JP2015535926A

JP2015535926A - 測定デバイス筐体

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Publication number: JP2015535926A
Application number: JP2015531506A
Authority: JP
Inventors: キェリガー，ジョー; レンツェ，マルティン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: JP6080956B2; CN104641207A; DE102012216267A1; ES2623441T3; EP2877823B1; RU2635337C2; US20150241252A1; EP2877823A1; RU2015113371A; WO2014040817A1; US9175988B2; CN104641207B

Abstract

本発明は、非接触で物理パラメータを検出するセンサの部品用の測定デバイス筐体（１０）に関する。測定デバイス筐体（１０）は、筐体内部へと少なくとも一つのフラッシング媒体（２２，２４，２６）および少なくとも一つの信号伝送線を供給するための結合装置（１２）と、長手方向軸（２０）を有し、結合装置（１２）に配置されたガイドチューブ（１４）と、ガイドチューブ（１４）の端部（１６）に固定されたプローブヘッド（１８）とを含む。ガイドチューブ（１４）は、少なくとも一つの冷却媒体（２２，２４，２６）および少なくとも一つの信号伝送線をプローブヘッド（１８）まで導くか、収容するように設計される。比較的小型かつ省スペースの測定デバイスを提供し、また、その測定デバイス筐体（１０）を提供するために、別々のプローブヘッドを、ガイドチューブ（１４）内に導かれた別々の冷却媒体（２２，２４，２６）に比較的容易かつ確実に動かすことができ、本発明に従って、プローブヘッド（１８）および端部（１６）は、ガイドチューブ（１４）もしくはプローブヘッド（１８）の水平軸（２０）に対して、端部（１６）からプローブヘッド（１８）へと、または必要に応じて逆方向へと、冷却媒体（２２，２４，２６）を導くための、放射状に伸びる通路（３４）を各々有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、非接触で物理量を検出するセンサの部品またはそのようなセンサ用の測定デバイス筐体に関する。測定デバイス筐体は、少なくとも一つの冷却および／もしくはフラッシング（ｆｌｕｓｈｉｎｇ：洗浄）媒体と、少なくとも一つの信号伝送線とを、筐体内部もしくは筐体壁へ送り込むための結合装置と、結合装置上に配置され、長手方向軸を有するガイドチューブ（ｇｕｉｄｅｔｕｂｅ：案内管）と、結合装置の反対側にあるガイドチューブの端部に固定されたプローブヘッドとを含む。ここで、ガイドチューブは、プローブヘッドまで、少なくとも一つの媒体および少なくとも一つの信号伝送線を誘導もしくは収容するように構成される。

このような筐体を有する測定デバイスは、例えば、ＤＥ１０２００５０６０９６１Ａ１が知られている。測定ランス（ｌａｎｃｅ）とも称される測定デバイスは、主にチューブを含み、チューブ内に、センサ線および冷却空気を誘導することができる。センサ線および冷却材は、チューブの一端で導入されるか、または、送入される。測定ランスが放射状間隙を検出するために、ガスタービンで使用されるとき、チューブのこの端部は、ガスタービンの筐体外に配置される。センサは、チューブの他端に固定される。センサのオーバーヒートを防ぐために、チューブ内を流れる冷却空気を排出できる同軸冷却空気穴がセンサの側面に並べられる。

センサおよびその筐体は比較的大きいので、それらを確実に利用できるようにするためには、多くの冷却空気が必要となることが欠点であることが分かっている。別の欠点は、たった一つのセンサのために既知の測定デバイスをさらに構成し直すことである。

ゆえに、本発明の目的は、物理量を非接触で検出するセンサの部品やそのようなセンサ用の測定デバイス筐体であって、比較的小型であり、プローブヘッドが比較的容易に交換できる測定デバイス筐体を提供することである。

本発明の目的は、請求項１の特徴に従う測定デバイス筐体で達成される。有利な構成は、従属項で特定され、いかなる所望の方法で互いに組み合わせられてもよい。

本発明に従って、測定デバイス筐体のプローブヘッドおよびガイドチューブの端部は、其々、その長手方向軸に対して放射状に伸びる通路を含み、冷却および／もしくはフラッシング媒体（または、複数の冷却および／もしくはフラッシング媒体）、端部からプローブヘッドへ、または任意でその逆方向へと送る。

