DE4017079A1 - Temp. probe used in microwave fields - has electrically conductive screen comprising spaced conductive sheaths for sensor, connector and leads - Google Patents

Temp. probe used in microwave fields - has electrically conductive screen comprising spaced conductive sheaths for sensor, connector and leads

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DE4017079A1 DE19904017079 DE4017079A DE4017079A1 DE 4017079 A1 DE4017079 A1 DE 4017079A1 DE 19904017079 DE19904017079 DE 19904017079 DE 4017079 A DE4017079 A DE 4017079A DE 4017079 A1 DE4017079 A1 DE 4017079A1
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings

Abstract

A temp. probe, for contact temp. measurement in microwave fields (esp. microwave chambers), has an electrically conductive screen (AB) for its sensor (SN), its connector (AN) and its leads (LA), the novelty being that (a) the screen (AB) consists of a first sheath (AHI), (parially) made of highly electrically and thermally conductive material (pref. metal) and (partially) enclosing the sensor (SN), and a second sheath, (partially) made of highly electrically conductive material and (partially) enclosing the connector (AN); (b) one or more low electrical and thermal conductivity (pref. electrically insulating) spacer elements (AB1, AB2) are located between the two sheaths (AH1, AH2); (c) the resulting gap (AR) between the sheaths includes a minimal gap region (MNB) with max. dimensions corresponding to a predetermined fraction (k1) of the minimal critical wavelength of the microwave field; (d) the gap (AR) is bridged by an electrical conductor element (LEU) which is in conductive connection with the sheaths; and (e) the effective electrical cross-sectional area of the element (LEU) corresponds to a predetermined fraction (k2) of the minimal gap cross-sectional area. ADVANTAGE - The design provides interruption and redn. of heat dissipation from the sensor and provides satisfactory insensitivity to microwaves.(4pp Dwg.No.1/1)

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Fühler sind bekannt in einer Ausführung mit Abschirmung, die einen den Sensor mit seiner Anschlußvorrichtung lückenlos umgebende, geschlossene und meist als langgestreckte Metallhülse ausgebildete Abschirmung mit anschließender Leitungsabschirmung aufweist. Der Sensor ist somit gegen das Mikrowellenfeld abgeschirmt und unterliegt keiner Fehlerwärmung bzw. Beschädigung durch das Mikrowellenfeld oder einer unmittelbaren, hochfrequenten Fehlsignaleinkopplung.The invention relates to a temperature sensor according to the preamble of claim 1. Such sensors are known in one Version with shielding, one with the sensor Connection device surrounding, closed and mostly shield formed as an elongated metal sleeve subsequent line shielding. The sensor is thus shielded from the microwave field and is not subject to any Faulty heating or damage from the microwave field or an immediate, high-frequency false signal coupling.

Dem steht jedoch folgender Nachteil gegenüber: Ein Bereich der Metallhülse, meist die Spitze der langgestreckten Metallhülse, bildet eine Meßkontaktstelle, deren Wandung innen mit dem Sensor in Wärmeleitverbindung steht. Infolgedessen bildet die Abschirmung eine starke, unmittelbare thermische Ableitung des Meßwärmestromes vom Sensor. Dies verursacht einen entsprechenden Temperaturmeßfehler. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Meßfühlers, der den Vorteil einer ausreichenden Mikrowellenunempfinldichkeit mit demjenigen einer verminderten thermischen Fehlableitung verbindet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt durch die Merkmale des Anspruchs 1. However, this has the following disadvantage: An area of Metal sleeve, usually the tip of the elongated metal sleeve, forms a measuring contact point, the inside of the wall with the sensor is in thermal connection. As a result, the shield forms a strong, direct thermal dissipation of the measuring heat flow from the sensor. This causes a corresponding one Temperature measurement error. The object of the invention is therefore Creation of a sensor that has the advantage of sufficient Microwave sensitivity to that of a reduced one thermal faulty discharge connects. The solution according to the invention this object is determined by the features of claim 1.  

