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Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für die Prozeßmeßtechnik,
insbesondere ein Temperaturmeßgerät, mit einer
Meßeinheit
und mit einem Auswertegerät,
wobei die Meßeinheit
einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, aufweist und das
Auswertegerät
zumindest einen großen
Teil der elektrischen und elektronischen Bauteile enthält sowie
eine Anzeige und/oder eine Einstellmöglichkeit aufweist, wobei das
Meßgerät modulartig
aufgebaut ist und die Meßeinheit
und das Auswertegerät über standardisierte
Schnittstellen sowohl elektrisch als auch mechanisch lösbar miteinander
verbunden sind.
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Für
Meßgeräte der Prozeßmeßtechnik
gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen. So können beispielsweise die Temperatur,
der Füllstand,
die Strömungsgeschwindigkeit
oder die Strömungsmenge
von flüssigen
oder festen Medien, aber auch von Schüttgut überwacht oder gemessen werden.
Dabei gibt es wiederum verschiedene Meßprinzipien, um die einzelnen
Parameter zu bestimmen. So kann beispielsweise der Füllstand
einer Flüssigkeit
mittels Ultraschall, Radar oder geführten Mikrowellen ermittelt werden.
Die einzelnen Meßmethoden
haben anwendungsspezifisch unterschiedliche Vor- und Nachteile. Um
den teilweise sehr unterschiedlichen Bedürfnissen der einzelnen Anwender
gerecht zu werden, ist somit eine sehr große Typenvielfalt an Meßgeräten erforderlich,
was, bedingt durch kleine Stückzahlen und
hohe Lagerhaltungskosten, zu einem hohen Endpreis der Meßgeräte führt. Die
Typenvielfalt wird dadurch weiter erhöht, daß es zum einen sogenannte Kompaktgeräte gibt,
bei denen die Meßeinheit
und das Auswertegerät
gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht
sind, und zum anderen solche Meßgeräte, bei
denen das Auswertegerät
räumlich
von der Meßeinheit
getrennt und über
ein Verbindungskabel mit dieser verbunden ist.
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Bei den sogenannten Kompaktgeräten ist nachteilig,
daß bei
einem Defekt im Meßgerät das gesamte
Meßgerät ausgetauscht
werden muß,
was neben den erhöhten
Kosten auch zu längeren
Stillstandszeiten im Prozeßablauf
führen
kann. Die Verwendung von Verbindungskabeln zwischen der Meßeinheit
und dem Auswertegerät
hat den Nachteil, daß die
geringere mechanische Belastbarkeit und Stabilität der Verbindungskabel bei
gewissen Anwendungsfällen
zu Problemen führt.
Im Ergebnis ist ein Hersteller von Meßgeräten somit gezwungen, eine sehr
große
Anzahl unterschiedli cher Meßgeräte mit unterschiedlichen
Bauformen zu produzieren und auch auf Lager zu haben.
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Ein eingangs beschriebenes Meßgerät, insbesondere
zur Temperatur- und Druckmessung, ist aus der
US 4,870,863 bekannt. Die
1 bis
5 zeigen ein Meßgerät mit einem Auswertegerät und einem
Drucksensormodul, wobei das Auswertegerät sich in einem einteiligen
Gehäuse
befindet und elektronische Bauteile, wie ein Anzeigedisplay, Schalter, elektrische
Anschlüsse
und Ausgangsmodule aufweist. Das Drucksensormodul ist über einen
Stecker elektrisch mit dem Auswertegerät bzw. der Elektronik des Auswertegeräts und mechanisch über Bolzen
mit der Unterseite des Gehäuses
verbunden. Durch Öffnen
einer an dem Gehäuse
schwenkbar befestigten Frontplatte können einzelne Ausgangsmodule
ausgetauscht und somit das Meßgerät an spezielle
Anforderungen angepaßt
werden.
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Die
DE 196 06 458 A1 beschreibt kein einzelnes
Meßgerät, sondern
ist ein Sensor-Meßsystem, bestehend
aus wenigstens einem Sensor und einer diesem zugeordneten Auswerte-Elektronik,
wobei die Auswerte-Elektronik in der Regel aus einem Computer besteht.
Anstelle eines Computers kann beispielsweise auch ein Kurvenschreiber
mit entsprechender Schnittstelle für den Signaleingang als Auswerte-Elektronik
verwendet werden. Bei dem bekannten Sensor-Meßsystem wird der Sensor über eine
Leitungsverbindung mit dem Computer verbunden, wobei der Sensor
zusammen mit einer Meßkonditionierung
in einer Trägerkarte
angeordnet ist, die mit einer lösbaren,
als Steckverbindung ausgebildeten elektrischen Anschluß-Vorrichtung
versehen ist.
