DE8709641U1

DE8709641U1 - Temperaturmeßsonde

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Publication number: DE8709641U1
Application number: DE8709641U
Authority: DE
Original assignee: Unimess Messtechnische Geraete 6308 Butzbach De GmbH
Current assignee: Unimess Messtechnische Geraete 6308 Butzbach De GmbH
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1987-07-14
Publication date: 1987-11-26

Description

Temperaturmeßsonde

Die Erfindung betrifft eine Temperäturmeßsönde zürn Messen der Temperatur an einer beliebigen Stelle einer Meßstrecke.

Bei Großbehältern zur Lagerung von Flüssigkeiten besteht in zahlreichen Fällen beispielsweise aus Sicherheitsgründen die Notwendigkeit, die Temperatur der Flüssigkeit zu überwachen. Da die größten TemperaturSchwankungen unmittelbar in der Oberflächenzone der Flüssigkeit auftreten, ist es erforderlich, vor allem die Flüssigkeitstemperatur in dieser Zone zu erfassen. Hierbei ergibt sich jedoch für die Gestaltung einer geeigneten Meßvorrichtung die Schwierigkeit, daß sich die Lage des Flüssigkeitssplagels je nach Füllungs- oder Ent.leerungsgrad des Behälters in einer anderen Höhe befindet.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßsonde zu schaffen* mit deü' es möglich ist, auf einfache und zuverlässige Weise die Temperatur z*B. in einem Flüssigkeitsbehälter oder Tank jeweils an einer beliebigen Stelle oder in einem beliebigen Bereich einer Meßstrecke z.B. jeweils unterhalb oder oberhalb des Flüssigkeitsspiegels zu messen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß entlang der Meßstrecke im Abstand voneinander eine Vielzahl elektrischer Temperaturmeßgeber angeordnet sind, daß die Temperaturmeßgeber jeweils in Reihe mit einem Schalter in Parallelschaltung an entlang der Meßstrecke verlaufende Leiterbahnen einer Auswerteeinheit angeschlossen sind und daß entlang der Meßstrecke bewegbare Betätigungsmittel vorgesehen sind, durch die ein Schalter oder mehrere unmittelbar benachbarte Schalter betätigbar sind.

Mit der Erfindung wird eine Temperaturmeßsonde geschaffen, die vertikal in einem Behälter oder Tank angeordnet werden kann und die, beispielsweise durch einen Schwimmer, jeweils in dem Bereich aktiviert wird, in dem sich die Oberflächenschicht der Flüssigkeit befindet. Auf diese Weise kann die Temperatur der Oberflächenschicht einer in dem Behälter oder Tank gelagerten Flüssigkeit gemessen werden, gleichgültig ia welcher Höhe sich die Flüssigkeitsoberfläche gerade befindet. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Temperaturmeßsonde die Erfassung der mittleren Temperatur eines Bereiches der Meßstrecke. Die erfindungsgemäße Temperaturmeßsonde ist einfach herzustellen und kann in analoger Weise wie bekannte Niveaumeßsonden in einem Schutzrohr angeordnet sein, das den Tank ober Behälter durchdringt.

Eine besonders einfach herzustellende Ausgestaltung der Temperaturmeßsonde wird dadurch erreicht, daß die Schalter als monostabile Schutzgasschalter ausgebildet sind, die

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durch einen entlang der Sonde bewegbaren Permanentmag- ^

neten betätigbar sind. Die Temperaturmeßgeber sind vor- »

zugsweise als Thermoelemente ausgebildet. Thermoelemente | haben die Eigenschaft, eine der Temperaturhöhe entsprechende elektrische Spannung hervorzurufen, die von einer Auswerteeinheit verstärkt und angezeigt werden kann. Da die Thermoelemente parallel geschaltet sind, ist die hervorgerufene Meßspannung unabhängig davon, ob nur ein Thermoelement oder mehrere Thermoelemente geschaltet sind, wenn die geschalteten Therme=lernente gleiche Temperatur haben.

f In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die ?

