DE7600465U1 - TEMPERATURE MEASURING DEVICE - Google Patents
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Description
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I)-R München 22I) -R Munich 22
Trl.'fon:0H<)-224l(V1Trl.'fon: 0H <) - 224l (V1
9. Januar 1976
K 11 247/3-hoJanuary 9, 1976
K 11 247/3-ho
Commissariat a 1'Energie Atomique Paris, FrankreichCommissariat a 1'Energie Atomique Paris, France
TemperatirrmeßvorriclrbungTemperatirrmeßvorriclrbung
Die Erfindung bezient sich auf eine Temperattu?meßvorrich1ning, die insbesondere zur Überwachung der Temperaimr des flüssigen Kühlme"fcalls am Ausgang der Anordnungen eines Gores eines Kernreaktors mit schnellen "Neutronen geeignet ist. Die Yor-The invention relates to a temperature measuring device which is particularly suitable for monitoring the temperature of the liquid cooling medium at the outlet of the arrangements of a core of a nuclear reactor with fast neutrons. The Yor-
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richtung erlaubt die Messung der Änderung dieser Temperatur mit einer Ansprechzeit von praktisch O und die Bedienung, ausgehend von dieser Messung, der Kontrollorgane des Reaktors.direction allows the measurement of the change in this temperature with a response time of practically 0 and the operation, starting from this measurement, the control organs of the reactor.
Bei bekannten Ausführungsformen, insbesondere Jener, die in der Deutschen Patentschrift 1 9^7 320 beschrieben ist, wird die Messung der Temperatur des flüssigen Metalls mittels eines flexiblen Stabes durchgeführt,der eine Thermoelementverbindung dei Art Chrome1-Alumel enthält. Dieser Stab ist selbst in einer Metallhülse befestigt, die in das flüssige Metall eintaucht, das sich in einem Behälter befindet, der das Core des Reaktors Umgibt. In diesem Fall ist das Thermoelement in einer Hülse eingebettet, die mit Magnesia isoliert ist und von einer zweiten Metallhülse zum Schutz gegen mechanische Beanspruchungen umgeben ist. Dieser Aufbau des Thermoelements führt unter den gegebenen Bedingungen zu einer beträchtlichen Erhöhung der Ansprechzeit aufgrund der thermischen Barriere, die durch die Isolierung und die Schutshülse gebildet wird* Diese beiden Teile befinden sich selbst in der Hülse, die in das flüssige Metall eintaucht.In known embodiments, in particular that which is described in German Patent 1 9 ^ 7 320, is the measurement of the temperature of the liquid metal is carried out by means of a flexible rod which has a thermocouple connection dei Contains type Chrome1-Alumel. This rod is itself fastened in a metal sleeve that is immersed in the liquid metal, which is located in a container that surrounds the core of the reactor. In this case the thermocouple is in a sleeve embedded, which is insulated with magnesia and a second metal sleeve to protect against mechanical stresses is surrounded. This structure of the thermocouple leads under the given conditions result in a considerable increase in the response time due to the thermal barrier created by the Insulation and the protective sleeve is formed * These two Parts are themselves in the sleeve, which is immersed in the liquid metal.
