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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung, wobei mindestens ein Messelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstandswert vorhanden ist, wobei das Messelement zumindest teilweise von einem thermisch leitfähigen Fixierelement umgeben ist und wobei das Messelement zumindest teilweise von einer Halteklammer umfasst ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Messanordnung zur Bestimmung des Durchflusses eines Mediums durch mindestens ein Messrohr. Die Messanordnung ist beispielsweise ein Coriolis- oder Vortex-Durchflussmessgerät. Das Medium ist insbesondere fließfähig und vorzugsweise zumindest teilweise eine Flüssigkeit oder ein Gas.
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Der
US 5 381 697 A lässt sich ein Durchflussmessgerät nach dem Coriolis-Prinzip entnehmen. Auf dem Messrohr sind dabei Temperatursensoren befestigt, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.
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Bei Temperatursensoren – oder allgemein bei Vorrichtungen zur Temperaturbestimmung – besteht meist ein Problem in der Fixierung bzw. der Zuverlässigkeit der Befestigung auf dem Messobjekt. Dies gilt insbesondere für die Anwendung innerhalb von rauen Umgebungsbedingungen. So können beispielsweise sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen oder auch Temperatursprünge der Befestigung schaden. Teilweise üben auch Maschinen wie Rührwerke, Pumpen etc. Kräfte auf die Sensoren aus.
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Prinzipiell besteht also eine erhöhte Gefahr, dass die Sensoren bzw. Vorrichtungen sich lösen. Zudem kann sich der Kontakt zwischen dem Messobjekt und dem Sensor über die Zeit ändern, so dass die Messungen leiden.
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Aus der
DE 10 2006 003 602 B4 ist eine Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem Messelement bekannt, das über eine umfassende Klammer an der Messstelle fixiert ist. Das Messelement ist in einer aus einem thermisch gut leitenden Material bestehenden Hülse angeordnet, die mit einer der thermischen Kopplung dienenden Vergussmasse vergossen ist.
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Aus der
DE 202 08 698 U1 ist ein Anlegesensor für die Messung einer Oberflächentemperatur bekannt. Das der Messung dienende Wandlerelement ist in einem Silikonkautschukblock eingebettet, der als wärmeleitende Kontaktfläche dient. Für die Befestigung an einem Rohr ist zusätzlich ein Textilband vorgesehen.
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Aus der
DE 44 27 181 A1 ist eine Vorrichtung zur Halterung einer Messspitze eines Thermoelements an einem Bauteil bekannt. Die Messspitze ist zwischen einem Trägerband und einer Haltefolie angebracht.
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Aus der
DE 20 2013 005 207 U1 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, die sich in einem hülsenförmigen Gehäuse befindet und durch ein Flügelteil an einem Rohr befestigt ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung vorzuschlagen, die eine möglichst sichere und zuverlässige Fixierung auf einem Objekt erlaubt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperaturbestimmung, bei der die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement mindestens zwei elektrische Kontakte aufweist, dass die zwei Kontakte des Messelements mit jeweils mindestens einer elektrischen Leitung verbunden sind, dass eine wie die Halteklammer ausgestaltete Zusatzhalteklammer und ein wie das Fixierelement ausgestaltetes thermisch leitfähiges Zusatzfixierelement vorhanden sind und dass die Zusatzhalteklammer und das Zusatzfixierelement zumindest eine der mit einem der zwei Kontakte des Messelements verbundenen Leitungen zumindest abschnittsweise umfassen.
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Das Messelement dient der eigentlichen Temperaturbestimmung und verfügt insbesondere über einen temperaturabhängigen Widerstandswert, so dass – insbesondere durch die Verwendung von hinterlegten Daten – aus dem elektrischen Widerstand auf die herrschende Temperatur geschlossen werden kann.
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In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Messelement insbesondere um eine Art von Widerstandsthermometer (oder RTD für resistance temperature device) mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten. Der Messwiderstand besteht dabei beispielsweise aus Platin oder aus einer Keramik.
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Umgeben ist das Messelement – zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig – von einem thermisch leitfähigen Fixierelement.
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Das Fixierelement ist in einer Ausgestaltung insbesondere sehr temperaturbeständig, z. B. bis oder über 300 °C und/oder bis –200 °C.
