Barometrie-Technik

• Physikalische Grundlagen
• Ein wenig Physik zu den Aneroiddosen
• Das Barometer als Höhenmesser
• Das Paulin System
• Der Wetterkompass nach Klinkerfues
• Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 1.1 - Die Thermobarometer
• Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 1.2 - Das "baromètre absolu"
• Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 2.1 - Das Sympiesometer
• Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 2.2 - Das Davis-Barometer
• Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 3 - Das Adie Hermetic-Barometer
• Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 4 - Das Hybridbarometer von Schmiegel

Die Luft- oder Gasbarometer, Teil 1

1.2. DAS BAROMÈTRE ABSOLU
Gerhard Stöhr 2006.01/ 2009.12.

Seit vielen Jahren befinden sich in unserem Museum zwei Exemplare dieses seltenen Barometertyps. Eines entspricht dem Typ-1 und eines dem Typ-2. Das Modell Typ-3 ist mir bisher nur einmal im CNAM in Paris begegnet, es scheint extrem selten zu sein. Seit 2006 beschäftige ich mich denn auch mit einigen Unterbrechungen mit den Thermo- und Gasbarometern und hatte das "baromètre absolu" bisher immer ausgeklammert, da mir die Funktion sehr komplex erschien. Neuen Schwung in die Sache brachte die Tatsache, dass dieser Tage 2 weitere Exemplare vom Typ-2 auf dem Markt erschienen und ich diesbezügliche Anfragen erhielt. Das war der längst fällige Auslöser. Unterstützt wurde ich bei meiner Arbeit durch zwei Berichte aus der Wissenschaftszeitschrift "Nature" der Jahre 1879 und 1886, die ich Ihnen beide aus dem Französischen übersetzt habe. Der Autor, Mr. Gaston Tissandier, ist der Erfindung der beiden französischen Artellerieoffiziere M.L.P. Hans und H.A.H. Hermary darin äußerst zugetan.

Darüber hinaus hat auch W.E.K. Middleton in Ref. 72, p.381ff aus dem Jahre 1964, dem Baromètre absolu einigen Raum gewidmet, wobei er in seiner Einleitung gleich wie folgt Stellung bezieht: "Es ist zuerst einmal festzustellen, dass die Jury bei diesen beiden Ausstellungen (Silbermedaille 1878 und Goldmedaille 1879, beides Mal in Paris) wohl völlig fehlgeleitet war, da es zweifelhaft ist, dass Hans und Hermary's Barometer jemals mehr als ein techn. Spielzeug bzw. zu mehr als der Dekoration einer Eingangshalle zu gebrauchen war."

Dies sind deutliche Worte. Sie waren dann auch, wie bereits erwähnt, der Grund für mich diese Thematik erst einmal eine ganze Weile vor mir herzuschieben. Dabei wollte ich mich mit diesen so konträr beurteilten Barometern ganz in Ruhe und besonders intensiv befassen. Beide Modelle, das frühe Exemplar aus dem Jahre 1873 und das Nachfolgemodell aus dem Jahre 1889 befinden sich in meinem persönlichen Zugriff, sodass ich, vielleicht im Gegensatz zu Herrn Middleton, meine Schlüsse unmittelbar am Objekt überprüfen konnte.

Vom Prinzip her gehört das "Baromètre absolu" der Gattung der Gasbarometer an. Ein geschlossenes Wg-Thermometer im Verbund mit einem offenem Luftthermometer. Bei konstanten Druckverhältnissen ändert sich das Luftthermometer gegenüber dem geschlossenen Thermometer mit der Temperatur in gleichen Schritten . Ändert sich aber auch noch zusätzlich der Luftdruck, so werden die Intervalle ungleich und die Luftdruckkomponente wird erkennbar. Deshalb brauchen diese Barometer üblicherweise eine nachfolgende Temperaturkorrektur.

Das Besondere am "Barométre absolu" ist nun aber seine >automatische Temperaturkompensation<, für die sich die beiden Erfinder eine ganz besondere intelligente geometrische Lösung haben einfallen lassen, - so ist es jedenfalls zu lesen

Schauen wir mal, wie das funktionieren soll...

Da wäre also das Gasbarometer, dessen beide parallelen Kapillaren im Gegensatz zu den uns bisher bekannten Modellen nicht senkrecht stehen, sondern beim Absolu-Typ 1 waagrecht angeordnet sind, um dann einige Jahre später, beim Typ 2 und 3, unter einem Winkel von ca. 5 Grad leicht angewinkelt zu werden. Dies hatte sicher praktische Gründe, damit die Flüssigkeitssäulen nicht so leicht abreißen und das Gas nicht so leicht diffundieren kann.

