Barometer Aneroid: Desain, Sejarah, dan Masa Depan Pengukuran Tekanan
Latar Belakang
Atmosfer Bumi berat sekitar 6,5 × 1021 kg (5,98 × 1024 g). Terdistribusi di seluruh permukaan planet, ia menahan tekanan barometrik rata-rata sekitar 14,7 psi (101 kPa) di permukaan laut. Namun, tekanan bervariasi secara dramatis dengan ketinggian dan sistem cuaca: di puncak Gunung Everest tekanan sekitar satu pertiga dari nilai permukaan laut, dan ekstrem berkisar dari rekor tinggi 15,7 psi (108 kPa) di musim dingin Siberia hingga rendah 13,5 psi (87 kPa) di mata taifun Pasifik. Fluktuasi ini mendorong sirkulasi atmosfer dan pola cuaca.
Pemanasan matahari menciptakan perbedaan tekanan; udara ekuatorial yang hangat naik, bergerak menuju kutub, dan dilemahkan oleh efek Coriolis, membentuk sel sirkulasi skala besar. Secara historis, pelaut menggunakan barometer untuk mendeteksi tren tekanan—tekanan yang naik menunjukkan cuaca yang membaik, tekanan yang turun memperingatkan badai.
Sejarah
Konsep tekanan atmosfer muncul dengan ilmuwan Italia Evangelista Torricelli pada abad ke-17, yang menyelidiki mengapa pompa tambang perak hanya dapat mengangkat air hingga 32 kaki (9,8 m). Ia menyadari bahwa berat atmosfer menahan kolom merkuri dengan tinggi ini. Dengan menutup tabung kaca yang diisi merkuri dan membalikkan atas wadah, Torricelli mengamati kolom maksimum 2,5 kaki (0,76 m), mengonfirmasi peran tekanan atmosfer dan memperkenalkan barometer praktis pertama.
Barometer merkuri tetap menjadi standar emas untuk akurasi, tetapi bobot besar dan bahayanya menyebabkan perkembangan barometer aneroid. Gottfried Leibniz mengonsep ide sekitar 1700, tetapi hanya pada 1843 penemu Prancis Lucien Vidie yang menghasilkan perangkat praktis bebas merkuri. Barometer aneroid—instrument bundar kuningan dengan jarum menyapu—sekarang umum di stasiun cuaca dan navigasi laut.
Bahan Baku
- Barometer merkuri: tabung kaca + merkuri.
- Barometer aneroid: kapsul aneroid (legurian beryllium-kuningan), gerakan stainless steel dengan bearing permata (ruby atau safir sintetis), casing kuningan (biasanya kuningan jam, 65% Cu / 35% Zn), dial (aluminium, baja, kuningan, atau kertas).
Desain
Barometer aneroid mengandalkan ekspansi dan kontraksi elastis dari kapsul tipis yang diisi vakum. Kapsul adalah bellows yang dibentuk legurian yang hanya berubah bentuk sebagai respons terhadap perubahan tekanan eksternal. Geraknya diterjemahkan melalui sistem canggih—sistem tuas, kompensator suhu bimetalik, dan kadang-kadang fusee—ke jarum presisi.
Kompensasi suhu kritis. Strip bimetalik, yang terdiri dari dua logam berbeda yang dilekatkan, melengkung dengan prediksi saat suhu berubah, melawan efek termal pada kapsul dan rangkaian.
Proses Manufaktur
Casing
- Dicetak dari kuningan, perunggu, atau baja, atau diukir dari kayu.
- Finishing dengan penggerusan, pengkilatan, dan plating opsional atau warnis untuk mencegah penampuhan.
Kapsul Aneroid
- Dicetak dari lembaran beryllium-kuningan tebal 0,002 in (0,05 mm).
- Diweld dengan sinar elektron di vakum untuk menggabungkan dua bagian secara presisi.
Rangkaian
- Diolah dari baja kekuatan tinggi dengan toleransi 0,0001 in (0,0025 mm).
Kompensator Suhu
- Strip bimetalik dilekatkan ke casing melalui pengelasan atau rempelan.
Pemasangan Akhir
- Gerakan dan kompensator dipasang dalam casing.
- Jarum dijamin pada pin pusat; kaca wajah ditambahkan dengan bezel.
- Baut nol memungkinkan perataan dengan standar terkalibrasi.
Kontrol Kualitas
Setiap barometer melalui kalibrasi terhadap instrumen referensi di seluruh rentang tekanan. Jika penyimpangan melebihi toleransi pabrik, gerakan diganti. Baut nol memastikan akurasi jangka panjang.
Hasil Samping / Limbah
Barometer merkuri membahayakan lingkungan karena merkuri beracun. Banyak yurisdiksi sekarang melarang merkuri dalam perangkat semacam ini. Limbah dari produksi aneroid minimal: sisa logam dari pengolahan dan cetakan, biasanya didaur ulang di tempat.
Masa Depan
Barometer aneroid digital muncul, menggunakan sensor kapasitif antara plate baja paralel di dalam kapsul. Perubahan jarak plate mengubah kapasitansi, memberikan pembacaan listrik langsung dari tekanan. Perangkat ini menghilangkan rangkaian mekanis, menawarkan ketahanan yang lebih besar dan kemudahan integrasi dengan jaringan nirkabel. Penyebaran sensor berjaringan murah janjikan grid data cuaca global yang padat.
Di Mana Untuk Belajar Lebih Lanjut
Buku
- Barry, Roger G., & Chorley, Richard J. Atmosphere, Weather, and Climate. 6th ed., New York: Routledge, 1998.
- Middleton, W. E. Knowles. The History of the Barometer. Baltimore: The Johns Hopkins Press, 1964.
Sumber Daya Lainnya