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Das Fixierelement ist dabei in einer Ausgestaltung im Wesentlichen als eine Vergussmasse und ist in einer alternativen Ausgestaltung im Wesentlichen als Klebemasse ausgeführt. Das Fixierelement besteht beispielweise aus einem sogenannten Wärmeleitzement.
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In einer Ausgestaltung ist das Messelement in dem Fixierelement eingebettet.
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Die Anordnung aus Messelement und Fixierelement ist zusätzlich wenigstens teilweise von einer Halteklammer umgeben.
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In einer Ausgestaltung ist die Halteklammer im Wesentlichen streifenförmig ausgestaltet. Vorzugweise ist dabei die Breite des Streifens derart bemessen, dass das Messelement zumindest teilweise oder vollständig überdeckt wird. Die Halteklammer ist dabei in einer Ausgestaltung in Relation zu ihren anderen Dimensionierungen dünn.
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Die Halteklammer hat in einer Ausgestaltung eine bogen- oder halbtonnenförmige Silhouette. In einer alternativen Ausgestaltung hat die Halteklammer eine treppen- oder absatzartige Form.
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Die Halteklammer ermöglicht insbesondere eine Vergrößerung der Fixier- oder Auflagefläche der Vorrichtung zur Temperaturbestimmung. Weiterhin erlaubt die Halteklammer auch Arten der Fixierung (z. B. Löten oder Schweißen), die vorzugsweise nicht bei dem Messelement selbst angewendet werden.
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Zudem lassen sich auch für das Messelement und die Halteklammer unterschiedliche Fixierarten kombinieren, die sich ggf. ergänzen.
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In einer Ausgestaltung besteht die Halteklammer zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig aus einem Metall.
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Die Halteklammer umfasst in einer Ausgestaltung zumindest teilweise das Messelement und zusätzlich – zumindest teilweise – das Fixierelement. In dieser Ausgestaltung ist das Messelement vom Fixierelement und sind das Messelement und das Fixierelement teilweise von der Halteklammer umfasst.
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In einer Ausgestaltung ist das Fixierelement direkt verbunden mit der Halteklammer bzw. steht damit in engem Kontakt.
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Ist die Halteklammer aus einem Metall gefertigt, so besteht in einer Ausgestaltung eine thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Halteklammer und dem Fixierelement.
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In einer Variante ist das Messelement im Wesentlichen vollständig vom Fixierelement umfasst bzw. in diesem eingebettet und überzieht die Halteklammer wenigstens drei Seiten des Fixierelements bzw. des darin befindlichen Messelements. Die Halteklammer umklammert also das Messelement bzw. das Fixierelement.
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Für die elektrische Kontaktierung bzw. für die Ermittlung des elektrischen Widerstands des Messelements verfügt das Messelement über mindestens zwei elektrische Kontakte.
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Mit jedem der zwei Kontakte ist jeweils mindestens eine elektrische Leitung (z. B. in Form eines Drahts oder eines Kabels) verbunden.
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Durch die mindestens zwei Leitungen wird über entsprechende Messungen der elektrische Widerstandswert des Messelements und durch eine entsprechende Auswertung sodann die Temperatur, der das Messelement ausgesetzt ist, ermittelt.
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Sind die beiden Leitungen beispielsweise als 1 und 2 bezeichnet und wird der elektrische Widerstand R12 zwischen beiden Leitungen gemessen, so ergibt sich ein Wert für die Temperatur T aus einer – entsprechend vorbekannten – Funktion f für die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur: T = f (R12).
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Um die Temperaturmessung zu verbessern, ist in einer Ausgestaltung mindestens ein Kontakt des Messelements mit mindestens zwei elektrischen Leitungen verbunden.
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Zur Verdeutlichung seien die drei Leitungen beispielsweise als 1, 2 und 3 bezeichnet, wobei die Leitungen 2 und 3 mit dem gleichen Kontakt verbunden sind. Gemessen werden der elektrische Widerstand R12 zwischen den Leitungen 1 und 2 und der Widerstand R23 zwischen den Leitungen 2 und 3. Daher ist die Temperatur T gegeben über die Funktion f, die den Zusammenhang zwischen Widerstand des Messelements und der Temperatur beschreibt: T = f (R12 – R23).
