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<!DOCTYPE html>

<title>Galvanometer</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Galvanometer</span></h1>

</header>

</div>

<p>Ein <b>Galvanometer</b> (zunächst auch <b>Schweigger-Multiplikator</b> genannt oder ebenso veraltet auch <i>Rheometer</i>) ist ein <a href="Elektromagnet" title="Elektromagnet">elektromagnetisches</a> und <a href="Elektromechanik" title="Elektromechanik">elektromechanisches</a> <a href="Strommessger%C3%A4t" title="Strommessgerät">Strommessgerät</a>, bei dem das durch <a href="Elektrischer_Strom" title="Elektrischer Strom">elektrischen Strom</a> erzeugte <a href="Magnetfeld" class="mw-redirect" title="Magnetfeld">Magnetfeld</a> genutzt wird, um eine mechanische <a href="Drehbewegung" class="mw-redirect" title="Drehbewegung">Drehbewegung</a> zu erzeugen, die <a href="Proportionalit%C3%A4t" title="Proportionalität">proportional</a> zur <a href="Elektrische_Stromst%C3%A4rke" title="Elektrische Stromstärke">Stromstärke</a> ist.

</p><p>Dieses Prinzip wird unter anderem auch in <a href="Drehspulmesswerk" title="Drehspulmesswerk">Drehspulmesswerken</a> in Kombination mit einem <a href="Zeigermessger%C3%A4t" title="Zeigermessgerät">Zeiger und einer Skala als Anzeigeinstrument</a> verwendet. Weitere Anwendungen liegen beim Galvanometerantrieb, welcher zur schnellen Winkelverstellung für <a href="Lichtzeiger" title="Lichtzeiger">Lichtzeiger</a>, <a href="Dokumentenscanner" title="Dokumentenscanner">Scanner</a> oder in <a href="CD-Spieler" title="CD-Spieler">CD‑Spielern</a> verwendet wird. Das Galvanometer ist nach dem italienischen Arzt und Forscher <a href="Luigi_Galvani" title="Luigi Galvani">Luigi Galvani</a> (1737–1798) benannt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Geschichte">Geschichte</h2></div>

<p>Galvanometer waren die ersten Messgeräte zur Messung des elektrischen Stroms. Das zugrundeliegende Prinzip wurde von <a href="Hans_Christian_%C3%98rsted" title="Hans Christian Ørsted">Hans Christian Ørsted</a> an der Auslenkung magnetischer <a href="Kompassnadel" class="mw-redirect" title="Kompassnadel">Kompassnadeln</a> beobachtet, wenn in der Nähe ein <a href="Elektrischer_Leiter" class="mw-redirect" title="Elektrischer Leiter">elektrischer Leiter</a>, wie z. B. ein Stück Draht, durch Strom durchflossen wurde.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Grad der Auslenkung der Kompassnadel im <a href="Erdmagnetfeld" title="Erdmagnetfeld">Erdmagnetfeld</a> entsprach dabei (nichtlinear) der Stromstärke durch den Draht.

</p><p>Die Bezeichnung Galvanometer geht auf Arbeiten von <a href="Johann_Salomo_Christoph_Schweigger" title="Johann Salomo Christoph Schweigger">Johann Salomo Christoph Schweigger</a> an der <a href="Universit%C3%A4t_Halle" class="mw-redirect" title="Universität Halle">Universität Halle</a> im Jahr 1820 zurück. Es folgten konstruktive Verbesserungen, unter anderem dadurch, dass der Draht in mehreren Windungen um die Magnetnadel geführt wurde, um den Effekt der Auslenkung bei schwachen Strömen zu vervielfachen. Da die Windungen den gleichen Wickelsinn aufweisen, ist die ablenkende Kraft bei identischem Strom um die Anzahl der Windungen multipliziert, weshalb diese Bauform von Galvanometer in der Anfangszeit auch als <i>Multiplikator</i> oder als <i>Schweigger-Multiplikator</i> bezeichnet wurde.<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Diese frühen Galvanometer mit einer Kompassnadel stellten sogenannte <i>tangentiale Galvanometer</i> dar, da sie vor ihrer Benutzung im <a href="Erdmagnetfeld" title="Erdmagnetfeld">Erdmagnetfeld</a> ausgerichtet werden mussten und dieses als Rückstellmoment nutzen. Spätere Bauformen mit <a href="#Astatische_Nadeln">astatischen Nadeln</a> vermieden diesen störenden Einfluss (<a href="Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re" title="André-Marie Ampère">André-Marie Ampère</a><sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>, <a href="Leopoldo_Nobili" title="Leopoldo Nobili">Leopoldo Nobili</a>). Eine sehr empfindliche Bauform, das Spiegelgalvanometer, geht auf Arbeiten von <a href="William_Thomson%2C_1._Baron_Kelvin" title="William Thomson, 1. Baron Kelvin">William Thomson</a> aus dem Jahr 1858, nach Vorarbeiten von <a href="Johann_Christian_Poggendorff" title="Johann Christian Poggendorff">Johann Christian Poggendorff</a> aus dem Jahr 1826, zurück. Statt einer Nadel als Anzeige wird auf der Achse ein kleiner <a href="Spiegel" title="Spiegel">Spiegel</a> montiert, und ein Lichtstrahl dient dabei als Anzeige auf einer Projektionswand. Damit konnten, bei hinreichend weiter Entfernung der Projektionswand, auch sehr kleine Auslenkungen des Spiegels angezeigt werden.

