Thermometer

Thermometer merupakan salah satu alat yang terkenal. Secara umum, thermometer adalah alat yang berfungsi untuk mengukur suhu.

Jenis-jenis Thermometer

Thermometer memiliki keragaman bentuk dan jenis, tergantung dari jenis skalanya, bahan yang akan diukur,dsb. Secara umum, thermometer dapat kita golongkan menurut :

1. Menururt skalanya

- Thermometer berskala Reamur; titik beku : 0°R dan titik didih : 80°R

- Thermometer berskala Fahrenheit; titik beku : 32°F dan titik didih : 212°F

- Thermometer berskala Kelvin; titik beku : 273 K dan titik didih : 373 K

- Thermometer berskala celcius; titik beku : 0°C dan titik didih : 80°C

*titik beku : suhu dimana es mulai mencair dan titik didih adalah suhu dimana seluruh bagian air menguap. Keduanya pada keadaan standar, yaitu pada tekanan 1 atm.

2. Menurut penggunaannya, dapat dibedakan menjadi :

- Thermometer ruangan,

- Thermometer badan,

- Thermometer rumput

- Thermometer apung,

- Thermometer Maksimum

- Thermometer minimum,dsb

3. Menurut zat pendeteksi panas,dapat dibedakan menjadi :

- Thermometer cair (liquid in-glass thermometer), pendeteksi panasnya adalah zat cair yang berada di dalam tabung kaca. zat cair akan memuai atau menyusut secara teratur sesuai dengan suhu udara dan menunjukkan skala hasil pengukuran.

- Thermometer digital, pendeteksi panasnya adalah sensor yang bisa mengirim sinyal elektrik mengenai suhu kemudian sinyal itu diubah menjadi tampilan digital pada layar dan menunjukkan suhu.

4.Menurut zat cair yang digunakan (untuk liquid in-glass thermometer), dapat dibedakan menjadi:

- Thermometer alkhohol

- Thermometer raksa

- Thermometer campuran

Sebenarnya thermometer masih dapat digolongkan lagi menjadi beberapa bagian. Hanya saja bahasan dibatasi sampai disini. Termometer yang paling banyak dipakai saat ini berbahan dasar raksa (merkuri),dengan skala yang umum digunakan adalah oCelcius kecuali USA yang menggunakan skala fahrenheit.

Liquid in glass thermometer merupakan thermometer yang umum dipakai oleh BMKG, oleh karena itu, penulis memberikan tambahan informasi sebagi berikut :

4.a. Thermometer raksa 

Thermometer air raksa dalam gelas adalah termometer yang dibuat dari air raksa yang ditempatkan pada suatu tabung kaca. Termometer raksa dapat kita kenali dari warna cairan thermometernya yang berkilau keperakan. Tanda yang dikalibrasi pada tabung membuat temperature dapat dibaca sesuai panjang air raksa di dalam gelas, bervariasi sesuai suhu. Untuk meningkatkan ketelitian, biasanya ada bohlam air raksa pada ujung termometer yang berisi sebagian besar air raksa; pemuaian dan penyempitan volume air raksa kemudian dilanjutkan ke bagian tabung yang lebih sempit. Ruangan di antara air raksa dapat diisi atau dibiarkan kosong.

Kelebihan raksa sebagai bahan pengisi thermometer antara lain:

1. Raksa dapat menyerap / mengambil panas dari suhu sesuatu yang diukur.

2. Raksa memiliki sifat yang tidak membasahi medium kaca pada termometer.

3. Raksa dapat dilihat dengan mudah karena warnanya yang mengkilat.

4. Raksa memiliki sifat pemuaian / memuai yang teratur dari temperatur ke temperatur.

5. Raksa memiliki titik beku dan titik didih yang rentangnya jauh, sehingga cocok untuk mengukur suhu tinggi.

Selain kelebihan, air raksa juga memiliki kekurangan, antara lain :

1. Titik bekunya tinggi sehingga tidak cocok untuk mengukur suhu di daerah dingin

2. Raksa merupakan zat beracun yang berbahaya bagi kesehatan

3. Raksa harganya mahal

Jika thermometer raksa mengandung nitrogen, gas mungkin mengalir turun ke dalam kolom dan terjebak di sana ketika temperature naik. Jika ini terjadi termometer tidak dapat digunakan hingga kembali ke kondisi awal. Untuk menghindarinya, termometer air raksa sebaiknya dimasukkan ke dalam tempat yang hangat saat temperatur di bawah -37 °C (-34.6 °F). Pada area di mana suhu maksimum tidak diharapkan naik di atas - 38.83 ° C (-37.89 °F) termometer yang memakai campuran air raksa dan thallium mungkin bisa dipakai. Termometer ini mempunyai titik beku of -61.1 °C (-78 °F).

Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Anders Celsius merumuskan skala Celsius, yang dipaparkan pada publikasinya ”the origin of the Celsius temperature scale” pada 1742. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu penguapan air. Ini bukanlah ide baru, sejak dulu Isaac Newton bekerja dengan sesuatu yang mirip. Pengukuran suhu Celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu pembekuan. Eksperimen untuk mendapat kalibrasi yang lebih baik pada termometer Celsius dilakukan selama 2 minggu setelah itu. Dengan melakukan eksperimen yang sama berulang-ulang, dia menemukan es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada termometer. Dia menemukan titik yang sama pada kalibrasi pada uap air yang mendidih (saat percobaan dilakukan dengan ketelitian tinggi, variasi terlihat dengan variasi tekanan atmosfir). Saat dia mengeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian kaca tabung).

Tekanan udara mempengaruhi titik didih air. Celsius mengklaim bahwa ketinggian air raksa saat penguapan air sebanding dengan ketinggian barometer. Saat Celsius memutuskan untuk menggunakan skala temperaturnya sendiri, dia menentukan titik didih pada 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F). Satu tahun kemudian Frenchman Jean Pierre Cristin mengusulkan versi kebalikan skala celsius dengan titik beku pada 0 °C (32 °F) dan titik didih pada 100 °C (212 °F). Dia menamakannya Centrigade.

Pada akhirnya, Celsius mengusulkan metode kalibrasi termometer sbb:

1. Tempatkan silinder termometer pada air murni meleleh dan tandai titik saat cairan di dalam termometer sudah stabil. ini adalah titik beku air.

2. Dengan cara yang sama tandai titik di mana cairan sudah stabil ketika termometer ditempatkan di dalam uap air mendidih.

3. Bagilah panjang di antara kedua titik dengan 100 bagian kecil yang sama. Titik-titik ini ditambahkan pada kalibrasi rata-rata tetapi keduanya sangat tergantung tekanan udara. Saat ini, tiga titik air digunakan sebagai pengganti (titik ketiga terjadi pada 273.16 kelvins (K) 0.01 °C).

CATATAN: Semua perpindahan panas berhenti pada 0 K, Tetapi suhu ini masih mustahil dicapai karena secara fisika masih tidak mungkin menghentikan partikel. Hari ini termometer air raksa masih banyak digunakan dalam bidang meteorologi, tetapi pengguanaan pada bidang-bidang lain semakin berkurang, karena air raksa secara permanen sangat beracun pada sistem yang rapuh dan beberapa negara maju telah mengutuk penggunaannya untuk tujuan medis. 

4.b. Thermometer alkohol

Sebagai pengganti air raksa, beberapa thermometer keluarga mengandung alkohol dengan tambahan pewarna merah. Bagi sebagian kalangan, termometer ini lebih mudah untuk dibaca, karena warna merahnya cukup mencolok. Selain itu thermometer ini juga lebih aman digunakan karena bahan dasarnya adalah alkhohol, bukan logam berat seperti merkuri (Hg).

Kelebihan alcohol sebagai bahan pengisi thermometer :

1. Alkohol dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah, sampai -1140 C.

2. Alkohol lebih murah jika dibandingkan dengan raksa

3. Alkohol lebih cepat mengalami pemuaian meskipun kenaikan suhunya kecil sehingga lebih akurat. 

Termometer alkohol juga memiliki kelemahan, antara lain:

1. Pemuaiannya tidak teratur

2. Tidak berwarna sehingga sulit dilihat (harus diwarnai)

3. Membasahi dinding kaca

4. Tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi, sebab pada suhu 780 C alkohol sudah mendidih.

4.c. Thermometer campuran

Beberapa perusahaan menggunakan campuran gallium, indium, dan tin (galinstan) sebagai pengganti air raksa.

Cara Kerja Termometer

Secara umum, cara kerja thermometer adalah sebagai berikut : Ketika temperatur naik, cairan di bola tabung mengembang lebih banyak daripada gelas yg menutupinya. Hasilnya, benang cairan yg tipis dipaksa ke atas secara kapiler. Sebaliknya, ketika temperatur turun, cairan mengerut dan cairan yg tipis di tabung bergerak kembali turun. Gerakan ujung cairan tipis yg dinamakan meniscus dibaca terhadap skala yg menunjukkan temperatur.