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Der Prospekt der Firma ELKUTEC ELECTRONIC
GmbH, metrastore, MESSEN SPEICHERN ÜBERTRAGEN, beschreibt ein Daten-Speicher-Meter,
an den Sensoren angeschlossen werden können, die ein elektrisches
Signal liefern, das der von den Sensoren gemessenen physikalischen
Größe proportional
ist. Dieses Signal wird dann von dem Daten-Speicher-Meter gespeichert
und ggf. angezeigt. Im Rahmen einer mehrere Meßwerte umfassenden Meßreihe können dann
durch das Daten-Speicher-Meter
Mittelwert, Minimal- oder Maximal-Wert angezeigt werden. Das Daten-Speicher-Meter "metrastore" ist ein Handgerät, welches
der Benutzer im Bedarfsfall zur Visualisierung, Speicherung und
Auswertung von Meßwerten
mit den entsprechenden Meßgeräten über elektrische
Verbindungskabel verbindet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einerseits die Einsatzmöglichkeit des Meßgeräts weiter
zu erhöhen,
andererseits die Verbindung der einzelnen Module möglichst
einfach zu gestalten, um den Austausch defekter Module möglichst
zeitsparend durchführen
zu können.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte
Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Meßgerät dadurch gelöst, daß die Meßeinheit
und das Auswertegerät
sowohl direkt als auch über
ein Verbindungskabel miteinander verbindbar sind und daß das Auswertegerät zweiteilig – mit einem
Unterteil und einem Oberteil – ausgeführt ist
und das Unterteil die Schnittstelle zur Verbindung mit der Meßeinheit
aufweist und das Oberteil die Anzeige und die Einstellmöglichkeit
enthält.
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Durch den modulartigen Aufbau des
Meßgeräts in Verbindung
mit den standardisierten Schnittstellen ist es bereits möglich, unterschiedliche
Meßeinheiten
mit verschiedenen Auswertegeräten
zu kombinieren, so daß bei
Verringerung der Typenvielfalt der Einzelkomponenten insgesamt eine
Erhöhung
der Anwendungsmöglichkeiten
erfindungsgemäßer Meßgeräte gegeben
ist. Dadurch kann den Bedürfnissen
der Anwender im verstärkten
Maße Rechnung
getragen werden, auf Änderungswünsche schneller
reagiert werden und ein defektes Meßgerät schneller und einfacher ausgetauscht
bzw. repariert werden.
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Erfindungsgemäße ist das Meßgerät so ausgestaltet,
daß die
Meßeinheit
und das Auswertegerät sowohl
direkt als auch über
ein Verbindungskabel miteinander verbunden werden können. Dadurch kann
die für
den jeweiligen Anwendungsfall optimale Kombinationsmöglichkeit
ausgesucht werden, ohne daß dafür jeweils
spezielle Meßgeräte entwickelt werden
müßten. Für den Hersteller
und auch den Anwender erfindungsgemäßer Meßgeräte bedeutet dies, daß dieselbe
Meßeinheit
und dasselbe Auswertegerät
sowohl über
eine starre mechanische Kupplung als auch über ein flexibles Verbindungskabel verbunden
werden können.
Für den
Hersteller reduziert sich somit die Typenvielfalt weiter, der Anwender kann
ein bereits vorhandenes Meßgerät veränderten Anwendungsfällen leichter
anpassen.
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Dadurch, daß das Auswertegerät zweiteilig ausgeführt ist,
wobei das Unterteil die Schnittstelle zur Verbindung mit der Meßeinheit
aufweist und das Oberteil die An zeige und die Einstellmöglichkeit
enthält,
wird die Flexibilität
weiter erhöht,
und das Austauschen eines defekten Auswertegeräts weiter erleichtert.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft
anwendbar bei Meßgeräten, bei
denen ein Meßrohr
in einen Behälter
oder eine Leitung eingeführt
wird und so die Temperatur, der Füllstand, die Strömungsgeschwindigkeit
oder die Strömungsmenge
eines in dem Behälter
oder in der Leitung sich befindenden flüssigen oder gasförmigen Mediums
gemessen oder überwacht
wird. Die Erfindung ist somit besonders vorteilhaft anwendbar beispielsweise
bei Temperaturmeßgeräten und
bei Füllstands-
oder Strömungsmeßgeräten. Bei
derartigen Meßgeräten befindet sich
dann das Auswertegerät
außerhalb
des Behälters
bzw. der Leitung und die Meßeinheit
weist das vorzugsweise zylinderförmige
Meßrohr
mit einem innerhalb des Meßrohres
angeordneten Sensor auf. Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät weist das Meßrohr im
Anschlußbereich
einen Anschlagbund und ein Außengewinde
als mechanische Schnittstelle und einen Einbaustecker als elektrische
Schnittstelle auf.
