DE10106475C1

DE10106475C1 - Thermoelementanordnung zur Temperaturmessung in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen größer 1000 Grad C

Info

Publication number: DE10106475C1
Application number: DE2001106475
Authority: DE
Inventors: Alexander Molchanov; Ulrich Hilburger; Jochen Friedrich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-02-14

Abstract

Beschrieben wird eine Temperatursensoranordnung zur Temperaturmessung in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen größer 1000 DEG C, die innerhalb eines von einem Gehäuse eingeschlossenen Volumens vorherrschen, mit einer in das Volumen hineinragenden Messsonde, in der wenigstens ein elektrischer Temperatursensor vorgesehen ist, der am Ende einer Kapillare gefasst ist und über die wenigstens zwei einseitig geschlossene Schutzrohre, ein inneres und ein äußeres Schutzrohr, wenigstens teilweise ragen, einer das Gehäuse durchragenden Haltevorrichtung, in die die Messsonde volumenseitig derart hineinragt, dass das äußere Schutzrohr mit der Haltevorrichtung gasdicht abdichtet und die Kapillare die Haltevorrichtung derart durchsetzt, dass im Inneren der Kapillare geführte elektrische Anschlussstrukturen für den Temperatursensor das Gehäuse durch eine gasdicht an der Haltevorrichtung anliegenden Dichteinheit gasdicht durchragen. Weiterhin zeichnet sich die Temperatursensoranordnung dadurch aus, dass ein Volumen von dem äußeren Schutzrohr und zumindest der Kapillare umschlossen ist, das über eine Bohrung innerhalb der Haltevorrichtung evakuierbar ist und dass die Bohrung innerhalb der Haltevorrichtung im Bereich des Gehäuses ist und über eine Labyrinthanordnung mit dem vom Gehäuse eingeschlossenen Volumen in Verbindung steht, das mittels einer Unterdruckquelle abpumpbar ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperatursensoranordnung zur Temperaturmessung in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen größer 1000°C, die innerhalb eines von einem Gehäuse eingeschlossenen Volumens vorherrschen.

In modernen industriellen Prozessen zur Herstellung von Materialien, wie bspw. bei der Kristallzüchtung oder der Herstellung von Metalllegierungen, bedarf es u. a. hoher Prozesstemperaturen von 1500°C und mehr. Die Prozeßfenster, innerhalb der die einzelnen Prozeßparameter eingehalten werden müssen, um die zum Teil auch neuen Materialien in einer gewünschten hohen Qualität hergestellen zu können sind jedoch sehr eng, wodurch die Anforderungen bspw. an die Temperaturstabilität entsprechend hoch sind und eine genaue und zuverlässige Temperaturmessung unentbehrlich ist.

Stand der Technik

Die Temperaturmessung zur thermischen Überwachung bspw. in Kristallzüchtungskammern unterliegt nicht nur der Schwierigkeit der vorstehend genannten hohen Temperaturen, hinzu kommt, dass die Temperaturmessung unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt werden muss, die den Einsatz üblicher Temperaturmesssensoren nicht gestattet.

So steht durch die hohen Temperaturen für viele chemische Prozesse genügend Aktivierungsenergie zur Verfügung, so daß es innerhalb der Prozeßkammer zur Freisetzung hochreaktiver Stoffe kommt, die mit allen exponierten Anlagenteilen reagieren. Insbesondere führt eine derartig aggressive Umgebung zur Degradation von Temperatursensoren, was einerseits die Lebensdauer drastisch verkürzt, und andererseits zu Meßungenauigkeiten führen kann.

Insbesondere auf dem Gebiet der Kristallzüchtung sind mittlerweile Prozeßzeiten von mehreren Wochen bis Monaten keine Seltenheit mehr, innerhalb der kein Temperatursensor ausfallen darf. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist auch eine Stabilität der Meßfühler über mehrere Prozesse wünschenswert. Da viele der in der Anlage verwendeten Stoffe bei den hohen Temperaturen einen signifikanten Dampfdruck besitzen, oder sich gar zersetzen, kommt es an kalten Anlagenteilen zur Kondensation.