Zat untuk termometer haruslah zat cair dengan sifat termometrik artinya mengalami perubahan fisis pada saat dipanaskan atau didinginkan, misalnya raksa dan alkohol. zat cair tersebut memiliki dua titik tetap (fixed points), yaitu titik tertinggi dan titik terendah. Misalnya, titik didih air dan titik lebur es untuk suhu yang tidak terlalu tinggi. Setelah itu, pembagian dilakukan di antara kedua titik tetap menjadi bagian-bagian yang sama besar, misalnya termometer skala Celcius dengan 100 bagian dan setiap bagiannya bernilai 1C.

Konversi Suhu

Telah disinggung diatas bahwa thermometer menggunakan berbagai skala. Untuk dapat mengubah satu skala ke satuan skala lain, kita perlu mengetahui cara mengkonversikannya.

Untuk mengetahui konversi suhu maka diperlukan perbandingan antara skala Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin

1. Skala Celcius : titik lebur = 0 C dan titik didih = 100 C

2. Skala Reamur titik lebur = 0 R dan titik didih = 80 R

3. Skala Fahrenheit titik lebur = 32 F dan titik didih = 212 F

4. Skala Kelvin titik lebur = 273 K dan titik didih = 373 K

Cara Menggunakan

Karena thermometer yang paling sering digunakan adalah thermometer cair, maka kali ini akan kita bahas cara memakai thermometer cair. Pertama, tempelkan benda yang akan kita ukur dengan ujung thermometer yang berisi cairan thermometer. Jika kita akan mengukur suhu udara,sebagai contoh, cukup letakkan thermometer pada ruangan yang terlindung dari sinar matahari langsung.

Kemudian perhatikan gerakan zat cair dalam thermometer. Tunggu beberapa saat sampai cairan berhenti bergerak. Bacalah besaran skala yang terlihat tepat tegak lurus dengan thermometer.

Yang perlu diperhatikan adalah jangan sampai thermometer pecah karena benda yang diukur terlalu panas,sehingga berada diluar batas maksimal thermometer. Dalam mengukur suhu benda, pastikan tangan kita tidak menyentuh thermometer. Hal ini dapat mempengaruhi pembacaan akhir thermometer.gunakan alat Bantu seperti penjepit kayu atau penjepit statis. Perlu diingat bahwa setelah mengukur benda panas, thermometer jangan langsung dipakai untuk mengukur benda bersuhu dingin. Hal ini untuk menecegah pecahnya thermometer akan perbedaan suhu yang cukup besar.

Cara Merawat dan Mengkalibrasi

Termometer harus dikontrol dan dipelihara dengan baik agar menghasilkan data dan pembacaan yang benar, maka harus ada pemeliharaan alat yaitu dengan pengawasan dan melakukan pengkalibrasian alat serta membandingkannya dengan alat yang lain untuk mengetahui alat yang dipakai masih dapat digunakan atau tidak.

Alat yang diperlukan adalah Termometer terkalibrasi disertai sertifikat Uji Operasional, Semua alat pengukuran harus dikontrol pada saat pertama beroperasi dan sesudah digunakan paling sedikit satu kali pertahun dengan menggunakan thermometer terkalibrasi. Pengujian harus dilakukan paling sedikit dengan satu nilai pada rentang temperatur dimana alat dioperasikan. Untuk pengukuran pada temperatur kamar misal alat tersebut dicek pada 15 – 25c . suhu yang ditunjukan oleh masing_masing termometer dicek oleh thermometer terkalibrasi, dimana thermometer-termometer tersebut dimasukkan kedalam lemari pendingin atau penangas air (water bath), sampai temperatur yang ditunjukkan oleh masing-masing termometer stabil paling sedikit dalam satu menit.

Untuk pengukuran suhu udara dengan menggunakan termometer, hal berikut dianjurkan untuk memperlambat penunjukan suhu, tempelkan gabus atau kapas/wool pada ujung termometer dan biarkan termometer kira-kira 1 (satu) jam untuk mencapai temperature diinginkan.