Infolge der in den Merkmalen a) und b) angegebenen Aufteilung der Abschirmung in zwei gesonderte und durch ein wärmeisolierendes Abstandselement aneinander gesicherte Abschirmhüllen ist der Ableitungswärmestrom zunächst einmal unterbrochen und weitgehend abgeschwächt. Weiterhin ist der durch das Abstandselement gebildete und die Abschirmung unterbrechende Abstandsraum gemäß Merkmal c) so gestaltet, daß allenfalls ein äußerst geringfügiges, aperiodisches Restfeld in den Innenraum des Fühlers eindringen kann. Ein hierdurch bedingter Meßfehler kann somit genügend gering gehalten werden, allerdings nur dann, wenn eine elektrische Leitverbindung zwischen den Abschirmhüllen besteht. Dies wird durch ein Überbrückungselement gemäß Fig. d) erreicht, und zwar gemäß Merkmal e) durch ein solches von sehr geringer thermischer Leitfähigkeit, so daß wiederum kein störender thermischer Ableitungsmeßfehler entstehen kann.As a result of the division of the shield into two separate shielding sleeves secured to one another by a heat-insulating spacer element, the dissipation heat flow is initially interrupted and largely weakened. Furthermore, the spacing space formed by the spacing element and interrupting the shielding is designed in accordance with feature c) in such a way that at most an extremely small, aperiodic residual field can penetrate into the interior of the sensor. A measurement error caused by this can thus be kept sufficiently low, but only if there is an electrical connection between the shielding sleeves. This is achieved by a bridging element according to FIG. D), specifically according to feature e) by such a very low thermal conductivity, so that again no annoying thermal derivative measurement error can occur.

Wesentliche Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche bestimmt.Significant developments of the invention are due to the features of the subclaims.

Die Erfindung wird weiter anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, das einen langgestreckten, im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebauten Meßfühler im Halb-Längsschnitt zeigt. Dabei sind in der oberen und unteren Hälfte zwei hinsichtlich einer Außenumhüllung verschiedene Ausführungen angedeutet. The invention is further illustrated in the drawing Embodiment explained that an elongated, constructed essentially rotationally symmetrical Sensor shows in half-longitudinal section. Here are in the top and lower half two in terms of an outer wrapper different versions indicated.  

Der dargestellte Temperaturfühler zur Kontakt-Temperaturmessung in Mikrowellenfeldern, insbesondere in Mikrowellenkammern, umfaßt mindestens einen Sensor (SN), eine Anschlußvorrichtung (AN), eine Leiteranordnung (LA) zur Übertragung von Meßsignalen zu einer Anzeige bzw. Auswerteeinrichtung und einer elektrisch leitenden Abschirmung (AB) für Sensor, Anschlußvorrichtung und Leiteranordnung. Letztere kann im Falle eines Widerstandssensors z. B. eine bekannte Dreileiter- oder Vierleiteranordnung sein.The temperature sensor shown for contact temperature measurement in microwave fields, especially in microwave chambers, comprises at least one sensor (SN), a connection device (AN), a conductor arrangement (LA) for the transmission of measurement signals to a display or evaluation device and one electrically conductive shield (AB) for sensor, connection device and conductor arrangement. The latter can in the case of a Resistance sensor z. B. a known three-wire or four-wire arrangement be.

Der Fühler ist bestimmt durch folgende Merkmale:The sensor is determined by the following features:

Die Abschirmung (AB) umfaßt eine wenigstens teilweise aus elektrisch und thermisch hochleitendem Material, vorzugsweise Metall, bestehende und den Sensor (SN) wenigstens teilweise umgreifende erste Abschirmhülle (AH1), eine wenigstens teilweise aus elektrisch hochleitendem Material bestehende und die Anschlußvorrichtung (AN) wenigstens teilweise umgreifende zweite Abschirmhülle (AH2). Diese Hüllen sind in der ohne weiteres ersichtlichen Weise als dünnwandige Metallhülsen ausgebildet. Das rückwärtige Ende der zweiten Abschirmhülle ist mit Innengewinde versehen, in das ein ebenfalls metallisches Anschlußrohr (ANR) mit einer Isolierauskleidung (IKL) eingeschraubt ist. The shield (AB) comprises a first shielding sheath (AH 1 ) consisting at least partially of electrically and thermally highly conductive material, preferably metal and at least partially encompassing the sensor (SN), an at least partially consisting of electrically highly conductive material and the connection device (AN) at least partially encompassing second shielding sheath (AH 2 ). These sleeves are formed in the easily visible manner as thin-walled metal sleeves. The rear end of the second shielding sleeve is provided with an internal thread into which a metal connection tube (ANR) with an insulating lining (IKL) is screwed.

Zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) sind zwei elektrisch und thermisch in Bezug auf diese Abschirmhüllen niedriggleitende, vorzugsweise elektrisch isolierende Abstandselemente (AB1, AB2) angeordnet. Der im Beispiel im wesentlichen durch das Abstandselement (AE1) zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) gebildete Abstandsraum (AR) weist einen Bereich (MNB) mit einer Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche auf, deren Maximalabmessungen entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k1) der minimalen kritischen Wellenlänge des Mikrowellenfeldes bemessen sind.Between the first and second shielding sheaths (AH 1 , AH 2 ), two electrically and thermally low-spacing, preferably electrically insulating spacer elements (AB 1 , AB 2 ) with respect to these shielding shells are arranged. The spacing space (AR) formed in the example essentially by the spacing element (AE 1 ) between the first and second shielding sheath (AH 1 , AH 2 ) has an area (MNB) with a minimum spacing area cross-sectional area, the maximum dimensions of which correspond to a predetermined fraction ( k 1 ) the minimum critical wavelength of the microwave field is dimensioned.

Im Innenraum der Abstandselemene und der sich anschließenden Isolierauskleidung (IKL) befindet sich die Anschlußvorrichtung, z. B. eine einfache Lötstellenanordnung, und das sensorseitige Ende der Leitungsanordnung.In the interior of the distance elements and the adjoining ones Insulation liner (IKL) is the connection device, e.g. B. a simple solder joint arrangement, and the sensor side End of line arrangement.

Der Abstandsraum (AR) ist durch ein elektrisches Leitelement (LEU) überbrückt, das mit der ersten und der zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) leitverbunden ist. Die elektrisch wirksame Querschnittsfläche des Überbrückungs-Leitelementes (LEU) ist entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k2) der Minimal- Abstandsraumquerschnittsfläche bemessen. Der auf die minimale kritische Wellenlänge bezogene Bemessungsbruchteil (k1) der Maximalabmessungen der Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche beträgt höchstens etwa 0,2, vorzugsweise höchstens etwa 0,1. Der auf die Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche bezogene Bemessungsbruchteil (k2) der elektrisch wirksamen Querschnittsfläche des Überbrückungs-Leitelementes (LEU) beträgt höchstens etwa 0,01, vorzugsweise höchstens etwa 0,002.The spacing space (AR) is bridged by an electrical guiding element (LEU), which is conductively connected to the first and the second shielding sheath (AH 1 , AH 2 ). The electrically effective cross-sectional area of the bridging guide element (LEU) is dimensioned in accordance with a predetermined fraction (k 2 ) of the minimum spacing area cross-sectional area. The design fraction (k 1 ) of the maximum dimensions of the minimum spacing cross-sectional area based on the minimum critical wavelength is at most about 0.2, preferably at most about 0.1. The design fraction (k 2 ) of the electrically effective cross-sectional area of the bridging guide element (LEU), based on the minimum distance cross-sectional area, is at most about 0.01, preferably at most about 0.002.

Das Überbrückungs-Leitelement (LEU) ist als Dünnblech- Kontaktfederelement ausgebildet, so daß hier keine störende Wärmeableitung auftritt. Die Abstandselemente (AE1, AE2) bestehen aus höchstfrequenz-absorptionsarmem und hochtemperaturbeständigem Kunststoff, vorzugsweise einem infolge Glasfaserverstärkung formbeständigen Polyfluoräthylen oder Polyfluorchloräthylen, oder aus einer geeigneten Keramik.The bridging guide element (LEU) is designed as a thin sheet metal contact spring element, so that no annoying heat dissipation occurs here. The spacer elements (AE 1 , AE 2 ) consist of low-frequency absorption and high temperature-resistant plastic, preferably a dimensionally stable polyfluoroethylene or polyfluorochloroethylene due to glass fiber reinforcement, or of a suitable ceramic.

Im Grenzbereich zwischen dem Abstandselement (AE1) und mindestens einer der Abschirmhüllen, im Beispiel nur der ersten derselben, sind wärmeflußdämmende Gaszellen (GZ) angeordnet. Dadurch wird wiederum die Fehlwärmeableitung vermindert.In the boundary area between the spacer element (AE 1 ) and at least one of the shielding sleeves, in the example only the first one, heat-insulating gas cells (GZ) are arranged. This in turn reduces false heat dissipation.

Das Abstandselement (AB1) ist als Dichtungselement zwischen den benachbarten Abschirmhüllen (AH1, AH2) ausgebildet, so daß sich eine mediendichte, insbesondere auch für Tauchmessungen geeignete Anordnung ergibt.The spacer element (AB 1 ) is designed as a sealing element between the adjacent shielding sleeves (AH 1 , AH 2 ), so that there is a media-tight arrangement, particularly suitable for immersion measurements.