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Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl
von Möglichkeiten,
das erfindungsgemäße Meßgerät auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche,
andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine als Anwendungsbeispiel
für erfindungsgemäße Meßgeräte,
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2 einzelne
Module erfindungsgemäßer Meßgeräte, teilweise
im Schnitt,
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3 die
bei der direkten Verbindung von Meßeinheit und Auswertegerät verwendeten
Module im noch nicht verbundenen Zustand,
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4 die
Module gemäß 3, jedoch im verbundenen
Zustand,
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5 eine
Ausführung
eines erfindungsgemäßen Meßgeräts mit direkter
Verbindung von Meßeinheit
und Auswertegerät,
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6 eine
erste Ausführung
eines erfindungsgemäßen Meßgeräts mit einem
Verbindungskabel und
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7 eine
zweite Ausführung
eines erfindungsgemäßen Meßgeräts mit einem
Verbindungskabel.
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1 zeigt
ein Anwendungsbeispiel für
zwei Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Meßgeräts 1,
wobei das Meßgerät 1 aus
einer Meßeinheit 2 und
einem Auswertegerät 3 besteht.
Die Meßeinheit 2 und
das Auswertegerät 3 können entweder
direkt oder über
ein Verbindungskabel 4 miteinander verbunden sein.
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Das in 1 dargestellte
Anwendungsbeispiel zeigt eine Werkzeugmaschine 5, bei der
das Kühlmittel 6 für eine Fräseinrichtung 7 überwacht wird.
Hierzu wird sowohl der Füllstand
des Kühlmittels 6 in
einem Vorratsbehälter 8 als
auch die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels 6 in
einer Rohrleitung 9 überwacht.
Bei dem in 1 dargestellten
Anwendungsbeispiel wird ohne weiteres deutlich, daß das erfindungsgemäße Meßgerät 1 dem
jeweiligen Anwendungsfall dadurch optimal angepaßt werden kann, daß einzelne
Module unterschiedlich miteinander kombiniert werden können. So
ist das – zumindest
vom Gehäuse – gleiche
Auswertegerät 3 mit
zwei unterschiedlichen Meßeinheiten 2 verbunden.
Zusätzlich
ist auch noch die Verbindung von Meßeinheit 2 und Auswertegerät 3 auf
unterschiedliche Art realisiert; einmal durch eine direkte, mechanisch
stabile Verbindung und einmal über ein
flexibles Verbindungskabel. Bei dem in der Meßeinheit 2 verwendeten
Sensor handelt es sich einmal um einen Füllstandssensor und das andere
Mal um einen Strömungswächter. Ebenso
könnte
die Temperatur oder die Strömungsmenge
des Kühlmittels 6 überprüft werden.
Auch kann der in der Meßeinheit 2 verwendete
Sensor verschiedene Meßprinzipien
verwenden, so kann beispielsweise der Füllstand einer Flüssigkeit
mittels Ultraschall, Radar oder geführten Mikrowellen ermittelt
werden. Ebenso ist eine Füllstandsüberwachung
mit einem kapazitiven Sensor möglich.
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In den 2 bis 4 ist von dem Auswertegerät 3 jeweils
nur das Unterteil 10 dargestellt, nicht jedoch das in den 1, 5, 6 und 7 auch dargestellte Oberteil 11.
Das in den 2 bis 4 dargestellte Unterteil 10 des
Auswertegeräts 3 weist
in seinem unteren Bereich 12 ein Außengewinde 13 und
ein Innengewinde 14 auf. Das Außenge winde 13 und
das Innengewinde 14 des Unterteils 10 dienen dabei
als mechanische Schnittstelle zur Meßeinheit 2. An der
Unterseite 15 des Unterteils 10 ist eine Steckerbuchse 16 vorgesehen,
die als elektrische Schnittstelle zur Meßeinheit 2 dient.
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Die Meßeinheit 2 ist im
wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und besteht aus einem zylinderförmigen Meßrohr 17 und
einem innerhalb des Meßrohres 17 angeordneten
Sensor. Neben dem Sensor kann auch ein Teil der oder die gesamte Sensorelektronik
in dem Meßrohr 17 angeordnet sein.
