Author: burkard

# Galvani Handbuch

- Start
- Das Menü
- Die Symbolleiste
- Einstellungen
- Eine Messung durchführen
- Auswertung von Messdiagrammen
- Ordner und Dateien

## Einstellungen

Die Parameter der Messung und der Darstellung der Messdaten können im Menü "Einstellungen" festgelegt werden.
Wenn im Menü Einstellungen die Option "Einstellungen automatisch laden" aktiviert ist, werden die Parameter beim Start des Programms aus der Konfigurationsdatei eingelesen.
Wenn im Menü Einstellungen die Option "Einstellungen automatisch speichern" aktiviert ist, werden die Parameter vor dem Beenden des Programms in der Konfigurationsdatei abgelegt.
In den Projekteinstellungen oder in den Einstellungen der Messkanäle gewählte Messfunktionen werden durch den Messvorgang überschrieben, falls das Messgerät diese Daten sendet. Galvani-Optionen unterteilen sich nach:

- Projekteinstellungen
- Diagramm-Einstellungen
- Einstellungen für die Messkanäle

Projekteinstellungen

In die Projekteinstellungen werden die wesentlichen Parameter des Messprojekts eingetragen:

- Titel: Eine kurze Bezeichnung des Messprojekts (optional).
- Die auf der x-Achse dargestellte Funktion (Kanal 1).
- Die auf der y-Achse dargestellte Funktion (Kanal 2).
- Eine Beschreibung des Projektes. Hier können Parameter der Messung oder Angaben zur Probe eingetragen werden (optional).

Für beide Kanäle stehen folgende Messfunktionen zur Auswahl:

- Gleichspannung (Standardeinstellung)
- Gleichstrom
- Wechselspannung
- Wechselstrom
- Widerstand
- Elektrische Letifähigkeit
- pH-Wert
- Temperatur

Für den Kanal 1 (x-Achse) kann zusätzlich die Zeitvariable gewählt werden - dies ist die Standardeinstellung.
Galvani stellt die passende Einheit (Volt, Ampere, Ohm, Siemens, pH, °C) je nach der gewählten Messfunktion ein. Wenn die vom Messgerät gesendeten Daten eine Angabe zu Messfunktion und Einheit enthalten, werden die Projekteinstellungen überschrieben. Auch bei den Simulationen pH-Wert und Spektrum werden die Projekteinstellungen überschrieben. Bei der Simulation Spektrum wird für die x-Achse die Messgröße Wellenlänge (400-800 nm) und für die y-Achse Absorption (Intensität) festgelegt.

Neben der gewählten Messfunktion wird das zugeordnete Messgerät bzw. die Simulationsfunktion angezeigt. Ein Klick auf diese Schaltfläche führt zum Einstellungsmenü, wo das entsprechende Gerät konfiguriert werden kann.
Für die Simulation von Titrationskurven kann eine Säure aus einem Dropdown-Menü gewählt werden.
Das Volumen der zu titrierenden Säure, ihre Konzentration sowie die Konzentration des Titrators und die Titrationsgeschwindigkeit können angegeben werden. Ein Wert von 50 mL/min ist bei einem Messintervall von 0,1 Sekunden empfehlenswert.
Zur Berechnung der Titrationskurven verwendet Galvani die tabellierten pKs-Werte der gewählten Säure (H.R.Christen: Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie, Frankfurt a.M. 1980, G.H.Aylward, T.J.V.Findlay: Datensammlung Chemie, Weinheim 1975). Der Algorithmus beruht auf dem Konzept von de Levie (R. de Levie: "General expressions for acid-base titrations of arbitrary mixtures", Washington 1995 - Technical report #7, Chemistry Department, Georgetown).

Diagramm-Einstellungen

Die Parameter für das Diagramm findet man im Menü Einstellungen/Diagramm.

Diagramm-Hintergrund

Ein Klick auf die Farbfläche öffnet ein Farbauswahlfenster zur Auswahl der Hintergrundfarbe.