Es sind optische Temperaturmessverfahren bekannt, die kontaktfrei von außerhalb der Prozesskammer die Temperatur innerhalb der Kammer durch aktive oder passive Strahlungsanalyse durch ein Fenster, das in der Wand der Prozesskammer vorgesehen ist, erfassen. Mit der Zeit treten jedoch bedingt durch die langen Prozeßzeiten und den vorstehenden Effekt der Kondensation nennenswerte Ablagerungen auf den Fenstern auf, die zu Transmissionsänderungen und somit zu einer Verfälschung der gemessenen Temperatur führen.

Als Alternative kommen Thermofühler in Betracht, die jedoch aus o. g. Gründen vor der aggressiven Umgebung geschützt werden müssen. Dazu werden üblicherweise Schutzrohre aus elektrisch isolierenden Materialien wie AlSint (Al₂O₃) oder Quarzglas verwendet. Da jedoch in den Hochtemperaturanlagen mit Temperaturen von mehr als 1500°C fast nur noch ausschließlich Graphiteinbauten zur Anwendung kommen, ist der Einsatz dieser sauerstoffhaltigen Schutzrohre problematisch.

Zersetzende Reaktionen zwischen AlSint/Quarzglas und Graphit werden bei derart hohen Umgebungstemperaturen thermodynamisch möglich und werden durch die Anwesenheit von gasförmigen Reaktionszwischenprodukten begünstigt, welche sich in nennenswerten Konzentrationen in den Zwischenräumen ausbilden. Speziell bei der Verwendung von fluorhaltigen Materialien zeigen diese Schutzrohre zusätzliche Auflösungserscheinungen.

Unabhängig vom verwendeten Schutzrohrmaterial können Ablagerungen auf dem Thermofühler durch Abdampfen des umgebenden Schutzrohres zum Verbacken führen, was bei Abkühlung zum Ausfall des Sensors durch thermomechanischen Streß führt, der durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten entsteht.

Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, metallische Schutzrohre wie Molybdän oder Tantal einzusetzen. Diese an sich hochschmelzenden Materialien zersetzen sich bei den hohen Temperaturen unter vielen reaktiven Atmosphären dennoch. Zudem tritt durch abdampfendes Metall Legierungsbildung bei den Temperaturfühlern auf, was zur Verfälschung der Temperaturmessung oder gar zu deren Ausfall führt.

So wird in der EP 0454846 A1 eine Temperatursensoranordnung zur Temperaturmessung in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen größer 1000°C, die innerhalb eines von einem Gehäuse eingeschlossenen Volumens vorherrschen, beschrieben. Die Temperatursensoranordnung verfügt über eine in das Volumen hineinragenden Messsonde, in der wenigstens ein elektrischer Temperatursensor vorgesehen ist, der am Ende einer Kapillare gefasst ist. Über die Sensoranordnung ragen ferner zwei einseitig geschlossene Schutzrohre.

Weiterhin ist eine Ventilationsöffnung zur Atmosphärenseite vorgesehen, die ein Entweichen der reduzierenden Gase durch Überdruck bzw. Diffusion aus dem heißen Bereich ermöglicht.

In der GB 768120 wird darüber hinaus eine Vorrichtung zur elektrischen Temperaturmessung erläutert, die über eine das Gehäuse durchragende Haltevorrichtung verfügt, in die die Messsonde volumenseitig derart hineinragt, dass das Schutzrohr mit der Haltevorrichtung gasdicht abgedichtet ist. Die elektrischen Anschlussstrukturen für den Temperatursensor durchragen das Gehäuse und sind ebenfalls gasdicht durch eine an dem Schutzrohr anliegende Dichteinheit abgedichtet. Da der verwendete Temperatursensor allerdings nicht am Ende der Kapillare gefasst ist, erweist sich diese Temperatursensoranordnung für viele Anwendungsfälle als ungeeignet.