</p><p>1882 erfanden unabhängig voneinander <a href="Jacques_Ars%C3%A8ne_d%E2%80%99Arsonval" title="Jacques Arsène d’Arsonval">Jacques Arsène d’Arsonval</a> und <a href="Marcel_Depr%C3%A9z" class="mw-redirect" title="Marcel Depréz">Marcel Depréz</a> eine Form von Galvanometer, in der die radial bewegbare, auf Federn aufgehängte Spule mit einem Träger von einem starken <a href="Dauermagnet" title="Dauermagnet">Dauermagneten</a> umgeben ist. Der <a href="Magnetischer_Kreis" title="Magnetischer Kreis">magnetische Kreis</a> wird im Außenbereich durch eine Befestigung aus <a href="Ferromagnet" class="mw-redirect" title="Ferromagnet">ferromagnetischem</a> Eisen sichergestellt, im Innenbereich der Spule durch einen starr angebrachten Zylinder aus Eisen. Die Spule bewegt sich radial frei in dem Spalt zwischen innen liegendem Eisenzylinder und außen liegendem Dauermagnet, was in guter Näherung einen linearen Zusammenhang zwischen Auslenkung der Spule und dem daran angebrachten Spiegel für die optische Anzeige und dem durch die Spule fließenden elektrischen Strom ergibt. Galvanometer nach d’Arsonval weisen bereits eine sehr hohe <a href="Empfindlichkeit_(Technik)" title="Empfindlichkeit (Technik)">Empfindlichkeit</a> auf. D’Arsonval konnte mit seinem Aufbau in den 1880er Jahren Ströme im Bereich weniger <a href="Ampere_(Einheit)" class="mw-redirect" title="Ampere (Einheit)">Mikroampere</a> messen.<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p><a href="Edward_Weston_(Chemiker)" title="Edward Weston (Chemiker)">Edward Weston</a> verbesserte das Galvanometer von d’Arsonval und patentierte diese Verbesserungen im Jahr 1888.<sup id="cite_ref-Weston1_5-0" class="reference"><a href="#cite_note-Weston1-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Unter anderem brachte er eine feine, spiralförmige Feder am Spulenkörper an, im Aufbau ähnlich der Spiralfeder, wie sie in Uhren bei der <a href="Unruh_(Uhr)" title="Unruh (Uhr)">Unruh</a> eingesetzt wird, um so den Spulenkörper ohne Stromfluss in eine definierte Ruhelage zu bewegen und eine definierte Gegenkraft zur elektromagnetischen Auslenkung sicherzustellen. Weitere Verbesserungen betrafen die Form und Montage der außen angebrachten Permanentmagnete, um die Genauigkeit des Instruments über die Zeit sicherzustellen. Zudem ersetzte er den Spiegel durch einen Zeiger, der über eine Skala die direkte <a href="Ablesung" title="Ablesung">Ablesung</a> des Messwertes erlaubte und so die umständliche Justage des Spiegels, der Projektionswand und der Lichtquelle bei dem Aufbau nach d’Arsonval vermied. Diese Bauform von Weston, auch als Zeigergalvanometer bezeichnet, stellt die Grundlage der auch heute bei elektromechanischen Anzeigen verwendeten <a href="Drehspulmesswerk" title="Drehspulmesswerk">Drehspulmesswerke</a> dar. 1902 konstruierte <a href="Willem_Einthoven" title="Willem Einthoven">Willem Einthoven</a> ein <b>Saitengalvanometer</b><sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> zur Erforschung der <a href="Elektrokardiogramm" title="Elektrokardiogramm">Aktionsströme des Herzens</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Prinzipien">Prinzipien</h2></div>