Bei einer verbesserten Ausführungsform, die in der Französischen Patentschrift 72 09977 beschrieben ist und die insbesondere zur Messung der Temperatur des flüssigen Kühlmetalls in einem Kernreaktor dient, wurde eine andere Lösung ins Auge gefaßt. Dort wird die Thermoelementverbindung einerseits durch ein Metallstück gebildet, das in das flüssige Metall in dem Behälter eintaucht und andererseits durch das flüssige Metall selbst in Verbindung mit diesem Metallstück. Die gesammelte elektrische Information wird durch einen elektrischen Leiter aus gleichem Material wie das Metallstück selbst abgenommen und in das Innere geführt. Die Enden des Leiters sind mit der Wand des Stückes in einem Bereich verschweißt, das mit dem flüssigen Metall in Kontakt steht. Diese Information, die mit einer Zeitkonstante von praktisch O erhaltenIn an improved embodiment, which is in the French Patent specification 72 09977 is described and in particular for measuring the temperature of the liquid cooling metal serving in a nuclear reactor, another solution was envisaged. There is the thermocouple connection on the one hand formed by a metal piece that is immersed in the liquid metal in the container and on the other hand by the liquid Metal itself in connection with this piece of metal. The collected electrical information is passed through an electrical Head made of the same material as the metal piece itself removed and led into the interior. The ends of the conductor are welded to the wall of the piece in an area that is in contact with the liquid metal. This information, obtained with a time constant of practically zero
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wird, weil die Masse des flüssigen Metalls direkt mit der thermoelektrischen Verbindung in Berührung steht, wird dann mit einer Vergleichsgröße verglichen. Die Änderungen der Temperatur können so sofort registriert werden,is because the bulk of the liquid metal is directly related to the thermoelectric connection is in contact, is then compared with a comparison value. The changes to the Temperature can be registered immediately,
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Temperaturmeßvorrichtung, deren Wirkungsweise die der bekannten Ausführungsformen, und insbesondere die der in der Französischen Patentschrift 72 O9977 beschriebenen, verbessert, indem sie einmal eine sofortige Messung einer der registrierten Temperaturänderung entsprechenden Größe und zum anderen die Messung der mittleren Temperatur der Umgebung gestattet. Diese dient zum direkten Vergleich zur Eichung der ersteren. Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung einer Temperaturmeßvorrichtung, die robust und zuverlässig ist, aber dennoch einen geringen Platzbedarf aufweist und folglich besonders gut bei den Arbeitsbedingungen eingesetzt werden kann, wie sie bei der Temperaturmessung des flüssigen Kühlmetalls eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen herrschen.The object of the invention is to create a temperature measuring device, their mode of action that of the known embodiments, and in particular that of the French patent 72 O9977 described, improved by once an immediate measurement of a variable corresponding to the registered temperature change and, on the other hand, the measurement the mean temperature of the environment. This serves for a direct comparison to the calibration of the former. task Another object of the invention is to provide a temperature measuring device which is robust and reliable, but nonetheless has a small footprint and can therefore be used particularly well in the working conditions as they when measuring the temperature of the liquid cooling metal of a nuclear reactor with fast neutrons.
Gegenstand der Erfindung ist eine Temperaturmeßvorrichtung, insbesondere zur Messung der Temperaturänderungen eines Volumens aus flüssigem Metall, bestehend aus einem langen und hohlen metallischen Stab, der wenigstens teilweise in das Volumen eintaucht, um eine erste Thermoelementverbindung zwischen dem flüssigen Metall und dem Metall des Stabes zu bilden, und zwei metallischen Leitern unterschiedlicher Art, die an einem Ende verbunden sind, um eine zweite Temperaturelementverbindurig zu bilden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die leiter im Inneren einer Hülle angeordnet und von dieser isoliert sind* die Hülle, die aus dem gleichen Metall wie der Stab besteht, sich in das Innere des Stabs erstreckt und mittels einer Schweißverbindung mit dem Stab verbunden ist, lind die zweite Thermoelementverbindung in unmittelbarer Nähe der Schweißverbindung angeordnet ist.The subject of the invention is a temperature measuring device, especially for measuring the temperature changes of a volume made of liquid metal, consisting of a long and hollow metallic rod which is at least partially immersed in the volume, around a first thermocouple connection between the liquid metal and the metal of the rod to form, and two metallic conductors of different Kinds connected at one end to connect a second temperature element to form, which is characterized in that the ladder is arranged inside a sheath and from this are isolated * the sheath, which consists of the same metal as the rod, extends into the interior of the rod extends and is connected to the rod by means of a weld connection, lind the second thermocouple connection in the immediate Is arranged near the welded joint.
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Der Ausdruck "Metall", der hier der Einfachheit halber verwendet wird, ist allgemein zu verstehen und umfaßt nicht nur Metalle, sondern auch Legierungen aus mehreren Metallen.The term "metal" used here for convenience is used is to be understood in a general way and includes not only metals but also alloys of several metals.