Agar thermometer yang kita punya tahan lama, diperlukan perawatan khusus. Hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain:

1. Perhatikan permukaan kaca thermometer. Setelah dipakai, segera bersihkan kaca dari kotoran atau endapan yang mungkin menempel dengan kain. Usapkan kain tersebut secara perlahan

2. Segera simpan thermometer setelah dipakai dalam wadah penyimpanannya. Sebelum disimpan, sebaiknya thermometer didinginkan terlebih dahulu. Simpan thermometer pada lemari penyimpanan yang tertutup

3. Periksa keadaan thermometer secara berkala, jangan sampai terjadi anomaly pada thermometer tersebut

Dasar-dasar Kalibrasi Instrument

Untuk mengontrol suatu proses, dibutuhkan informasi mengenai kuantitas dan kualitas ciri-ciri fisik proses itu. Instrumen-instrumen ukur dipakai untuk mendapatkan informasi ini. Kontrol yang lebih ketat membutuhkan pengukuran yang lebih akurat. Beberapa istilah yang lazim dipakai dalam system pengukuran adalah proves variable, range, zero, span, error, linearitas, akurasi. Sekarang akan kita bahas masing masing dari istilah diatas.

1. Proses Variabel
Proses variabel adalah besaran phisik atau besaran kimia karena berbagai pengaruh proses. Tekanan, temperature, flow dan level adalah variabel phisik; sedangkan kandungan oksigen dan nilai pH adalah variabel-variabel kimia.
2. Range
Range adalah mengambarkan batasan sinyal yang berhubungan dengan instrumen input ataupun instrumen output. Batasan sinyal terendah dari suatu sinyal input adalah kuantitas instrumen terendah yang diukur, sedang batasan maksimumnya adalah nilai tertinggi. Sebagai contoh, suatu proses mempunyai batas atau range tekanan dari 100 kPa sampai 500 kPa. Maka alat instrumenasi proses ini tidak dapat digunakan untuk mengukur nilai dibawah 100 kPa atau diatas 500 kPa.
3. Zero
Nilai terendah suatu sinyal input atau sinyal output disebut zero, meskipun nilainya tidak nol. Sebagi contoh, range input transmiter tekanan mungkin 0 – 1000 kPa sedang range outputnya 20 sampai 100 kPa. Dari sini, nilai zero sinyal output digambarkan dengan 20 kPa. Transmiter temperatur dapat mengukur temperatur anatara 50oC dan 120 oC, sedang nilai outputnya bervariasi dari 20 sampai 100 kPa. Dalam hal ini, nilai zero pada range input dan output masing-masing adalah 50 oC dan 20 kPa.
4. Span
Span input dan output dari suatu instrumen berhubungan langsung dengan range input ataupun range outputnya. Span adalah selisih aljabar antara nilai range teratas dengan nilai range terendah.
5. Error
Error adalah selisih antara nilai yang diukur dengan nilai yang sebenarnya. Sebagai contoh, jika pressure gage menunjukkan 216 kPa ketika tekananya nyatanya 220 kPa, maka errornya adalah – 4kPa.
6. Linieritas
Linieritas menggambarkan kedekatan hubungan antara input dengan output dari suatu instrument yang digambarkan seperti sebuah garis lurus ; hal tersebut adalah, sebuah gris lusrus dari 0% input dan 0% output sampai 100% input dan 100% output. Jika hubungan ini menyimpang maka timbul ketidak linieran. Ketidak linieran output biasanya dinyatakan dalam persentase skala penuh atau full scale output.
7. Akurasi
Akurasi dari sebuah instrumen dapat didefinisikan sebagai kedekatan antara pengukuran atau output yang menggambarkan nilai nyata. Akurasi biasanya dinyatakan dengan persentase span.

KALIBRASI

Kalibrasi merupakan proses verifikasi bahwa suatu akurasi alat ukur sesuai dengan rancangannya. Kalibrasi biasa dilakukan dengan membandingkan suatu standar yang terhubung denganstandar nasional maupun internasional dan bahan-bahan acuan tersertifikasi.

Sistem manajemen kualitas memerlukan sistem pengukuran yang efektif, termasuk di dalamnya kalibrasi formal, periodik dan terdokumentasi, untuk semua perangkat pengukuran. ISO 9000 danISO 17025 memerlukan sistem kalibrasi yang efektif.

Kalibrasi diperlukan untuk:

• Perangkat baru
• Suatu perangkat setiap waktu tertentu
• Suatu perangkat setiap waktu penggunaan tertentu (jam operasi)
• Ketika suatu perangkat mengalami tumbukan atau getaran yang berpotensi mengubah kalibrasi
• Ketika hasil pengamatan dipertanyakan

Kalibrasi, pada umumnya, merupakan proses untuk menyesuaikan keluaran atau indikasi dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari standar yang digunakan dalam akurasi tertentu. Contohnya, termometer dapat dikalibrasi sehingga kesalahan indikasi atau koreksi dapat ditentukan dan disesuaikan (melalui konstanta kalibrasi), sehingga termometer tersebut menunjukan temperatur yang sebenarnya dalam celcius pada titik-titik tertentu di skala.