<p>Es gibt verschiedene Ausführungen von Galvanometern, die sich nach Art der Ablesung, Lagerung und Empfindlichkeit unterscheiden. Wie viele andere <a href="Analogsignal" title="Analogsignal">analog</a> anzeigende und <a href="Elektromechanik" title="Elektromechanik">elektromechanisch</a> aufgebaute <a href="Messger%C3%A4t" title="Messgerät">Messgeräte</a> sind alle Galvanometer sehr stoßempfindlich und müssen durch geschlossene Gehäuse vor Luftströmungen geschützt werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Ablesung">Ablesung</h3></div>

<p>Folgende Prinzipien der Ablesung des Messwertes sind bekannt:

</p>

<dl><dt>Zeigergalvanometer</dt>

<dd>An der Drehspule ist ein Zeiger angebracht, Anwendung findet dieser Typ in <a href="Drehspulmesswerk" title="Drehspulmesswerk">Drehspulmesswerken</a>.</dd>

<dt>Spiegelgalvanometer</dt>

<dd>besitzen an Stelle des Zeigers einen kleinen Spiegel an der Drehspule. Eine von einer Projektionslampe oder einem Laser erzeugte Strichmarke wird vom Spiegel reflektiert und auf eine getrennt vom Galvanometer aufgestellte Skala projiziert. Spiegelgalvanometer können sehr empfindlich ausgelegt werden, da der masselose <a href="Lichtzeiger" title="Lichtzeiger">Lichtzeiger</a>, entsprechend lichtstarke Projektionslampen bzw. Laser vorausgesetzt, nahezu beliebig lang gemacht werden kann. Auch verdoppelt sich durch die Reflexion der Ablenkwinkel. Nachteilig ist, dass es sich um drei getrennte Komponenten handelt, die aufeinander eingerichtet und justiert sein müssen.</dd>

<dt>Lichtmarkengalvanometer</dt>

<dd>Sie vermeiden diese Nachteile, indem die drei Teile des Spiegelgalvanometers (Messwerk, <a href="Skale" title="Skale">Skale</a> und Lampe mit Optik) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden. Die Länge des Lichtzeigers ist durch die Größe des Gehäuses begrenzt; allerdings können mehrfache Spiegelungen im Inneren den Zeiger verlängern.</dd></dl>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Lagerung">Lagerung</h3></div>

<p>Nach der Art der Lagerung werden die folgenden Typen unterschieden:

</p>

<dl><dt>Spitzenlagerung</dt>

<dd>Bei Galvanometern mit Spitzenlagerung besitzt die Drehspule eine Achse mit Stahlspitzen, die in gefederten Edelsteinen gelagert sind. Die Stromzuführung zur Drehspule erfolgt über zwei Spiralfedern, die auch das Rückstellmoment des Zeigers in Richtung Nullposition liefern.</dd>

<dt>Spannbandlagerung</dt>

<dd>Galvanometer mit Spannbandlagerung haben anstatt einer Achse zwei Metallbänder, die federnd gespannt sind. Die Bänder dienen der Stromzuführung zur Drehspule und deren <a href="Torsionsmoment" title="Torsionsmoment">Torsionsmoment</a> zur Rückstellung. Eine besondere Bauart vereint die Funktionen der Rückstellung und die der Drehspule dadurch, dass nur noch eine einzige Drahtschleife durch zwei parallel gespannte Leiterfäden mit einem eingeklemmten Spiegel Verwendung findet, wodurch sich eine sehr kurze Reaktionszeit ergibt und <a href="Oszillograph" title="Oszillograph">oszillographische</a> Aufzeichnungen möglich werden.</dd>

<dt>Bandaufhängung</dt>

<dd>Galvanometer mit Bandaufhängung haben ebenfalls zwei Metallbänder zur Stromzuführung. Die Drehspule ist an einem der Bändchen senkrecht aufgehängt, dessen geringes Torsionsmoment der Rückstellung dient. Das tragende Bändchen kann so dünn ausgeführt werden, dass es gerade in der Lage ist, das Gewicht der Drehspule auszuhalten. Mit diesen Geräten wird die höchste Empfindlichkeit erreicht.</dd></dl>

<p>Jede drehfedernd montierte Masse tendiert wie die <a href="Unruh_(Uhr)" title="Unruh (Uhr)">Unruh</a> einer Uhr zu Schwingungen. Ein Stromimpuls, also das Integral eines nur kurzzeitig (typisch: Bruchteile einer Sekunde) fließenden Stroms kann über die bewirkte Amplitude, also den Spiegel- oder Zeigermaximalausschlag gemessen werden. Um Dauerströme (Wechselstrom muss gleichgerichtet werden) zu messen, braucht es eine möglichst ruhige Anzeige durch geeignete Dämpfung. Ein sich in Luft drehender Spiegel kann durch die <a href="Viskosit%C3%A4t" title="Viskosität">Viskosität</a> der Luft gegenüber dem sehr geringen Rückstellmoment eines Drehfadens schon passend gedämpft werden. Manche Zeiger-Galvanometer nach Weston haben in rückwärtiger Verlängerung des Zeigers ein Paddel, das in einem geschlitzten und mit geringem Spaltabstand verlaufenden Torussegment Luft schiebt, womit sich eine sehr starke Dämpfung mit einer Zeitkonstante von über einer Sekunde realisieren lässt. Geläufig ist jedoch, dass die Spule auf einen zarten Alurahmen gewickelt wird, dessen Bewegung im Magnetfeld Ströme induziert, die der Ursache entgegenwirken, also dämpfen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Astatische_Nadeln">Astatische Nadeln</h3></div>

