Galvanometer: wat is het? Werking, soorten en toepassingen

Ontdek wat een galvanometer is: werking, soorten en toepassingen. Leer hoe dit analoge instrument elektrische stroom meet en inzet in registratie-, positionering- en servomechanismen.

 Een galvanometer is een soort ampèremeter. Het is een instrument voor het detecteren en meten van elektrische stroom. Het is een analoge elektromechanische omvormer die een roterende afbuiging produceert, via een beperkte boog, in reactie op elektrische stroom die door zijn spoel vloeit. De term is uitgebreid tot toepassingen van hetzelfde mechanisme in registratie-, positionerings- en servomechanismeapparatuur.

Werking

Een galvanometer werkt op het principe dat een stroom door een spoel in een magnetisch veld een draaiend koppel (torque) geeft. Dit koppel veroorzaakt een hoekafwijking van de beweegbare constructie (spoel of ijzeren kern) tegen een terugstellend element zoals een veer of torsiedraad. De hoek van afbuiging is, binnen de lineaire zone van het instrument, vrijwel evenredig met de aangelegde stroom. Bij zeer gevoelige typen wordt een klein spiegelletje aan de beweegbare spoel bevestigd en wordt de afbuiging gemeten door het weerkaatsen van een lichtstraal op een schaal (spiegelgalvanometer).

Belangrijke onderdelen:

• Vaste magneet of permanent magneetveld
• Meebewegende spoel of beweegbaar ijzer
• Terugstellend mechanisme (veer of torsiedraad)
• Demping (meestal magnetische of vloeistofdemping) om oscillaties te onderdrukken
• Aanduidingsmechanisme: wijzer, spiegel of elektronische uitlezing

Soorten galvanometers

• Bewegende spoel (D'Arsonval-type) – meest nauwkeurig en veelgebruikt. Een spoel draait in een vast magneetveld; veel gebruikt als basis voor nauwkeurige stroommeters en als spiegelgalvanometer voor zeer kleine stromen.
• Bewegend ijzer – beïnvloedt door kern van zacht ijzer; eenvoudiger en robuuster, maar minder lineair en minder gevoelig dan bewegende spoel.
• Ballistische galvanometer – speciaal ontworpen om elektrische lading (niet alleen continue stroom) te meten: meet de totale verplaatsing veroorzaakt door een stroompuls; nuttig bij condensator- en pulsmetingen.
• Tangent- en sinusgalvanometer – historische typen die gebruikmaken van het aardmagnetische veld; werden veel gebruikt bij onderwijs en vroege experimentele opstellingen.
• Servo- of scanners-galvanometer – moderne, snel reagerende uitvoering met feedback voor positionering (bijv. laser-scanners in projectoren en microscopen).

Toepassingen

• Detectie en meting van kleine elektrische stroom in laboratoria en meetopstellingen.
• Null-detectors in brugcircuits (bijv. Wheatstone- of capacitieve bruggen) vanwege de grote gevoeligheid en lineaire reactie rond nul.
• Ballistische metingen — bepalen van ladingshoeveelheden bij schakelingen en condensatoren.
• Optische uitlezing met spiegelgalvanometers in hooggevoelige registratiesystemen, zoals seismografen of historische meetinstrumenten.
• Moderne toepassingen: galvanometer-scanners voor lasers in beeldvorming, materiaalbewerking, medische instrumentatie en lichtprojectiesystemen.
• Onderwijs en demonstraties van elektromagnetische principes.

Belangrijke kenmerken en gebruik

Bij het kiezen of gebruiken van een galvanometer let men op:

• Gevoeligheid – vaak aangegeven als hoek per ampère (°/A) of stroom voor een bepaalde afbuiging; spiegelgalvanometers bereiken extreem hoge gevoeligheden.
• Nulstabiliteit – vermogen om op nul te blijven zonder drift; belangrijk bij null-detectie.
• Inwendige weerstand – beïnvloedt hoe de galvanometer in een circuit wordt opgenomen; om een galvanometer voor hogere stromen te gebruiken, wordt doorgaans een shuntweerstand toegepast.
• Demping en Bandbreedte – bepaalt de snelheid en het overshoot-gedrag; voor snelle pulsen of positioneringssystemen is voldoende demping en breed frequentiebereik vereist.
• Lineariteit – in welke mate de afbuiging evenredig is met de stroom over het meetbereik.

