Kisah di sebalik Pengukur Vakum Pirani

Dilahirkan dari keturunan Itali di Berlin pada tahun 1880, Marcello Pirani ditakdirkan untuk memberikan sumbangan besar kepada teknologi vakum pada usia yang sangat muda. Dia menamatkan pengajian dalam Matematik dan Fizik dan kemudian menjalankan penyelidikan pascasiswazah pada tahun 1904, selepas itu menyertai kilang lampu pijar Siemens & Halske (Gluhampenwerk). Dia terutama bimbang tentang sumber cahaya tetapi juga pengeluaran lampu tantalum, yang memerlukan vakum yang lebih tinggi daripada lampu filamen karbon.

Satu masalah tertentu adalah dalam penggunaan pengukur vakum McLeod kaca untuk pengukuran vakum. Mereka menghadapi masalah kerana beroperasi secara manual dan sangat sensitif terhadap kerosakan; menumpahkan merkuri beracun ketika berbuat demikian. Pirani mempertimbangkan masalah ini dan sebagai hasilnya pada tahun 1906, beliau menerbitkan kertas kerjanya yang bertajuk ‘Pengukur Vakum yang Menunjukkan Secara Langsung’ yang dikenali sebagai ‘pengukur Pirani’: pengukur pertama yang membaca secara automatik.

Pengukur vakum Pirani direka untuk mengukur tekanan rendah dengan memanfaatkan variasi kehilangan haba dari wayar dengan tekanan sekeliling. Filamen logam yang dipanaskan (biasanya platinum dalam alat pengukur moden) kehilangan haba kepada gas akibat perlanggaran molekul gas dengan wayar. Kehilangan haba bergantung kepada bilangan perlanggaran yang dibuat dengan wayar dan oleh itu tekanan/kepadatan gas. Apabila tahap vakum meningkat, bilangan molekul yang ada akan berkurang secara proporsional. Ini mempunyai kesan penyejukan yang berkurang untuk wayar tersebut.

Rintangan elektrik sebatang wayar berbeza mengikut suhunya. Pengukur vakum Pirani beroperasi dalam salah satu daripada tiga mod: voltan tetap, arus tetap atau rintangan tetap (iaitu suhu). Litar jambatan Wheatstone biasanya digunakan di mana filamen pengukur vakum Pirani adalah salah satu lengan dari jambatan empat lengan. Bacaan pengukur perlu diperbetulkan atau dikalibrasi untuk gas yang berbeza (yang mempunyai konduktiviti terma yang berbeza). Berbanding dengan pengukur McLeod, pengukur Pirani mempunyai kelebihan kerana ia automatik. Alat pengukur moden boleh mengukur dari 100/10 hingga 10-4 mbar dengan sambungan kepada tekanan yang lebih tinggi dengan memanfaatkan kebergantungan tekanan terhadap kehilangan konveksi.

Pirani terus bekerja pada pengukuran optik suhu tinggi dan kemudian menyertai Osram pada tahun 1919 sebagai ketua biro saintifik-teknikal. Di sana, beliau melakukan penyelidikan secara meluas mengenai topik yang merangkumi penyerapan gas oleh tantalum hingga peralihan dari lampu pijar kepada lampu pelepasan gas. Semasa beliau berada dalam industri, beliau memegang beberapa jawatan di Universiti Teknikal dan Technishe Hochschule, kedua-duanya di Berlin.

Sejak 1936, Pirani bekerja di UK dalam aktiviti yang pelbagai seperti bahan tahan suhu tinggi hingga penggunaan debu arang batu halus. Dia kembali ke Jerman pada tahun 1953 untuk memberi nasihat kepada Osram sebelum meninggal dunia pada usia 88 tahun di bandar kelahirannya.