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Der Fixierung der Leitungen widmet sich erfindungsgemäße Ausgestaltung.
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Dabei ist eine im Wesentlichen wie die Halteklammer ausgestaltete Zusatzhalteklammer vorhanden. Zudem ist auch ein im Wesentlichen wie das Fixierelement ausgestaltetes thermisch leitfähiges Zusatzfixierelement vorhanden.
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In einer Ausgestaltung sind die Halteklammer und die Zusatzhalteklammer im Wesentlichen identisch ausgeführt. Ebenfalls sind in einer Ausgestaltung das Fixierelement und das Zusatzfixierelement identisch ausgeführt.
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Die Zusatzhalteklammer und das Zusatzfixierelement umfassen zumindest abschnittsweise wenigstens eine der Leitungen, die mit einem der zwei Kontakte des Messelements verbunden sind. Es werden also die Leitungen so befestigt wie das Messelement und dies vorzugsweise mit entsprechend ausgestalteten Komponenten.
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Für die Befestigung der Vorrichtung ist in einer Ausgestaltung ein Klebeelement vorhanden, so dass die Fixierung mittels einer Klebung erfolgt.
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Hierfür ist in einer Ausgestaltung das Messelement zwischen der Halteklammer und dem Klebeelement angeordnet. In dieser Ausgestaltung ist also das Messelement in dem Fixierelement zumindest teilweise eingebettet und ist teilweise von der Halteklammer und teilweise von dem Klebeelement umfasst.
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In einer Ausgestaltung mündet die Halteklammer auf dem Klebeelement, so dass die Halteklammer auf dem Klebeelement befestigt ist und die Vorrichtung über das Klebeelement auf einem Untergrund aufgeklebt wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung wird die Vorrichtung über das Klebeelement durch Klebung und über die Halteklammer durch ein anderes Befestigungsverfahren, z. B. durch Schweißen oder Löten fixiert.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist das Fixierelement als Klebeelement ausgestaltet, so dass Fixier- und Klebeelement in einer Komponente zusammenfallen. Das Messelement ist daher in dieser Ausgestaltung zumindest teilweise in einem thermisch leitfähigen Klebematerial eingebettet.
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Um die Messgenauigkeit zu erhöhen oder um eine ortsaufgelöste Temperaturmessung zu ermöglichen, sind in einer Ausgestaltung mindestens zwei Messelemente vorhanden.
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Vorzugsweise sind beide Messelemente prinzipiell gleich ausgestaltet.
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Insbesondere verfügen beide Messelemente jeweils über zwei elektrische Kontakte, mit denen in einer Ausgestaltung jeweils mindestens eine Leitung verbunden ist.
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In einer Ausgestaltung handelt es sich daher insgesamt um mindestens vier Leitungen.
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Zum Beispiel seien die vier Leitungen als 1, 2, 3 und 4 bezeichnet, wobei Leitungen 1 und 2 zu einem ersten Messelement und die Leitungen 3 und 4 zu einem zweiten Messelement gehören. Dabei werden die Widerstände R12 für das erste Messelement und R34 für das zweite Messelement gemessen. Insofern für beide Messelemente der gleiche funktionale Zusammenhang f zwischen Widerstandswert und Temperatur besteht, lässt sich daher die Temperatur T ermitteln über: T = (f(R12) + f(R34))/2.
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Werden unterschiedliche Messelemente verwendet, so sind deren zugehörige Funktionen zu verwenden.
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Die Differenz Delta T zwischen beiden Temperaturwerten f(R12) und f(R34):
Delta T = (f(R12) – f(R34)) ist dabei ein Maß für die Zuverlässigkeit der Temperaturmessung. Daher wird in einer Ausgestaltung ein Alarm ausgelöst, wenn die Differenz Delta T ein vorgebbares Toleranzmaß übersteigt.
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Weiterhin ist in einer Ausgestaltung mindestens eine Leitung eines der zwei Messelemente mit mindestens einer Leitung des anderen Messelements elektrisch leitend verbunden. Zwei Leitungen von unterschiedlichen Messelementen werden also in dieser Ausgestaltung miteinander elektrisch kontaktiert.
