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Die Erfindung betrifft eine Staudrucksonde zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines bewegten Mediums z. B. durch eine Rohrleitung oder einen Kanal etc, mit einem Messabschnitt, der zwei Kanäle aufweist, die voneinander durch eine Trennwand separiert sind und die Wirkdrucköffnungen in Anström- und Abströmrichtung aufweisen, wobei die Kanäle des Messabschnittes mit einem Differenzdruckabgriff verbunden sind, der zwei getrennte, mit den Kanälen korrespondierende Anschlüsse aufweist.
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Eine entsprechende rohrförmige Staudrucksonde ist beispielsweise bekannt aus der
DE 195 09 208 A1 . Mit einer derartigen rohrförmigen Staudrucksonde kann innerhalb einer Rohrleitung durch die Erzeugung eines Differenzdruckes eine punktuelle Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden.
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Eine derartige punktuelle Messung von Strömungsgeschwindigkeiten hat dabei ein weites Anwendungsfeld Zum Beispiel werden derartige Messungen benötigt in der Klimatechnik, im Flugzeugbau, in der Fahrzeugoptimierung und im Anlagenbau. Hier werden punktuelle Messungen von Strömungsgeschwindigkeiten verwendet, um mittels geeigneter Messreihen die räumliche Ausprägung eines Strömungsfeldes zu ermitteln.
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Im Anlagenbau wird das Verfahren außerdem noch häufig eingesetzt, um Volumenströme in Rohrleitungen oder Kanälen zu bestimmen, um somit zum Beispiel die Wirkungscharakteristik von Regelorganen wie Ventilen oder Klappen zu ermitteln oder auch um fest eingebaute Messgeräte zu kalibrieren. Hierzu wird dann in einer definierten Messreihe die Geschwindigkeitsverteilung im Messquerschnitt ermittelt und durch ein geeignetes Integrationsverfahren der Volumenstrom errechnet Die Durchführung solcher Messreihen ist in der VDI-/VDE-Richtlinie 2640 beschrieben
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Es gibt nun verschiedene Messmittel zur Messung der punktuellen Strömungsgeschwindigkeit, die jedoch alle Einschränkungen im praktischen Gebrauch aufweisen.
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So besitzen zum Beispiel Flügelradanemometer bewegte Teile, die empfindlich sind gegenüber Verschmutzungen. Außerdem können diese Geräte nur im eingeschränkten Temperaturbereich eingesetzt werden.
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Auch Thermoanemometer sind bei verschmutzten und heißen Medien nur bedingt einzusetzen
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Für einen größeren Temperaturbereich kommen deswegen die verschiedensten Bauformen von Prandtl-Rohren zum Einsatz. Diese haben aber wegen ihrer gebogenen Bauform Nachteile bei der praktischen Anwendung. Sie können zum Beispiel nur durch Bohrungen direkt in einer Rohrwandung eingebracht werden, nicht aber durch vorhandene Stutzen oder Armaturen. Außerdem sind Prandtl-Rohre aufgrund ihrer kleinen Bohrungen und engen Kapillaren auch sehr empfindlich gegenüber Verschmutzungen und auch gegenüber Kondensatanfall. Des weiteren können Prandtl-Rohre in Gasen wegen der relativ geringen Differenzdrücke erst ab ca. 5 m/s zum Einsatz kommen. Diese Nachteile sind mit einer Staudrucksonde, wie sie beispielsweise in der
DE 195 09 208 A1 beschrieben ist, zu umgehen.
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Man hat weiterhin das Problem, dass bei Staudrucksonden, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind, deren Verwendbarkeit zusammen mit unterschiedlichen Messgeräten eingeschränkt ist. Da der Differenzdruckabgriff mit seinen getrennt ausgeformten Anschlüssen im Hinblick auf unterschiedlichste Messgeräte spezifisch ausgefertigt ist, muss je nach verwandtem Messgerät eine andere Staudrucksonde verwandt werden. Dies ist relativ aufwendig und erhöht insbesondere Herstell- und Lagerkosten.
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Außerdem können entsprechende Staudrucksonden jeweils nur bei Rohrleitungen bis zu einem gewissen Maximaldurchmesser verwandt werden. Für größere Durchmesser muss dann wiederum eine längere Staudrucksonde vorrätig gehalten werden.