<p>Galvanometer mit <i>astatischen Nadeln</i> stellen eine Form von Galvanometer dar, die vom italienischen Physiker <a href="Leopoldo_Nobili" title="Leopoldo Nobili">Leopoldo Nobili</a> um 1826 erfunden wurde.<sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Bei diesem Aufbau sind zwei gleich starke <a href="Hartmagnetisch" class="mw-redirect" title="Hartmagnetisch">hartmagnetische</a> Nadeln parallel untereinander mit entgegengesetzter Polarisierung und an einem Faden befestigt. Durch die entgegengesetzte Polung wird der Einfluss des <a href="Erdmagnetfeld" title="Erdmagnetfeld">Erdmagnetfeldes</a> eliminiert, der Messaufbau wird astatisch. Dieser Aufbau kann in jeder Position, in die er gebracht wird, verbleiben, ohne sich wieder am Erdmagnetfeld auszurichten. Um eine Messung von Fremdkräften zu ermöglichen, darf der Einfluss des Erdmagnetfeldes nicht komplett eliminiert werden, da die Nadel sonst nicht in ihre Ausgangslage gebracht werden kann. Um die Empfindlichkeit zum Erdmagnetfeld zu steuern, wird ein Berichtigungsstab genutzt. Dieser magnetische Stab wird in Wirkrichtung des Erdmagnetfeldes unter die Nadeln gelegt. Er wirkt auf die untere Nadel, und sein Einfluss auf kann durch die Distanz zu dieser gesteuert werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Galvanometerkonstante">Galvanometerkonstante</h3></div>

<p>Anstelle der Empfindlichkeit wird die Galvanometerkonstante als deren Kehrwert angegeben, vorzugsweise die Stromkonstante <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle G={\tfrac {I}{\alpha }}={\tfrac {\text{Strom}}{\text{Ausschlag}}}}">

<mfrac>

</mfrac>

</mstyle>

</mrow>

<mfrac>

<mtext>Strom</mtext>

<mtext>Ausschlag</mtext>

</mfrac>

</mstyle>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle G={\tfrac {I}{\alpha }}={\tfrac {\text{Strom}}{\text{Ausschlag}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/5b4e99e8166e7a6f11c3d7b94cdf9caa55866fe3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.671ex; width:17.935ex; height:4.176ex;" alt="{\displaystyle G={\tfrac {I}{\alpha }}={\tfrac {\text{Strom}}{\text{Ausschlag}}}}" loading="lazy"></span>. Je nach Ausführung werden gekennzeichnet:

</p>

<dl><dt>stromempfindliche Galvanometer</dt>

<dd>mit ihrer Stromkonstante; sie soll für hohe Empfindlichkeit klein sein. Je kleiner die Konstante ist, desto größer ist der Ausschlag bei gegebenem Strom.</dd>

<dt>spannungsempfindliche Galvanometer</dt>

<dd>mit ihrer Spannungskonstante <i>U/α</i> (= Stromkonstante × (innerer + erforderlicher äußerer Widerstand)). Die Anforderung an den Widerstand des äußeren Stromkreises ergibt sich aus der notwendigen Dämpfung, bei der sich das Messwerk <a href="Aperiodischer_Grenzfall" title="Aperiodischer Grenzfall">aperiodisch</a> einstellt.<sup id="cite_ref-8" class="reference"><a href="#cite_note-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dazu ist die Schaltung passend auszulegen. Große Spannungsempfindlichkeit erfordert auch die Anpassung des Messwerkwiderstandes an den Widerstand des Messkreises unter Berücksichtigung der richtigen Dämpfung des Messwerks.<sup id="cite_ref-9" class="reference"><a href="#cite_note-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></dd></dl>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Verwendung">Verwendung</h2></div>