Auch die GB 901657 beschreibt eine gattungsgemäße Temperaturmessanordnung. Es ist ein Temperatursensor vorgesehen, der in einem elektrisch isolierenden Material gefasst ist. Als Werkstoff wird ein keramischer Isolator verwendet, wobei die Temperatursensorspitze mit einem Schutzüberzug aus Berryllium-Oxyd versehen ist. Der Temperatursensor ist zudem von einem Schutzrohr umgeben, das aus SiC besteht. Zusätzlich ist das Schutzrohr von einer äußeren, aus Bornitrit bestehenden Schutzschicht überzogen. Nachteilig an dieser Sensoranordnung ist, dass reduzierende Gase nicht aus dem gefährdeten Bereich abtransportiert werden.

Die DE-PS 422 407 erläutert schließlich ein thermoelektrisches Element zum Messen hoher Temperaturen. Das Element besteht im wesentlichen aus einem Graphitrohr und einem Metalldraht, der an der Kontaktstelle mit dem Graphitrohr zu einer Scheibe, einem Konus oder dgl. ausgebildet ist und von unten in das Graphitrohr durch eine Bohrung eingeführt ist, deren lichte Weite genau gleich dem Durchmesser des Metalldrahtes ist. Um der Karbitbildung am Draht vorzubeugen, wird zwischen dem Kontakt und dem Graphitrohr ein aus Karborund hergestelltes Verbindungs- oder Verschlussstück vorgesehen. Von der Kontaktstelle ab wird der Draht zunächst vollkommen frei durch das Graphitrohr geführt, bis am anderen Rohrende ein aus Quarz, Porzellan oder einem anderen metallisch nicht leitfähigen Material bestehender Körper die weitere Führung übernimmt.

Allen aus dem Stand der Technik bekannten Temperatursensoranordnungen ist damit gemein, dass sie keinen ausreichenden Schutz der Sensoren bei Meßaufgaben in aggressiven Medien und Temperaturen über 1000°C bieten. Ein weiteres Problem ist, dass die bekannten Sensoranordnungen aufgrund des verwendeten Materials oder des komplizierten, konstruktiven Aufbaus teuer in der Anschaffung bzw. Wartung sind.

Darstellung der Erfindung

Es besteht daher die Aufgabe eine Temperatursensoranordnung zur Temperaturmessung in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen größer 1000°C, die innerhalb eines von einem Gehäuse eingeschlossenen Volumens vorherrschen, derart auszubilden, daß eine langzeitstabile und zuverlässige Temperaturmessung trotz der vorstehend genannten kritischen atmosphärischen Bedingungen möglich ist. Die Messanordnung soll einfach in Aufbau, wartungsfreundlich und mit möglichst geringen Anschaffungskosten verbunden sein.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel sind vorteilhafte Merkmale, die den Gegenstand des Anspruches 1 vorteilhaft weiterbilden.

Erfindungsgemäß ist die Temperatursensoranordnung mit einer in das Volumen hineinragenden Messsonde ausgebildet, in der wenigstens ein elektrischer Temperatursensor vorgesehen ist, der am Ende einer Kapillare gefasst ist und über die wenigstens zwei einseitig geschlossene Schutzrohre, ein inneres und ein äußeres Schutzrohr, wenigstens teilweise ragen. Beide Schutzrohre sind vorzugsweise voneinander beabstandet oder liegen zumindest passgenau aber lose aufeinander, sodass es möglich ist, den sich zwischen beiden Schutzrohren ausbildenden Zwischenspalt abzupumpen. Ferner ist eine das Gehäuse durchragende Haltevorrichtung vorgesehen, in die die Messsonde volumenseitig derart hineinragt, dass das äußere Schutzrohr mit der Haltevorrichtung gasdicht abdichtet und die Kapillare die Haltevorrichtung derart durchsetzt, dass im Inneren der Kapillare geführte elektrische Anschlußstrukturen für den Temperatursensor das Gehäuse durch eine gasdicht an der Haltevorrichtung anliegenden Dichteinheit gasdicht durchragen. Weiterhin zeichnet sich die Temperatursensoranordnung dadurch aus, dass ein Volumen von dem äußeren Schutzrohr und zumindest der Kapillare umschlossen ist, das über eine Bohrung innerhalb der Haltevorrichtung evakuierbar ist und dass die Bohrung innerhalb der Haltevorrichtung im Bereich des Gehäuses ist und über eine Labyrinthanordnung mit dem vom Gehäuse eingeschlossenen Volumen in Verbindung steht, das mittels einer Unterdruckquelle abpumpbar ist.

