Hallo, Ich stehe im Moment vor folgendem Problem: Ich muss eine Kapazität messen, Größenordnung 20pF, zusätzlich wäre der Leitwert der Schicht zwischen den Platten interessant. Die Genauigkeit sollte bei besser +-1% liegen. Messfrequenz nicht allzu hoch, sollte unter 100kHz bleiben. Zur Messung dieser Kapazität kann ich kein vorgefertigtes Gerät verwenden, das ganze sollte recht kompakt werden und mir nacher ein Serielles Signal zu einem Rechner ausgeben, ich hatte also an ein Kleines Board mit der Messschaltung sowie einem MEga88 als Signalauswertungs- und Weiterleitungsschaltung gedacht. Stellt für mich kein Problem dar. Mein Problem liegt mehr im richtigen Messverfahren. Ich hatte daran gedacht einen Schwingkreis aufzubauen welcher dann mit der zu Messenden Kapazität verstimmt wird und ich dann über die Frequenz auf die Kapazität schließen kann. Fraglich wäre wie ich dann auf den Leitwert zwischen den Platten schließen kann. Hier stellt sich mir die Frage nach dem richtigen Oszilator. Was kann ich da verwenden ? Und wäre ein LC oder ein RC schwingkreis sinnvoller ? Oder vielleicht lieber ein völlig anders Messverfahren ? Vielen Dank, Marc
:
Verschoben durch Admin
Servus, Mir würde jetz Spontan eine Ladekurve einfallen, Wieso nicht nen R mit dem C in Reihe und 5 Volt drauf, wenn du das sowieso mit µC machen willst ist die Auswertung der Kurve ja auch nicht schwer, über die Ladezeit und den Wert des R´s +- Toleranz kommst auf die Kapazität. Nur so ne fixe Idee.
Kapazität über Widerstand oder Stromquelle laden oder entladen und aus der Zeit die Kapazität berechnen.
Also Transistor zum entladen der Kapazität. Dann Laden über Widerstand bis bestimmte Spannung erreicht (natürlich die Zeit messen). In Formel einsetzen und fetisch
klingt eigentlich nciht schlecht. wenns denn genau genug ist ? Würde R auf 500kOhm wählen, entspricht einer Ladezeit von etwa 50µs. Hätte also 2000 Takte im Mega88 bei 20 MHz zum Messen was auch von der Auflösung her ausreicht. Wie würde ich nun den Leitwert der Schicht messen ? Spannungsteiler aus Kondenastor und Ladewiderstand ?
Der Leitwert der Schicht haengt auch von der Frequenz ab. Allenfalls kann man die Guete betimmen.
Hmm....habe mir mal die Bausteine von analog Devices angeschaut. Deren Frequenzbereich ist zu klein für meine Applikation. Die Lösung sollte bis mindestens 40pF funktionieren. Ein deutlich größerer Bereich wäre mir Lieb ist aber kein zwingendes Feature
Marc Seiffert schrieb: > Hallo, > > Ich stehe im Moment vor folgendem Problem: > > Ich muss eine Kapazität messen, Größenordnung 20pF, zusätzlich wäre der > Leitwert der Schicht zwischen den Platten interessant. Die Genauigkeit > sollte bei besser +-1% liegen. Messfrequenz nicht allzu hoch, sollte > unter 100kHz bleiben. Deine Anforderungen sind schon recht "sportlich". Da wirst Du wohl ein professionelles Meßgerät in der Preisklasse nicht unter 1k€ brauchen. Gruss Harald
ja und genau das passt leider nicht da hin wo es hin soll. Sonnst wäre es wohl kein Problem solch ein Gerät zu erstehen. Immerhin bin ich in der Applikation sehr nah am Probanden dran und habe keine langen Zuleitungen.
Schau mal in die 'Measurement 43 (2010):A. Mariscotti: A low cost capacitice bridge based on voltage drop balance' Ist leider EL$EVIER ... Prinzip: Anregung mit Sinusfrequenz und dann über Frequenzvariation eine Brücke aus Cx und bekanntem R auf 'halbe' Spannung abgleichen. Halbe Spannung wird durch Umschalten von R und C geprüft. U von 0.1% bis 0.6% Bei R=100k kann f dann unter 100kHz bleiben.Für tan d müsste man mal rechnen ob eine Phasenauswertung reicht.....
Den Messbereich der AnalogDevices Wandler kann man durch eine Seriekapazitaet erweitern... Zudem geht der Messbereich fuer GND bezogene Messungen bis 60pF.