Das flüssige Metall kann aus Natrium oder· einer Natrium-Kalium-Legierung bestehen. Das Metall, das den Stab und die Hülle bildet, kann aus rostfreiem Stahl oder einer Legierung auf der Basis von Nickel und Chrom, wie Inconel oder Ghromel, bestehen.The liquid metal can be composed of sodium or a sodium-potassium alloy exist. The metal that makes up the rod and sheath can be stainless steel or an alloy based on nickel and chromium, such as Inconel or Ghromel.
In der Praxis wird vorteilhafterweise die erste Verbindung meistens durch den rostfreien Stahl des Stabes und durch das Natrium als flüssiges Metall gebildet. Die zweite Verbindung wird im allgemeinen durch die Verbindung der beiden Leiter aus Chromsl bzw. Alumel gebildet* Die zweite Verbindung kann in der metallischen Hülse durch eine isolierende Füllung aus Magnesia umgeben sein.In practice, the first connection is advantageously made mostly through the stainless steel of the rod and through the sodium formed as a liquid metal. The second connection is generally made by joining the two Conductor made of chromium or alumel * The second connection can be surrounded in the metallic sleeve by an insulating filling made of magnesia.
j Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umgibt der Stab zweiAccording to a preferred embodiment, the rod surrounds two
j parallel angeordnete metallische Hülsen, wobei die Schweiß-j metallic sleeves arranged in parallel, with the welding
] verbindungen der Hülsen durch ein Übergangsrohrstück bewirkt] connections of the sleeves effected by a transition pipe section
^ werden, das das Ende des Stabes abschließt, der in das flüs—^ that closes the end of the rod that goes into the flow-
j sige Metall eintaucht. Vorteilhafterweise weist jede derj sige metal dips. Advantageously, each of the
metallischen Hülsen einen außerhalb der Schweißverbindung mit dem Stab gelegenen äußeren Schutzmantel, insbesondere gegenüber der Innenwand des Stabes, auf. Vorzugsweise wird der Stab in einer äußeren Hülse geführt, die eine konische Auflagefläche für eine Kapsel aufweist, die auf dem Stab vorgesehen ist. Dadurch wird eine geringe Bewegung des Stabes in der Hülse möglich.metallic sleeves an outside of the welded joint with the rod located outer protective jacket, in particular opposite the inner wall of the rod. Preferably will the rod is guided in an outer sleeve which has a conical bearing surface for a capsule, which is on the rod is provided. This enables the rod to move slightly in the sleeve.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example described in more detail. Show it:
Λ eine schematische Teilansieht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die insbesondere zur Λ a schematic partial view of the device according to the invention, in particular for
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Messung der Temperaturänderungen des flüssigen Kühlmetalls in einem Kernreaktor im Inneren eines Behälters, der das Core enthält, geeignet i st, undMeasure the temperature changes of the liquid Cooling metal in a nuclear reactor inside a container that contains the core, suitable is and
Fig. 2 eine Detailansicht im Schnitt und in vergrößertem Maßstab des Endes der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. 2 shows a detailed view in section and in an enlarged manner Scale of the end of the device shown in FIG.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Teil einer Schutzhülle mit dicker Wandstärke, insbesondere aus Beton, "bezeichnet, die den Innenraum 2 begrenzt, in dem ein Behälter 3 eines Kernreaktors, insbesondere eines solchen mit schnellen Elektronen angeordnet ist. Dieser Behälter ist auf seiner Oberseite auf einer horizontalen Abschlußplatte 4· aufgehängt, die auf einer Schulter 1a der äußeren Schutzhülle ruht. Die Platte 4 trägt andere notwendige Organe zum Betrieb des Reaktors, deren Beschreibung jedoch zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist. Der Stopfen 5 erlaubt die Durchführung verschiedener Einrichtungen durch die Platte 4-, die so ausgebildet sind, daß sie in den Behälter 3 von oben eindringen und insbesondere unterhalb das Niveau 6 des flüssigen Kühlmetalls, z.B. Natrium, das das in dem Behälter angeordnete Core umapült. Der Stopfen 5 der Fig. 1 trägt die Meßvorrichtung 7 gemäß der Erfindung, die die Registrierung der Temperaturänderungen des flüssigen Metalls in dem Behälter in einer beliebigen bestimmten Höhe, insbesondere air. Ausgang des Reaktorcores oder einer anderen Stelle, in der flüssigen Masse im Behälter gestattet. Die Vorrichtung 7 wird in dem Teil, der sich unterhalb -ies Stopfens 5 in das Innere erstreckt, in einer Hülse 8 geführt und weist einen oberen Teil 9 auf, der außerhalb des Reaktors reicht, und zwar insbesondere