Bei der Wahl der Schutzrohrmaterialien ist darauf zu achten, dass die Materialien hochtemperaturbeständig sind. So eignet sich nach heutigen Materialkenntnissen für das äußere Schutzrohr glasartiger Kohlenstoff in besonderem Maße. Glasartiger Kohlenstoff ist eine Kohlenstoffform mit ausgeprägter struktureller Fehlordnung und glasartigem Bruchbild. Dieser Werkstoff ist korrisionsbeständig, gas- und flüssigkeitsdicht und temperaturbeständig bis 550°C an Luft oder bis 3000°C in Vakuum oder unter Inertgas. Glaskohlenstoff ist thermoschockbeständig und verfügt darüber hinaus über eine große Dauerfestigkeit auch gegenüber aggressiven Medien wie Säuren und Laugen.

Nun zeigte sich allerdings, dass sich bei unmittelbarer Kombination des glasartigen Kohlenstoffes mit AlSint (AL₂O₃), aus dem die Kapillare besteht, zumal AlSint zur Zeit der einzig zur Verfügung stehende Werkstoff zur elektrischen Isolation von Anschlußdrähten für den Temperatursensor bei hohen Temperaturen ist, der in sehr kleinen Durchmessern, großen Längen und als Mehrlochkapillare erhältlich ist, Materialunverträglichkeiten bei hohen Temperaturen einstellen, da trotz der glatteren Oberfläche des glasartigen Kohlenstoff, dieser mit der AlSint-Kapillare reagiert.

Aus diesem Grunde ist zumindest in heißen Bereichen der Temperatursensoranordnung ein weiteres Schutzrohr vorzusehen, das der AlSint- Kapillare als Schutz dient. Zu diesem Zweck wurden Verträglichkeitsstudien mit verschiedenen Schutzrohrkombinationen durchgeführt.

Es stellte sich heraus, dass sauerstofffreie Materialien besonders geeignet sind AlSint vor dem glasartigen Kohlenstoff zu schützen, allen voran Bornitrid. Die beiden Schutzrohre aus glasartigem Kohlenstoff und Bornitrid sind vorzugsweise beabstandet zueinander angeordnet, um ein verbessertes Abpumpen des Zwischenraumes zu gewährleisten. Auf diese Weise können Abdampfprodukte aus beiden Materialien unverzüglich aus dem System der Temperatursensoranordnung abgeführt werden.

Als Temperaturmesssensor eignet sich vorzugsweise ein Thermoelement, dessen Thermodrähte längs innerhalb der Kapillare geführt sind, und dessen Thermoelementperle einseitig am Ende der Kapillare freiliegend angebracht ist. Grundsätzlich ist auch der Einsatz alternativer elektrischer Temperatursensoren denkbar, wie NTC- oder PTC-Wiedestände. Das Kapillarenende nebst Thermoelementperle ragt nun in die zwei vorstehend einseitig geschlossen ausgebildeten Schutzrohre hinein und wird von diesen umgeben. Da das innenliegende aus Bornitrid gefertigte Schutzrohr jedoch ebenso leichte Abdampferscheinungen bei sehr hohen Temperaturen von über 1500°C zeigt, würde ein unmittelbares, freies Gegenüberliegen der Thermoelementperle diese zusetzen und regelrecht verbacken. Aus diesem Grunde ist unmittelbar um die Thermoelementperle eine Schutzkappe aus AlSint gestülpt, die die Thermoelementperle vor äußeren chemischen Einwirkungen schützt. Alle nun förmlich schichtweise übereinanderliegenden Schutzrohrschichten einschließlich der Schutzkappe, die unmittelbar längs der Kapillare anliegt, sind derart zusammengefügt, dass lateral zu den Trennebenen der Schichten Unterdruck appliziert werden kann, um möglicherweise aus den einzelnen Materialien austretende Ausdampfprodukte abzuführen und zu beseitigen.