Temperaturmeßsonde auch bistabile, magnetisch schaltbare Schutzgasschalter aufweisen, die jeweils in Reihe mit einem Temperaturmeßgeber geschaltet sind. Die bistabilen Schutzgasschalter werden durch eine Bewegung eines Permanentmagneten in einer Betatigungsrichtung geschlossen, wobei sie in ihrer Schließstellung verharren, bis der Betätigungsmagnet an den Schaltern entgegen der Betatigungsrichtung :. erneut vorbeibewegt wird. Bei der mit bistabilen Schutzgasschaltern versehenen Temperaturmeßsonde werden somit alle Temperaturmeßgeber, die der Betätigungsmagnet in einer Richtung passiert hat, geschaltet, so daß der erfaßte Temperaturmeßwert die mittlere Temperatur des Bereichs der Moßstrecke repräsentiert, dessen Schalter geschlossen wurden. Wird die beschriebene Temperaturmeßsonde beispielsweise in einem Flüssigkeitsbehälter angeordnet und durch einen magnetischen Schwimmer geschaltet, so kann die mittlere Temperatur des Mediums angezeigt werden, von dem der Schwimmer getragen wird.

Die Erfindung kann auch dadurch verwirklicht werden, daß als Temperaturmeßgeber temperaturabhängige Widerstände vorge- 1 sehen sind. Hierbei wird die Äuswerteäinheit so ausgelegt, ' daß Sprünge der Widörständgwerte kompensiert werden/ die |

sich durch gleichzeitiges Schalten Von zwei öder drei Wider- §

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ständen ergeben.

Vorzugsweise sind die Temperaturmeßgeber, die Schalter und die Leiterbahnen auf einem flexiblen Isolierträger angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß die Temperaturmeßsonde zum Transport aufgewickelt werden kann. Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei der der flexible Isolierträger die Form einer Rinne hat, die in ihrer Hohlkehle die Schalter aufnimmt und auf ihrer Außenseite die Thermoelemente trägt. Diese Form des Isolierträgers ermöglicht eine geschützte und bruchsichere Anordnung der Schalter in der Hohlkehle und gleichzeitig eine exponierte und für die Temperaturmessung günstige Lage der Thermoelemente auf der nach außen gewölbten Oberfläche des Isolierträgers. Die Rinne kann dabei durch ein halbiertes Rohr aus isolierendem Kunststoff gebildet sein, wobei an den Rändern Schlitze vorgesehen sind, in die die zu den Schaltern führenden Leiter eingelegt sind. Die Thermoelemente werden dabei vorteilhaft dadurch gebildet, daß die aus den Schlitzen nach außen hervorstehenden Leiter der Schalter mit einem durchgehenden Leiter aus einem geeigneten Kombinationswerkstoff verlötet sind. Beispielsweise können zur Bildung geeigneter Thermoelemente die Leiter aus Kupfer oder Nickel-Kupfer und die mit ihnen verlötete Leiterbahn aus Konstanten oder Nickel-Konstanten bestehen.

Eine größere Stabilität der Te;..peraturmeßsonde kann weiterhin dadurch erreicht werden, daß die Schutzgasschalter auf einer flexiblen Trägerleiste angeordnet sind und ihre Anschlußdrähte mit auf die Trägerleiste aufgebrachten Leiterbahnen verlötet sind. Eine solche Trägerleiste kann auch als Isolierträger für die Temperaturmeßgeber dienen. Der mit den Schaltefn und Thermoelementen bestückte, flexible Isölieiiträger kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung von einem Schlauch aus schrumpfbarem Kunststoff Umhüllt sein. Hierdurch wird die Tempetfaturmeßsondd auf