Das Meßrohr 17 hat
typischerweise einen Durchmesser < 20
mm, vorzugsweise ≤ 13
mm, und kann eine Länge,
beispielsweise bei Temperaturmesselementen, von 15 – 50 cm
haben. Zur Verbindung der Meßeinheit 2 mit
dem Auswertegerät 3 weist
das Meßrohr 17 einen
Anschlußbereich 18 auf,
an dem ein Anschlagbund 19 und ein Außengewinde 20 als mechanische
Schnittstelle ausgebildet sind. Als elektrische Schnittstelle zwischen
der Meßeinheit 2 bzw. dem
in dem Meßrohr 17 angeordneten
Sensor und dem Auswertegerät 3 dient
ein in dem Anschlußbereich 18 angeordneter
Einbaustecker 21.
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Die 3 und 4 zeigen die bei der direkten Verbindung
von Meßeinheit 2 und
Auswertegerät 3 verwendeten
Module, in 3 im noch
nicht verbundenen Zustand und in 4 im
verbundenen Zustand. Die mechanische Verbindung von Meßeinheit 2 und
Auswertegerät 3 erfolgt
dabei durch eine Überwurfmutter 22,
die als Sechskant ausgebildet ist und relativ große Abmessungen,
vorzugsweise Schlüsselweite
SW 27 aufweist. Hierdurch entsteht eine insgesamt sehr
stabile mechanische Einheit, so daß derartig verbundene Meßgeräte 1 auch
bei hoher mechanischer Belastung eingesetzt werden können. Die Überwurfmutter 22 weist
ein zu dem Außengewinde 13 des
Unterteils 10 korrespondierendes Innengewinde 23 auf
und ist auf dem Meßrohr 17 axial geführt, wozu
sie einen O-Ring 24 in ihrem der Unterseite 15 des
Unterteils 10 abgewandten Ende 25 aufweist. Wird
nun die Überwurfmutter 22 auf
das Außengewinde 13 des
Unterteils 10 aufgeschraubt, so dient der Anschlagbund 19 als
Widerlager für
das Ende 25 der Überwurfmutter 22.
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Prinzipiell, hier jedoch nicht dargestellt,
ist statt der Verbindung von Meßeinheit 2 und
Auswertegerät 3 mittels
der Überwurfmutter 22 auch
eine Verbindung wie bei einem Rundsteckerverbinder mit Schraubverriegelung
und mindstens einer axial beweglichen Gewindehülse möglich. Im Vergleich zu der
bevorzugten Ausgestaltung mit der Überwurfmutter 22 ist
die mechanische Belastbarkeit einer solchen Verbindung von Meßeinheit 2 und
Auswertegerät 3 jedoch
geringer.
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Wie die 3 und 4 zeigen,
wird gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der Erfindung ein Distanzring 26 verwendet, der im zusammengebauten Zustand
des Meßgeräts 1 zwischen
der Unterseite 15 des Unterteils 10 und dem Anschlagbund 19 angeordnet
ist. Durch den Distanzring 26 ist sichergestellt, daß die mechanische
Beanspruchung der elektrischen Steckverbindung zwischen Meßeinheit 2 und Auswertegerät 3,
d. h. zwischen dem Einbaustecker 21 und der Steckerbuchse 16,
gering ist. Der Distanzring 26 weist zwei Stifte 27 auf,
die in entsprechende Löcher 28 in
der Unterseite 15 des Unterteils 10 oder aber
in entsprechende Löcher 29 im
Anschlagbund 19 eingreifen. Hierdurch ist auch beim Anziehen
der Überwurfmutter 22 ein
wirksamer Verdrehschutz der elektrischen Steckverbindung zwischen
der Meßeinheit 2 und
dem Auswertegerät 3 gewährleistet.
Im Bereich der Steckerbuchse 16, welche in der Regel 5-polig
ausgeführt
ist, jedoch beispielsweise auch 8-polig ausgeführt sein kann, sind zwei Ohrringe 30 angeordnet,
die ebenso wie die Dichtscheibe 31 eine sichere und dichte
Verbindung zwischen der Meßeinheit 2 und
dem Auswertegerät 3 gewährleisten.
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In 2 ist
durch Striche angedeutet, wie das Auswertegerät 3 einerseits über den
Distanzring 26 direkt und andererseits über das Verbindungskabel 4 mit
der Meßeinheit 2 verbunden
werden kann.
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Die 5 bis 7 zeigen jeweils komplette Meßgeräte 1,
d. h. neben der Meßeinheit 2 sowohl das
Unterteil 10 als auch das Oberteil 11 des Auswertegeräts 3.
