Het verhaal achter de Pirani-vacuümmeter

Marcello Pirani werd in 1880 geboren in Berlijn en was van Italiaanse afkomst. Hij moest al op jonge leeftijd een belangrijke bijdrage leveren aan vacuümtechnologie. Hij studeerde wiskunde en natuurkunde af en voerde in 1904 postdoctoraal onderzoek uit, waarna hij bij de gloeilampfabriek van Siemens & Halske (Gluhampenwerk) kwam werken. Hij was vooral bezig met lichtbronnen, maar ook met de productie van tantaallampen, waarvoor een hoger vacuüm nodig was dan voor koolstofgloeilampen.

Een bijzonder probleem was het gebruik van glazen McLeod-vacuümmeters voor vacuümmeting. Ze werden niet alleen met de hand bediend, maar waren ook bijzonder gevoelig voor breuk, waardoor er giftig kwik vrijkwam. Pirani nam dit probleem in overweging en publiceerde in 1906 zijn artikel met de titel 'Directly Indicating Vacuum Gauge', die bekend werd als de 'Pirani-meter': de eerste automatisch aflezende meter.

De Pirani-vacuümmeter is ontworpen om lage druk te meten door gebruik te maken van de variatie in warmteverlies van een draad met de druk van de omgeving. Een verwarmde metalen filament (doorgaans platina in moderne meters) verliest warmte aan het gas door botsingen van gasmoleculen met de draad. Het warmteverlies is afhankelijk van het aantal botsingen met de draad en dus van de druk/dichtheid van het gas. Naarmate het vacuümniveau toeneemt, neemt het aantal aanwezige moleculen evenredig af. Dit heeft een verminderd koeleffect voor de draad.

De elektrische weerstand van een draad varieert met de temperatuur. De Pirani-vacuümmeter werkt in een van drie modi: constante spanning, constante stroom of constante weerstand (d.w.z. temperatuur). Het Wheatstone-brugcircuit wordt gewoonlijk gebruikt wanneer de Pirani-vacuümmeterfilament één arm van een vierarmige brug is. De meetwaarden van de meter moeten worden gecorrigeerd of gekalibreerd voor verschillende gassen (met verschillende thermische geleidbaarheid). Vergeleken met de McLeod-meter heeft de Pirani-meter het voordeel dat hij automatisch werkt. Moderne dagmeters kunnen meten van 100/10 tot 10-4 mbar met een uitbreiding naar een hogere druk door gebruik te maken van de drukafhankelijkheid van convectieverliezen.

Pirani werkte verder aan optische metingen van hoge temperaturen en trad vervolgens in 1919 in dienst bij Osram als hoofd van het wetenschappelijk-technische bureau. Daar heeft hij uitgebreid onderzoek gedaan naar onderwerpen variërend van de sorptie van gassen door tantaal tot de overgang van gloeilampen naar gasontladingslampen. Tijdens zijn tijd in de industrie bekleedde hij verschillende functies aan de Technische Universiteit en de Technische Hogeschool, beide in Berlijn.

Vanaf 1936 begon Pirani in het Verenigd Koninkrijk met activiteiten die varieerden van materialen die bestand waren tegen hoge temperaturen tot het gebruik van fijn steenkoolstof. Hij keerde in 1953 terug naar Duitsland om advies te geven aan Osram voordat hij op 88-jarige leeftijd in zijn geboortestad overleed.