Farbe der Achsen

Ein Klick auf die Farbfläche öffnet ein Farbauswahlfenster zur Auswahl der Achsenfarbe.

Gitter

Über einen Schalter lässt sich das Gitter im Diagramm ein- und ausschalten.
Ein Klick auf die Farbfläche öffnet ein Farbauswahlfenster zur Auswahl der Farbe der Gitterlinien.

Darstellung der Messwerte

Für das Aussehen der Datenpunkte und ihre Verbindung im Diagramm können folgende Parameter ausgewählt werden:

- Punktesymbol (Kreuz, Kreis, Quadrat, Raute oder kein Symbol)
- Aussehen der Symbole (gefüllt oder Umriss)
- Größe der Symbole in Punkten
- Verbindung der Symbole (Linie, Kurve oder keine Verbindung).
  Kurvenabschnitte berechnet Galvani als kubische (Hermite) Splines.
- Linienstil (durchgehend, gestrichelt oder punktiert)
- Linienfarbe: Ein Klick auf die Farbfläche öffnet ein Farbauswahlfenster zur Auswahl der Linienfarbe.

Skalierung

Über einen Schalter kann die automatische Skalierung des Diagramms ein- und ausgeschaltet werden. Ein weiterer Schalter erzwingt die Darstellung der Nulllinie.
Die Grenzen des Koordinatensystems können in die entsprechenden Eingabefelder manuell eingetragen werden. Wenn der Schalter "auto" aktiv ist, werden die Koordinatengrenzen ausgehend von den manuell eingegebenen automatisch angepasst.

Projekt-Titel

Ein Schalter legt fest, ob der Titel des Projekts als Überschrift über dem Diagramm angezeigt wird.

Einstellungen für die Messwert-Kanäle

Die Parameter für die Messwert-Kanäle findet man im Menü Einstellungen/Messdaten Kanal X / Y.
Die Optionen sind für beide Kanäle weitgehend identisch. Allerdings kann die Zeitvariable nur für den Kanal 1 (X-Achse) gewählt werden. Andere Messgeräte als Digitalmultimeter können nur für Kanal 2 (Y-Achse) ausgewählt werden.

Datenquelle

Für Kanal 1 ist die Zeitvariable die Standardeinstellung.
Außerdem gibt es folgende Auswahlmöglichkeiten:

- Digitalmultimeter (Standardeinstellung für Kanal 2)
- Anderes Messgerät (nur Kanal 2)
- Simulation

Messintervall

Das Messintervall (der zeitliche Abstand zwischen zwei Messungen) kann stufenlos bis zu einem Maximalwert von 1 Stunde (3600 Sekunden) gewählt werden. Der Mindestwert wird im Falle eines Digitalmultimeters oder anderen digitalen Messgeräts durch das Messgerät festgelegt (Parameter "Timeout").
Das Messintervall wird in den Einstellungen für Kanal 2 (Y) gewählt.

Datenquelle Simulation

Diese Einstellung erlaubt die Simulation von Messungen. Galvani moduliert die Berechnung der Messwerte durch Zufallsvariablen.
Folgende Optionen stehen zur Verfügung:

- Linear
- Exponentiell (Zerfallskurve)
- Chromatogramm (Peakmodellierung durch die Gauß-Funktion)
- Spektrum (Modellierung eines Absorptionsspektrum im sichbaren Bereich von 400-800 nm durch die Lorentz-Funktion)
- pH-Diagramm (1 oder 2 Äquivalenzpunkte sowie die pKs-Wert werden zufällig bestimmt)