<p>Die wahrscheinlich größte Verwendung von Galvanometern erfolgte in Form des D'Arsonval/Weston-Typs, der in analogen Messgeräten von elektronischen Geräten eingesetzt wurde. Seit den 1980er Jahren wurden galvanometerbasierte analoge Messbewegungen in vielen Anwendungsbereichen durch <a href="Analog-Digital-Umsetzer" title="Analog-Digital-Umsetzer">Analog-Digital-Wandler</a> ersetzt. Die Vorteile eines digitalen Instruments liegen in der höheren Präzision und Genauigkeit, aber Faktoren wie Energieverbrauch oder Kosten können weiterhin für den Einsatz von analogen Messbewegungen sprechen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Moderne_Anwendungen">Moderne Anwendungen</h3></div><p>

Die meisten modernen Anwendungen des Galvanometer-Mechanismus finden sich als Antrieb in Positionierungs- und Steuerungssystemen.</p>

<p>Zur schnellen Drehung von Spiegeln und zur schnellen Bewegung von Leseköpfen in Festplattenspeichern und in CD-Spielern sind Galvanometerantriebe weiterhin Stand der Technik. Galvanometer haben im Vergleich zu <a href="Piezoelement" title="Piezoelement">Piezoantrieben</a> oder anderen <a href="Aktor" title="Aktor">Aktuatoren</a> den Vorteil niedriger Kosten und großer (Winkel-)Hübe. Man unterscheidet Galvanometerantriebe mit bewegten Spulen und solche mit bewegten Magneten. In beiden Fällen wird der Winkel zwischen einer Spule und einem Magneten durch Einstellen des elektrischen Stroms in der Spule gesteuert.

</p><p>Durch Galvanometerantrieb bewegte Spiegel werden vor allem eingesetzt, um Laserstrahlen im Raum zu bewegen. <a href="Laserscanning" title="Laserscanning">Laserscanner</a> mit Galvanometerantrieb kommen in <a href="Lasershow" title="Lasershow">Lasershow</a>-Geräten, in Materialbearbeitungsmaschinen – z. B. <a href="Lasersintern" class="mw-redirect" title="Lasersintern">Lasersintermaschinen</a>, <a href="Stereolithographie" class="mw-redirect" title="Stereolithographie">Stereolithographiemaschinen</a> und <a href="Laserbeschriftung" title="Laserbeschriftung">Laserbeschrifter</a> – aber auch in dermatologischen und ophthalmologischen Geräten zum Einsatz. Die Spiegeldrehung wird üblicherweise mit Hilfe eines eingebauten <a href="Winkellagegeber" title="Winkellagegeber">Winkellagegebers</a> gemessen und mit dessen Ausgangssignal elektronisch geregelt. Fast alle diese Galvanometerantriebe sind vom Typ <i>bewegter Magnet</i> (siehe <a href="#Vom_Galvanometer_zum_Galvoscanner">Vom Galvanometer zum Galvoscanner</a>). Ein großes Problem moderner Spiegelgalvanometer stellt die sehr hohe Winkelbeschleunigung in axialer Richtung dar. Die aufgesetzten, sehr dünnen Spiegel, können sich bei hohen Drehmomenten bereits verformen und beginnen dabei, sich während der Bewegung aufzuschwingen. Daraus können diverse Abbildungsfehler resultieren.

</p><p>Für spezielle Anwendungen werden auch resonante Galvanometer gefertigt; diese schwingen mit einer festen Winkelamplitude um die Drehachse. Resonante Spiegelgalvanometer werden in bestimmten Druckanwendungen oder der Raumfahrt angewandt. Im Vakuum ist die fettfreie Lagerung ein entscheidender Vorteil.

</p><p>Galvanometerantriebe in CD-Leseköpfen werden vor allem in CD-Spielern für Autos eingesetzt, bei denen es darauf ankommt, Stoßunempfindlichkeit zu erreichen. Galvanometerantriebe in Festplattenspeichern bewegen den magnetischen Lesekopf über die Scheibe; sie sind durchweg vom Typ <i>bewegter Spule</i>, um die Massenträgheit, und somit die Zugriffszeiten, so niedrig wie möglich zu halten.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Frühere_Anwendungen"><span id="Fr.C3.BChere_Anwendungen"></span>Frühere Anwendungen</h3></div>

<p>Eine der Hauptanwendungen von Galvanometern in der Vergangenheit war die Fehlersuche in Telekommunikationskabeln. In diesem Bereich wurden sie Ende des 20. Jahrhunderts durch <a href="Zeitbereichsreflektometrie" title="Zeitbereichsreflektometrie">Zeitbereichsreflektometer</a> ersetzt.

</p><p>Galvanometer-Mechanismen wurden auch verwendet, um Messwerte von <a href="Fotowiderstand" title="Fotowiderstand">Fotowiderständen</a> in den <a href="Belichtungsmessung" title="Belichtungsmessung">Belichtungsmessmechanismen</a> von Filmkameras zu erhalten.