Geschiedenis en ontwikkeling

Galvanometers zijn vernoemd naar Luigi Galvani (18e eeuw) en vormen een van de eerste instrumenten om elektrische stromen kwantitatief te bestuderen. In de 19e eeuw waren typen zoals de tangent- en spoelgalvanometers essentieel voor experimentele elektrische wetenschap. Met de komst van elektronische versterkers en digitale multimeters verloren sommige klassieke galvanometers hun dominante rol in algemene metingen, maar gespecialiseerde vormen (zoals spiegel- en servogalvanometers) bleven en werden verder ontwikkeld voor precisie- en scansystemen.

Praktische tips bij gebruik

• Voorkom oversturing: kleine instrumenten zijn gevoelig voor relatief kleine stromen; gebruik een geschikte shunt of spanningsdeler als u grotere stromen of spanningen meet.
• Kalibratie: controleer regelmatig de nulstand en kalibreer met bekende referentiestromen of standaarden.
• Bescherming: schakel bij het aansluiten kortsluitbeveiliging of stroombescherming in om de spoel en veer niet te beschadigen.
• Voor snelle pulsen of hoge nauwkeurigheid: let op demping en mechanische resonanties; gebruik indien nodig elektronisch dempende schakelingen.

Samenvattend: een galvanometer is een gevoelig analoog instrument voor het detecteren en meten van elektrische stroom, met uiteenlopende typen en toepassingen — van klassieke laboratoriummeting tot moderne laserscanners. De keuze van een galvanometer hangt af van benodigde gevoeligheid, snelheid, lineariteit en mechanische robuustheid.

Tangent galvanometer

Een tangent galvanometer is een vroeg meetinstrument voor het meten van elektrische stroom. Het werkt door een kompasnaald te gebruiken om een door de onbekende stroom opgewekt magnetisch veld te vergelijken met het magnetische veld van de aarde. Hij ontleent zijn naam aan het werkingsprincipe, de tangenswet van het magnetisme, die stelt dat de tangens van de hoek die een kompasnaald maakt evenredig is met de verhouding van de sterkte van de twee loodrechte magnetische velden. Deze wet werd voor het eerst beschreven door Claude Servais Mathias Pouillet in 1837.

 Een tangente galvanometer bestaat uit een spoel van geïsoleerde koperdraad die op een rond niet-magnetisch frame is gewikkeld. Het frame is verticaal gemonteerd op een horizontale basis voorzien van stelschroeven. De spoel kan worden gedraaid om een verticale as die door het middelpunt loopt. Een kompasdoos is horizontaal gemonteerd in het midden van een cirkelvormige schaal. Het bestaat uit een kleine, krachtige magnetische naald die in het midden van de spoel draait. De magnetische naald kan vrij ronddraaien in het horizontale vlak. De cirkelvormige schaal is verdeeld in vier kwadranten. Elk kwadrant heeft een schaalverdeling van 0° tot 90°. Een lange dunne aluminium wijzer is in het midden en in een rechte hoek op de naald bevestigd. Om fouten als gevolg van parallax te voorkomen is onder de kompasnaald een vlakke spiegel gemonteerd.

 

Tangent galvanometer gemaakt door J.H.Bunnell Co. rond 1890.  

Vragen en antwoorden

V: Wat is een galvanometer?

V: Naar wie is de galvanometer genoemd?

V: Wat voor soort output produceert een galvanometer in reactie op elektrische stroom?

Vraag: Wat is het bereik van de doorbuiging die een galvanometer produceert?

Vraag: Wat zijn enkele andere toepassingen van het mechanisme in een galvanometer?

V: Is een galvanometer een digitaal of analoog apparaat?

V: Wat is het doel van een galvanometer?

Zoek op letter