Die erste Abschirmhülle (AH1) hat eine Wanddurchbrechung (WB) mit einer an einen Oberflächenabschnitt des Sensors (SN) angepaßten Schmelzflußfüllung (SF). Dadurch ergibt sich auf einfache Weise ein besonders guter Wärmeleitkontakt. The first shielding sheath (AH 1 ) has a wall opening (WB) with a melt flow filling (SF) adapted to a surface section of the sensor (SN). This results in a particularly good thermal contact in a simple manner.

Der Fühler ist mit einer isolierenden Außenumhüllung (AU) versehen, die mindestens im Bereich einer Meßkontaktstelle (MK) an der ersten Abschirmhülle (AH1) als Dünnschichtelement ausgebildet ist. Dadurch wird der Wärmeübergang zum Sensor verbessert. Die Außenumhüllung wird besonders vorteilhaft wenigstens teilweise als auf mindestens einer der Abschirmhülle haftende Dünnbeschichtung ausgebildet. Dies ist in der unteren Hälfte der Darstellung für die erste Abschirmhülle angedeutet, während in der oberen Hälfte eine dickere Umhüllung mit der bereits erwähnten Dünnschicht-Meßkontaktstelle gezeigt ist.The sensor is provided with an insulating outer sheath (AU) which is designed as a thin-film element at least in the area of a measuring contact point (MK) on the first shielding sheath (AH 1 ). This improves the heat transfer to the sensor. The outer covering is particularly advantageously formed at least partially as a thin coating adhering to at least one of the shielding covers. This is indicated in the lower half of the illustration for the first shielding sleeve, while a thicker sleeve with the thin-film measuring contact point already mentioned is shown in the upper half.

Mit dem rückwärtigen Ende des Anschlußrohres (ANR) ist eine Leitungsabschirmung (LAS) verbunden.With the rear end of the connecting pipe (ANR) is a Cable shielding (LAS) connected.

Claims (10)