Dabei ist das obere >geschlossene Thermometer< von -0,5 bis 45 oC (272,5 bis 318 oK) skaliert. Das zweite >offene Thermometer< ist als Thermometer nicht zu erkennen. Es besteht nur aus einer längeren, nicht skalierten Glasröhre mit einseitig offenem, s-förmig gebogenen Ende. Als Anzeigeflüssigkeit wurde kolorierte Schwefelsäure benutzt, da diese stark hygroskopisch ist und somit eventuelle Luftfeuchtigkeit an sich binden kann. Nach außen hin soll ein Tropfen Öl vom Luftsauerstoff isolieren.

Weiter ist die Rede davon, dass beide Thermometer zueinander "proportional" kalibriert wurden, das bedeutet, bei konstantem Druck verhältnisgleiche Temperaturschritte. Ohne Zweifel wäre dies "Gasbarometer" so schon funktionsfähig, wenn anschließend eine korrekte Temperaturkompensation folgen würde.

Die automatische Temperaturkompensation

Kommen wir jetzt zu der Besonderheit, die den beiden Konstrukteuren ihre Auszeichnungen eingebracht haben. Es ist da die Rede von "mathematischen Theoremen" die angewandt wurden. Da bisher physikalisch-mathematisch aber alles nachvollziehbar war, müssen sich diese wohl in der Geometrie der Anzeige verbergen.

Wie könnte man die Funktionsfähigkeit dieses Barometers überprüfen? Gäbe es ein originales, funktionsfähiges Exemplar, so wäre dies sehr einfach. Man müsste einfach mit einem Fön die Thermometer erwärmen, dabei dürfte sich die Baro-Anzeige nicht verändern, denn vom Prinzip her sind wir uns sicher einig, wenn wir voraussetzen, dass die Anzeige eines Barometers in den Haupttemperatur- und Druckbereichen, von +10 oC bis +30 oC und 735 bis 785mmQs, von jeglichem Temperatureinfluss frei sein sollte.

Da wir diese Möglichkeit mangels funktionsfähiger Instrumente aber nicht haben, werde ich an Hand einiger Beispiele die Wirksamkeit der Temperaturkompensation theoretisch durchspielen (siehe meine Skizzen!) und dabei schauen, ob das Barometer auch halten kann, was praktisch von ihm gefordert wird. Dazu habe ich die Thermometer in meinen Skizzen um 90 Grad gedreht dargestellt, so wird die Abstammung gleich deutlicher sichtbar.

Ein übliches "Gasbarometer" aus zwei Thermometern, würde sich bei Eichdruck gleich gehend wie in (Skizze a) verhalten. Bei Temperaturerhöhung von 10...30 Grad verändern sich beide Thermometer um gleich große Schritte.

Verändert sich nun der Luftdruck z.B. auf einen höheren Wert, dann ändert sich auch das Verhalten des offenen Thermometers_2 dergestalt, dass die Temp.Schritte nicht mehr gleich sind, sondern sich in einem festen Verhältnis (proportional) zu Thermometer_1 verändern (kleiner werden!). Im Klartext ausgedrückt, - beide Skalen sind jetzt bei gleichen Temperaturbereichen ungleich lang (Skizze b)! Verbindet man gleiche Grade auf den beiden Skalen miteinander, so treffen sich die Verlängerungen alle in einem Punkt P. An dieser Stelle des Zifferblatts und nur hier im Punkt P, ist für diesen definierten Druck (z.B. Eichdruck) jeglicher Temperatureinfluss eliminiert, die Temperaturkompensation ist hier perfekt.

Variiert nun der Luftdruck, so wandert der Punkt P auf einer Geraden steigend und fallend, auf und ab (Skizze c)! Das Barometre absolu geht dabei "kontra".

Gleichzeitig bewegt sich aber auch der Punkt P aus seiner Position vom Thermometer weg. Will man jetzt auch noch erreichen, dass die Temperaturkompensation über den gesamten Druckbereich erhalten bleibt, so muß eine weitere Bedingung erfüllt werden. Ein Gerade g durch die 0 Grad-Kelvin-Werte der beiden Thermometer, muss in der Verlängerung durch die jeweiligen Punkte P gehen. Dann würde es funktionieren.

Damit wäre erwiesen, dass das "Baromètre absolue", von seinem Ansatz her, durchaus ernst zu nehmen ist. Wie es sich allerdings in der Praxis bewährt hat ist leider unbekannt. Herr Schmiegel wird uns demnächst eines funktionsfähig machen, dann werden wir ja sehen.

Wie es zu bedienen ist, entnehmen Sie bitte der Bedienungsanleitung, die jeweils rückseitig auf dem Blechgehäuse aufgeklebt ist. Eine Kopie davon finden Sie unter der Archivnummer (Me1161) im Quellenverzeichnis. Danken möchte ich an dieser Stelle ausdrücklich Herrn StR Stümke, der diese Arbeit fachlich, mathematisch begleitet hat.