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einfache Weise mit einer isolierenden Schutzhülle versehen, die zusätzlich einen Halt für die Schalter in der Hohlkehle bietet. Die vom Schrumpfschlauch umhüllte Meßsonde läßt sich auf einen geeigneten Durchmesser aufwickeln und zur Montage transportieren. Der Hohlraum innerhalb des Schlauches kann mit Silikonkautschuk oder einem vergleichbaren Material ausgegossen sein. Die Montage erfolgt in der Regel durch Einführen der Temperaturmeßsonde in ein Meflrohr aus Edelstahl, das an dem zu überwachenden Behälter oder Tank angebracht und von der Flüssigkeit umspült ist. Dabei ist der Permanentmagnet zur Betätigung der Schalter vorzugsweise in einem von der Flüssigkeit getragenen Schwimmer angeordnet, der an dem Edelstahlrohr geführt ist.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Temperaturmeßsonde genu,.insc.n mit einem magnetisch betätigbaren Potentiometer eines Niveau-Meßwertgebers in einem Meßrohr eines Behälters oder Tanks angeordnet ist. Durch diese Kombination läßt sich mit einem einzigen Meßrohr und einem einzigen Magnetschwimmer sowohl die Temperatur im Behälter, insbesondere in bestimmten Behälterzonen als auch der jeweilige Füllstand des Behälters überwachen. Temperaturmeßsonde und Potentiometer können auch auf einem gemeinsamen Isolierträger angeordnet sein, um auf diese Weise den Bauaufwandzu verringern.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann eine erfindungsgemäße Tomperaturmeßsonde, die bistabile Schutzgasschalter und temperaturabhängige Widerstände als Temperaturmeßgeber aufweist, mit einem magnetisch betätigbaren Potentiometer kombiniert sein, wobei durch einen Vergleich der geschalteten temperaturabhängigen Widerstände mit dem durch das Potentiometer¹ gemessenen Niveau der¹ TemperatUifwert ermittelt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung

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dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Schaltplan einer mit Thermoelementen und monostabilen Schaltern versehenen Temperaturmeßsonde,

Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Temperaturmeßsonde nach dem Schaltplan gemäß Fig. 1 und

Figur 3 einen Querschnitt durch die Temperaturmeßsonde gemäß Fig. 2.

Die in Figur 1 gezeigte Temperaturmeßsonde weist entlang einer Meßstrecke 1 in gleichmäßigem Abstand angeordnete Thermoelemente 2, 2a auf, die durch eine Leiterbahn 3 in Reihe miteinander verbunden und an einer Auswerteeinheit 4 angeschlossen sind. Jedes Thermoelement 2, 2a ist in Reihe mit einem elektromagnetisch betätigbaren Schalter 5, 5a an eine zweite Leiterbahn 6 angeschlossen, die ebenfalls zur Auswerteeinheit 4 führt. Die Schalter 5, 5a sind als monostabile Arbeitskontakte ausgebildet md werden durch einen entlang der Meßstrecke 1 bewegbaren Permanentmagneten 7 geschlossen, wenn dessen Magnetfeld die Schalter erreicht. Um zu gewährleisten, daß der Permanentmagnet 7 in jeder beliebigen Stellung wenigstens einen Schalter 5, 5a schließt, ist seine Ausdehnung in Richtung der Meßstrecke 1 so bemessen, daß bei dem gegebenenen Abstand der Schalter 5, 5a zwei benachbarte Schalter durch das Magnetfeld geschlossen werden, wenn sich der Permanentmagnet 7 etwa in einer Mittelstellung zwischen den beiden Schaltern befindet. Ist der Permanentmagnet 7 einem Schalter näher als einem anderen, so wird nur dieser Schalter allein geschlossen. Je nach Position des Permanentmagneten 7 sind somit entweder ein einziger ödeü' zwei benachbarte Schalter 5, 5a geschlossen«