前述の構成を利用して、冷却および／もしくはフラッシング媒体、もしくは複数の当該媒体を、測定デバイスのガイドチューブに沿って運搬すること、ならびに、その端部にあるプローブヘッドへと冷却および／もしくはフラッシング媒体を送達させ、また任意で、そこから冷却および／もしくはフラッシング媒体を戻すことが可能である。媒体の送達は、プローブヘッドおよびガイドチューブの端部の双方に配置され、其々放射状に伸びる通路を通って起こる。各冷却媒体に対して、もしくは各送達に対して、割り当てられた複数の通路は、同軸方向断面に配置されなければならない。プローブヘッド内の通路を端部内の通路と放射状に配列することは比較的困難であるため、軸方向に境界が作られた環状チャネルが、プローブヘッドとガイドチューブの間に放射状に残され、そこを通って、ガイドチューブの通路を通って送り込まれる冷却媒体を、その後プローブヘッドの内部へとプローブヘッドの放射状通路を通って、導入することができる。無論、同じことは、その意図された目的で既に利用されている媒体を戻すときにも当てはまる。望ましくは、通路は、ガイドチューブ内かつ、プローブヘッド内の放射状穴（ｒａｄｉａｌｂｏｒｅｓ）として構成され、その外部開口は、任意でプラグによって閉じられる。

本発明の具体的利点は、プローブヘッドがガイドチューブの端部内で着脱可能なように固定される（固定は、ねじ接続を利用して望ましくは可能となる）とき、別々に配置された凹部を有する別々のプローブヘッドを、測定デバイス筐体の残りを置換するか、複製を作ることなく、ガイドチューブに着脱可能なように固定することができる。これによって、測定デバイスの製造コストを低減する。なぜなら、光プローブヘッドの別の視野方向に対して、別のプローブヘッドを設けるだけで済み、測定デバイスの残りの部分もしくは測定デバイス筐体の残りの部分は何度も利用することができるからである。

複数の冷却および／もしくはフラッシング媒体がガイドチューブ内の別々の軸チャネルに誘導される場合、軸方向において環状チャネル同士の境界を作るために、長手方向軸に沿って配置される放射状通路間に、リングシールを提供することが有益である。このように、ガイドチューブからプローブヘッドへと、または、任意でその逆方向に冷却媒体を送達するときに、別々に誘導された異なる冷却媒体の混合を回避することができる。

望ましくは、プローブヘッドは、何もつながれていないプローブチップを含み、放射状通路が固定部（望ましくは、プローブヘッドと端部とのねじ接続）とプローブチップとの間に軸方向に並ぶように、ガイドチューブの端部およびプローブヘッドは軸方向に重なる。

また、望ましくは、十分大きな断面積が議論されている冷却媒体に対して与えられているように、複数の放射状通路は、プローブヘッドおよび／もしくは端部の円周方向に提供される。これによって、測定デバイス筐体内の冷却媒体の誘導中の圧力損失を低減する。

プローブヘッドのガイドチューブの端部への正確な取り付けを確実に行うために、誘導構成要素は、望ましくは、プローブヘッド上もしくは端部内のいずれかに提供される。

ガイドチューブ、端部およびプローブヘッドに沿って、比較的平易に、異なる冷却媒体を別々に誘導するために、ガイドチューブ、端部、およびプローブヘッド其々の中央軸と同軸方向にある半径上に伸びる軸方向に伸びるチャネルは、これらの部品内に提供され、チャネルは、それらに割り当てられた放射状通路と流体連通する。

検出されるべき物理量が光波で構成される場合、検出されるべき量を筐体内部へと送達するための手段は、望ましくはプローブヘッド内に提供される。後者の構成において、この手段は、望ましくは、プローブヘッドの凹部内に取り付けられた、熱的に安定な光透過性アパーチャであり、少なくとも一つの冷却チャネルが、凹部の境界を定める壁とアパーチャとの間に提供される。このように、熱的に安定な光透過性アパーチャは、特に平易に冷却することができ、その熱的安定性に寄与することができる。ガイドチューブおよび端部が外部から遮断された構成もまた望ましい。

