De barometer of luchtdrukmeter
 
Galileo Galilei
Ten tijde van Galileo, rond 1635, ontwierpen ingenieurs fonteinen (en dus ook pompen) voor de stad Florence. Ze kwamen tot de vaststelling dat de enorme pompen er niet in slaagden water hoger op te pompen dan zo'n 12 meter.

Evangelista Torricelli

De opvolger van Galileo was Torricelli. Hij las de nota's van zijn voorganger, en wilde bewijzen dat het de luchtdruk was die het water omhoog bracht. Om niet met buizen van 12m hoog te werken, kreeg hij het idee om met kwik te werken, bijna 14 maal zwaarder dan water.
De barometer werd in 1643 uitgevonden door Torricelli.

Hij vulde een dunne buis van zo'n meter lengte in zijn geheel met kwik en zette de buis op zijn kop in een bakje met kwik. Het kwik zakte voor een deel uit de buis, maar een kolom van zo'n 76 cm bleef in de buis staan. De hoogte van deze kwik kolom varieerde een beetje met de weersomstandigheden. Als de kolom wat zakte kwam er meestal regen en storm. Bij stralend rustig weer stond de kolom hoog. Torricelli trok hieruit de gevolgtrekking dat de druk die het gewicht van het kwik in de kolom op het kwik in het bakje uitoefende gelijk moest zijn aan de druk die de lucht kolom van de atmosfeer er op uitoefende. Ook andere vloeistoffen zouden gebruikt kunnen worden, maar omdat de meeste vloeistoffen een veel kleinere dichtheid hebben, wordt de kolom veel langer.
 
Torricelli die de barometer uitvindt, een gravure uit
een boek van Flammarion (1923)
 
Torricelli barometer experiment
 
Bij het gebruik van water bijvoorbeeld is het nodig een buis van meer dan 10 meter lengte te nemen (Het water zou echter bij deze onderdruk bovenin de kolom ook gaan verdampen, waardoor de dampspanning de meting zou verstoren).

Torricelli realiseerde zich al snel dat in de ruimte boven de kwikkolom geen lucht kon zitten. Hij kon bijvoorbeeld van onderen een paar luchtbelletjes in de buis inbrengen en dan kwam de kolom ineens een stuk naar beneden. Het was duidelijk dat de ruimte boven de kolom een luchtledig was, een vacuüm en dat zonder zo'n vacuüm de barometer niet werkte.

Voor Torricelli's tijd was het echter niet zonder risico dit soort ketterse dingen te zeggen. Aristoteles had namelijk verklaard dat dat iets onmogelijks was. Verder kwam Torricelli tot de vaststelling dat het kwikniveau licht varieert, nu weten we
dat dit te wijten is aan een lagedruk (weer) en de temperatuur. 

De Franse fysicus René Descartes (1596-1650) verbeterde het systeem van Torricelli (toevoegen van een gradatie). Hij was ook de eerste die het idee opperde dat de atmosferische druk moet dalen met de hoogte. 
 
Kwikbarometer.
De buis van Torricelli is een rechte glazen buis die toelaat de hoogte van een kolom
kwik te meten. De hoge dichtheid van kwik zorgt ervoor dat de buis minder dan een meter hoog hoeft te zijn. Deze barometer heeft een aantal nadelen:

- de glazen buis is duur en breekbaar;
- kwik is een duur en giftig metaal;
- door de hoge oppervlaktespanning van het kwik is het oppervlak convex;
  in smalle buisjes is het kwikniveau ietwat boven zijn theoretische waarde,
  een correctie moet dus aangebracht worden (in functie van de diameter van de buis);
- kwik heeft een relatief grote uitzettingsfactor (vandaar zijn gebruik als thermometer)

