Câu chuyện đằng sau Máy đo chân không Pirani

Sinh ra ở Berlin vào năm 1880, Marcello Pirani được định mệnh là đóng góp lớn vào công nghệ chân không từ rất sớm. Ông hoàn thành chương trình Toán học và Vật lý, sau đó tiến hành nghiên cứu sau đại học vào năm 1904, sau đó gia nhập nhà máy đèn đốt của Siemens & Halske (Gluhampenwerk). Ông chủ yếu quan tâm đến các nguồn ánh sáng nhưng cũng quan tâm đến việc sản xuất đèn tantan, trong đó yêu cầu chân không cao hơn so với đèn sợi carbon.

Một vấn đề đặc biệt là việc sử dụng máy đo chân không thủy tinh McLeod để đo chân không. Họ gặp vấn đề trong việc vận hành thủ công và đặc biệt nhạy cảm với vỡ; tràn thủy ngân độc hại khi làm như vậy. Pirani xem xét vấn đề này và kết quả là vào năm 1906, ông xuất bản bài báo của mình có tên là "Directly Indicating Vacuum Gauge" (Máy đo chân không chỉ thị trực tiếp), được gọi là "Pirani gauge" (máy đo Pirani): máy đo tự động đầu tiên.

Máy đo chân không Pirani được thiết kế để đo áp suất thấp bằng cách sử dụng sự biến đổi của tổn thất nhiệt từ dây với áp suất xung quanh. Một sợi kim loại nóng (thường là bạch kim trong đồng hồ đo hiện đại) mất nhiệt cho khí do các phân tử khí va chạm với dây. Mất nhiệt phụ thuộc vào số lượng va chạm với dây và do đó áp suất/mật độ của khí. Khi mức chân không tăng lên, số lượng phân tử hiện diện sẽ giảm theo tỷ lệ. Điều này làm giảm hiệu quả làm mát cho dây.

Điện trở của dây điện thay đổi theo nhiệt độ. Máy đo chân không Pirani hoạt động theo một trong ba chế độ: điện áp không đổi, dòng điện không đổi hoặc điện trở không đổi (tức là nhiệt độ). Mạch cầu Wheatstone thường được sử dụng trong đó sợi của máy đo chân không Pirani là một cánh của cầu bốn cánh. Các chỉ số của máy đo phải được điều chỉnh hoặc hiệu chuẩn cho các loại khí khác nhau (có độ dẫn nhiệt khác nhau). So với máy đo McLeod, máy đo Pirani có ưu điểm là tự động. Đồng hồ đo hiện đại có thể đo từ 100/10 đến 10-4 mbar với sự mở rộng đến áp suất cao hơn bằng cách khai thác sự phụ thuộc vào áp suất của tổn thất đối lưu.

Pirani tiếp tục làm việc trên các phép đo quang học ở nhiệt độ cao và sau đó gia nhập Osram vào năm 1919 với vai trò là Trưởng phòng khoa học-kỹ thuật. Tại đó, ông nghiên cứu rộng rãi các chủ đề từ sự hấp thụ khí bằng tantan đến quá trình chuyển đổi từ đèn đốt sang đèn xả khí. Trong thời gian làm việc trong ngành, ông giữ nhiều vị trí tại Đại học Kỹ thuật và Đại học Kỹ thuật, cả hai đều ở Berlin.

Từ năm 1936, Pirani đã tỉnh táo ở Anh với các hoạt động đa dạng như vật liệu chịu nhiệt độ cao đến việc sử dụng bụi than mịn. Năm 1953, ông quay lại Đức để tư vấn cho Osram trước khi qua đời ở tuổi 88 tại thành phố nơi ông sinh ra.