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Zum Beispiel seien die vier Leitungen wieder als 1, 2, 3 und 4 bezeichnet, wobei Leitungen 1 und 2 zu dem ersten Messelement und die Leitungen 3 und 4 zu dem zweiten Messelement gehören und wobei die Leitungen 2 und 4 miteinander verbunden sind. Gemessen werden die Widerstandswerte R12 und R34 für die Messelemente sowie der Widerstandswert R24 für die verbundenen Leitungen.
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Dabei sei wieder der gleiche funktionale Zusammenhang f für die zwei Messelemente gegeben. Dann ergibt sich die Temperatur T über: T = (f(R12 – R24) + f(R34 – R24))/2.
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Die Differenz Delta T zwischen beiden Temperaturwerten f(R12 – R24) und f(R34 – R24) dient auch hier der Überwachung der Temperaturmessung.
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Um die Befestigungsfläche zu vergrößern, ist in einer Ausgestaltung die Halteklammer mit zwei Fixierflächen versehen. Bei der streifenartigen Halteklammer handelt es sich bei den Fixierflächen in einer Ausgestaltung um Verlängerungen, die sich vorzugsweise seitlich vom Messelement bzw. von dem Fixierelement weg erstrecken.
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Gemäß einer weiteren Lehre bezieht sich die Erfindung auf eine Messanordnung zur Bestimmung des Durchflusses eines Mediums durch mindestens ein Messrohr, wobei mindestens eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung gemäß einer der obigen Ausgestaltungen auf dem Messrohr fixiert ist.
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Dabei gelten die obigen Ausführungen zu den Ausgestaltungen der Vorrichtung entsprechend auch für die Messanordnung.
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In einer Ausgestaltung sind mindestens zwei Messrohre vorhanden. Weiterhin ist auf jedem Messrohr jeweils mindestens eine Vorrichtung zur Temperaturbestimmung fixiert.
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Fließen durch beide Messrohre Teilströme des gleichen Mediums, so ergibt sich durch die wenigstens zwei Vorrichtungen zur Temperaturbestimmung die Möglichkeit zur Erhöhung der Messgenauigkeit (durch Mittelwertbildung der Messergebnisse), zur Überwachung der Temperaturmessung (durch einen vorgegebenen Grenzwert für die Differenz der zwei gemessenen Temperaturwerte) und zur Aufrechterhaltung der Messfähigkeit im Fall des Ausfalls einer Vorrichtung zur Temperaturbestimmung.
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Verfügen die Vorrichtungen über elektrische Leitungen bzw. sind die zugehörigen Messelemente mit solchen Leitungen verbunden, so sind in einer Ausgestaltung die Leitungen der Vorrichtungen hauptsächlich nur auf einem der zwei Messrohre angeordnet.
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Die Leitungen von einer Vorrichtung bzw. von dessen Messelement werden also von dem Messrohr, zu dem die Vorrichtung gehört, auf das andere Messrohr übergeleitet und hauptsächlich dort geführt bzw. auch befestigt. Vorzugsweise werden die Leitungen von beiden Vorrichtungen auf dem gleichen Messrohr zusammen oder wenigstens nah beieinander befestigt.
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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 7 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine Draufsicht auf eine erste Variante der Vorrichtung zur Temperaturbestimmung,
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2 einen Schnitt durch eine zweite Variante der Vorrichtung,
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3 eine Draufsicht auf eine dritte Variante und
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4 eine Draufsicht auf einen Teil einer Messanordnung zur Bestimmung des Durchflusses.
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In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Temperaturbestimmung dargestellt. Für die eigentliche Messung ist ein Messelement 2 mit einem temperaturabhängigen Widerstandswert vorgesehen.
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Um den Widerstandswert ermitteln zu können, sind zwei elektrische Kontakte 3 vorgesehen. Mit diesen Kontakten 3 sind in der dargestellten Variante insgesamt drei Leitungen 4 elektrisch verbunden, die die Widerstandsmessung erlauben. Ein Kontakt ist mit einer Leitung und der andere Kontakt ist mit zwei Leitungen verbunden.
