sich hier um ein Epoxidharzelement, das der Zugentlastung der Leitungen 10 und zum Schutz der Kontaktelemente 8, 9 dient.
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Durch die zwei – hier außen befindlichen – Leitungen 10 wird insgesamt der elektrische Widerstand des Sensorelements 3 ermittelt, woraus auf die Temperatur geschlossen wird.
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Die Anwendung des Überwachungselements 5 sei anhand der in der 2 dargestellten Messanordnung 12 erläutert.
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Die Messanordnung 12 dient dabei der Durchflussmessung eines fließfähigen Mediums durch ein Messrohr 13. Dabei wird hier das Coriolis-Messprinzip umgesetzt.
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Die Vorrichtung 1 gemäß der 1 befindet sich mit der der Oberseite 6 gegenüberliegenden – und hier nicht zu sehenden – Auflagefläche auf der elektrisch leitfähigen Außenseite des Messrohrs 13. Da das Überwachungselement elektrisch leitfähig ist, befindet sich damit das Überwachungselement in elektrischem Kontakt mit der Außenseite des Messrohrs 13. Die Fixierung zwischen der Vorrichtung 1 und dem Messrohr 13 ist daher so zu wählen, dass sich eine elektrische Verbindung ergibt.
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Die elektrisch leitfähige Außenseite des Messrohrs 13 erstreckt sich mindestens bis zum Abgriff 14 des Messrohrs 13, mit dem eine weitere Leitung 10 verbunden ist.
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Mit der Vorrichtung 1 sind insgesamt drei Leitungen 10 verbunden: zwei Leitungen für die Bestimmung des Widerstands des Sensorelements und eine Leitung für die Überwachung des Überwachungselements bzw. für die Feststellung, ob der mit dem Überwachungselement einhergehende Stromkreis 15 geschlossen ist.
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Der Stromkreis 15 ergibt sich insgesamt über die Leitung, die mit dem Überwachungselement kontaktiert ist, über das Überwachungselement, über die Außenseite des Messrohrs 13 und über die Leitung 10, die mit dem Abgriff 14 des Messrohrs verbunden ist.
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Die insgesamt vier Leitungen 10, bei denen es sich beispielweise um Drähte, Kabel, Leiter usw. handelt, sind mit einer Auswerteinheit 16 verbunden. Die Auswerteeinheit 16 ist derartig ausgestaltet, dass sie aus dem Widerstandswert des Sensorelements auf die Temperatur oder die Änderung der Temperatur rückschließt und dass sie überwacht, ob der Stromkreis 15 geschlossen ist oder ob sich andere Änderungen des Stromkreises 15 zeigen.
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Insgesamt kann das Überwachungselement 5 auch als Teil eines Schalters beschrieben werden. Löst sich beispielsweise die Vorrichtung 1 von dem Messrohr 13, so wird der Stromkreis 15 unterbrochen, da das Überwachungselement keinen elektrischen Kontakt mehr mit dem Messrohr 13 hat.
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Löst sich die Vorrichtung 1 beispielsweise nur teilweise, so hat dies auch Auswirkungen auf den Widerstandswert des Stromkreises 15, was vorzugsweise ebenfalls von der Auswerteinheit 16 erkannt und entsprechend signalisiert wird.
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Insgesamt verfügt die Vorrichtung 1 (siehe 1) über ein Sensorelement 3 und ein davon separat ausgestaltetes Überwachungselement 5, wobei das Sensorelement 3 und das Überwachungselement 5 in der gezeigten Ausgestaltung elektrisch voneinander getrennt kontaktiert sind, so dass sich auch zwei separate Stromkreise ergeben.
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In der 3 ist eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 1 dargestellt. Für gleiche Elemente werden hier die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die Auflagefläche 4 wird hier durch ein Auflageelement 18 gebildet, das elektrisch isolierend ist. Thermisch leitend ist das Auflageelement 18 jedoch.
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Auf der dem Trägerelement 2 zugewandten Seite des Auflageelements 18 befinden sich zwei Überwachungselemente 5, die in Form von Plättchen ausgestaltet sind. Beide Überwachungselemente 5 sind jeweils mit einem Kontaktelement 9 und darüber mit einer Leitung 10 verbunden.