Men schrijft Christiaan Huygens een belangrijke verbetering aan de buis van Torricelli
toe. In 1672 construeerde Huygens een U-vormige buis, met een been afgesloten en het andere been open en blootgesteld aan de luchtdruk. De buis bevat kwik, zoals voorheen, maar in het open been ligt boven op het kwik een gekleurde indicatievloeistof.
De vloeistoffen mengen niet en de indicatievloeistof heeft een lagere dichtheid dan kwik, zodat deze vloeistof op het kwik blijft drijven. In het afgesloten gedeelte van het systeem heeft de buis bovenin een grotere diameter. Ter hoogte van de kwikspiegel aan de open kant van de buis zit eveneens een breder gedeelte. Daarboven wordt de buis weer smaller. De indicatievloeistof reikt tot in dit smallere gedeelte. De hoogte van de kwikkolom is de verticale afstand tussen beide kwikniveaus. Een kleine niveauverandering van het kwik zal een grotere niveauverandering in de smalle buis met
 
Principe van de Huygens barometer 
 
Contra barometer  
 
Eco-Celli  
 
indicatievloeistof veroorzaken vanwege het verschil in diameter. Huygens slaagde er zo in de aflezing tien keer zo nauwkeurig te maken.
Een bijkomend voordeel is dat het kwik afgesloten is van de lucht en niet meer kan verdampen. Overigens zal de vloeistofspiegel van de indicatievloeistof dalen als de luchtdruk stijgt. De barometer van Huygens wordt daarom ook wel contrabarometer genoemd.  

De Eco-celli barometer.

De Eco-celli barometer is een barometer die de precisie van een kwikbarometer evenaart. Hij functioneert echter op een totaal ander principe.
In plaats van kwik, zoals bij de traditionele vloeistofsystemen, berust de werking van deze barometer op de samendrukbaarheid van gas.
Aan de linker bovenzijde van de barometer bevindt zich het gas boven de rode vloeistof in het reservoir. Dit gas zorgt voor een constante tegendruk ten opzichte van de atmosferische luchtdruk. Door temperatuursverschillen ontstaat echter een afwijking doordat het gas uitzet of krimpt.
Bij de Eco-celli wordt dit probleem opgelost door parallel aan de barometer een precisiethermometer te plaatsen die exact dezelfde uitzetting/krimp vertoont bij wijziging van de temperatuur. Door een beweegbare schaal te gebruiken, die men verschuift tot op de actuele thermometer stand corrigeert men de foutieve waarde zodat men de juiste luchtdruk kan aflezen op de barometerschaal.

Innovacelli barometer

Omwille van het uit 2009 daterende Europese verbod op kwikbarometers werd in navolging van de Eco-celli een nieuw type barometer ontwikkeld dat de tekortkoming (temperatuurgevoeligheid) van de Eco-celli niet langer had. In 2010 kwam de gepatenteerde Innovacellibarometer op de markt welke bestaat uit 8 aneroïde dozen, inerte vloeistof en een membraan. Deze nauwkeurige membraanbarometer vervangt momenteel de kwikbarometer.
 
  Donderglas
De Nederlander Cornelis Drebbel heeft de oudst bekende barometer, de motus perpetuus, voorloper van het donderglas omstreeks 1610 uitgevonden, al wordt de vinding in 1619 in een document toegeschreven aan ene Gijsbrecht de Donckere. In het tweede kwart van de 17de eeuw werd Drebbels principe vereenvoudigd en verscheen het donderglas ten tonele. In het reservoir bevindt zich een constante hoeveelheid lucht. Wanneer de druk van de buitenlucht stijgt, drukt deze het water in de tuit omlaag. De lucht in het reservoir wordt dan iets samengedrukt,
totdat de druk in het reservoir gelijk wordt aan die erbuiten. Als de druk van de buitenlucht daalt, zet de lucht in het reservoir uit en drukt het water in de tuit omhoog.

Donderglazen werden zowel op schepen gebruikt als aan de wal. De uitdrukking ‘gedonder in de glazen’ komt van
dit donderglas vandaan. Johann Wolfgang von Goethe bestudeerde rond 1792-93 het donderglas en populariseerde het in Duitsland, waar het een Goetheglas wordt genoemd, hetgeen als apocrief dient te worden beschouwd.
Een andere discutabele benaming is waterbarometer.