端部は、ガイドチューブのモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ：一体化）部であってもよいし、または、ガイドチューブに固定されてもよい。

望ましくは、３つの異なる媒体が、プローブヘッド内に送り込まれ、そのうちの２つの媒体は、プローブヘッドからガイドチューブへと戻すことができる。これには、軸方向に沿って少なくとも４つの区間を配置する必要があり、これらの区間内で、円周上に分布し、かつ、放射状方向に伸びる通路が、ガイドチューブ内およびプローブヘッド内に収容され、これらの通路は、間に配置されるリングシールによって互いから密封される。

本発明の他の利点および特徴は、例示的実施形態を利用して、より詳細に説明される。

測定デバイス筐体を通る縦断面を示す。測定デバイス筐体のガイドチューブのプローブヘッドを受ける端部を通る縦断面を示す。測定デバイス筐体のガイドチューブのプローブヘッドを受ける端部を通る縦断面を示す。ガイドチューブの端部を通る断面を示す。プローブヘッドを通る縦断面を示す。プローブヘッドを通るさらなる縦断面を示す。プローブヘッドを通るさらなる縦断面を示す。プローブヘッドを通るさらなる縦断面を示す。異なる検出方向に対する異なるプローブヘッドを示す。異なる検出方向に対する異なるプローブヘッドを示す。異なる検出方向に対する異なるプローブヘッドを示す。

全ての図面において、同一の形体は、同一の参照番号を付加される。

図１は、縦断面における測定デバイス筐体１０を模式的に示す。測定デバイス筐体１０（簡略化のために、以降単に筐体１０と称される）は、３つの部品を実質的に含む。３つの部品とは、結合装置１２、端部１６を有するガイドチューブ１４、端部１６にねじ込まれたプローブヘッドである。プローブヘッドは、図１には示されていない。ガイドチューブ１４は、長手方向軸２０に沿って伸びている。図１内にさらに詳細には示されていないが、結合装置１２が、測定デバイス筐体１０へと合計３つの媒体２２、２４および２６を送り込み、ガイドチューブ１４に媒体２２、２４および２６を別々に送達するように構成される。３つの媒体のうちの２つは、冷却材として再度搬出されてもよい。媒体２２、２４、２６は、ガイドチューブ１４の端部１６まで、筐体１０内を互いから分離して誘導され、そこで、プローブヘッドへと送達される。これに必要な設計は、以下の図面により詳細に説明される。

図２は、拡大詳細図として、ガイドチューブ１４の端部１６を示す。ガイドチューブ１４は、内部を中空にするように構成され、空洞２８は、一方では、媒体のうちの一つを戻すために利用され、他方では、信号伝送線もしくはセンサ線を収容するために利用される。光ファイバもしくは光導波管が、例えば、空洞２８内に納められてもよい。その中にセンサの電気線を配置することも可能であって、センサは、その後プローブヘッド内に嵌合される。測定デバイス筐体１０が、センサ、またはセンサ用信号伝送線もしくはセンサからの信号伝送線を収容するときには、測定デバイス筐体１０は測定デバイスとしても理解される。

