Agustina Rachmawardani, M.Si PERALATAN METEOROLOGI (ALAT UKUR KELEMBABAN UDARA) Agustina Rachmawardani, M.Si

DEFINISI TEKANAN UDARA Tekanan udara di permukaan bumi adalah gaya per satuan luas berdasarkan atas berat/beban dari atmosphere di atasnya. dengan kata lain, Tekanan udara adalah sepadan dengan berat/beban dari sekolom udara di atas suatu proyeksi permukaan horisontal, membentang hingga batas terluar dari atmosphere.

JENIS ALAT UKUR TEKANAN UDARA KONVENSIONAL: 1. BAROMETER AIR RAKSA * Mercury Fortin Barometer * Mercury Kew Barometer * Mercury Banjo Barometer 2. BAROMETER/BAROGRAPH ANEROID * Barometer * Barograph * Altimeter 3. BAROMETER/BAROGRAPH BOURDON TUBE * Spiral Bourdon-tube pressure * Helical Bourdon-tube pressure

Prinsip Barometer Air Raksa : Memanfaatkan sifat anomali air raksa dalam tabung hampa. h2 h1 B A AIR RAKSA

MERCURY FORTIN BAROMETER Fortin Barometer pertama digunakan oleh Torricelli pada tahun 1643; dan rancangan originalnya dibuat pada tahun 1810. Prinsip Kerja: Tekanan udara dalam bulb air raksa akan menekan keatas tabung bila tekanan udara naik.

KEW BAROMETER Fortin Barometer Kew Barometer Banjo Barometer

- Terdiri dari kotak baja yang melengkung, berbentuk oval. BAROMETER ANEROID Ada 2 Jenis: JENIS BOURDON : - Terdiri dari kotak baja yang melengkung, berbentuk oval. - Gaya pegas sama dengan tekanan udara. - Perubahan tekanan udara  perubahan bentuk kotak, sehingga menyebabkan jarum bergeser. JENIS VIDI : - Bagian terpenting adalah kotak baja, isinya dapat dianggap hampa udara, Permukaan atas dan bawah bergelombang. Kotak ini terdiri dari 7 dan 8 lapisan. Tekanan udara naik --- kotak tertekan dan menarik sebagian dari tuas ke bawah, bagian lainnya akan naik menggerakkan jarum penunjuk. Jika tekanan turun akan terjadi sebaliknya.

Barograph Pada prinsipnya sama dengan barometer aneroid. Dilengkapi dengan jam dan pias serta pena. Pada pias terdapat garis-garis tegak menunjukkan waktu, dan garis mendatar menunjukkan tekanan udara.

Barometer Aneroid Barograph

lowering it into the beaker containing the remainder of the mercury. To make a simple barometer: You would need:   1 glass tube 36 inches long, closed at one end   Mercury or coloured water Ring stand with a clamp   Cardboard strip  a meter ruler Method:                                                                                   (1) Fill the glass tube with mercury (or coloured water). (2) Place a finger over the open end of the tube and invert the tube, lowering it into the beaker containing the remainder of the mercury. Clamp the tube to the stand. (3) Mark a scale of centimeters on the cardboard, labelling it from 60cm to 100cm. (4) With the meter ruler, measure the actual height of the mercury column and attach the scale to the proper spot on the tube.  (5) Record 1 or 2 pressure readings per day. Increasing air pressure often means that a high pressure area is approaching, bringing clearing or fair weather. Decreasing air pressure often indicates the apprach of a low pressure area, which often brings clouds and precipitation. http://www.nea.gov.sg/cms/mss/images/hydrograph http://app.nea.gov.sg/cms/htdocs/article.asp