1% ist schon sportlich. Sind 0.2pF. Aber über eine relative Messung sollte es gehen: Bau einen einfachen CR oder CL Oszillator. Miss die Frequenz mit dem Controller. Schalte einen (oder mehrere) NP0 Referenzkondensator(en) dazu (zb über kapazitätsarme GHz Pin-Dioden) und mach damit eine relative Messung. Zusätzlich noch ein Abgleich per Software, um parasitäre Kapazitäten rauszurechnen. Jetzt hast Du als Fehler nur noch die Änderungen der Referenz/Parasitären Kapazitäten, die sich durch einen thermischen Einfluss ergeben.
Das ganze wird in einem Raum mit konstanter Luftfeuchtigkeit und Temperatur betrieben. Diese Einflüsse sind also zu vernachlässigen. Wobei es natürlich schön wäre wenn das Gerät keiner Kalibration bedarf, sonnst ärgert man sich in einigen Jahren weil man nicht mehr weis wie man es richtig einstellen kann. @ Jöög wie würde denn dein einfacher Oszilator aussehen ?
Ab diesen Beitrag Beitrag "Re: qtouch - sekt oder selters" lesen. Das Verfahren könnte für dich interessant sein, da kleine Kapazitäten gemessen werden können. Ob +/- 1 % drin ist, musst du einfach testen.
Was genau soll es denn werden? Allzuoft liegt darin nämlich die wirkliche Antwort!
@Marc Könnte man sogar schon mit einem 74xx14 Gatter machen: http://www.electronics-tutorials.ws/logic/log16.gif http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT1G14.pdf
Die Messaparatur kommt auf ein Automatisiertes Messgerät das kleine Sensoren vermessen soll ich muss mich mal abmenden für heute war ein langer tag. Danke schonmal für die vielen Antworten !
?? schrieb: >> Ist leider EL$EVIER ... > Was ist das? Ein Verlag, bei dem der o.g. Artikel erschienen ist.
1% Genauigkeut und Ohmscher Leitwert parallel, da fallen doch schon fast alle bisherigen Lösungsvorschläge weg. Darf denn da überhaupt ein Gleichanteil im Messignal sein? Wie hoch ist die erlaubte Messpannung? Wie groß ist denn der zu erwartende parallele Leitwert?
Gleichanteil darf drin sein, das ist kein problem. Erlaubte Messspannung würde ich mit 1-2V ansetzen müsste da noch schauen Wie groß der parallele Leitwert ist kann ich leider nicht sagen. Hatte mich entschieden folgendes zu testen: C (entladen über FET) über einen R auf +5V hängen, 1 Tau ladung abwarten, zeit messen. Anschließend weiter laden lassen und über den Spannungsteiler den Leitwert herausfinden. Diesen dann verrechnen um auf die Kapazität zu kommen
Marc Seiffert schrieb: > Gleichanteil darf drin sein, das ist kein problem. Erlaubte Messspannung > würde ich mit 1-2V ansetzen müsste da noch schauen > > Wie groß der parallele Leitwert ist kann ich leider nicht sagen. > > Hatte mich entschieden folgendes zu testen: > > C (entladen über FET) über einen R auf +5V hängen, 1 Tau ladung > abwarten, zeit messen. Anschließend weiter laden lassen und über den > Spannungsteiler den Leitwert herausfinden. Diesen dann verrechnen um auf > die Kapazität zu kommen ...und das klappt auch bei 20pF mit 1% Fehler? Gruss Harald
Angehängte Dateien:
-
Lisson_LC_meter.png
11 KB
Hallo Marc Seiffert, es gibt ja die gängige Praxis der LC Meter mit Schwingkreis und Lm311 Komparator. wie z.B. hier: http://www.sprut.de/electronic/pic/projekte/lcmeter/lcmeter.htm Das gleiche geht ja bekanntlich auch mit Atmel. Im gezeigten Beispiel wird ja die Anzahl Schwingungen auf 1 Sekunde gemessen. Wenn man die Torzeit auf mehrere Sekunden aufweiten kann wird es ja noch genauer. Einen grossen Haken die Schaltung mit dem Lm311 allerdings: Es gibt eine riesige Frequenzdrift bei einer Dauermessung. Da mich dieses Problem immer generft hatte habe ich die Oszillatorschaltung dann gändert und einen LT1713 eingesetzt. (siehe Anhang) Dadurch ist die Messung ziemlich stabil. Die kleinen Schwankungen im 0,xpF Bereich , die ich noch feststelle beruhen meiner Meinung nach auf meinen Verbindungsstrippen. Ich kann mir vorstellen, dass diese Variante bei einem geschirmten Festeinbau recht genau sein kann. Versuch macht kluch! Gruss Klaus
> C (entladen über FET) über einen R auf +5V hängen, 1 Tau ladung > abwarten, zeit messen. 1 % Genauigkeit bei 20 pF ... Tau = RC bei 1GΩ => Tau = 20 ms ... So optimistisch sind sonst nur Finanzminister !