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Das Messelement 2 ist in einem thermisch leitfähigen Fixierelement 5 eingebettet. Die Anordnung aus Fixierelement 5 und Messelement 2 wird wiederum von der Halteklammer 6 umfasst.
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Die Halteklammer 6 ist hier aus einem dünnen Metall und in Form eines Streifens gefertigt. Die streifenförmige Halteklammer 6 ist treppen- bzw. absatzförmig ausgestaltet, wobei sich an die im direkten Kontakt mit dem Fixierelement 5 stehenden Abschnitte der Halteklammer 6 zwei Fixierflächen 7 als Verlängerung anschließen. Die Fixierflächen 7 erlauben die Befestigung der Vorrichtung 1 auf einem Untergrund, z. B. durch Schweißen oder Löten.
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Um das Fixierelement 5 selbst zu befestigen, ist das Fixierelement 5 auch als Klebeelement 8 ausgestaltet. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass das Fixierelement 5 aus einem thermisch leitfähigen Kleber erzeugt wird.
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Diese Eigenschaft als Klebeelement 8 ergänzt daher die Fixierung der Vorrichtung 1 auf dem entsprechenden Messobjekt durch die Halteklammer 6.
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Für die Fixierung der drei Leitungen 4 sind eine Zusatzhalteklammer 9 und ein Zusatzfixierelement 10 vorhanden.
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Dabei ist die Zusatzhalteklammer 9 im Wesentlichen wie die Halteklammer 6 und ist das Zusatzfixierelement 10 im Wesentlichen wie das Fixierelement 5 ausgestaltet. Beide 9, 10 zusammen fixieren die Leitungen 4.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch eine schematische zweite Variante der Vorrichtung 1. Die Halteklammer 6 ist dabei bogenförmig ausgestaltet und mündet mit ihren zwei Fixierflächen 7 auf einem Klebeelement 8.
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In dieser Ausgestaltung ist das Fixierelement 5 im Gegensatz zur Ausgestaltung der 1 nicht als Klebeelement 8 ausgeführt, sondern das Fixierelement 5 ruht auf dem Klebeelement 8. Dies in Verbindung mit der auf dem Klebeelement 8 mündeten Halteklammer 6 führt zu einer kompakten und in sich abgeschlossenen Vorrichtung 1.
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Zu sehen ist weiterhin, wie das Fixierelement 5 vollflächig an der Innenseite der Halteklammer 6 angrenzt.
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In der 3 ist eine Vorrichtung 1 mit zwei hintereinander angeordneten Messelementen 2 dargestellt.
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Die zwei Leitungen 4 des vorderen Messelements 2 sind dabei durch das Fixierelement 5 geführt, das das hintere Messelement 2 umfasst. Die insgesamt vier Leitungen 4 sind gemeinsam durch die Zusatzhalteklammer 9 und das Zusatzfixierelement 10 geführt und gehalten.
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Die Verwendung von zwei Messelementen 2 erhöht die Messgenauigkeit und erlaubt eine gegenseitige Kontrolle der Einzelergebnisse.
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Eine der zwei Leitungen 4 des einen Messelements 2 ist mit einer der zwei Leitungen 4 des anderen Messelements 2 verbunden und elektrisch kontaktiert. Dies erlaubt es, den Widerstand der Leitungen 4 zu ermitteln und bei der Bestimmung der Temperatur über die zwei Messelemente 2 zu verrechnen.
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In der 4 ist ein Teil einer Messanordnung 11 zur Bestimmung des Durchflusses eines Mediums nach dem Coriolis-Prinzip dargestellt. Das – nicht dargestellte – fließfähige Medium durchströmt dabei zwei Messrohre 12.
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Auf jedem Messrohr 12 ist eine Vorrichtung 1 zur Temperaturbestimmung angebracht. Wie zu erkennen, verfügt jede Vorrichtung 1 nur jeweils über zwei Leitungen 4.
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Die zwei Leitungen 4 der hier auf der rechten Seite befindlichen Vorrichtung 1 sind dabei auf das andere Messrohr 12 überführt und werden mit den dortigen Leitungen 4 zusammengebracht.