Datenquelle Digitalmultimeter

Galvani unterstützt die Kommunikation mit dem Messgerät über die serielle Schnittstelle (RS232C) und über die USB-Schnittstelle (USB-TMC). Für die Kommunikation mit dem Messgerät muss der Benutzer auf die jeweilige Schnittstelle zugreifen können.
Für die serielle Schnittstelle wird er am einfachsten der Gruppe dialout hinzugefügt: sudo usermod -aG dialout [benutzername].
Für den Zugriff auf die USB-Schnittstelle kann mit Root-Rechten im Verzeichnis /etc/udev/rules.d/ eine Datei "usbtmc.rules" angelegt werden:
# Devices
KERNEL=="usb/*", MODE="0660", GROUP="plugdev"
KERNEL=="usbtmc[0-9]*", MODE="0660", GROUP="plugdev"
Dadurch wird die Schnittstelle der Gruppe plugdev zugeordnet und der Benutzer kann erforderlichenfalls der Gruppe plugdev hinzugefügt werden: sudo usermod -aG plugdev [benutzername].

Galvani stellt Konfigurationsdateien (Dateierweiterung .dmm) für einige Digitalmultimeter zur Verfügung. Sie liegen im Galvani-Datenverzeichnis des Benutzers ~/galvani/. Die aktuelle Version von Galvani unterstützt ausschließlich Geräte, die Messwerte als ASCII-Daten senden. Galvani unterstützt auch die Kommunikation über SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments).
Über den Button Laden werden die Geräteeinstellungen aus der Konfigurationsdatei eingelesen und in einer Liste von bis zu 10 Geräten gespeichert. Die konfigurierten Geräte stehen dann für einen Messvorgang auf beiden Kanälen zur Verfügung.
Manuell konfigurierte Parameter können als Gerätedatei nach Klick auf den Button Speichern auf dem Datenträger gesichert werden.

Parameter für die Kommunikation über die serielle Schnittstelle:

- Interface: Galvani listet alle verfügbaren Schnittstellen auf.
  Die Schnittstellen /dev/ttyS0 - /dev/ttyS3 werden allerdings auch dann gelistet, wenn sie physikalisch nicht verfügbar sind. Die Auswahl führt zu einem korrupten Port, der nicht zurückgesetzt werden kann. Das Programm muss dann neu gestartet werden.
  Eine Schnittstelle wird durch einen Messvorgang belegt und wird erst durch Beenden der Messung geschlossen und ist dann wieder verfügbar.
  Bei der Auswahl einer seriellen Schnittstelle werden weitere Parameter (s.u.) angezeigt.
- SCPI (Schalter): Das Gerät unterstützt die Kommunikation über SCPI-Befehle.
- Externes Setup (Schalter): Die Messfunktion des Gerätes kann über die Schnittstelle gesteuert werden.
  Wenn dieser Schalter aktiviert ist, können in weiteren Auswahlfeldern Messfunktion und Messbereich eingestellt und die Steuercodes für die einzelnen Messfunktionen in Eingabefelder eingegeben werden.
- Baudrate: Datenübertragungsrate (600-115200 Bit/s)
- Zeichenbreite: Anzahl der Datenbits (7 oder 8)
- Stopbits: (1 oder 2)
- Flusskontrolle: Kommunikationssteuerung (Hardware, Software oder keine)
- Parität: Kontrollbit (odd, even oder none)
- Polling (Schalter): Das Gerät erwartet ein Anforderungszeichen ("D" bzw. "MEAS?" als SCPI-Befehl) für das Senden der Messdaten.
- Bytes: Galvani wartet beim Auslesen der Daten, bis die angegebene Anzahl von Bytes vom Gerät gesendet wurden (Standard: 0).
- Messwerte: Anzahl der vom Gerät gesendeten Messwerte (Standard: 1)
- Timeout: Zeitlicher Mindestabstand zwischen zwei Messungen (gerätespezifisch).

Datenquelle Messgerät

Neben Digitalmultimetern können auch spezielle Messgeräte mit serieller Kommunikation in Galvani verwendet werden. Hier ist nach der Geräteauswahl lediglich die Schnittstelle anzugeben.
Galvani unterstützt aktuell folgende Messgeräte:

- pH-Meter Lutron PH-207