Metode Pengukuran dan Pengamatan Alat tekanan meteorologi (barometer) dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara dengan ketentuan sebagai berikut: Alat harus terkalibrasi atau terkontrol dengan barometer standard. Memiliki nilai akurasi (long term and short term) yang lebih kecil dari nilai toleransi yang ditetapkan WMO. Pembacaan alat harus terbebas dari pengaruh perubahan suhu (terkoreksi). Alat harus diletakkan di tempat yang berhubungan dengan udara luar, tetapi tidak mempengaruhiterhadap kesalahan pengukuran (efek angin, radiasi/suhu, benturan/getaran, fluktuasi dari power listrik dan tekanan luar lainnya). Alat harus cepat dan mudah untuk dibaca. Saat alat hendak dikalibrasi dari tempatnya, metode transportasinya harus tidak berdampak terhadap kestabilan dan keakurasian dari barometer tersebut. Hal tersebut termasuk dampak dari benturan, getaran dan perubahan tekanan yang besar bila menggunakan transportasi udara.

Persyaratan Meteorological Untuk Alat Ukur Tekanan Udara Pengukuran Tekanan Udara harus tetap akurat seiring perkembangan teknologi dan harus selalu dilakukan prosedur pengukuran dan kalibrasi yang ditetapkan. WMO Commissions and is outlined in Annex 1.B, Chapter 1, untuk Alat ukur tekanan udara - primary reference memiliki persyaratan sbb: Range Pengukuran: 500–1080 hPa (station pressure dan MSL pressure). Akurasi Target : 0.1 hPa Resolution Pelaporan: 0.1 hPa Sensor time constant: 20 s Output averaging time: 1 minute

Persyaratan Umum barometer air raksa Memiliki akurasi yang stabil dalam waktu yang lama, sehingga efek hysterisisnya kecil. Barometer harus mudah dan cepat untuk dibaca, dan pembacaan harus sudah terkoreksi terhadap semua efek yang berpengaruh (suhu, ketinggian, dll). Pengamat harus mengerti dengan benar prinsip dasarnya, sehingga dapat menjamin bahwa koreksi yang digunakan adalah benar. Barometer harus aman bila dipindahkan tanpa mengurangi keakurasian. Ketebalan tabung tidak boleh kurang dari 7 mm (sebaiknya 9 mm). Tabung barometer harus dipersiapkan dan diisi dalam keadaan vakum. Kemurnian dari air raksa sangat penting, sehingga harus melalui dua kali penyaringan, pemanasan, pembersihan berulang dan penyaringan. Suhu aktual yang digunakan untuk skala adalah diasumsikan untuk memberikan koreksi pembacaan terhadap gravitasi standard, dan harus tercacat pada barometer. Skala seharusnya telah terkalibrasi untuk memberikan koreksi pembacaan pada 0°C; Meniscus seharusnya tidak rata kecuali ketebalan tabung melebihi 20 mm. Untuk barometer maritim, kesalahan pada beberapa titik tidak boleh melebihi 0.5 hPa.

Koreksi Barometer Koreksi Index Koreksi Lintang Koreksi Tinggi Koreksi Suhu

KOREKSI INDEX Barometer baru harus dikalibrasi terlebih dahulu sebelum dikirim ke stasiun (sebelum dipakai) untuk menentukan koreksi index. Dalam jangka waktu 4 – 5 tahun Barometer harus dikalibrasi ulang untuk menentukan perubahan koreksi index.

Koreksi Lintang Setiap pembacaan barometer harus dikoreksi ke satu lintang tertentu. Lintang 0 – 45 degree koreksinya : negatif Lintang 46 – 90 degree koreksinya = positif Pendekatan Rumus : Go – Gs x pembacaan Barometer Gs

Koreksi Tinggi Untuk membandingkan tempat-tempat tertentu diperlukan tekanan udara diatas permukaan laut. QFF or MSLP (Mean Sea Level Pressure) adalah tekanan pada rata-rata tinggi muka-laut. QNH Tekanan Udara (Q) pada Nautical (N) Height (H) atau tekanan udara pada ketinggian permukaan laut saat itu (sea-level pressure). QFE Tekanan Udara (Q) pada Flight (F) Elevation (E), yaitu tekanan udara disebuah titik dipermukaan bumi. Pada kondisi temperatur standard, altimeter akan menunjukan ketinggian sebuah titik/datum dari atas pesawat/airfield.