ガイドチューブ１４は、さらに、外部から遮断されてもよいし、熱的に遅れを有して（ｈｅａｔｌａｇｇｅｄ）もよいが、これは図示されていない。

ガイドチューブ１４の具体的な特徴は、比較的厚い壁に覆われるように構成されることであり、その壁３０内に多数のチャネル３２が円周に沿って分布するとともに、長手方向軸２０に対して同軸に配置される。（図２に従う）縦断面において、これらのチャネル３２のうちの二つが図示され、その二つのチャネルは、例えば、時計の数字で言うと１２時方向と６時方向に配置されることがある。軸方向に伸びるチャネル３２は、別々のチャネル３２を通って互いから分離して別々の媒体２２、２４、２６を送り込むことができるように、其々円周上の異なる位置（例えば、１時方向、２時方向、３時方向、４時方向、５時方向、６時方向、７時方向、８時方向、９時方向、１０時方向、１１時方向）に設けられる。ガイドチューブ１４内に配置されたチャネル３２は、結合装置１２からガイドチューブ１４に配置された端部１６へと伸びる。チャネル３２の端部１６内に軸方向に伸びる区間は、例えば、ボーリング（ｂｏｒｉｎｇ：穿孔作業）によって作成されてもよい。その場合、この開口穴は、プラグ３６によって端部側で再度閉じられることがある。対応するチャネル３２の異なる円周上の位置において、外側から端部１６の内部へと伸びる追加穴が、各チャネル３２に対して提供される。その際、これらの穴の一部、即ち外側部分を、プラグ３６によって外側から再度閉じ、残りの穴が、チャネル３２内を流れる媒体が放射状に内側へと逸れる放射状通路３４を形成するようにする。

端部１６は、例えば、はんだづけに適した材料でガイドチューブ１４に固定されてもよい。しかしながら、端部は、ガイドチューブ１４の一部であってもよい。

端部１６内に提供されるのは、プローブヘッド（図２にはこれも図示されていない）をねじ留めすることができる、内部ねじ山３８である。図３は、図２と同一の縦断面を示すが、端部１６はモノリシックであるか、またはガイドチューブ１４の一部である。

図３は、ボーリングによって作成された放射状通路３４が、プラグ３６によって、外部から、再度部分的に閉じられることをさらに表す。したがって、放射状通路３４にチャネル３２を流体的に接続することが可能である。

図４は、ガイドチューブ１４の端部１６を通る断面を示す。合計１２個ある軸方向に伸びるチャネル３２のうちの一つは、３０°毎に図示されている。プローブヘッド１８を固定するためのねじ山３８は、ガイドチューブ１４内に提供される。

図５は、プローブヘッド１８の第一の例示的な実施形態を示す。プローブヘッド１８は、第一端４０を有し、第一端４０に、プローブヘッド１８をガイドチューブ１４にねじ留めするためのねじ山４２が提供される。プローブヘッド１８の軸方向の他端は、プローブチップ４４と称される。プローブヘッド１８は、内部に空洞４６を有するスリーブの形状で全体が構成される。プローブヘッド１８の管状壁４８には、ガイドチューブ１４と同様に軸方向に伸びるチャネル３２が備えられ、それらは、同様にボーリングによって形成されることがある。ボーリングの後、穴開口のうちの幾つかは、プラグ３６によって閉じられる。図４に示されたガイドチューブ１４と同様に、プローブヘッド１８も対応する数の冷却チャネル３２を有し、これらは円周に沿って分布し、長手方向軸２０と同軸に配置される。ガイドチューブ１４によって提供される冷却媒体２２、２４、２６をプローブヘッド１８へと別々に送達するために、盲穴（ｂｌｉｎｄｈｏｌｅｂｏｒｅｓ）によって作成される放射状通路３４は、その壁４８の中の対応する軸方向の位置に配置される。これらの通路３４によって、別々の冷却媒体２２、２４、２６は、別々のチャネル３２でプローブヘッド１８へと送達することができる。送達中に別々の冷却媒体２２、２４、２６が混合することを回避するために、リングシール５０が、軸方向に隣接する放射状通路３４間に提供される。図示された例示的実施形態においては、５個のリングシール５０が提供される。この場合、端部１４内にプローブヘッド１８を正確に取り付けることを確実に行うために、二つの最外部のリングシール５０は、脇に誘導構成要素５２が配置される。プローブヘッド１８は、プローブチップ４４にアパーチャ５６が納められる凹部５４を有する。冷却チャネル５８は、冷却材で、通常円形のアパーチャ５６を冷却するために、凹部５４の壁とアパーチャ５６の間にさらに提供されてもよい。

図５に示されたプローブヘッド１８の例示的実施形態においては、プローブヘッドの視野方向は、長手方向軸２０と一致する。このため、アパーチャ５６は、長手方向軸２０に対して垂直に向けられる。図６から図８において、プローブヘッド１８の別の例示的実施形態が、異なる平面上の長手方向軸が異なる平面上の縦断面において示される。

