background image

 

 

• Barometry objectives:

– Learn some of the methods used 

to measure the static pressure 
exerted by the atmosphere

– Understand the 

advantages/disadvantages to each 
of the methods

– Experiment with exposure and 

calibration issues related to 
measuring atmospheric static 
pressure

ATMS 320 – 

Meteorological 

Instrumentation

background image

 

 

• A review on 

pressure

ATMS 320 – Barometry

http://www.godchecker.com/pantheon/greek-mythology.php?deity=ATLAS

Static pressure- Force/Area against
any surface in the absence of air
motion.

Dynamic pressure- Force/Area due
to air motion.

background image

 

 

• The Earth’s 

atmosphere exerts a 
static pressure on 
the surface of the 
Earth equal to the 
weight of a vertical 
column of air of unit 
cross-section. . .

ATMS 320 – Barometry

0

)

(

)

(

)

0

(

dz

z

z

g

p

W&H f2-1 here

Since air is a fluid, this pressure, or force, is exerted
equally in all directions.

background image

 

 

• If the wind is 

blowing, it exerts 
a dynamic 
pressure which 
introduces a 
static pressure 
error…

http://news.bbc.co.uk/1/hi/in_depth/photo_gallery/3085722.stm

ATMS 320 – Barometry

2

2

1

V

C

p

background image

 

 

• Physical 

principles 
employed for 
measuring 
atmospheric 
pressure:

– Direct techniques
– Indirect 

techniques

http://www.rube-goldberg.com/html/pencil_sharpener.htm

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Direct – mercury 

barometers:

– Balance the force 

due to 
atmospheric 
pressure against 
the weight of a 
column of 
mercury

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Direct – mercury 

barometers 
(cont.)

– Difficult to 

automate

– Not suitable for 

field experiments

– Health risk

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Direct – mercury 

barometers (cont.), 
why mercury?

– High density (small 

column height)

– Low vapor pressure 

(little evaporation 
into vacuum)

– Chemically stable
– Liquid for a wide 

range of 
temperatures

ATMS 320 – Barometry

http://www.gormangiftgallery.com/tormerbar.html

background image

 

 

ATMS 320 – Barometry

h

g

p

m

1

mercury

of

mass

c

m

A

h

a

m

c

A

F

1

Mercury barometer calibration equation

background image

 

 

• A nice web page 

to help with the 
understanding of 
how mercury 
barometers 
work…

ATMS 320 – Barometry

http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Barometer/Barometer.html

background image

 

 

Main sources of error in 

a mercury barometer:

– Dynamic wind pressure 

(alleviate via a static port)

– Density of mercury (and of 

glass tube) are functions 

of temperature

– Local gravity must be 

known accurately (a 

function of latitude)

– Presence of air or water 

vapor in “vacuum”

– Surface tension effects

– Barometer must be kept 

vertical

– Impurities in the mercury

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Advantages of 

mercury 
barometers:

– Simple in concept 

(can visualize how 
it works)

– Easy calibration

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

ATMS 320 – Barometry

G

s

C

p

p

2

T

x

C

C

p

p

1

2

Thermal correction equation

Altitude and latitude correction equation

Getting the atmospheric pressure reading “right”…

Brhf2-4 here…

background image

 

 

• Direct – aneroid 

(without fluid) 
barometers:

– Balance the force 

due to 
atmospheric 
pressure against 
the restoring 
force of an 
“elastic” material 
(e.g. metal)

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Aneroid 

barometers:

– By changing the 

shape of the 
material surface 
used in the 
aneroid barometer, 
we can improve 
the sensitivity of 
the barometer at 
high atmospheric 
pressures

ATMS 320 – Barometry

Brf2-6 here

3

1

0

r

r

y

c

y

c

p

r

y

Q

Curve A or B??

Curve A or B??

dp

dy

r

y

sensitivit

static

A

B

y

r

= deflection of diaphram center, = diaphram thickness

background image

 

 

• Other aneroid 

barometers

:

– Stacked aneroid cells 

(2-7)

– Aneroid capsule (2-8)
– Silicon diaphragm (2-

9)

– Bourdon tube (2-10)

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Main sources of error in 

aneroid barometers:

– Same exposure errors as 

mercury barometers (e.g. 

dynamic pressure)

– Temperature-induced 

error

– Error arising from defects 

or irregularities in the 

diaphragm material 

and/or shape

– Sensitivity to pressure is 

non-linear

– Diaphragm “creep” 

(causes drift, a long-term 

change in the sensor 

sensitivity)

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Advantages of 

aneroid barometers:

Very small size

Readily automated

Insensitive to 
orientation, motion, 
and shock (portable)

No gravity 
correction required

Users not exposed to 
toxic materials

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Indirect* – 

hypsometers:

– Pressure sensor 

that utilizes the 
property of the 
decreasing boiling 
point of a liquid 
with decreasing 
pressure in order 
to determine 
pressure 

ATMS 320 – Barometry

*A pressure measurement technique is call indirect if it does not 
respond directly to the force due to atmospheric pressure but,
instead, responds to some other variable that is a function of
pressure.

background image

 

 

• Hypsometers:

– Must somehow 

provide heat to 
get liquid to boil

– If the liquid has a 

boiling point 
below the air 
temperature, a 
heater is not 
required (Freon-
13; 191.75 K) 

ATMS 320 – Barometry

http://www.chefscatalog.com/store/catalog/silo.jhtml?itemId=cat000106&parentId=cat000000

background image

 

 

ATMS 320 – Barometry

2

0

/

ln

T

R

L

dT

p

p

d

Clausius-Clapeyron equation…

Hypsometer equations:

Calibration equation…

Transfer equation…





T

T

R

L

p

p

1

1

exp

0

0





0

0

0

ln

1

p

p

L

T

R

T

T

background image

 

 

ATMS 320 – Barometry

The static sensitivity of hypsometers

dp

T

d

changes over the range of typical
atmospheric pressures. If large static
sensitivity is good, at what range of
pressures do hypsometers perform 
“good”? 

at HIGH pressure   or  at  LOW pressure ?

Cast your votes now…

background image

 

 

ATMS 320 – Barometry

A pressure observing 
network
1-2 punch!!

(1) hypsometer on a 
radiosonde

(2) aneroid barometer at low altitude

background image

 

 

• Main sources of 

error in 
hypsometers:

– Sensitive to 

orientation of 
instrument

– Extreme non-

linearity at sea-
level pressure

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• Advantages of 

hypsometers:

– Small size
– Can be automated
– Reasonably portable
– No gravity or 

temperature 
correction required

– Simple physical 

concept (does require 
careful 
implementation)

– No drift

ATMS 320 – Barometry

background image

 

 

• All barometers are 

subject to dynamic 
wind effects (e.g., air 
flow, building air 
conditioning or 
ventilation). A static 
port is designed to 
reduce dynamic 
error for barometers 
located inside 
shelters.

ATMS 320 – Barometry

Static port:

Must be located outside of the significant pressure field caused by the 

shelter. Field impacts 2.5 – 10 times shelter height.

Should be kept at a tilt angle of less than 10 degrees.

wind vector

tilt angle

+Z

background image

 

 

ATMS 320 – Barometry

• Barometer 

project

– Which type of 

barometer in 
Chapter 2 is most 
like your 
spaghetti sauce 
jar barometer?

BAROM

ETER

http://www.atomicmuseum.com/tour/manhattanproject.cfm


Document Outline