</p><p>In analogen <a href="Messschreiber" title="Messschreiber">Messschreibern</a>, wie sie in <a href="Elektrokardiografie" class="mw-redirect" title="Elektrokardiografie">Elektrokardiografen</a>, <a href="Elektroenzephalografie" title="Elektroenzephalografie">Elektroenzephalografen</a> und <a href="L%C3%BCgendetektor" title="Lügendetektor">Polygraphen</a> verwendet werden, wurden Galvanometer-Mechanismen zur Positionierung des Stifts eingesetzt. Streifendiagramm-Schreiber mit galvanometergesteuerten Stiften können eine Vollfrequenzantwort von 100 Hz und mehrere Zentimeter Ablenkung aufweisen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Dynamisches_Verhalten">Dynamisches Verhalten</h2></div>

<p>Das dynamische Verhalten eines Galvanometers wird über die folgende <a href="Differentialgleichung" title="Differentialgleichung">Differentialgleichung</a> beschrieben:

</p>

<mover>

</mover>

</mrow>

<mover>

</mover>

</mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Theta \cdot {\ddot {\varphi }}+\rho \cdot {\dot {\varphi }}+D\cdot \varphi =A\;B\;N\cdot I_{\text{ges}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/8c7a3bc5d73f4d4f2249e0775cc5bc5bcd50d417.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:35.336ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \Theta \cdot {\ddot {\varphi }}+\rho \cdot {\dot {\varphi }}+D\cdot \varphi =A\;B\;N\cdot I_{\text{ges}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Dabei ist <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \varphi }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \varphi }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:1.52ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \varphi }" loading="lazy"></span> der zeitabhängige Ausschlagswinkel des Galvanometers, <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle {\dot {\varphi }}}">

<mover>

</mover>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\dot {\varphi }}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/92ffa1fdb663e8557bd7ebb66a095b54ba9f57e5.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:1.535ex; height:2.676ex;" alt="{\displaystyle {\dot {\varphi }}}" loading="lazy"></span> dessen Änderung über der Zeit, also die <a href="Winkelgeschwindigkeit" title="Winkelgeschwindigkeit">Winkelgeschwindigkeit</a> des Zeigers und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle {\ddot {\varphi }}}">

<mover>

</mover>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\ddot {\varphi }}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/57bb78499078cf62b12faa4f06fffe526f998f00.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:1.535ex; height:2.676ex;" alt="{\displaystyle {\ddot {\varphi }}}" loading="lazy"></span> die <a href="Winkelbeschleunigung" title="Winkelbeschleunigung">Winkelbeschleunigung</a>. Die Konstanten sind das <a href="Tr%C3%A4gheitsmoment" title="Trägheitsmoment">Trägheitsmoment</a> <i>Θ</i> des rotierenden Teils, die mechanische <a href="D%C3%A4mpfung" title="Dämpfung">Dämpfungskonstante</a> <i>ρ</i>, die <a href="Federkonstante" title="Federkonstante">Federkonstante</a> <i>D</i> der Rückstellfeder, die Spulenfläche <i>A</i>, die <a href="Magnetische_Induktion" class="mw-redirect" title="Magnetische Induktion">magnetischer Induktion</a> <i>B</i> des Dauermagneten und die Windungszahl <i>N</i>. <i>I</i><sub>ges</sub> ist die Gesamtstromstärke durch die Spule aus Messstrom und durch <a href="Bewegungsinduktion" class="mw-redirect" title="Bewegungsinduktion">Bewegungsinduktion</a> erzeugtem Strom. Da der ablesbare Ausschlag <i>α</i> (Bogenlänge, oft in Millimeter angegeben) von der Zeigerlänge abhängt, kommt beim Übergang von <i>φ</i> nach <i>α</i> noch ein Geometriefaktor <i>g</i> hinzu, und die Galvanometerkonstante ergibt sich zu

</p>

<mfrac>

<mrow>

</mrow>

<mrow>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle G={\frac {gD}{ABN}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e8754a29ec4c16087ddc7ea7093ac93a9b60d3a0.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:11.332ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle G={\frac {gD}{ABN}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Praktische_Ausführungen"><span id="Praktische_Ausf.C3.BChrungen"></span>Praktische Ausführungen</h2></div>

<p>Bedingt durch die Anwendung als Nullindikator oder zum Nachweis kleinster Ströme ist bei Galvanometern die maximale Auflösung, das heißt der kleinste Messwert, der noch sichtbar gemacht werden kann, die bestimmende Größe.