oberhalb der Abschlußplatte 4. Dieser Teil dient zur Verbindung der Vorrichtung mit einem Kabel 10 an eine klassische elektrische Meßvorrichtung (nicht gezeigt). In dem Teil, der in das Innere der Führung unterhalb der Platte eindringt, weist die Vorrichtung y eine Flansch-In Fig. 1, 1 is a part of a protective cover with a thicker Wall thickness, especially made of concrete, "denotes the interior 2 limited in which a container 3 of a nuclear reactor, in particular one with fast electrons is arranged. This container is on its top on a horizontal one End plate 4 · suspended on a shoulder 1a of the outer protective cover rests. The plate 4 carries other necessary Organs for operating the reactor, the description of which, however, is not necessary for an understanding of the present invention is. The plug 5 allows the implementation of various devices through the plate 4-, which are designed so that they penetrate into the container 3 from above and in particular below the level 6 of the liquid cooling metal, e.g. sodium, which washes around the core arranged in the container. The plug 5 of Fig. 1 carries the measuring device 7 according to the invention, registration of temperature changes of the liquid metal in the container at any given level, especially air. Exit of the reactor core or another point in the liquid mass in the container is permitted. the Device 7 is in the part that is below -ies Plug 5 extends into the interior, guided in a sleeve 8 and has an upper part 9 which extends outside the reactor, in particular above the end plate 4. This part is used to connect the device with a cable 10 to a classic electrical measuring device (not shown). In the part that penetrates the interior of the guide below the plate, the device y has a flange
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verbindung 11 mit dem metallischen Stab 12 auf, der sich in der Hülse erstreckt und dessen genaue Ausführungsform aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Die Flanschverbindung 11 stellt die Abdichtung gegenüber der Atmosphäre aus neutralem Gas, im allgemeinen Argon, sicher, das das Abdeckgas oberhalb des Niveaus6 des Natriums bildet. Es ist wünschenswert, diese Abdichtung vorzunehmen, um die Bedienung und Instandhaltung der Messvorrichtung zu erleichtern, indem deren radioaktive Verunreinigung mit den Aerosolen, die im Argon suspendiert sind, vermieden wird. Diese Abdichtung kann auf übliche Weise erreicht werden, beispielsweise durch ein Dichtungspaar , das durch eine Zutrittskammer für ein Sperrgas, beispielsweise Argon, getrennt ist, das einen etwas höheren Druck als das Abdeckgas aufweist.Connection 11 to the metallic rod 12, which extends in the sleeve and its exact embodiment from FIG. 2 can be seen. The flange connection 11 provides the seal against the atmosphere from neutral Gas, generally argon, which forms the cover gas above the level6 of sodium. It is desirable make this seal in order to facilitate the operation and maintenance of the measuring device by its radioactive contamination with the aerosols suspended in argon is avoided. This seal can be on can be achieved in the usual way, for example by a pair of seals, which through an access chamber for a sealing gas, for example argon, is separated, which has a slightly higher pressure than the cover gas.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Stab 12, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, auf einer konischen Auflagefläche 13» die auf der Basis der Hülse 8 vorgesehen ist, mittels einer Kapsel 14· ruht, die an der äußeren Oberfläche vorgesehen ist. Dadurch wird es einerseits möglich, dass der Stab in der Hülse getragen wird und darauf die Belastungen, insbesondere aufgrund seines Gewichtes, übertragen werden und zum anderen ist eine sehr schwache Bewegung des Stabes gewährleistet. An seinem unteren Ende ist der Stab 12 durch ein Übergangsrohrstück 15 abgeschlossen, !l das an das Ende des Stabes mittels einer Schweißraupe 16From Fig. 2 it can be seen that the rod 12, which is preferably made of stainless steel, rests on a conical bearing surface 13 'provided on the base of the sleeve 8 by means of a capsule 14 provided on the outer surface. This makes it possible, on the one hand, for the rod to be carried in the sleeve and for the loads, in particular due to its weight, to be transferred to it, and, on the other hand, to ensure a very weak movement of the rod. At its lower end the rod 12 is completed by a transition tube section 15,! L the at the end of the rod by means of a weld bead 16
angeschweißt ist. Das Übergangsrohrstück 15 ist aus rostfreiem Stahl der gleichen Art wie der Stab selbst.is welded on. The transition pipe section 15 is made of stainless Steel of the same kind as the rod itself.