この別の例示的実施形態においては、プローブヘッドの視野方向が、長手方向軸２０に対して、約３０°傾けられる。図６から図８に示された断面は、それぞれが互いに３０°ずつずらされているので、３つの平面は長手方向軸に沿った異なる径での縦断面に相当する。例えば、この場合の３つの径は、異なる弦、つまり１時方向と７時方向の間、２時方向と８時方向の間、３時方向と９時方向の間、に重なるものであり得る。

図５に従うプローブヘッド１８の第一の例示的実施形態と同様に、リングシール５０によって互いから分離された、軸方向に連続する４つの区間６０、６２、６４、６６が、図６から図８に従うプローブヘッド１８の第二の例示的実施形態で提供される。区間６０において、冷却空気２２は、チャネル３２へと通路３４（図７）を通って送り込むことができる。冷却空気２２は、その後凹部５４へと誘導され、その後で、中央の空洞４６を通ってプローブヘッド１８から排出することができる。したがって、図７に示されたチャネル３２と通路３４の双方は、冷却空気２２用のフィード線として利用されるが、空洞４６は、加熱された冷却空気２２を排出するために利用される。

第二の軸方向区間６２において、いわゆる“フラッシング空気”の形体で第二の媒体２４を、図６に示された放射状通路３４を通って送り込むことができる。このフラッシング空気は、アパーチャ５６へと他の区間を通って送り込まれ、高温気体側でのアパーチャ５６の表面の汚染を防ぐ。区間６４で、第三の冷却媒体２６、例えば冷却水は、図８で示される（９時の方向に配置された）チャネル３２内のプローブヘッド１８へと導入することができる。この冷却水２６は、その後、アパーチャ５６へと流れ、それをフラッシュし、その後、図８の上部に表された冷却チャネル３２および第四の区間６６に配置された放射状通路３４を通ってプローブヘッド１８から流れ出る。出された冷却媒体２６は、その後、再度ガイドチューブ１４に入り、その結合側の端部へと誘導される。

図９から図１１は、異なる視野方向に対して、プローブヘッド１８を斜視図で示す。図９では、視野角度が３０°のプローブヘッドが示され、図１０では、視野角度が８０°のプローブヘッドが示され、図１１では、視野角度が９０°のプローブヘッドが示される。以下の特徴は、図９から図１１にさらに表される。軸方向区間６０、６２、６４、６６、シーリング環５０、プローブヘッド１８をガイドチューブ１４にねじ留めするためのねじ山４２、および、異なる軸方向区間６０から６６内に配置される放射状通路３４。

総合的に言うと、本発明は、物理量を非接触で検出するセンサの部品、またはそのようなセンサ用の測定デバイス筐体１０を提供し、筐体内部もしくは筐体壁へと少なくとも一つの冷却および／もしくはフラッシング媒体２２、２４、２６および少なくとも一つの信号伝送線を送り込むための結合装置２１と、結合装置１２上に配置され、長手方向軸２０を有するガイドチューブ１４と、結合装置１２の反対側にあるガイドチューブ１４の端部１６に固定されたプローブヘッド１８と、を含む。ここで、ガイドチューブ１４は、少なくとも一つの冷却媒体２２、２４、２６および少なくとも一つの信号伝送線をプローブヘッド１８まで誘導もしくは収容するように構成される。比較的小さく小型の測定デバイスを提供するために、また、そのため、ガイドチューブ１４内を運搬される異なる冷却媒体２２、２４、２６を比較的容易に別々のプローブヘッドに対して確実に送達することができる測定デバイス筐体１０も提供するために、プローブヘッド１８および端部１６は、端部１６からプローブヘッド１８へと、または任意で逆方向に、一つ以上の冷却媒体２２、２４、２６を送るために、ガイドチューブ１４もしくはプローブヘッド１８の長手方向軸２０に対して放射状に伸びる通路３４を其々含むことが提案される。

図５に示されたプローブヘッド１８の例示的実施形態においては、プローブヘッドの視野方向は、長手方向軸２０と一致する。このため、アパーチャ５６は、長手方向軸２０に対して垂直に向けられる。図６から図８において、プローブヘッド１８の別の例示的実施形態が、異なる平面上の長手方向断面において示される。