In allen drei Figuren weist das Auswertegerät 3 eine zweite Schnittstelle
auf, die im Oberteil 11 angeordnet ist und entweder zwei
Schaltausgänge
oder einen Schaltausgang und einen Analog-Aus- oder -Eingang aufweist.
Die Schnittstelle dient somit als Steuersignalausgang und/oder als
Versorgungsspannungseingang. Bei batteriebetriebenen Geräten kann
die zweite Schnittstelle entweder entfallen oder auch als Programmierschnittstelle
dienen. Die Schnittstelle ist vorteilhafterweise als Stecker 32 vom gleichen
Typ wie die Steckerbuchse 16 des Unterteils 10 ausgebildet.
Der Stecker 32 befindet sich seitlich am Oberteil 11,
welches aus einer Hülse 33 und
einem an der Stirnseite des Oberteils 11 angeordneten Deckel 34 besteht.
Vorteilhafterweise ist die Hülse 33 aus
Metall, bevorzugt aus Edelstahl, und der Deckel 34 aus
Kunststoff hergestellt. Der Deckel 34 weist eine Schräge 35 auf,
welche sich über
die halbe Stirnseite erstreckt und etwa einen Neigungswinkel von
45° hat.
In der Schräge 35 ist
ein Anzeige- und Bedienfeld 36 angeordnet, das aus mehreren
Tasten 37, vorzugsweise Multifunktionseinstelltasten, und einer
LED-Anzeige 38 mit vorzugsweise drei 7-Segment-LED-Elementen besteht. Das Oberteil 11 ist
zylinderförmig
ausgebildet, mit einer Länge
von 60 – 150
mm, vorzugsweise 80 – 110
mm, und einem Durchmesser von 25 – 90 mm, vorzugsweise 34 mm. Die
Verbindung von Oberteil 11 und Unterteil 10 erfolgt
vorzugsweise über
eine elastische Preßpassung,
wie sie in der nachveröffentlichen
Patentanmeldung 197 24 309 beschrieben ist. Alternativ kann das
Oberteil 11 auch axial drehbar in dem Unterteil 10 fixiert
sein, wozu auf die ebenfalls nachveröffentlichen Patentanmeldung
196 16 658 verwiesen wird. Eine solche axial drehbare Verbindung
von Oberteil 11 und Unterteil 10 ist dann besonders
vorteilhaft, wenn ein Strömungsmeßgerät verwendet
wird, um die optimale Einstellbarkeit des Sensor bezüglich der Strömungsrichtung
zu ermöglichen.
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Während
in 5 ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Meßgeräts 1 mit
einer direkten Verbindung von Meßeinheit 2 und Auswertegerät 3 dargestellt
ist, zeigen die 6 und 7 jeweils ein Ausführungsbeispiel
eines Meßgeräts 1,
bei dem die Meßeinheit 2 und
das Auswertegerät 3 über ein Verbindungskabel 4 miteinander
verbunden sind. Als Verbindungskabel 4 wird dabei vorzugsweise
ein Standardverbindungskabel mit frei wählbarer Länge und Rundsteckverbindungen
verwendet. Bezüglich eines
solchen besonders geeigneten Verbindungskabels 4 wird auf
die deutsche Patentschrift 42 05 440 verwiesen. Eines solches
Verbindungskabel 4 weist eine Steckerbuchse 39 mit
einer axial beweglichen Überwurfmutter 40 und
einen Stecker 41 mit einer ebenfalls axial beweglichen
Gewindehülse 42 auf, wie
es in 2 dargestellt
ist.
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Die Befestigung der Meßeinheit 2 bzw.
des Meßrohres 17 in
einer Behälterwand 43 oder
in einer Rohrleitung kann beispielsweise über eine Schneidringverschraubung 44,
wie dies in 5 dargestellt ist,
oder über
eine Schiebemuffe 45 entsprechend 7 erfolgen. Vorteil einer Schiebemuffe 45 ist
die Möglichkeit,
die Eintauchtiefe des Meßrohres 17 in den
Behälter
stufenlos variieren zu können.
Das Meßrohr 17 kann entweder
direkt oder in einem zusätzlichen
Tauchrohr 46 in den Behälter
eingeführt werden
Vorteilhafterweise werden für
alle elektrischen Schnittstellen, also für die Steckerbuchse 16, den
Einbaustecker 21, den Stecker 32 und das Verbindungskabel 4 handelsübliche Rundstecker
bzw. Rundsteckerbuchsen verwendet, wobei es sich üblicherweise
um M12-Rundsteckerverbinder handelt, jedoch auch M8-Rundsteckerverbinder
oder andere Größen verwendet
werden können.