Gemäß der Erfindung begrenzt der Stab 12, der mit einem äußeren Übergangsrohr 15 versehen ist, einen Innenraum, in dem zwei rohrförmige metallische Hülsen 17 und 18 angeordnet sind. Jede dieser Hülsen weist die Form einea metallischen Rohrs aus rostfreiem Stahl auf, der gleicher Art ist wie jener des Stabes 12 und des Übergangsrohrstücka 15.According to the invention, the rod 12, which is provided with an outer transition tube 15, delimits an interior space, in which two tubular metallic sleeves 17 and 18 are arranged are. Each of these sleeves is in the form of a metallic stainless steel tube of the same type is like that of the rod 12 and the transition pipe piece 15.
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\ Diese Hülle ist mit dem Übergangsrohrstück 15 durch eine ge- \ This sheath is connected to the transition pipe section 15 by a
eignete Schweißverbindung verbunden. Die Verbindung zwischenSuitable welded connection connected. The connection between
dem unteren Ende der Hülle und dem Übergangsrohrstück I5 wird mittels eines massiven Stückes 20 bewirkt, das gleich- \ falls aus rostfreiem Stahl der gleichen Art wie die Hüllenthe lower end of the shell and the transition pipe piece I5 is effected by means of a solid piece 20, which at the same \ if stainless steel of the same type as the sleeves
j besteht und einerseits mit der Hülle und andererseits mitj exists and on the one hand with the shell and on the other hand with
dem Übergangsrohrstück verschweißt ist. Das Innere der Hülle 17 ist mit einem elektrischen Isolationsmaterial 21, insbesondere Magnesia, gefüllt. In diesem sind zwei metalli-is welded to the transition pipe section. The inside of the Sheath 17 is filled with an electrical insulation material 21, in particular magnesia. In this are two metallic
sehe elektrische Leiter 22 und 23 aus verschiedenen Materialiensee electrical conductors 22 and 23 made of different materials
und insbesondere aus Chromel und aus Alumel solchermaßen eingebettet, daß deren schematisch mit 24 bezeichnete Endverbindung eine klassische thermoelektrische Verbindung bildet.and in particular made of Chromel and Alumel embedded in such a way that their end connection, indicated schematically at 24 forms a classic thermoelectric connection.
\ Diese Verbindung 24 ist im unteren Teil der Hülle I7 ange- \ This connection 24 is located in the lower part of the shell I7.
