Funktionsweise von Galvanometer- und UV-Recordern

Galvanometer-Recorder

Der Galvanometer-Recorder basiert auf dem gleichen Prinzip wie der Mechanismus von Drehspulmessgeräten. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das durch den Strom in der Spule erzeugte Drehmoment nun durch die Aufhängung der Spule und Federn ausgeglichen wird.

Ein Zeiger kann an der Aufhängung mit einer Feder am Ende befestigt werden, wodurch ein Liniendiagramm mit Tinte entsteht. Wenn R die Länge des Zeigers und θ die Auslenkung ist, ergibt sich für die Verschiebung y die Formel: y = R · sin(θ).

Da der Winkel θ proportional zum Strom durch die Spule ist, ist die Beziehung zwischen Strom und Verschiebung nicht linear. Wenn der Ausschlag auf weniger als ±10° begrenzt wird, liegt der Fehler durch diese Nichtlinearität bei unter 0,5 %.

Das größte Problem ist, dass sich der Stift in einem Bogen statt gerade bewegt. Daher wird für die grafische Darstellung krummliniges Papier verwendet, was die Auswertung zwischen den geschwungenen Linien erschwert.

Messerschneiden-Recorder

Ein alternativer Weg ist der Messerschneiden-Recorder. Dieser verwendet wärmeempfindliches Papier, das entlang einer Messerkante bewegt wird, sowie eine heiße Nadel anstelle einer Schreibfeder. Das Papier ist mit einer Chemikalie imprägniert, die bei Berührung mit der erhitzten Nadel eine deutliche Farbveränderung zeigt.

Die Verwendung der Messerkante verhindert zwar den bogenförmigen Strich, führt aber dennoch zu einer nichtlinearen Beziehung zwischen θ und der Verschiebung y. Die Länge der Strecke auf dem Papier bei einer Auslenkung θ beträgt: y = R · tan(θ).

Der Nichtlinearitätsfehler ist hier etwas größer als beim Stift-Recorder. Bei Auslenkungen von weniger als ±10° liegt der Fehler unter 1 %. Bei diesem Gerät erfolgt keine elektronische Verstärkung des Eingangssignals.

Dies führt zu folgenden Spezifikationen:

• Empfindlichkeit: ca. 1 cm Verschiebung pro mV
• Eingangswiderstand: ca. 10 kΩ
• Bandbreite: DC bis 50 Hz
• Genauigkeit: ca. ±2 % vom Skalenendwert

UV-Recorder

Eine Alternative zur mechanischen Feder ist der UV-Recorder. Er besteht aus einem kleinen Spiegel, der an der Aufhängung befestigt ist. Ein UV-Lichtstrahl wird auf den Spiegel gerichtet; dreht sich die Spule, beschreibt der reflektierte Strahl eine Kurve auf lichtempfindlichem Papier.

Durch die Verwendung eines optischen Zeigers anstelle eines physischen Materials kann eine größere Zeigerlänge und somit eine höhere Empfindlichkeit erreicht werden:

• Standard-Empfindlichkeit: ca. 5 cm/mV (bei 50 Hz Bandbreite)
• Hochfrequenz-Variante: bis 5 kHz Bandbreite bei 0,0015 cm/mV Empfindlichkeit
• Grenzfrequenz: ca. 13 kHz
• Genauigkeit: ca. ±2 % vom Skalenendwert

Da sich optische Zeiger nicht gegenseitig stören, ist es üblich, 6, 12 oder 25 Galvanometer-Einheiten auf einem Block mit gemeinsamen Magneten zu kombinieren, um simultane Aufzeichnungen vieler Variablen durchzuführen.