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Das
DE 92 13 722 U1 zeigt ein über einen Doppelschlauch mit einem Anzeigegerät verbundenes Prandtlsches Staurohr. Der Doppelschlauch weist eine Leitungsverlängerung in Form zweier ineinander geschobener Schläuche auf.
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Dem
DE 692 496 C ist ein Staudruckrohr für Flugzeuge zu entnehmen, bei dem zwischen dem die Druckaufnahmeöffnungen nebst Heizkörper aufweisende Kopfteil über eine Kupplung mit dem die Leitungen enthaltenen Schwanzteil verbunden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Staudrucksonde anzugeben, die sowohl mit unterschiedlichen Messgeräten als auch bei unterschiedlichen Durchmessern von zu vermessenden Rohrleitungen verwandt werden können
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen Messabschnitt und Differenzdruckabgriff ein lösbares Kupplungselement mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 vorgesehen ist.
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Durch dieses lösbare Kupplungselement hat man die Möglichkeit, einerseits unterschiedliche Differenzdruckabgriffe mit demselben Messabschnitt zu verwenden Des weiteren bietet das Kupplungselement die Möglichkeit, zwischen Messabschnitt und Differenzdruckabgriff ein entsprechendes Verlängerungsteil zwischenzuschalten, so dass auch Rohrleitungen unterschiedlichster Durchmesser vermessen werden können.
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Das zwischen Messabschnitt und Differenzdruckabriff vorgesehene Kupplungselement weist vorzugsweise eine zylindrische Außengestalt auf. Hierdurch ist zu erreichen, dass es ohne besondere Schwierigkeiten zusammen mit der Staudrucksonde durch einen vorhandenen Stutzen oder eine entsprechende Armatur mit darin eingesetzter Gleitringdichtung in den durchströmten Querschnitt eingeführt werden kann
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Um sicherzustellen, dass das Kupplungselement keine Verfälschung des Messergebnisses ergibt, weist innenliegend zwei voneinander getrennte Kanalsysteme auf, durch die die entsprechenden Drücke durch des Kupplungselement hindurchgeleitet werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das Kupplungselement dabei aus einem Kupplungsstück und einem entsprechenden Gegenstück, wobei das eine Kanalsystem dann ein erstes und ein zweites Kanalende aufweist, von denen eines am Kupplungsstück und des andere am Gegenstück zentrisch angeordnet sind Diese beiden Kanalenden fluchten in Axialrichtung miteinander, so dass sie einen durchgängigen Kanal bilden.
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Gleichermaßen ist das andere Kanalsystem mit einem dritten und einem vierten Kanalende versehen, von denen eines am Kupplungsstück und das andere am Gegenstück exzentrisch angeordnet ist. Diese beiden exzentrisch angeordneten Kanalenden münden jeweils in einen Ringraum, der sie miteinander verbindet und der zum zweiten Kanalsystem zählt.
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Diese spezielle Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Kupplungselement die entsprechenden Drücke durchleiten kann, ohne dass das Kupplungsstück und das Gegenstück hierzu in Rotationsrichtung eine spezielle festgelegte Position zueinander haben müssten. Dies erleichtert die Montage des Kupplungselementes erheblich
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Vorzugsweise sind das erste und das zweite Kanalende, die zentrisch am Kupplungsstück bzw. am Gegenstück angeordnet sind, von konischen, miteinander korrespondierenden Dichtflächen umgeben, von denen eine vorspringend und die andere rückspringend ist.
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Durch diese Dichtflächen wird einerseits eine Zentrierung von Kupplungsstück und Gegenstück erreicht. Andererseits haben diese konischen Dichtflächen eine hohe Dichtigkeit, ohne dass eine separate temperaturabhängige Dichtung oder Dichtungsmasse hier aufgebracht werden muss.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ringraum, der das dritte und das vierte Kanalende drucktechnisch miteinander verbindet, einerseits durch eine Fortsetzung der vorspringenden konischen Dichtfläche gebildet und zum anderen durch Wände einer an die rückspringende konische Dichtfläche angrenzenden Ausnehmung. Diese spezielle Ausführung ist eine fertigungstechnisch sehr gelungene Lösung.