Di beberapa negara, termasuk Indonesia, memiliki lembaga metrologi nasional (National metrology institute). Di Indonesia terdapat Pusat Penelitian Kalibrasi Instrumentasi dan Metrologi (Puslit KIM LIPI) yang memiliki standar pengukuran tertinggi (dalam SI dan satuan-satuan turunannya) yang akan digunakan sebagai acuan bagi perangkat yang dikalibrasi. Puslit KIM LIPI juga mendukung infrastuktur metrologi di suatu negara (dan, seringkali, negara lain) dengan membangun rantai pengukuran dari standar tingkat tinggi/internasional dengan perangkat yang digunakan.

Hasil kalibrasi harus disertai pernyataan "traceable uncertainity" untuk menentukan tingkat kepercayaan yang di evaluasi dengan seksama dengan analisis ketidakpastian.

Pemasangan Peralatan AWS

Pemasangan peralatan AWS cukup mudah. Persyaratan dalam melakukan pemasangan AWS tidak berbeda jauh dengan pemasangan ARG. Detail pemasangan AWS dapat dilihat pada modul presentasi pemasangan AWS, Secara berurutan, garis besar yang dapat disampaikan adalah sebagai berikut :

• Memasang tripod atau kaki penyangga AWS dan mengatur ketinggian tripod serta mengarahkan solar panel ke arah Selatan

• Memasang sensor-sensor, serta pengkabelannya

• Memasang baterai atau power supply dan menghubungkannya dengan solar panel

• Menghubungkan AWS dengan Komputer untuk melakukan kalibrasi sensor angin

Gambar 1 : Peralatan AWS dengan komponen sensor yang terpasang

Proses Pengambilan Data

Hal-hal yang perlu dipersiapkan untuk proses pengambilan data adalah sebagai berikut :

• Kabel konektor antara Logger AWS dengan Komputer.

• Komputer atau Laptop yang sudah di install program MAWS terminal untuk proses pengambilan data.

Urut-urutan berikut adalah prosedur pengambilan data dari logger AWS ke Komputer :

1. Pastikan kabel konektor MAWS dan Komputer telah terpasang dengan baik. Jalankan program MAWS Terminal.
2. Menu MAWS Terminal akan terbuka dengan keterangan “Port Opened” di bagian pojok kiri bawah, ini menunjukkan bahwa hubungan antara MAWS dengan Komputer.
3. Lakukan download dengan klik menu “Tools” dan dilanjutkan dengan “Download Log Files”.
4. Muncul menu yang berfungsi untuk memilih file-file mana yang ingin kita download. Di panel sebelah kiri adalah daftar file data yang ada di dalam logger AWS, dan panel sebelah kanan adalah daftar file data yang telah kita pilih untuk di download.
5. Klik tombol “Add >” untuk memilih file satu persatu, tombol “add all >>” untuk memilih semua file, sementara tombol “remove” untuk menghapus file yang telah dipilih.
6. Klik “Start Download” untuk memulai proses download data.
7. Sebelum proses dimulai, secara default akan muncul menu download preferences. Di dalam menu ini ada opsi yang harus dalam kondisi terpilih (cek), yaitu “Delete log files from MAWS after download” (Menghapus data yang ada di dalam logger setelah proses download selesai) dan “Convert log file to CSV format” (merubah format data dari binari menjadi ascii). Juga perhatikan direktori hasil download dan hasil konversi.
8. Lanjutkan dengan klik “Start Download” untuk memulai proses download.
9. Setelah proses download selesai, akan muncul menu konfirmasi apakah data di dalam logger akan di hapus atau tidak. Klik OK untuk konfirmasi penghapusan.
10. Setelah semua proses download selesai, di layar MAWS Terminal akan muncul prompt yang menandakan MAWS Terminal dalam posisi “service mode”.
11. Ketik “close” (tanpa tanda kutip) dan dilanjutkan dengan menekan tombol enter untuk merubah “service mode” menjadi “monitoring mode”.
12. Putuskan hubungan antara AWS dengan Komputer dengan melakukan klik pada menu “Connection” dan dilanjutkan dengan “Hangup”.
13. Di pojok kiri bawah akan tampil keterangan “Port closed” yang menunjukkan bahwa hubungan antara AWS dan Komputer telah terputus. Lalu klik menu “Tools” dan “Exit” untuk menutup program MAWS Terminal.