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Sind also in der Variante der 1 drei Leitungen für die direkte Anbindung der Vorrichtung 1 vorgesehen und eine Leitung kontaktiert das Objekt, auf dem sich die Vorrichtung befindet bzw. mit dem das elektrisch leitfähige Überwachungselement verbunden ist, so führen in der in der 3 gezeigten Variante vier Leitungen 10 direkt zur Vorrichtung 1.
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Damit sich über die zwei Überwachungselemente 5 der Stromkreis 15 ergibt, befindet sich auf der Unterseite 7 des Trägerelements 2 ein Verbindungselement 17.
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Die 4a) und b) zeigen zwei Varianten für die Ausgestaltung des Verbindungselements 17 bzw. damit auch für die Unterseite 7 des Trägerelements.
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Das Verbindungselement 17 der 4a) ist ähnlich wie die zwei Überwachungselemente 5 in Plättchenform ausgestaltet und ist so angeordnet, dass es die beiden tiefer befindlichen Überwachungselemente 5 elektrisch miteinander verbindet. Insgesamt ergibt sich hier durch die zwei Überwachungselemente 5 und das Verbindungselement 17 die Form des Großbuchstabens Pi.
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In einer alternativen – hier nicht dargestellten – Ausgestaltung ist das Verbindungselement 17 so auf der Unterseite 7 des Trägerelements 2 und damit relativ zu den zwei Überwachungselementen 5 angeordnet, dass sich der Großbuchstabe H ergibt.
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In der Ausgestaltung der 4b) bedeckt das Verbindungselement 17 weitgehend die Unterseite 7 des Trägerelements 2 und ist daher ähnlich wie das einzige Überwachungselement der Vorrichtung der 1 ausgestaltet.
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In der 5 ist das Verbindungselement 1 der 3 auf einem Messrohr 13 einer Messanordnung 12 fixiert. Zu erkennen ist, dass hier die vier Leitungen 10 von der Auswerteeinheit 16 direkt zu der Vorrichtung 1 geführt sind.
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Für die Anpassung an die Kontur des Messrohrs 13 ist das Auflageelement 18 zumindest teilweise als weiches kissenartiges Element, z. B. in der Art einer Gummierung ausgestaltet.
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Der Stromkreis 15 besteht zwischen der Auswerteeinheit 16, zwei Leitungen 10, den zwei Überwachungselementen und dem Verbindungselement (vergl. 3 bzw. 4a) und b)).
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Die Vorrichtung 1 ist derartig ausgestaltet und auf dem Messrohr 13 fixiert, dass in dem Fall, dass eine mechanische Kraft auf die Vorrichtung 1 wirkt, die Fixierung auf dem Messrohr 13 stärker als die Verbindung zwischen dem Auflageelement und dem Trägerelement ist. Daher wird eher die Verbindung zwischen den zwei Überwachungselementen 5 (siehe 3) aufgehoben, als dass sich die Vorrichtung 1 vom Messrohr 13 löst.
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Fällt ein Teil der Vorrichtung 1 ab, so ändert sich der Widerstandswert des Stromkreises 15 oder es fließt kein elektrischer Strom mehr, da der Stromkreis 15 vollständig unterbrochen wird. Beides lässt sich durch die Auswerteeinheit 16 erkennen.
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Da die Messung der Temperatur mit dem Sensorelement gewährleistet werden soll, ist die Vorrichtung 1 insbesondere so ausgestaltet, dass sich der Teil der Vorrichtung 1, der das Sensorelement trägt, von dem Rest – durch die mechanische Belastung – löst, mit dem die Vorrichtung 1 an dem Messrohr 13 fixiert ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1 mit zwei Überwachungselementen 5 zeigt die 6. Dabei ist ein Überwachungselement 5 auf dem Auflageelement 18 und ein Überwachungselement 5 auf der Unterseite 7 des Trägerelements 2 angeordnet. Beide Überwachungselemente 5 sind durch ihre Ausgestaltung und Anordnung elektrisch miteinander verbunden und bilden einen Stromkreis 15.
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Löst sich durch eine mechanische Belastung das Trägerelement 2 von dem Auflageelement 18, so ist die elektrische Verbindung zwischen den beiden Überwachungselementen 5 unterbrochen und der Stromkreis 15 geöffnet.