Dutfch die beschriebene Anordnung erfaßt die AUSWerteeirtheit

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jeweils nur die Meßspannung des oder der Thermoelemente 2/ 2a,
deren zugeordneter Schalter 5, 5a geschlossen ist und dadurch
eine Verbindung zur Leiterbahn 6 herstellt. In Figur 1 ist
dies das Thermoelement 2a, das sich innerhalb des Permanentmagneten 7 befindet, und dessen zugeordneter Schalter 5a
geschlossen ist. Die Auswerteeinheit 4 wertet die Meßspannung des Thermoelements 2a aus und zeigt die gemessene
Temperatur an einem Anzeigeinstrument 8 an. Ist die Temperaturmeßsonde in einem Behälter oder Tank zur Lagerung
einer Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht angeordnet, und
wird der Permanentmagnet 7 von einem Schwimmer getragen, so
schaltet der Permanentmagnet 7 jeweils das oder die Thermoelemente 2, 2a an die Auswerteeinheit 4, die sich unmittelbar unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit befinden. Auf
diese Weise wird unabhängig vom jeweiligen Flüssigkeits- ■ stand in dem Behälter immer die Temperatur der Oberflächen- i schicht ermittelt. In analoger Weise kann mit der erfindungs- &igr; gemäßen Temperaturmeßsonde auch die Sprungschichttemperatur ^! zwischen zwei übereinander gelagerten Flüssigkeiten unter- | schiedlicher Dichte ermittelt werden. Der Schwimmer wird | dann so ausgelegt, daß er in der leichteren Flüssigkeit ver- {· sinkt und von der schwereren Flüssigkeit getragen wird. Die
Temperaturmessung erfolgt auf diese Weise unmittelbar im f Bereich der Grenzschicht zwischen beiden Flüssigkeiten. |

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine besonders vorteilhafte, kon- | struktive Ausgestaltung einer Temperaturmeßsonde für einen 1 Behälter oder Tank zur Lagerung einer Flüssigkeit nach dem | in Figur 1 gezeigten Schaltplan. Die Temperaturmeßsonde ist
geschützt in einem Rohr 9 aus antimagnetischem Edelstahl angeordnet. Auf dem Rohr 9 ist ein ringförmiger Schwimmer 10
axial verschiebbar gelagert, der einen ringförmigen Permanentmagneten 11 enthält. Die Temperaturmeßsonde besteht aus i einer flexiblen Trägerleiste 12 aus einem isolierenden Ma- | terial, vorzugsweise Kunststoff, die auf einer Seite mit | Leiterbahnen 13, 14 beschichtet ist. Auf ihrer in der Zeichnung | nach oben weisenden, unbeschichteten Seite sind auf der |

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Trägerleiste 12 in gleichmäßigem Abstand mönostabile Schutzgasschaiter 15 angeordnet/ deren Änschlußdrähte 16 mit der Leiterbahn 13 und deren Anschlußdrähte 17 jeweils mit einer Leiterbahn 14 Verlötet sind* Die Schutagasschalter¹ 15 bestehen aus einem zylindrischen Glasröhrchen, in das die Anschlußdrähte 16, 17 eingeschmolzen sind, und das int Innern einen magnetisch betätigbaren, monostabilen Schalter aufweist .

Die bestückte Trägerleiste 12 ist in der Hohlkehle eines Isolierträgers 18 angeordnet, der die Form eines halbierten, zylindrischen Rohres hat und ebenfalls flexibel ist. Ein Seitenrand 19 des Isolierträgers 18 weist im Abstand der Leiterbahnen 14 Schlitze 20 auf, in die Anschlußdrähte 21 von auf der Außenmantelfläche des Isolierträgers 18 ange^s ordneten Thermoelementen 22 eingelegt sind. Die Enden der Anschlußdrähte 21 sind mit den Leiterbahnen 14 auf der Trägerleiste 12 verlötet. Die Thermoelemente 22 werden durch einen längs der Mantelfläche des Isolierträgers 18 verlaufenden Leiter, der aus einer Nickelchromlegierung oder aus Konstantan besteht, und den mit diesem Leiter 23 verlöteten Anschlußdrähten 21 gebildet, die aus Kupfer oder einer Nickelkupferlegierung bestehen. Zur zusätzlichen Isolierung und Stabilisierung ist die Hohlkehle des Isolierträgers 18 mit einer elastischen Masse 24, beispielsweise Silikonkautschuk ausgegossen, wobei die elastische Masse 24 die bestückte Trägerleiste 12 und die Anschlußdrähte 21 vollständig umschließt. Von außen ist der iisolierträger 18 zusammen mit den Thermoelementen 22 und dem Leiter 23 von einem Schlauch 2 5 aus isolierendem, schrumpfbaren Kunststoff umgeben, der auch bei elastischer Verformung die Temperaturmeßsonde zusätzlich stabilisiert und die notwendige Isolierung der auf der Außenseite des Isolierträgers 18 liegenden Thermoelemente 22 und des Leiters 23 bildet. Auf der den Thermoelementen 22 entgegengesetzten Seite des Isolierträgers 18 ist auf dem Schlauch 2 5 ein Band 26 aus elastischem Material,beispielsweise Schaumstoff angeordnet,