1. Temperaturfühler zur Kontakt-Temperaturmessung in Mikrowellenfeldern, insbesondere in Mikrowellenkammern, mit mindestens einem Sensor (SN), einer Anschlußvorrichtung (AN), einer Leiteranordnung (LA) zur Übertragung von Meßsignalen zu einer Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtung und einer elektrisch leitenden Abschirmung (AB) für Sensor, Anschlußvorrichtung und Leiteranordnung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) die Abschirmung (AB) umfaßt eine wenigstens teilweise aus elektrisch und thermisch hochleitendem Material, vorzugsweise Metall, bestehende und den Sensor (SN) wenigstens teilweise umgreifende erste Abschirmhülle (AH1), eine wenigstens teilsweise aus elektrisch hochleitendem Material bestehende und die Anschlußvorrichtung (AN) wenigstens teilweise umgreifende zweite Abschirmhülle (AH2);
  • b) zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) ist mindestens ein elektrisch und thermisch in Bezug auf diese Abschirmhüllen niedrigleitendes, vorzugsweise elektrisch isolierendes Abstandselement (AB1, AB2) angeordnet;
  • c) der durch das Abstandselement (AB1 bzw. AB2) zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) gebildete Abstandsraum (AR) weist einen Bereich (MNB) mit einer Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche auf, deren Maximalabmessungen entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k1) der minimalen kritischen Wellenlänge des Mikrowellenfeldes bemessen sind;
  • d) der Abstandsraum (AR) ist durch ein elektrisches Leitelement (LEU) überbrückt, das mit der ersten und der zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) leitverbunden ist;
  • e) die elektrisch wirksame Querschnittsfläche des Überbrückungs-Leitelementes (LEU) ist entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k2) der Minimal- Abstandsraumquerschnittsfläche bemessen.
1.Temperature sensor for contact temperature measurement in microwave fields, in particular in microwave chambers, with at least one sensor (SN), a connection device (AN), a conductor arrangement (LA) for transmitting measurement signals to a display or evaluation device and an electrically conductive shield ( AB) for sensor, connection device and conductor arrangement, characterized by the following features:
  • a) the shield (AB) comprises a first shielding sheath (AH 1 ), which consists at least partially of electrically and thermally highly conductive material, preferably metal, and at least partially encompasses the sensor (SN), an at least partially consisting of electrically highly conductive material and the connecting device ( AN) at least partially encompassing second shielding sheath (AH 2 );
  • b) between the first and second shielding sleeves (AH 1 , AH 2 ) at least one electrically and thermally low-conductive, preferably electrically insulating spacer element (AB 1 , AB 2 ) with respect to these shielding sleeves is arranged;
  • c) the spacing space (AR) formed by the spacing element (AB 1 or AB 2 ) between the first and second shielding sheath (AH 1 , AH 2 ) has an area (MNB) with a minimum spacing space cross-sectional area, the maximum dimensions of which correspond to a predetermined one Fraction (k 1 ) of the minimum critical wavelength of the microwave field are dimensioned;
  • d) the spacing space (AR) is bridged by an electrical guiding element (LEU) which is conductively connected to the first and the second shielding sheath (AH 1 , AH 2 );
  • e) the electrically effective cross-sectional area of the bridging guide element (LEU) is dimensioned in accordance with a predetermined fraction (k 2 ) of the minimum spacing area cross-sectional area.
2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die minimale kritische Wellenlänge bezogene Bemessungsbruchteil (k1) der Maximalabmessungen der Minimal- Abstandsraumquerschnittsfläche höchstens etwa 0,2 beträgt, vorzugsweise höchstens etwa 0,1.2. Temperature sensor according to claim 1, characterized in that the design fraction related to the minimum critical wavelength (k 1 ) of the maximum dimensions of the minimum distance cross-sectional area is at most about 0.2, preferably at most about 0.1. 3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche bezogene Bemessungsbruchteil (k2) der elektrisch wirksamen Querschnittsfläche des Überbrückungs- Leitelementes (LEU) höchstens etwa 0,01 beträgt, vorzugsweise höchstens etwa 0,002.3. Temperature sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the dimensioning fraction (k 2 ) of the electrically effective cross-sectional area of the bridging guide element (LEU) is at most about 0.01, preferably at most about 0.002, based on the minimum spacing cross-sectional area. 4. Temperaturfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungs-Leitelement (LEU) als Dünnblech- Kontaktfederelement ausgebildet ist.4. Temperature sensor according to claim 3, characterized in that the bridging guide element (LEU) as a thin sheet Contact spring element is formed. 5. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (AB1, AB2) aus höchstfrequenz-absorptionsarmem und hochtemperaturbeständigem Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaserverstärkten Polyfluoräthylen oder Polyfluorchloräthylen, oder aus einer entsprechenden Keramik besteht.5. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element (AB 1 , AB 2 ) consists of low-frequency, low-absorption and high-temperature resistant plastic, preferably a glass fiber reinforced polyfluoroethylene or polyfluorochloroethylene, or of a corresponding ceramic. 6. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Grenzbereich zwischen dem Abstandselement (AE1) und mindestens einer der Abschirmhüllen (AH1, AH2) wärmeflußdämmende Gaszellen (GZ) angeordnet sind.6. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that in the boundary region between the spacer element (AE 1 ) and at least one of the shielding sleeves (AH 1 , AH 2 ) heat flow-insulating gas cells (GZ) are arranged. 7. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Abstandselemente (AE1, AE2) als Dichtungselement zwischen den benachbarten Abschirmhülle (AH1, AH2) ausgebildet ist. 7. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the spacer elements (AE 1 , AE 2 ) is designed as a sealing element between the adjacent shielding sleeve (AH 1 , AH 2 ). 8. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abschirmhülle (AH1) eine Wanddurchbrechung (WB) mit einer an einen Oberflächenabschnitt des Sensors (SN) angepaßten Schmelzflußfüllung (SF) aufweist.8. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the first shielding sleeve (AH 1 ) has a wall opening (WB) with a melt flow filling (SF) adapted to a surface section of the sensor (SN). 9. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine isolierende Außenumhüllung (AU), die mindestens im Bereich einer Meßkontaktstelle (MK) an der ersten Abschirmhülle (AH1) als Dünnschichtelement ausgebildet ist.9. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized by an insulating outer sheath (AU) which is formed at least in the area of a measuring contact point (MK) on the first shielding sheath (AH 1 ) as a thin-film element. 10. Temperaturfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumhüllung wenigstens teilweise als auf mindestens einer Abschirmhülle haftende Dünnbeschichtung ausgebildet ist.10. Temperature sensor according to claim 9, characterized in that the outer envelope is at least partially as at least one shielding coating adhering thin coating is trained.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4216412A1 (en) * 1991-06-07 1992-12-10 Ingold Messtechnik Ag Temp. sensor for potentiometric electrodes esp. for pH measurement - has measurement resistance and temp. sensor connecting wire formed as unit housed in protective tube
DE102012217601A1 (en) 2012-09-27 2014-03-27 Bruker Biospin Ag NMR measuring device with tempering device for a sample tube

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