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Vorzugsweise sind das Kupplungsstück und das Gegenstück mittels Feingewinde miteinander zu verschrauben. Hierdurch kann an den konischen Dichtflächen eine ausreichende Anpressung erreicht werden, die eine entsprechende Dichtigkeit gewährleistet. Außerdem ist das Feingewinde auch leicht nach außen abdichtbar.
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Wie bereits oben ausgeführt, kann bei einer erfindungsgemäßen Staudrucksonde zwischen Messabschnitt und Differenzdruckabgriff mindestens ein Verlängerungsteil einsetzbar sein. Dieses Verlängerungsteil weist einerseits ein Gegenstück auf, das mit einem Kupplungsstück des Messabschnittes korrespondiert, sowie ein Kupplungsstück, das mit dem Gegenstück am Differenzdruckabgriff korrespondiert. innerhalb dieses Verlängerungsteils sind dann zwei voneinander getrennte Druckdurchführungen vorgesehen, mit denen das erste und zweite sowie dritte und vierte am Verlängerungsteil vorgesehene Kanalende jeweils miteinander zu verbinden sind.
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Das Verlängerungsteil selbst hat dabei vorzugsweise eine zylindrische Außenkontur, wobei der Außendurchmesser des Verlängerungsteils vorteilhafterweise dem Außendurchmesser des Kupplungselementes entspricht. Hierdurch ist ein durchgängig glattes Rohr erzielbar. Dieses kann durch die Verwendung einer entsprechenden Anzahl von mehreren hintereinander geschalteten Verlängerungsteilen eine beliebige Länge haben. Es können somit Rohrleitungen unterschiedlichster Durchmesser mit einer entsprechenden Staudrucksonde strömungstechnisch ausgemessen werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt
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1 die Ansicht einer erfindungsgemäßen Staudrucksonde in der Seitenansicht;
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2 den Schnitt durch den Messabschnitt einer Staudrucksonde;
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3 den Längsschnitt durch den Messabschnitt einer Staudrucksonde;
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4 den Längsschnitt durch einen Differenzdruckabgriff einer Staudrucksonde;
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5 den Längsschnitt durch ein gelöstes Kupplungselement;
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6 den Längsschnitt durch ein Verlängerungsteil.
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In der 1 sieht man die Seitenansicht einer rohrförmigen Staudrucksonde. Diese hat an ihrem unteren Ende ein Messteil 1, das an seinem unteren Ende wiederum in einem Messabschnitt 2 endet. An dem dem Messabschnitt gegenüberliegenden Ende ist das Messteil 1 mit einem Kupplungsstück 3a versehen, das mit einem korrespondierenden Gegenstück 3b ein lösbares Kupplungselement 3 bildet.
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Im hier dargestellten Beispiel ist das Gegenstück 3b an einem Verlängerungsteil 4 angebracht, das an seinem anderen Ende wiederum ein entsprechendes Kupplungsstück 5a aufweist. Dieses Kupplungsstück 5a wirkt mit einem entsprechenden Gegenstück 5b zusammen und bildet somit ein weiteres Kupplungselement 5.
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Über dieses Kupplungselement 5 ist das Verlängerungsteil 4 mit einem Differenzdruckabgriff 6 versehen. Dieser Differenzdruckabgriff 6 endet in zwei getrennten Anschlüssen 7. Des weiteren ist hier noch zu bemerken, dass am Differenzdruckabgriff 6 ein Handgriff 8 befestigt ist, über den die hier dargestellte Staudrücksonde zu handhaben ist.
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Bei dem Messabschnitt 2 handelt es sich um ein Zweikammerprofil, wie es in der 2 dargestellt ist
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Dieses Zweikammerprofil besitzt einen strömungszugewandten Kanal 9 und einen strömungsabgewandten Kanal 10. Diese beiden Kanäle sind durch eine Trennwand 11 separiert.
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In dem strömungszugewandten Kanal 9 herrscht ein erhöhter Druck, der sich aus statischem und dynamischem Druck zusammensetzt. Durch eine Strömungsablösung an seitlichen Profilkanten 12 entsteht in dem strömungsabgewandten Kanal 10 ein erniedrigter Druck, der sich aus statischem Druck und dynamischem Vakuum zusammensetzt. Die Druckdifferenz zwischen den beiden Kanälen 9 und 10 ist somit ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit im Messpunkt 13.