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dutch das die Temperaturmeßsonde mit den Thermoelementen 22 gegen die Innenwand des Rohrs 9 gedrückt wird, um auf diese Weise einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten Und MeßabweiCihüngen möglichst klein zu halten*

Wie aus Figur 3 zu ersehen, nimmt die beschriebene Temperaturmeßsonde aufgrund ihrer im wesentlichen halbzylindrischen Querschnittsform nur etwa die Hälfte des in dem Rohr 9 zur Verfugung stehenden Einuäüiäüfiis in Anspruch« In dein lfeien Raum 27 kann somit eine zweite Meßsonde eingebaut werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine weitere Temperaturmeßsonde mit bistabilen Schutzgasschaltern handeln, wobei die Schutzgasschalter dieser Temperaturmeßsonde ebenfalls durch den Permanentmagneten 11 betätigt werden. Mittels der beiden Temperaturmeßsonden läßt sich dann sowohl die ßrenzschichttemperatur im Bereich des Schwimmers als auch die mittlere Temperatur des Mediums unterhalb oder oberhalb des Schwimmers erfassen. Es ist auch möglich, zwei Temperaturmeßsonden mit gegensinnig wirkenden bistabilen Schutzgasscheiltern miteinander zu kombinieren, um beispielsweise die mittlere Medientemperatur zweier übereinander gelagerter Medien zu erfassen, wobei ein Schwimmer von dem unterer. Medium und der andere Schwimmer vom oberen Medium getragen Wird. Ebenso läßt sich in dem Freiraum 27 des Rohres 9 neben der Temperaturmeßsonde eine zweite Meßsonde zur Füllstandsanzeige unterbringen. Beide Sonden können auch in einem rohrförmigen Isolierträger untergebracht sein, der aus zwei iängsgeteilten Rohrhälften besteht, die beispielsweise durch einen äußeren Schlauch 25 zusammengehalten werden. Selbstverständlich können der Isolierträger 18 und die Trägerleiste 12 auch aus starrem Isoliermaterial bestehen, wenn dies bei einem Anwendungsfall zweckmäßig ist.

Claims

DIPL.-ING. LUCAS H. HAAR "J I . : : .* ^VilXHStM-LEUSCHNER-STR.

PATENTANWALT '· **·' ' ^:,.^: j ' ''&Ogr;;'&uacgr;&Aacgr;60 FRIEDBERG/HESSEN

EUROPEAN PATENT ATTORNEY " TELEFON: (O6O3I) 2991

DATUM: 13.07.1987

U01G004

Unimess

Meßtechnische Geräte GmbH 6308 Butzbach 6

Temperaturmeßsonde

Schutzansprüche

1. Temperaturmeßsonde zum Messen der Temperatur an einer beliebigen Stelle einer Meßstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Meßstrecke (1) im Abstand voneinander eine Vielzahl elektrischer, durch eine Leiterbahn (3, 23) miteinander verbundener Temperaturmeßgeber (2, 2a, 22) und eine gleiche Anzahl elektrischer Schalter (5, 5a, 15) angeordnet sind, daß jeder Temperaturmeßyeber (2, 2a, 22) durch einen Schalter (5, 5a, 15) mit einer weiteren entlang der Meßstrecke (1) verlaufenden Leiterbahn (6, 13) verbindbar ist und daß entlang der Meßstrecke (1) bewegbare Betätigungsmittel (7, 11) Vorgesehen sind, durch die ein Schalter (5a, 15) oder Mehrere Unmittelbar benachbarte Schalter betätigbar sind.