Format Data

Data yang terekam di simpan menjadi file harian, contoh L2010326.dat adalah file binary dengan aturan penamaan sbb :

• Semua log file di awali dengan nama kelompok log (log group), maksimum 2 karakter, diikuti dengan tanggal.
• Nama Log group biasanya terdiri dari huruf diikuti dengan angka.
• Contoh di atas mempunyai arti, L2 = log group nomor 2, 010326 = tahun 2001 bulan 03 tanggal 26 (YYMMDD).

Format data dari masing-masing file dengan jelas dapat dibaca dari header yang menyertainya di tiap file data. Gambar 2 di bawah ini adalah contoh header dan arti dari masing-masing kolom.

Gambar 2 : Tampilan contoh data AWS yang dibuka di Microsoft Excel

Dari Gambar 2 dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Header data terdiri dari 2 baris :

• Baris pertama : memo

• Baris kedua : Nama variabel

• Baris ketiga, dan seterusnya : Nilai Variabel

Nama variabel antara satu AWS dengan AWS yang lainnya dapat berbeda tergantung setting yang kita persiapkan. Berikut adalah penjelasan masing-masing nama variabel dari contoh gambar.

• Time : Tanggal dan Jam perekaman data, nilai ini mempunyai interval yang tetap sesuai dengan setting yang kita lakukan, untuk contoh diatas memiliki interval perekaman setiap 1 menit.

• Status : Kondisi dari perekaman data, dapat bernilai valid atau invalid.

• PR1M_SUM : Nilai akumulasi curah hujan dalam 1 menit

• RH1M_AVG : Nilai rata-rata kelembaban relatif dalam 1 menit

• SR1M_AVG : Nilai rata-rata radiasi matahari dalam 1 menit

• TA1M_AVG : Nilai rata-rata suhu udara dalam 1 menit

• W1dAve1m : Nilai rata-rata arah angin dalam 1 menit

• W1sAve1m : Nilai rata-rata kecepatan angin dalam 1 menit.

Berikut adalah contoh tampilan dari AWS di komputer :

AWS REKAYASA

Pada tahun anggaran 2005 dan 2006 Badan Meteorologi dan Geofisika cq. Pusat Sistem Instrumentasi dan Kalibrasi bekerja sama dengan staf GM ITB dan juga staf dari industri hardware dan software telah melaksanakan kegiatan dibidang rekayasa AWS. Hasil rekayasa AWS tahun 2005 kita sebut dengan AWS MGA-05, sedangkan untuk kegiatan tahun 2006 kita sebut AWS MGA-06.

Gambar 6.a. AWS MGA-05 Rekayasa

Gambar 6.b. Blok Diagram AWS MGA-05 Rekayasa

Gambar 7.a. AWS MGA-06 Rekayasa

Gambar 7.b. Blok Diagram AWS MGA-06 Rekayasa

Akuisisi dan Pengolahan data

 Akuisisi dan Pengolahan data

7.1.      Sampling sensor output, adalah Sampel pengukuran tunggal, yaitu salah satu dari satu rangkaian  suatu sistem sensor ( satu pengamatan diperoleh dari sejumlah sampel ).

Frekwensi Sampling yang berbeda digunakan :

• Untuk temperatur (5-6 kali suatu menit),
• Untuk wind gust (tiap-tiap 3 detik ), dll.

7.2.     Konversi keluaran sensor, adalah perubahan bentuk nilai-nilai keluaran sensor secara elektronik ke dalam unit parameter meteorologi.

7.3.      Liniarisasi,    jika transducer output tidak sebanding dengan kwantitas saat pengukuran, maka sinyal berbentuk linear, hal ini dapat digunakan sebagai instrument kalibrasi.

7.4.      Smoothing, digunakan untuk meniadakan sekecil mungkin noise ( fluktuasi dan kesalahan acak tidak sesuai untuk pemakaian ini ).

7.5.      Rata-Rata,    digunakan untuk membuang variabilitas-variabilitas kecil yang ada di atmosfir. Hal itu perlu dilakukan untuk memperoleh pengamatan representatif dan kompatibel data dari sensor berbeda.

7.6.     Koreksi,        adalah penyesuaian data untuk menggantikan kesalahan  yang terjadi sepanjang interval pengamatan sebagai akibat efek dari  lingkungan ataupun dari  instrumentasi.

7.7. Perhitungan perolehan data, kalkulasi jumlah statistik (ekstrim, total); data yang diperoleh dari parameter meteorologi (jarak penglihatan, titik embun dari kelembaban).