Zumindest das äußere Schutzrohr erstreckt sich längs der Kapillare in "kältere" Bereiche der Temperatursensoranordnung, in denen die Kapillare durch eine Haltevorrichtung mündet und mit der das äußere Schutzrohr eine gasdichte Verbindung eingeht. Die Haltevorrichtung ist als Verbindungsstück zwischen dem Inneren der Prozesskammer und dessen Äußeres anzusehen und durchragt dabei die Prozesskammerwand.

Nahe oder vorzugsweise innerhalb der Prozesskammerwand, also an einem Ort, an dem deutlich geringere Temperaturen vorherrschen als innerhalb der Prozesszone, wo sich der Ort der Thermoelementperle befindet, ist durch die Wandung der Haltevorrichtung eine Bohrung eingebracht vorgesehen, die einen Verbindungskanal längs zur Kapillare darstellt und über die die innerhalb der Schutzrohrkombination entstehenden Ausdampfprodukte abgesaugt werden können. Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung über eine Labyrinthanordnung und eine Bohrung nahe der Prozesskammerwand mit dem Prozesskammervolumen verbunden, in dem seinerseits Vakuumbedingungen herrschen. Auf diese Weise wird durch die Evakuierung der Prozesskammer auch die Temperatursensoranordnung mit evakuiert. Ein Eindringen aggressiver Medien in das Innere der Temperatursensoranordnung kann auch während des Prozesses dadurch vermieden werden, indem aufgrund des am Bereich der Bohrung herrschenden geringeren Temperaturniveaus im Vergleich zu den hohen Prozesstemperaturen eine Kondensation der Stoffe an der Prozesskammerwand oder zumindest an der Labyrinthanordnung stattfindet.

Die Haltevorrichtung wird von der Kapillare vollständig durchsetzt, wobei die Haltevorrichtung mit der Prozesskammerwand eine gasdichte Verbindung eingeht, die aus Demontage- und Wartungszwecken lösbar fest ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt, schließt das äußere Schutzrohr mit der Haltevorrichtung gasdicht gegenüber dem Inneren der Prozesskammer ab. Zum Abdichten der Temperatursensoranordnung entlang der Thermodrähte nach außerhalb der Prozesskammer, ist eine Dichtung vorgesehen, durch die die elektrischen Anschlußdrähte für das Thermoelement gasdicht nach außen geführt werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1a, b Längsschnittdarstellung durch eine Temperatursensoranordnung mit Detaildarstellung

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Die in Fig. 1a im Längsschnitt dargestellte Temperatursensoreinheit ist als kompakte Thermoelementeinheit ausgebildet und zum Einsatz in einem Hochvakuum-Kristallzüchtungsofen geeignet.

Das Thermoelement 1 wird zur elektrischen Isolation in einer zwei-Loch-AlSint-Kapillare 2 geführt, welche von einer als einseitig geschlossenen AlSint-Rohr ausgebildeten Schutzkappe 3 umgeben ist. Weiterhin ist darüber ein Schutzrohr 4 aus Bornitrid 4 gestülpt, welches wiederum von einem Schutzrohr 5 aus glasartigen Kohlenstoff 5 umgeben ist. Letzteres dient wie oben bereits beschrieben zum Schutz der gesamten Einheit vor korrosiven Medien.