Bei einem möglichen Prallelen Widerstand wäre die Methode der Wahl eine feste Wechselspannung anzulegen (Dreieck oder Sinus) und dann phasenrichtig den Strom zu messen. Nach der Phase getrennt bekommt man so die Kapazität und den Leitwert bzw. den Verlustanteil. Je nach werten müsste man ggf. noch die Frequenz verändern, damit der Leitwert oder die Kapazität nicht untergeht. Etwas schwieriger wird es, wenn die Kapazität gegen Masse ist, und nicht zwischen 2 zugänglichen Anschlüssen. Die Strommessung ginge dann über einen Transimpedanzverstärker. Die Messung über einen LC Ozillator gibt eine hohe Auflösung, aber meist keine gute Genauigkeit, denn die Induktivitäten sind oft nicht ideal und die Oszillatorschaltung hat auch ein Zusätzliche Kapazität (ggf. auch noch Spannungsabhängig) und eigene Phasenverschiebung bzw. Verzögerung. bei 20 pF sind die Kabelkapazitäten schon wesentlich. Es geht also nur ein relativ kleiner Aufbau mit festen Leitungen, nichts flexibles mehr.
U. B. schrieb: >> C (entladen über FET) über einen R auf +5V hängen, 1 Tau ladung >> abwarten, zeit messen. > > 1 % Genauigkeit bei 20 pF ... > > Tau = RC bei 1GΩ => Tau = 20 ms ... > > So optimistisch sind sonst nur Finanzminister ! genau genommen 20µs....wären bei nem Mega88 mit 20 MHZ getaktet immerhin 400 Zählschritte. Von der Auflösung her also schonmal gut. Die ganze Aperatur ist sehr kompakt, direkt an der zu messenden Kapazität und vor allem starr (keine Schwankungen von Zuleitungskapazitäten oder ähnlichem), daher könnte ich einfach das Tau ohne C messen und das Tau mit C und die Differenz gibt mir die Kapazität. Soweit der Gedanke. Werde das ding mal aufbauen und wenns klappt bin ich glücklich. Ansonnsten muss ne aufwändigere Lösung her.
Widerstandswerte im GOhm Bereich wird man aber nicht nutzen können. Die Leckströme an den IO Pins sind dafür deutlich zu groß. Man kommt also eher auf Widerstände von z.B. 1 Mohm oder Zeiten von 20 µs. 1% davon sind dann nur noch 200 ns - immerhin noch machbar. Die volle Genauigkeit muss aber vermutlich auch nicht aus einer Einzelmessung erhalten werden. Einen Nachteil den man damit hat, ist aber, dass man keine Definierte Messfrequenz hat, weil man im Zeitbereich misst. Für Daten bei einer definierten Frequenz wäre der Weg über Generator und Transimpedanzverstärker wohl der bessere, auch wenn es mit dem intern AD nur bis etwa 10 kHz gut geht. Selbst bei 1 V und 1,6 kHz hat man bei 20 pF immer noch einen Strom von 0,2 µA. Das klingt wenig, ist aber noch ohne Probleme zu messen.
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=260823268581 Vielleicht sowas? Sieht zumindest interessant aus. Wobei 1% bei 20pF schon sehr sportlich ist. Gruß
@ ulrich keinesfalls würde ich den Mega88 direkt an die Kapazität anschließen. Ein geeigneter OP-AMP ala ADA4000-1 mit sehr geringem Eingangsstrom und geringer Kapaität (ich suche noch nach Welchen mit noch kleinerer Kapazität im Smd gehäuse) dient hier als Buffer, anschließend ein Komparator, auch hier vermutlich nciht der interne, das muss ic aber noch explizit bestimmen. Messwiderstand muss noch evaluiert werden ich will ja auch über den Spannungsteiler den Leitwert bestimmen können ;) Hängt also davon ab was die bauteile im Test für Ströme aufweisen. @ Markus T. / MAthias habe mir beides mal angeschaut. An sich sehr schöne Lösungen haben aber leider beide das Problem das sie den Querleitwert nicht mit messen können. Und der ist einer der zu bestimmenden Parameter. Viele Grüße, Marc
Ist der Querleitwert überhaupt mit dem Ohmmeter messbar? Typische Verluste von Kondensatoren wirken sich zwar wie ohmsche Verluste aus, sind aber mit keinem Gleichspannungsverfahren messbar. Diesen Verlustwiderstand kann man nur mit sinusförigen Messspannungen erfassen. Um welche Art von Verlusten(Parallelwiderstand) geht es?