Penempatan Sensor AWS

PENEMPATAN SENSOR

Dalam penempatan Sensor-sensor AWS  yang harus diperhatikan /diutamakan agar sensor dapat dipakai sesuai dengan kebutuhan seperti :

• Daerah batas-pengukuran;
• Data representatif;
• Kompatibel Data;
• Ketelitian;
• Kestabilitasan data untuk jangka panjang.

5.1. Daerah batas pengukuran dan data representatif

Di dalam peralatan Klimatologi,  AWS dapat dipasang pada daerah / wilayah yang berbeda (perlu dipertimbangkan luasan cakupan /range pengukuran dan temperatur di daerah Tropis, Lintang tinggi atau daerah kutub ). Selain  itu juga tergantung juga pada kebutuhan pemakai; Seperti pada daerah cakupan / range pengukuran ceilometer CT25K adalah 0-25.000ft sedangkan untuk CT12K adalah 0-12,500 ft saja

5.2.      Kompatibel Data

Dalam rangka mencapai kompatibel data saat penggunaan jenis  sensor yang berbeda , shielding and different exposure sensor yang berbeda dilakukan pada variabel yang sama, koreksi pada saat pengukuran aktual adalah perlu, seperti dalam pengukuran presipitasi atau kecepatan angin pada ketinggian berbeda di atas tanah.

5.3.      Ketelitian

Kedekatan antara hasil suatu pengukuran dan suatu nilai sebenarnya mutlak diperlukan. Untuk itu diperlukan ketelitian operasional yang berbeda, yaitu tergantung dari aplikasi, seperti perbedaan ketelitian jangkauan untuk variabel tertentu. Seperti; Tinggi awan : ketelitian yang diperlukan adalah 10% untuk ketinggian > 100 m, ketelitian jangkauan ( menggunakan CT25K) adalah 50 ftuntuk keseluruhan range pengukuran.

5.4. Kestabilitasan data jangka panjang

Kemampuan untuk menyimpan ketelitian hasil pengukuran untuk periode yang lama dan dapat dinyatakan oleh drift ( kestabilitasan kalibrasi sensor terhadap waktu). Stabilitas keakuratan data yang baik dapat menghemat biaya dan waktu.

VI.      Karakteristik sensor

Untuk menghasilkan ketelitian dan ketepatan pengukuran dari suatu sensor perlu dilakukan pengamatan khusus pada sensor AWS seperti :

• Resolusi;
• Repeatabilitas;
• Linearitas;
• Respon Time;
• Drift;
• Histeresis.

6.1.      Resolusi, adalah perubahan terkecil yang terjadi pada sensor untuk dapat mendeteksi. Hal ini merupakan suatu nilai kwantitatif kemampuan untuk  menandakan suatu sensor dapat memberikan nilai terdekat  dengan indikasi kwantitasnya.

6.2.    Repeatabilitas,      adalah kemampuan sensor untuk mengukur suatu variabel lebih dari satu kali dan menghasilkan data / output yang sama dalam kondisi lingkungan yang sama pula.

6.3.      Linearitas, adalah gambaran tentang penyimpangan sensor dari perilaku garis lurus idealnya.

6.4.   Waktu respon, adalah waktu yang dibutuhkan sensor bila terjadi perubahan dengan pengukuran 63% dari perubahannya. Interval waktu antara waktu sesaat ketika stimulus terjadi pada subjek dalam tetapan perubahan kasar dan waktu sesaat ketika waktu respons tercapai dan meninggalkan dalam batas tertentu di sekitar nilai tetapnya ( Steady value ).

6.5. Drift,   adalah kalibrasi kestabilitasan sensor dengan waktu.

6.6. Histeresis,    adalah kemampuan sensor untuk menghasilkan pengukuran yang sama apakah peristiwa yang sedang berlangsung akan terus bertambah atau akan berkurang (Gambar 5).

Gambar 5. Grafik Histeresis

AWS (Automatic Weather Station) II

 HUBUNGAN ANTAR KOMPONEN AWS

Secara umum semua AWS mempunyai prinsip kerja yang relatif sama, hal ini juga terlihat pada hubungan antar komponen dari AWS tersebut.