図９から図１１は、異なる視野方向に対して、プローブヘッド１８を斜視図で示す。図９では、視野角度が３０°のプローブヘッドが示され、図１０では、視野角度が８０°のプローブヘッドが示され、図１１では、視野角度が９０°のプローブヘッドが示される。以下の特徴は、図９から図１１にさらに表される。軸方向区間６０、６２、６４、６６、リングシール５０、プローブヘッド１８をガイドチューブ１４にねじ留めするためのねじ山４２、および、異なる軸方向区間６０から６６内に配置される放射状通路３４。

Claims

物理量を非接触で検出するセンサの部品、または該センサ用の測定デバイス筐体（１０）であって、
前記筐体内部もしくは筐体壁へと少なくとも一つの冷却および／もしくはフラッシング媒体（２２，２４，２６）および少なくとも一つの信号伝送線を送り込むための結合装置（１２）と、
前記結合装置（１２）に配置され、長手方向軸（２０）を有するガイドチューブ（１４）と、
前記結合装置（１２）の反対側にある前記ガイドチューブ（１４）の端部（１６）に固定され、望ましくはねじ留めされたプローブヘッド（１８）であって、前記ガイドチューブ（１４）は、前記少なくとも一つの冷却および／もしくはフラッシング媒体（２２，２４，２６）および前記少なくとも一つの信号伝送線を前記プローブヘッドまで誘導もしくは収容するように構成される、プローブヘッド（１８）と、
を含み、
前記プローブヘッド（１８）および前記端部（１６）は、前記長手方向軸（２０）に対して放射状に伸び、前記冷却媒体もしくは複数の冷却媒体（２２，２４，２６）を前記端部（１６）から前記プローブヘッド（１８）へと、または任意で逆方向に送るための複数の通路（３４）を其々含む、
ことを特徴とする測定デバイス筐体（１０）。
前記プローブヘッド（１８）は、何もつながれていないプローブチップ（４４）を含み、前記複数の通路（３４）が、前記プローブヘッド（１８）と前記端部（１６）との望ましくはねじで接続される前記固定部と、前記プローブチップ（４４）との間に軸方向に配置されるように、前記ガイドチューブ（１４）の前記端部（１６）および前記プローブヘッド（１８）は軸方向に重複する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定デバイス筐体（１０）。
間にリングシール（５０）が提供される複数の放射状通路（３４）は、前記長手方向軸（２０）に沿って分布する、
ことを特徴とする請求項１もしくは２のいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
複数の通路（３４）は、前記プローブヘッド（１８）の円周方向、または、前記端部（１６）の円周方向に提供される、
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
正確な取り付けを行うための誘導構成要素（５２）が、前記重複する区間内の前記プローブヘッド（１８）上に提供される、
ことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
前記ガイドチューブ（１４）、前記端部（１６）、および前記プローブヘッド（１８）の前記中央軸（２０）と同軸にある半径上に配置された軸方向に伸びる複数のチャネル（３２）が、其々、前記ガイドチューブ（１４）、前記端部（１６）、ならびに前記プローブヘッド（１８）に提供され、前記複数のチャネル（３２）は、前記複数の通路（３４）と流体連通する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
前記プローブヘッド（１８）は、前記筐体内部へ、検出されるべき前記量を送達するための手段を含む、
ことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
前記手段は、前記プローブヘッド（１８）の凹部（５４）内にある熱的に安定な光透過性アパーチャ（５６）であって、少なくとも一つの冷却チャネル（５８）が、前記アパーチャ（５６）と前記凹部（５４）の境界を画定する前記壁との間に提供される、
ことを特徴とする請求項７に記載の測定デバイス筐体（１０）。
前記ガイドチューブ（１４）および前記端部（１６）は外部から遮断される、
ことを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
前記端部（１６）は、前記ガイドチューブ（１４）のモノリシック部分であるか、またはそれに固定される、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の測定デバイス筐体（１０）。
信号伝送線は前記ガイドチューブ内に配置される、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の測定デバイス筐体を有する測定デバイス。