Koreksi Suhu Jika pembacaan lebih tinggi dari 0◦C maka pembacaan barometer dikurangi dengan koreksi suhu ini, jika lebih rendah dari 0◦C koreksi ditambah. Kt = - B (a - 𝛽) t - V ( a – 3 η) t ------ dalam mmHg 1 + at A = - 0,000163 Bt – 0,000152 V t A Kt = - B (a - 𝛽) t - 1.33 V ( a – 3 η) t ------ dalam mBar 1 + at A = - 0,000163 Bt – 0,000202 V t Dimana: V = Jumlah Volume Air Raksa dalam Barometer dalam mm3 pada 0◦C A = Luas Penampang bagian dalam bejana barometer dalam mm2 pada 0◦C η = Koefisien muai panjang bejana = 0,000010 per 1 ◦C

Koreksi Temperature

Digital Barometer Barometer elektronik pada hakikatnya adalah barometer yang menggunakan sensor tekanan udara dengan output perubahan besaran listrik seperti: voltage, resistance, current atau frequency. Dengan output ini akan lebih memudahkan untuk dilakukan pengolahan dalam rangkaian elektronik, data logger atau komputer.

Prinsip Kerja Prinsip pada rangkaian barometer elektronik didasarkan pada rangkaian oscilator RC dengan 3 buah kapasitor acuan yang dibandingkan dengan capasitive pressure sensor dan capasitive temperature sensor yang diukur bersamaan secara terus-menerus. Sebuah multiflexer dihubungkan dari kelima kapasitor ke rangkaian RC oscilator dan lima frekwensi yang berbeda akan terukur dalam satu siklus deteksi. Hasil akhirnya adalah adalah output berbentuk frekuensi untuk ditampilkan atau diolah lebih lanjut dalam rangkaian elektronik atau komputer.

Sensor barometer digital. BAROCAP®. dari Vaisala. menggunakan sensor Sensor barometer digital BAROCAP® dari Vaisala menggunakan sensor silicon kapasitif dengan tekanan mutlak. Sensor terdiri dari dua lapisan silicon kristal tunggal yang mempunyai lapisan kaca sebagai pembatas. Lapisan pengencer silicon digunakan untuk melapisi sekat agar terbentuk ruang hampa (referensi tekanan mutlak untuk sensor) yang sensitif terhadap perubahan tekanan udara disekitarnya. Film metal tipis menjadi tempat penyimpanan muatan untuk membentuk electroda kapasitor di dalam ruang hampa; electroda yang lain adalah rongga silicon yang sensitif terhadap tekanan. Koefisien muai termal material kaca dan silicon digunakan dalam sensor BAROCAP® digunakan untuk memperkecil pengaruh temperatur dan memaksimalkan stabilitas jangka panjang. CONTOH DIGITAL BAROMETER

Pressure Sensor

Vaisala Digital Barometer PTB220 1 Sensor 3 Sensor

ALTIMETER Altimeter sebenarnya adalah barometer aneroid yang skala peninjukkannya telah dikonversi terhadap ketinggian. 1 mb ~ 30 feet (9 meter). Pendekatan rumus: H = 221.15 Tm log ( Po / P )

KALIBRATOR BAROMETER/ BAROGRAPH Alat yang sering digunakan untuk mengkalibrasikan sebuah barometer/barograph adalah Pressure Chamber. Alat ini sebenarnya adalah sebuah tabung tertutup dengan tingkat hampa udara yang dapat diatur (udara didalam tabung dikeluarkan secara perlahan dengan pompa penghisap udara). Barometer standar dan barometer/barograph yang dikalibrasi harus diletakan dalam tabung secara bersamaan, kemudian dibandingkan penunjukannya untuk mendapatkan nilai koreksi (seiring dengan pengaturan tekanan udara).