Donderglazen zijn geen nauwkeurige meetinstrumenten; ze reageren niet alleen op luchtdruk maar ook op temperatuur. Mits opgehangen in een ruimte waar de temperatuur redelijk constant is, vormt het donderglas echter een snel reagerende indicator voor atmosferische drukverschillen. Donderglazen werden tot in de 20ste eeuw als geliefd ‘waterweerglas’ vervaardig
 
De Anaroide barometer.
Naast de Toricelli barometers en de Contra barometers, die voorzien zijn van een kwiktube, zijn er ook nog Anaroide barometers ook wel doosbarometer genoemd.

De doosbarometer bestaat uit een aantal luchtledige dozen die afhankelijk van de luchtdruk meer of minder worden ingedrukt. Via een veer en een wijzer kunnen deze variaties worden weergegeven (barometer) of via een pensysteem worden geregistreerd op papier (barograaf).

De vididozen (5 stuks) van deze aneroïde precisie-barometer worden vervaardigd uit een koper-beryllium legering, die bekend staat om zijn uitstekende elastische eigenschappen.
 
 
De vididozen zijn vrij van verouderingsverschijnselen en zijn bovendien corrosiebestendig. De temperatuursinvloed op de dozen en het overbrengingsmechanisme wordt over het hele temperatuurbereik van -40 tot +50°C gecompenseerd  door een bimetaal element in het overbrengingsmechanisme. Door de optimale constructie van het overbrengingsmechanisme en de lagers is de wrijving tot een minimum gereduceerd. Het meetsysteem is ingebouwd in een behuizing van geanodiseerd en gelakt lichtmetaal. Het glas is gevat in een verchroomde ring.
 
  Barograaf
Deze barograaf bestaat uit enige boven elkaar geplaatste bijna luchtledige dozen. Bij vermeerdering van de luchtdruk gaat de bovenkant ervan omlaag en deze beweging wordt door de hefboom overgebracht waardoor de wijzer omhoog
gaat. Wordt de luchtdruk kleiner, dan gaat de bovenkant van de dozen door de veerkracht naar boven en daardoor gaat de wijzer naar beneden.
Het uiteinde van de wijzer is voorzien van een pen met inkt. Deze pen rust tegen de papieren rol. Deze cilinder wordt weer door een mechanisme gedurende een week regelmatig rond- gedraaid. De pen beschrijft zo in het algemeen een kromme lijn. Op het einde van de week haalt men het papier van de rol af en kan men lezen hoe de luchtdrukverhouding de afgelopen week is geweest.

Op de papieren rol is een weekprogramma af te lezen. Op de horizontale lijnen bevinden zich de getallen van de luchtdruk van beneden naar boven de cijfers
960 mb tot 1060 mb. En op de verticale lijnen weer de dag en uur indeling.  
 
Electronische barometers
Al meerdere jaren worden elektronische sensoren gebruikt om luchtdruk te meten. Deze sensoren hebben een aantal voordelen zoals:

- klein van formaat
- nauwkeurig
- koppeling met de computer
- zijn op afstand uitleesbaar
- hebben een groot meetbereik
- temperatuur gecompenseerd
 
Opbouw electronische barometer sensor 
 
barometersensor links boven
 
De opbouw van een elektronische sensor bestaat uit een luchtledig doosje, een weerstand netwerk en een versterker. Bij een verandering van de
druk wordt de dunne film in of uitdrukt en zal de weerstand van het netwerk veranderen en op de uitgang van de versterker zal de meetspanning ook veranderen.   

Gebruik van de barometer

Luchtdrukveranderingen hangen samen met het passeren van weersystemen, die men depressies en gebieden van hoge luchtdruk noemt.
De ontdekking van de barometer was het begin van de wetenschappelijke studie van het weer, de meteorologie. De ontwikkeling van andere barometers dan de kwikkolom is dan ook vooral te verklaren uit de wens om ze op zee te kunnen gebruiken om zo enige waarschuwing te krijgen voor dat er een storm aankwam. Verder is de mogelijkheid om gasdrukken te meten een erg belangrijke stap geweest in de ontwikkeling van de gaswet en de latere ontwikkeling van de thermodynamica 

Bronnen: Wikimedia, Wikipedia, Meteospecialist, Dingens barometers, Orionweb, Moterola