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Das dargestellte Messprofil hat sehr große Wirkdruckbohrungen 14a, 14b, durch die das Messprofil unempfindlich ist gegen Verschmutzungen, Tröpfchen und Kondensatanfall. Durch den in dem strömungsabgewandten Kanal 10 erzeugten Unterdruck ist der Differenzdruck deutlich größer als beim bekannten Prandtl-Rohr. Dadurch ist der Messbereich einer derartigen Messsonde erheblich erweitert gegenüber einem derartigen Rohr
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Bei einer geeigneten Materialauswahl ist die Staudrucksonde auch für den Einsatz unter sehr hohen Temperaturen und bei aggressiven Medien geeignet.
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Der in den Kanälen 9 und 10 erzeugte Differenzdruck wird über kleine Messrohre 15, 16 abgeleitet, die durch ein zylindrisches Führungsrohr 17 verlaufen, das im wesentlichen die Außenkontur des Messteiles 1 der Staudrucksonde bestimmt und an seinem oberen Ende in das Kupplungsstück 3a übergeht, das ebenfalls eine zylindrische Außengestalt aufweist. Eines der beiden Messrohre 15 oder 16 kann auch weggelassen werden. Dessen Funktion wird dann durch das Innere des zylindrischen Führungsrohres 17 übernommen.
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Innerhalb des Kupplungsstücks 3a wird das mit dem strömungszugewandte Kanal verbundene Messrohr 15 an ein erstes Kanalende 18 angeschlossen. Dieses Kanalende ist zentrisch am Kupplungsstück 3a angebracht.
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Das zweite, mit dem strömungsabgewandten Kanal 10 verbundene Messrohr 16 endet dementgegen in einem dritten Kanalende 19, des exzentrisch am Kupplungsstück 3a angeordnet ist und in eine Ausnehmung 20 mündet. Die Ausnehmung 20 weist in ihrer Mitte eine konische, rückspringende Dichtfläche 21 auf, die das erste Kanalende umgibt.
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Ansonsten geht die Ausnehmung 20 in eine Feingewinde 22 versehene Bohrung über.
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In diese Bohrung am Kupplungsstück 3a ist, wie in der 5 zu erkennen ist, ein Gegenstück 3b mit einem Außengewindeabschnitt 23 einzusetzen. (Wenn sich dieses Gegenstück an einem Differenzdruckabgriff befindet, entspricht es dem Gegenstock 5b in 1.)
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Dabei weist das Gegenstück 3b ein zentrisch angeordnetes zweites Kanalende 24 auf, das von einer konischen, vorspringenden Dichtfläche 25 umgeben ist. Des weiteren mündet in einer Fortsetzung der konisch vorspringenden Dichtfläche an dem Gegenstück 3b ein viertes Kanalende 26 in einer exzentrischen Position.
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Durch Einschrauben des Gegenstücks 3b mit dessen Außengewindeabschnitt 23 in die mit Feingewinde 22 versehene Bohrung am Kupplungsstück 3a kommt die konische, vorspringende Dichtfläche 25 in Anlage mit der konischen, rückspringenden Dichtfläche 21. Dadurch werden das erste Kanalende 18 und das zweite Kanalende 24, die miteinander fluchten, miteinander drucktechnisch verbunden und bilden ein erstes Kanalsystem.
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Gleichzeitig wird durch die Fortsetzung der vorspringenden konischen Dichtfläche 25 mit der Ausnehmung 20 ein Ringraum gebildet, durch den das dritte Kanalende 19 und das vierte Kanalende 26 drucktechnisch miteinander verbunden werden. So wird ein zweites Kanalsystem in dem Kupplungselement gebildet, das von dem ersten Kanalsystem insbesondere durch die konischen Dichtflächen getrennt ist
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Das Kupplungselement kommt hierbei ohne eine temperaturempfindliche Dichtung aus, so dass der Gebrauch der Staudrucksonde bei hohen Temperaturen gewährleistet werden kann. Selbstverständlich können aber auch Dichtpasten an der konischen Dichtfläche oder im Feingewinde eingesetzt werden, um eine weiter verbesserte Abdichtung zu erreichen.