Um eine Reaktion des glasartigen Kohlenstoffrohrs 5 mit den AlSint-Komponenten 2, 3 und zu verhindern, ist ein Zwischenrohr 4 aus Bornitrid eingesetzt. Da Bornitrid bei den auftretenden Temperaturen von über 1500°C bereits sichtbare Abdampferscheinungen zeigt, ist die offenliegende Thermoelementperle 1 durch das übergestülpte AlSint-Schutzrohr 3 vor Bedampfung und Verbacken geschützt. Um die Thermoelementeinheit vor den aggressiven Gasen zu schützen, ist es notwendig, daß es von einem gasdichten System bis in den kalten Anlagenbereich umschlossen ist, da die Konzentration der reaktiven Komponenten in der Atmosphäre mit abnehmender Temperatur stark absinkt. Um die Strecke bis in den wassergekühlten Wandungsbereich der Prozesskammer zu überbrücken, ist deswegen ein vakuumdichter Übergang zwischen dem äußeren Schutzrohr 3 und einer metallischen Haltevorrichtung 9 vorgesehen. Hierbei wird mittels einer Hohlschraube 6 und einer Gleitscheibe 7 die O-Ring-Dichtung 8 gegen das äußere Schutzrohr 5 gepresst. Somit ist einerseits eine mechanische Fixierung, als auch die erforderliche Dichtheit gegeben.

Damit sich dennoch kein Sauerstoff oder andere gasförmige Verunreinigungen zwischen den Schutzrohren befinden, welche wiederum zur Zersetzung der Thermoelementperle 1 führen würden, muß der Zwischenraum zwischen den Schutzrohren abgepumpt werden können. Zu diesem Zweck ist am Ende des innerhalb der Prozesskammerwand liegenden Teiles der Haltevorrichtung 9 eine Entlüftungsbohrung 10 angebracht, durch die jedoch durch die Labyrinthanordnung nahezu keine reaktiven Gase mehr in den Innenbereich des Schutzrohrsystems gelangen können.

Um zusätzliche Thermospannungen an den Anschlußstellen zu vermeiden, sind die Thermodrähte, die die Thermoelementperle kontaktieren direkt aus der Anlage herausgeführt. Um dies sowohl elektrisch isolierend, als auch vakuumdicht zu bewerkstelligen, sind die Thermodrahtenden durch ein konusförmiges Gummistück 11 nach draußen verlegt. Dieser Gummi wird über eine Gleitscheibe 12 und eine Hohlschraube 13 gegen die Wandung der Haltevorrichtung 9 gepreßt, was sowohl die Drahtdurchführungen, als auch den Konusbereich vakuumdicht schließt. Außen werden die Drahtenden mit Standard-Thermoelementkupplungen 14 angeschlossen.

Die elektrische Isolation der nicht von AlSint-Kapillaren umgebenen Drahtsegmente wird durch die Schrumpfschläuche 15 gewährleistet.

In Fig. 1b ist eine Detailvergrößerung der Schutzrohrkombination an der Spitze der ausgebildeten Temperatursensoranordnung angegeben.

Im Inneren befindet sich die AlSint-Kapillare 2 mit den zwei Thermodrähten und der Thermoelementperle 1, die frei aus der Kapillare herausragt. Um die Thermoelementperle ist eine AlSint-Schutzkappe 3 vorgesehen, über die wiederum ein einseitig geschlossenes Schutzrohr 4 aus Bornitrid gestülpt ist. Leicht vom inneren Schutzrohr 4 beabstandet ist das äußere, aus glasartigem Kohlenstoff gefertigte Schutzrohr 5 vorgesehen.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist es möglich, ein Thermoelement über mehr als einen Monat bei Temperaturen von über 1 500°C unter fluorhaltiger Atmosphäre zuverlässig zu betreiben. Da es aufgrund der hohen Anforderungen bezüglich der Zuverlässigkeit der Thermoelemente von entscheidender Bedeutung ist, nahende Ausfälle rechtzeitig zu diagnostizieren, muß es möglich sein, die Thermoelementeinheiten ohne großen Aufwand und ohne Zerlegung des Züchtungsofens ausbauen und prüfen zu können. Im vorstehenden Ausführungsbeispiel kann die komplette Einheit durch Lösen eines Standard-Kleinflansches aus der Anlage entnommen werden. Die Prüfung der einzelnen Schutzrohre, sowie der Thermoelementperle kann sehr schnell und einfach durch Lockern der Hohlschraube 6 und Abziehen der Rohre erfolgen. Ein zeitraubendes komplettes Zerlegen ist dazu nicht notwendig. Nach 2 Monaten Dauereinsatz in einem Kristallzüchtungsprozeß zeigte das entwickelte Thermoelement keinerlei Degradationserscheinungen und konnte wiederverwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

