Pirani-Messgeräte: Verständnis der Gaswärmeleitfähigkeit und Anwendungen

Das Pirani-Messgerät misst die Wärmeleitfähigkeit von Gasen bei verschiedenen Drücken in einem Vakuum. Einfach ausgedrückt sagt es, wie schnell ein bestimmtes Gas bei unterschiedlichen Druckstufen Wärme aufnimmt. Diese Messungen müssen innerhalb eines Vakuums durchgeführt werden, um Genauigkeit zu gewährleisten und die Möglichkeit einer Kontamination der zu messenden Probe auszuschließen.

Geschichte

• Marcello Stefano Pirani, ein renommierter deutscher Physiker, wurde 1880 in Berlin geboren. Er wurde ausgebildet und erlangte seinen Ph.D. in den Bereichen Mathematik und Physik. 1904 trat er einer Tochtergesellschaft von Siemens und Halske bei, wo er sich auf die Verfeinerung der Glühlampentechnologie konzentrierte. 1906 entwickelte Pirani das Pirani-Messgerät, um die Eigenschaften des Wärmetransports in verschiedenen Gasen zu messen, um seine Arbeit an Gasentladungslampen zu verfeinern und weiterzubringen. Noch heute verwendet, war das Pirani-Messgerät entscheidend für die Entwicklung der modernen hocheffizienten Gasentladungslampen, die heute verwendet werden.

Funktion

• Ein Metallfaden wird in einer gasgefüllten Vakuumröhre aufgehängt. Ein elektrischer Strom wird durch den Faden geleitet, um ihn durch direkten Widerstand auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen. Dies ist derselbe Prozess, der in modernen Elektroheizungen mit Metallheizspiralen verwendet wird. Der Faden verliert Wärme, wenn Gasmoleküle mit ihm in Kontakt kommen. Die abgeleitete Messung ist eine Funktion der Wärmetransporteigenschaften des verwendeten Gases und des Druckniveaus im Vakuumsystem. Als Ergebnis können beide Faktoren mit dem Pirani-Messgerät gemessen werden.

Design

• Der Faden des Pirani-Messgeräts besteht normalerweise aus Platin, aber andere Metalle können verwendet werden. Das Vakuumsystem besteht normalerweise aus Glas, und das System ist mit einem Gummi-O-Ring um einen Metallanschluss oder eine Glasfuge abgedichtet. Der Faden ist mit einem elektrischen Stromkreis verbunden, der kalibriert werden muss, um die genauen Messungen des Wärmetransports vorzunehmen, der innerhalb des Vakuums stattfinden wird.

Alternativen

• Das Pirani-Messgerät ist eines der beliebtesten Werkzeuge seiner Art. Es ist jedoch nicht das einzige Messgerät, das verwendet werden kann, um Druckniveaus innerhalb eines Vakuums und den Wärmetransport von Gasen zu messen. Ein weiteres, ähnliches Messgerät ist das Thermoelement. Das Thermoelement funktioniert im Wesentlichen genauso wie das Pirani, kann jedoch nur genaue Messungen in einem viel niedrigeren Druckbereich als das Pirani-Messgerät liefern. Wenn es jedoch mit einem digitalen Messgerätekontroller ergänzt wird, kann ein industriestandard-Thermoelement innerhalb desselben Druckbereichs wie das Pirani-Messgerät messen und zu einem viel niedrigeren Preis.

Kosten

• Ein Pirani-Messgerät ist nichts, was Sie im örtlichen Baumarkt bekommen können. Tatsächlich haben die meisten Händler dieser Messgeräte ihren Hauptsitz in Europa. Die Kosten für ein Pirani-Messgerät vor Versand- oder Steuern können von 600 bis 1.000 $ liegen (Stand November 2009). Wenn Sie jedoch über einige technische und ingenieurwissenschaftliche Kenntnisse verfügen, ist es möglich, Ihr eigenes Pirani-Messgerät mit einem Do-it-yourself-Kit zu konstruieren, das über eine Reihe seriöser Online-Händler gekauft wird. Leider können Sie nach Hinzufügen der Kosten für eine professionelle Kalibrierung zu den Kosten des Kits feststellen, dass Sie nicht genug Geld sparen, um den Aufwand zu rechtfertigen.