</p>

<dl><dt>Zeigergalvanometer mit Spitzenlagerung</dt>

<dd>sind robuste Betriebsmessgeräte, deren maximale Auflösung im Bereich von einem <a href="Ampere" title="Ampere">Mikroampere</a> (10<sup>−6</sup> A) liegt.</dd>

<dt>Zeigergalvanometer mit Spannbandlagerung</dt>

<dd>können, bedingt durch den Wegfall der Lagerreibung, eine Auflösung von 10<sup>−8</sup> A erreichen. Sie sind jedoch stoßempfindlicher als Geräte mit Spitzenlagerung.</dd>

<dt>Lichtmarkengalvanometer mit Spannbandlagerung</dt>

<dd>erreichen je nach Ausführung der Spannbänder Auflösungen um 10<sup>−9</sup> A.</dd>

<dt>Spiegelgalvanometer mit Spannbandlagerung</dt>

<dd>erreichen durch ihren längeren Zeiger Auflösungen von unter 10<sup>−10</sup> A.</dd>

<dt>Spiegelgalvanometer mit Bandaufhängung</dt>

<dd>erreichen Auflösungen kleiner als 10<sup>−12</sup> A. Das sind Laborgeräte aus handwerklicher Einzelfertigung. Sie müssen bei Transport und Aufstellung vor Erschütterungen geschützt werden und daher auf einer schwingungsisolierten Unterlage aufgestellt werden. Die Drehspule muss senkrecht hängen; dazu sind die Gehäuse mit <a href="Libelle_(Messtechnik)" title="Libelle (Messtechnik)">Libellen</a> und Stellschrauben zur vertikalen Ausrichtung versehen. Zum Transport muss das Bändchen entlastet und die Drehspule arretiert werden; ein Kurzschluss zwischen den Eingangsklemmen behindert Eigenbewegungen (maximale Wirbelstromdämpfung). Wenn Störfelder ferngehalten werden können, sind diese Geräte auch heute (2005) empfindlicher als elektronische Messungen, die im Bereich sehr kleiner Ströme Probleme mit Störgrößen wie <a href="Rauschen_(Physik)" title="Rauschen (Physik)">Rauschen</a>, Leckströmen, Drift und <a href="Temperaturkoeffizient" title="Temperaturkoeffizient">Temperaturabhängigkeit</a> haben.</dd>

<dt>Ballistische Galvanometer</dt>

<dd>werden dynamisch betrieben. Ein Stromimpuls führt zu einem Drehimpuls. Der Maximalausschlag ist proportional zur Ladungsmenge, die durch das Galvanometer geflossen ist.</dd>

<dt>Kriechgalvanometer</dt>

<dd>sind stark gedämpft und haben keine Rückstellkraft. Der Zeiger muss von Hand zurückgestellt werden. Angezeigt wird die Ladung, die durch das Gerät geflossen ist.</dd>

<dt>Kugelpanzergalvanometer</dt>

<dd>Bei dieser Bauform ist die Drehspule im Inneren durch weichmagnetische Eisenhalbkugeln, welche im Betrieb zu einer äußeren Kugel geschlossen werden, gegen die Einwirkung von niederfrequenten äußeren und störenden Magnetfeldern geschützt.<sup id="cite_ref-kugal1_10-0" class="reference"><a href="#cite_note-kugal1-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></dd></dl>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Vom_Galvanometer_zum_Galvoscanner">Vom Galvanometer zum Galvoscanner</h2></div>

<p>Mit Galvanometerantrieb bewegte Spiegel bezeichnet man als Galvanometerscanner oder kurz Galvoscanner. Ein Galvoscanner soll möglichst hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erreichen. Dazu müssen Reibung und Trägheitsmomente so klein wie möglich sein. Daher werden bei Galvanoscannern mit bewegter Spule vorzugsweise Aluminiumspulen statt Kupferspulen verwendet.

</p><p>Für eine hohe Dynamik muss auch die Kühlung der Spule so gut wie möglich sein. Eine Rotorspule in Luft ist aber thermisch schlecht an ihre Umgebung angebunden. Außerdem verformt sich eine luftdurchflossene Spule durch die auftretenden Zentrifugalkräfte. Diese Nachteile kann man durch Systeme vermeiden, bei denen sich der Magnet bewegt und die Spule ruht. Die meisten Systeme werden heutzutage in dieser Ausführung produziert. Das bringt mehrere Vorteile mit sich: zum Rotor benötigt man keine elektrischen Kontakte, die Spule verformt sich durch die hohen Geschwindigkeiten nicht mehr und die Kühlung der Spulenwindungen kann über eine größere Fläche und bessere thermische Anbindung realisiert werden. Eine angemessene Konstruktion des Magneten garantiert gleichbleibende Eigenschaften bis etwa 135 °C.