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2. Temperaturmeßsonde nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßgeber (2, 2a) und Schalter (5, 5a) in Parallelschaltung an die Leiterbahnen (3, 6) einer Auswerteeinheit (4) angeschlossen sind.
3. Temperaturmeßsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schalter (5, 5a) als monostabile oder bistabile Schutzgasschalter ausgebildet sind, die durch einen entlang der Meßstrccke (1) bewegbaren Permanentmagneten (7) '. betätigbar sind.
4. Temperaturmeßsonde nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß die Temperaturmeßgeber als Thermoelemente (2, 22) ausgebildet sind.

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5. Temperaturmeßsonde nach einem der Ansprüche 1-3,

dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßgeber (2) temperaturabhängige Widerstände vorgesehen sind.

6. Temperaturmeßsonde nach einem vorhergehenden Ansprach, dadurch gekennzeichnet,

daß die Temperaturmeßgeber (22), die Schalter (15) und die Leiterbahnen (13, 14, 23) auf einem flexiblen oder starren Isolierträger (12, 18) angeordnet sind.

7. Trmperaturmeßsonde nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,

daß der Isolierträger (18) die Form einer Rinne hat, die in ihrer Hohlkehle die Schalter (11») aufnimmt und auf j. ihrer Außenseite die Thermoelemente (22) trägt.

8i Temperaturmeßsonde nach Anspruch 7,

|, dadurch gekennzeichnet*

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daß die Rinne durch ein in Längsrichtung halbiertes, zylindrisches Rohr (18) aus einem isolierenden Kunststoff gebildet ist.

9* Temperaturmeßsonde nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand der Rinne (18) Schlitze aufweist, in die die zu den Schaltern (15) führenden Leiter (Zi/ der Thermoelemente (22) eingelegt sind.

10. Temperaturmeßsonde nach einem vorhergehenden Anspruch/ dadurch gekennzeichnet/ daß zur Bildung der Thermoelemente (22) an die Schalter (15) angeschlossene Leiter (21) mit einem durchgehenden Leiter (23) aus einem geeigneten Kombinationswerkstoff verlötet sind.

11. Temperaturmeßsonde nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet»

daß die Schutzgasschalter (15) auf einer flexiblen oder starren Trägerleiste angeordnet sind und ihre Anschlußdrähte (16, 17) mit auf der Trägerleiste angebrachten Leiterbahnen (13, 14) verlötet sind.

12. Temperaturmeßsonde nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Schaltern (15) und den Temperaturmeßgebern (22) bestückte Isolierträger (18) von einem Schlauch (25), vorzugsweise aus einem schrumpfbaren Kunststoff, umhüllt ist.

13. Temperaturmeßsonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum innerhalb des Schlauches (25) mit einer elastischen Isoliermasse, vorzugsweise mit Silikonkautschuk ausgegossen ist.

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14. Tempteratürmeßsönde nach einem vorhergehenden Anspruch/ dadurch gekennzeichnet, daü sie gemeinsam mit einem magnetisch betätigbaren Potentiömeteif eines NiveaU=Meßwerfcgebers in einem MeOröhr eines Behälters oder Tanks angeordnet ist.

15. Temperaturmeßsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Isoüerträger (12, 18} die Widerstände und Schalter eines Potentiometers zur Anzeige der Position des Betätigungsmittels (7, 11) angeordnet sind.

16. Temperatürmeßsonde nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände eines magnetisch betätigbaren Potentiometers zur Niveauanzeige als temperaturabhängige Widerstände ausgebildet sind.