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Aufgrund der zylindrischen Außenform sowohl des Kupplungstücks 3a als auch des Gegenstücks 3b hat das Kupplungselement 3 insgesamt eine zylindrische Außenform, die sich ansatzlos in die im wesentlichen zylindrische Außenform der Staudrucksonde einfügt. Diese zylindrische Außenform hat den Vorteil, dass die Staudrucksonde durch geeignete runde Gleitdichtungen in ein zu vermessendes Rohr oder einen zu vermessenden Kanal eingeführt werden kann und so leicht nach außen hin abzudichten ist. Dies ist insbesondere von Vorteil bei Einsatz der Staudrucksonde in toxischen Medien wie zum Beispiel Rauchgasen oder Dichtgas.
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Durch das in der 5 detaillierter dargestellte Gegenstück 3b (bzw. 5b) werden die von dem zweiten Kanalende 24 bzw. vierten Kanalende 26 aufgenommenen Drücke über entsprechende weitere Messrohre 27, 28 weitergeleitet. Diese Messrohre 27, 28 sind dabei wieder in einem zylindrisch ausgebildeten, die Außenkontur der Staudrucksonde bestimmenden Führungsrohr 29 angeordnet.
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Die von dem zweiten Kanalende 24 bzw. vierten Kanalende 26 aufgenommenen Drücke werden durch diese Messrohre 27, 28 zu geeigneten Anschlüssen 7 geführt, an dem der Differenzdruck dann mit einem entsprechenden Messwertaufnehmer abgenommen werden kann
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Auch hier kann eines der Messrohre 27 oder 28 durch den Innenraum des Führungsrohres 29 ersetzt werden.
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Die Anschlüsse 7 können messmittelspezifisch ausgebildet werden. Es können somit verschiedenste Messmittel über das Kupplungselement 3 jeweils mit demselben Messteil 1 verbunden werden
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Es sei hier noch erläutert, dass an dem hier dargestellten Führungsrohr 29 der Handgriff 8 montiert ist, über den ein Führen und Ausrichten der Staudrucksonde möglich ist.
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Anstatt wie in der 4 dargestellt das Gegenstück 3b direkt an einem Differenzdruckabgriff vorzusehen, kann ein entsprechendes Gegenstück 3b auch an einem Verlängerungsteil 4 vorgesehen werden. Dieses trägt an einem Ende ein dem bereits beschriebenen Gegenstück 3b entsprechendes Gegenstück und an seinem anderen Ende ein dem oben beschriebenes Kupplungsstück 3a entsprechendes Kupplungsstück 5a. Dabei ist das Kupplungsstück 3a über ein zylindrisches Außenrohr 30 mit dem Kupplungsstück 5a verbunden, während das entsprechende zweite Kanalende 24 und das vierte Kanalende 26 über als Druckdurchführungen fungierende Verbindungsröhrchen 31, 32 entsprechend mit den ersten Kanalenden 18 bzw. dritten Kanalenden 19 am Kupplungsstück 5a verbunden sind. – Es sei hier darauf hingewiesen, dass eines der beiden Verbindungsröhrchen 31 oder 32 auch eingespart werden kann. Dessen Funktion wird dann durch den Innenraum des Außenrohres 30 übernommen.
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An das beschriebene Verlängerungsteil 4 wird der oben beschriebene Differenzdruckabgriff 6 angeschraubt, wobei hier noch erwähnt sein soll, dass das Feingewinde dabei insbesondere auch eine ausreichende Abdichtung nach außen gewährleistet.
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Das Verlängerungsteil 4 lässt sich in unterschiedlichen, leicht transportierbaren Längen herstellen. Damit kann für große Messquerschnitte, wie sie zum Beispiel in Kraftwerken zu finden sind, eine Staudrucksonde von ausreichender Länge auch hergestellt werden, indem mehrere Verlängerungsteile mit ihren Kupplungsstücken und Gegenstücken entsprechend zusammengeschraubt werden.
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Zusammenfassend kann man somit sagen, dass mit dieser Erfindung ein ausgesprochen vielseitig einsetzbare Staudrucksonde erreichbar ist.