</p><p>Im Bild rechts sind der Rotor (1) als Dauermagnet, ein kleiner Luftspalt und die gewickelten Spulen (2) auf dem Eisenkern (3) erkennbar. Die äußere Wand (4) ist aus Metall und dient zur Kühlung der Spulen. Die besten Eigenschaften eines solchen Galvoscanners erreicht man mit Dauermagneten aus <a href="Neodym-Eisen-Bor" title="Neodym-Eisen-Bor">Neodym-Eisen-Bor</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Galvanometers?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Galvanometer</a></span></b> – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li>Walter Luhs: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://repairfaq.ece.drexel.edu/sam/MEOS/EXP28.pdf"><i>EXPERIMENT 28 – LASER Scanner.</i></a> Meos GmbH, 2003. (PDF; 567 kB)</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text"><a class="external text" href="https://la.wikisource.org/wiki/Experimenta_circa_effectum_conflictus_electrici_in_acum_magneticam">Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam</a>, Eigenverlag 1820.</span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text"><i>Meyers Großes Konversations-Lexikon</i>, 6. Auflage, 1905–1909.</span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text">Wolfgang Schreier (Hrsg.), Biographien bedeutender Physiker, Volk und Wissen 1984, S. 133</span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text">Joseph F. Keithley: <cite style="font-style:italic">The story of electrical and magnetic measurements: from 500 B.C. to the 1940s</cite>. John Wiley and Sons, 1999, ISBN 0-7803-1193-0, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>196–198</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Galvanometer&rft.au=Joseph+F.+Keithley&rft.btitle=The+story+of+electrical+and+magnetic+measurements%3A+from+500+B.C.+to+the+1940s&rft.date=1999&rft.genre=book&rft.isbn=0780311930&rft.pages=196-198&rft.pub=John+Wiley+and+Sons" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-Weston1-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Weston1_5-0">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.google.com/patents/US381304">US381304</a>: <i>Electrical coil and conductor.</i> Veröffentlicht am <span style="white-space:nowrap;">17. April 1888</span>, Erfinder: Edward Weston.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US381304&rft.applcc=US&rft.title=Electrical+coil+and+conductor&rft.inventor=Edward+Weston&rft.pubdate=1888-04-17">‌</span></span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text"><a href="Paul_Diepgen" title="Paul Diepgen">Paul Diepgen</a>, <a href="Heinz_Goerke" title="Heinz Goerke">Heinz Goerke</a>: <i><a href="Ludwig_Aschoff" title="Ludwig Aschoff">Aschoff</a>/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin.</i> 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 55.</span>

</li>

<li id="cite_note-7"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-7">↑</a></span> <span class="reference-text">Klaus Beneke: <cite style="font-style:italic">Biographien und wissenschaftliche Lebensläufe von Kolloidwissenschaftlern</cite>. Knof, 1999, ISBN 3-934413-01-3, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>97–99</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Galvanometer&rft.au=Klaus+Beneke&rft.btitle=Biographien+und+wissenschaftliche+Lebensl%C3%A4ufe+von+Kolloidwissenschaftlern&rft.date=1999&rft.genre=book&rft.isbn=3934413013&rft.pages=97-99&rft.pub=Knof" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-8"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-8">↑</a></span> <span class="reference-text">Siemens & Halske AG: <cite style="font-style:italic">Taschenbuch für Elektromeßtechnik</cite>. 1959, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>85</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Galvanometer&rft.au=Siemens+%26+Halske+AG&rft.btitle=Taschenbuch+f%C3%BCr+Elektrome%C3%9Ftechnik&rft.date=1959&rft.genre=book&rft.pages=85" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-9"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-9">↑</a></span> <span class="reference-text">Melchior Stöckl, Karl Heinz Winterling: <cite style="font-style:italic">Elektrische Meßtechnik</cite>. Teubner, 1987, ISBN 3-519-46405-5, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>29</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Galvanometer&rft.au=Melchior+St%C3%B6ckl%2C+Karl+Heinz+Winterling&rft.btitle=Elektrische+Me%C3%9Ftechnik&rft.date=1987&rft.genre=book&rft.isbn=3519464055&rft.pages=29&rft.pub=Teubner" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-kugal1-10"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-kugal1_10-0">↑</a></span> <span class="reference-text">Karl Strecker: <cite style="font-style:italic">Hilfsbuch der Elektrotechnik</cite>. 10. Auflage. Julius Springer, Berlin 1925, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>124–125</span> (Starkstromausgabe).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Galvanometer&rft.au=Karl+Strecker&rft.btitle=Hilfsbuch+der+Elektrotechnik&rft.date=1925&rft.edition=10.&rft.genre=book&rft.pages=124-125&rft.place=Berlin&rft.pub=Julius+Springer" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4155912-5">4155912-5</a></span> </div>

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