Thermoelement

2

Kapillare

3

Schutzkappe

4

Inneres Schutzrohr

5

Äußeres Schutzrohr

6

Hohlschraube

7

Gleitscheibe

8

O-Ring

9

Haltevorrichtung

10

Entlüftungsbohrung

11

Dichteinheit

12

Gleitscheibe

13

Hohlschraube

14

Thermoelementkupplung

15

Schrumpfschlauch

Claims

1. Temperatursensoranordnung zur Temperaturmessung in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen größer 1000°C, die innerhalb eines von einem Gehäuse eingeschlossenen Volumens vorherrschen, mit
einer in das Volumen hineinragenden Messsonde, in der wenigstens ein elektrischer Temperatursensor vorgesehen ist, der am Ende einer Kapillare gefasst ist und über die wenigstens zwei einseitig geschlossene Schutzrohre, ein inneres und ein äußeres Schutzrohr, wenigstens teilweise ragen,
einer das Gehäuse durchragenden Haltevorrichtung, in die die Messsonde volumenseitig derart hineinragt, dass das äußere Schutzrohr mit der Haltevorrichtung gasdicht abdichtet und die Kapillare die Haltevorrichtung derart durchsetzt, dass im Inneren der Kapillare geführte elektrische Anschlußstrukturen für den Temperatursensor das Gehäuse durch eine gasdicht an der Haltevorrichtung anliegenden Dichteinheit gasdicht durchragen,
einem Volumen, das von dem äußeren Schutzrohr und zumindest der Kapillare umschlossen ist und das über eine Bohrung innerhalb der Haltevorrichtung evakuierbar ist und die Bohrung innerhalb der Haltevorrichtung im Bereich des Gehäuses ist und über eine Labyrinthanordnung mit dem vom Gehäuse eingeschlossenen Volumen in Verbindung steht, das mittels einer Unterdruckquelle abpumpbar ist.

2. Temperatursensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Schutzrohr aus glasartigem Kohlenstoff und das innere Schutzrohr aus einem sauerstofffreien hochtemperaturbeständigen Material bestehen.

3. Temperatursensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Schutzrohr aus Bornitrid besteht.

4. Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor mit einer Schutzkappe überzogen ist.

5. Temperatursensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe und die Kapillare aus dem gleichen Material gefertigt sind.

6. Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare aus hitzebeständigen elektrisch nicht leitendem Material besteht.

7. Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare aus AlSint (Al₂O₃) besteht.

8. Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Schutzrohr die Schutzkappe passgenau aber lose umgibt.

9. Thermoelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur volumenseitigen Abdichtung des äußeren Schutzrohrs gegenüber der Haltevorrichtung eine Hohlschraube sowie eine Dichtungseinheit vorgesehen sind, durch die das äußere Schutzrohr hindurchragt, und dass die Hohlschraube in ein innerhalb der Haltevorrichtung vorgesehenes Gewinde einbringbar ist, dass eine gasdichte Verpressung der Dichtungseinheit zwischen dem äußeren Schutzrohr und der Haltevorrichtung erfolgt.

10. Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlußstrukturen des Temperatursensors in Art von elektrischen Zuleitungen ausgebildet sind und längs die Kapillare vollständig durchragen.

11. Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdicht an der Haltevorrichtung anbringbare Dichteinheit ein Elastomer ist, das mittel einer Schraubeneinheit gegenüber der Haltevorrichtung gasdicht verpressbar ist.

12. Temperatursensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuleitungen durch das verpresste Elastomer gasdicht hindurchragen.

13. Verwendung der Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Langzeit-Temperaturmessung innerhalb von Kristallzüchtungsanlagen.