Le manomètre Pirani : principes, applications et avantages

Le manomètre Pirani est un jauge de conductivité thermique fiable utilisé pour surveiller les pressions dans les systèmes sous vide. Inventé par Marcello Pirani en 1906, il utilise un thermomètre à résistance comme élément chauffant, éliminant ainsi le besoin d'un thermocouple pour détecter la température (comme dans le jauge à thermocouple).

Qu'est-ce qu'un manomètre Pirani ?

Le manomètre Pirani est un jauge de conductivité thermique fiable utilisé dans les systèmes sous vide pour mesurer les basses pressions. Il fonctionne en suspendant un fil métallique chaud dans un tube et en l'exposant à un milieu gazeux sous pression. On utilise des fils minces de tungstène, de nickel ou de platine pour réaliser ces fils chauffants.

Il fonctionne en surveillant le changement de conductivité thermique et en utilisant cette information pour calculer la pression du système. Ce jauge est approprié pour mesurer des pressions comprises entre 0,1 et 100 pascals à très basses pressions. Le manomètre Pirani est utilisé pour mesurer la pression à basse pression et au vide élevé. Il utilise un graphique basé sur les données obtenues.

Construction et fonctionnement d'un manomètre Pirani

Un filament métallique (généralement en platine) est placé dans un tube raccordé au système dont le vide doit être mesuré. La connexion est généralement réalisée par un joint en verre dépoli ou un connecteur métallique à bride, étanchéifié par un joint torique. Le filament est relié à un circuit électrique permettant une lecture de pression après étalonnage.

Lorsqu'un courant électrique traverse un fil conducteur (filament de platine), il chauffe. Les molécules de gaz entrant en collision avec le fil lui enlèvent de la chaleur. Ce fil suspendu dans le gaz perd donc de la chaleur vers le gaz. À mesure que la pression du gaz diminue (grâce aux pompes à vide), le nombre de molécules présentes diminue proportionnellement, la conductivité du milieu environnant diminue, et le fil perd de la chaleur plus lentement. Mesurer cette perte de chaleur est un moyen indirect de déterminer la pression.

Puisque la résistance électrique d'un fil varie avec sa température, la mesure de résistance indique également la température du fil. Un pont de Wheatstone est utilisé pour déterminer la variation de résistance du filament. Une fois étalonné, le changement de résistance du filament du manomètre Pirani devient une mesure de la pression appliquée.

Dans divers systèmes, le fil est maintenu à une résistance constante R en gérant le courant I qui le traverse. Un circuit pont permet de régler cette résistance. La puissance I²R est appliquée au fil, et la même puissance est transférée au gaz. Par conséquent, le courant nécessaire pour atteindre cet équilibre est une mesure du vide.

Le jauge peut gérer des pressions allant de 0,5 Torr à 10⁻³ Torr. Comme la conductivité thermique et la capacité thermique du gaz peuvent altérer la lecture, l'appareil peut nécessiter un étalonnage avant d'obtenir des lectures correctes. D'autres instruments, comme le jauge Penning, sont utilisés pour mesurer des pressions plus basses.

Avantages et inconvénients d'un manomètre Pirani

Avantages :

• Ils sont robustes et abordables.
• À basse pression, ils produisent des résultats fiables.
• La pression peut être lue à distance.
• Il est préférable au jauge à thermocouple, un autre type de jauge de conductivité thermique.
• Il est 10 fois plus rapide et peut surveiller une plage de pressions plus large.

Inconvénients :

• Le manomètre Pirani doit être vérifié régulièrement.
• Différents gaz doivent être utilisés pour étalonner le manomètre Pirani.
• Son fonctionnement nécessite l'utilisation d'électricité.

Conclusion

Le manomètre Pirani est un jauge de conductivité thermique fiable utilisé dans les systèmes sous vide pour mesurer les basses pressions. Il fonctionne en suspendant un fil métallique chaud dans un tube et en l'exposant à un milieu gazeux sous pression. Des fils minces de tungstène, de nickel ou de platine sont utilisés pour réaliser ces fils chauffants. Cet article a couvert la définition, les applications, les composants, le schéma, le fonctionnement, les avantages et les inconvénients du manomètre Pirani.