ordnet, und zwar insbesondere in unmittelbarer Nähe der Schweiß-order, especially in the immediate vicinity of the welding
verbindung zwischen der Hülle und dem Übergangsrohrstück 15· Die in dem Stab 12 befestigten Hüllen 17 und 18 sind oberhalb der Schweißverbindung 20 mit einem äußeren Schutzmantel versehen, der irsbesondere zur elektrischen Isolierung gegenüber der Innenwand des Stabes 12 dient. Beispielsweise ist die Hülle I7 mit einer äußeren Metallhülle 27 umgeben. Der ringförmige Spalt zwischen den Hüllen 17 und 27 ist mit Magnesia 25 gefüllt und mit einer Emailleschicht 26 versiegelt. Um mechanische Beanspruchungen auf die Schweißverbindung der Hülle I7 z" verhindern, ist es vorteilhaft, die Hülle 27 mit der Innenwand des Stabes 12 mit einer Schweißverbindung 28 zu verbinden.connection between the sheath and the transition pipe section 15 · The sheaths 17 and 18 fastened in the rod 12 are above the welded joint 20 is provided with an outer protective jacket, which is used in particular for electrical insulation the inner wall of the rod 12 is used. For example, the shell I7 is surrounded by an outer metal shell 27. the annular gap between the shells 17 and 27 is filled with magnesia 25 and sealed with an enamel layer 26. About mechanical stresses on the welded joint of the envelope I7 z ", it is advantageous to to connect the sheath 27 to the inner wall of the rod 12 with a welded joint 28.
Gemäß der Erfindung wird eine Temperaturmeßvorrichtung ge-= schaffen, in der wenigstens zwei Thermoelemente vereinigt - sind. Die erste thermometrische Verbindung wird entsprechendAccording to the invention, a temperature measuring overall = will create combined in the at least two thermocouples - are. The first thermometric connection will be accordingly
aer in der Französischen Patentschrift 72 09977 beschriebenen Ausführungsform durch den Stab 12 aus Stahl und seinem übergangsrohrstück I5, das in die Masse aus flüssigem Metall 6 im Inneren des Reaktorbehälters eintaucht, bewirkt. Die Verbindung Stahl-Natrium erlaubt die Messung der Temperaturänderungen innerhalb des Volumens des flüssigen Metalls imaer described in French patent specification 72 09977 Embodiment by the rod 12 made of steel and its transition pipe piece I5, which is in the mass of liquid metal 6 immersed inside the reactor vessel, causes. The combination of steel and sodium allows the temperature changes to be measured within the volume of liquid metal in the
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Reaktorbehälter mib einer Ansprechzeit von praktisch O. Mit dieser Thermoelementverbindung wird die Information in 4er Höhe der Schweißverbindung 20 abgenommen und über die Meßanordnung mittels der inneren Hüllen 17 und 18 außerhalb des Reaktors geführt. Schließlich erlaubt die zweite thermometrische Verbindung unabhängig vjn der vorgenannten Messung, die durch die Leiter 22 und 23 aus ChromeI und Alumel gebildet wird, die kontinuierliche Durchführung der Messung einer mittleren temperatur. Diese Messung kann insbesondere als Vergleichsmessung verwendet werden, wodurch eine direkte Eichung in situ des Thermoelements Stahl-flüssiges Natrium realisiert wird.Reactor vessel with a response time of practically 0. With this thermocouple connection, the information is removed from the level of 4 of the welded connection 20 and over the measuring arrangement by means of the inner sheaths 17 and 18 outside of the reactor. Finally, the second thermometric connection allows independent of the above Measurement made by the conductors 22 and 23 made of ChromeI and Alumel is formed, continuously carrying out the measurement of a mean temperature. This measurement can can be used in particular as a comparison measurement, whereby a direct calibration in situ of the thermocouple steel-liquid Sodium is realized.
Auf diese Weise wird zugleich die mittlere Temperatur und die Aufzeichnung der Änderungen dieser Temperatur in einem weiten FrequenzSpektrum erreicht. Aufgrund ihres Aufbaus ist die Vorrichtung sehr robust und gegenüber mechanischen Stoßen beständig. Der Stab kann eine genügende Dicke aufweisen, um einen Innenraum zu bilden, in dem bequem mehrere metallische Hüllen befestigt werden können, von denen $eäe ein übliches Thermoelement enthält.In this way, the mean temperature and the recording of the changes in this temperature in a wide frequency spectrum are achieved at the same time. Due to its structure, the device is very robust and resistant to mechanical impacts. The rod can be of sufficient thickness to form an interior space in which a plurality of metallic sheaths can be conveniently attached, one of which contains a conventional thermocouple.
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