Contoh hubungan antar komponen  AWS ada pada gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Blok Diagram AWS

Gambar 2. Blok Diagram RM Joung AWS

 SENSOR

Sensor yang digunakan pada AWS secara umum dibagi menjadi 2 (dua) kelompok sensor, yaitu :

3.1. Primary Sensors

-           Air Temperature 

-           Precipitation

3.2. Secondary Sensors

-           Wind Speed

-           Global Solar Radiation

-           Ground Surface (Skin) Temperature

-           Solar panels & Wind power (optional)

-           Extended Range Operating Envelopes

 STANDARISASI PENEMPATAN PERALATAN AWS

Dalam pemilihan dan menentukan penempatan peralatan AWS yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Standarisasi Penempatan AWS

4.1.      Kedudukan standar peralatan AWS

• Di atas tanah yang tertutup rumput pendek atau pada area lokal reperesentatif
• Sensor-sensor meteorologi harus diletakkan jauh dari pengaruh luar seperti bangunan dan pohon (jarak tergantung daripada variabel jenis penghalang).
• Sensor harus diletakkan pada ketinggian yang sama (dan ditempatkan) sesuai dengan peralatan konvensional.
• Jaga kestabilan terhadap lokasi (perubahan tumbuh-tumbuhan, bangunan, dll)

4.2.      Sensor Temperatur dan  Kelembaban

• Diletakkan di bagian dalam dan teduh atau terlindung pada tingginya 1.25 sampai 2.0 m (tidak berventilasi atau yang berventilasi).
• Jenis,bentuk dan warna perisai yang berbeda memberi hasil pengukuran berbeda.
• Untuk perbandingan data dan kompatibel data dapat diinstall seperti pada Gambar 1 dan 2.

4.3. Pengukuran Curah hujan

• Berada pada lokasi terbuka yang kebanyakan instrumentasinya dipasangkan agak jauh dari raingauges.
• Pada ketinggian 1 m di atas tanah akan memberikan hasil yang berbeda dari pengukuran pada ketinggian 3 m atau 30 cm diatas tanah atau di dalam suatu lubang (galian) kecil;

4.4       Pengukuran Angin

• Ketinggian Standart baku adalah 10 m di atas tanah lapang terbuka ( jarak dari penghalang sekitar 10 kali dari tinggi penghalang);
• Kecepatan Angin terukur pada ketinggian rendah adalah + 10 m di atas permukaan tanah.

Diperlukan untuk titik pengamatan lainnya.

Gambar 4. Classic Stevenson Screen

AWS (Automatic Weather Station)

AWS  (Automatic Weather Stations) merupakan suatu peralatan atau sistem terpadu yang di disain untuk pengumpulan data cuaca secara otomatis serta di proses agar pengamatan menjadi lebih mudah. AWS ini umumnya dilengkapi  dengan sensor, RTU (Remote Terminal Unit), Komputer, unit LED Display dan bagian-bagian lainnya.

Sensor-sensor yang digunakan meliputi sensor temperatur, arah dan kecepatan angin, kelembaban, presipitasi, tekanan udara, pyranometer, net radiometer.

RTU (Remote Terminal Unit) terdiri atas data logger dan backup power, yang berfungsi sebagai terminal pengumpulan data cuaca dari sensor tersebut dan di transmisikan ke unit pengumpulan data pada komputer.

Masing-masing parameter cuaca dapat ditampilkan melalui LED (Light Emiting Diode) Display, sehingga para pengguna dapat mengamati cuaca saat itu  (present weather ) dengan mudah.

BMG telah memasang beberapa peralatan AWS  baik yang terpasang secara terintegrasi (AWS wilayah Jabodetabek) maupun yang berdiri sendiri (tidak terintegrasi). Saat ini AWS yang terpasang di stasiun pengamatan BMG telah lebih dari 70 peralatan dengan berbagai merk (a.l. Cimel, Vaisala, Jinyang, RM Joung dsb), sehingga hal ini relatif cukup sulit jika kita akan melakukan pemeliharaan karena memerlukan beberapa orang yang menguasai peralatan masing-masing merk. Kondisi ini diharapkan tidak mejadi penghalang bagi teknisi BMG untuk menguasai teknologi AWS tersebut justru diharapkan menjadi tantangan untuk dihadapi.

  KOMPONEN AWS

2.1. Secara umum AWS dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu

2.1.1. Sensor

a.         Wind speed

b.         Wind direction

c.         Humidity

d.         Temperature

e.         Solar radiation

f.          Air Pressure

g.         Rain gauge

2.1.2.  Data Logger

2.1.3. Komputer (sistem perekam dan sistem monitor)

2.1.4.  Display (optional)

2.1.5.  Tiang untuk dudukan sensor dan data logger

2.1.6.  Penangkal petir

Spesifikasi teknis dari masing-masing komponen biasanya ditentukan, sesuai dengan dimana AWS tersebut akan dipasang.