Es geht um Gleichspannungsverluste, eventuell bei verschiedenen Spannungen. Verluste aufgrund der Polarisationsverluste sind nicht zu berücksichtigen. Zum Glück!
Marc S. schrieb: > Es geht um Gleichspannungsverluste, eventuell bei verschiedenen > Spannungen. Ein gewöhnliches 7106 Voltmeter ist hochohmig genug, um Ströme im nA-Bereich zu messen. Ob das reicht und eher ein pA-Messer gebraucht wird, weiss ich jetzt nicht. Gruss Harald
Das Problem ist das beides in einer Messung durchgeführt werden muss ( einmal Nadeln aufsetzen mehr ist nicht gewünscht ) daher dachte ich an einen halbwegs auf den Durchschnittswert angepassten spannungsteiler. Oder denke ich da falsch ? Es sind Leitwerte im MOhm, eventuell sogar GOhm erwartet habe ich heute erfahren.
1 GOhm und 1 V gibt immerhin schon einen Strom von 1 nA. Das ist ohne größere Probleme mit einem OP als Transimpedanzwandler zumessen. Da braucht man nicht mal einen besonders guten OP, so etwas wie ein TLC272 würde schon reichen. Etwas weniger Drift / Offset wäre aber schon sinnvoll. Man kann die Messung auch mit einem Spannungsteiler machen, hat aber im Vergleich zur Virtuellen Masse 2 nachteile: 1) Das Ausgangsignal ist nicht linear von der Kapazität, bzw. dem Leitwert abhängig 2) Der Verstärker hat am Eingang eine Variabel Spannung. Dadurch kann die Eingangskapazität des OPs und der Bias Strom vom Arbeitspunkt abhängen.
Ist der Thread immer noch dran ... Mit einem AD7745 hat man 24bit Aufloesung fuer um die 9$. Dh man braucht sich nur einen Kalibrier- Kondenser zu leisten und hat beliebige Genauigkeit. Alle Selbstbauansaetze sind aufwendiger und weniger genau.
Schau Dir mal den folgenden Bausatz an, http://www.box73.de/catalog/product_info.php?cPath=112_124&products_id=113&osCsid=mmd0ecq3j1s51gkf4l7bgs8gn6 Kapazitäts-Meßbereich: 0,1 pF-1 µF Eventuell kann man da ja noch was von lernen.
mineo y. schrieb: > Schau Dir mal den folgenden Bausatz an, > > http://www.box73.de/catalog/product_info.php?cPath... > > Kapazitäts-Meßbereich: 0,1 pF-1 µF > > Eventuell kann man da ja noch was von lernen. Wenn ich das richtig sehe ist das doch die gleiche Schaltung wie in der von mir oben verlinkten Auktion, nur 3 mal teuerer... Markus T. schrieb: > http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=260823268581 Die FA scheint ja grundsätzlich Bausätze nur mit 1000% Marge zu verkaufen, was schade ist, da manche Sachen wirklich interessant sind, aber deutlich zu teuer... Gruß
Ich sehe die Gemeinsamkeiten da nicht. Der Bausatz vom FA ist weder in SMD noch hat er einen USB Anschluß bzw. Software dabei. Der TO soll den Bausatz ja auch nicht kaufen, sondern einfach mal in dem Schaltplan schmökern.
mineo y. schrieb: > Ich sehe die Gemeinsamkeiten da nicht. Es scheint sich um die gleiche Messschaltung zu handeln, nur ist bei dem Ebay-Angebot eben noch ein PC-Interface dabei. > Der Bausatz vom FA ist weder in SMD Der andere doch auch nicht? > Der TO soll den Bausatz ja auch nicht kaufen, sondern einfach mal in dem > Schaltplan schmökern. Wenn er unbedingt Leitfähigkeitsmessung braucht kann es dieses Messprinzip eh nicht nutzen, außer er baut für beide Messgrößen je einen getrennten Schaltungsteil auf. Wobei das vll gar keine schlechte Idee wäre, das dürfte im Endeffekt sogar einfacher sein. Gruß
Die gezeigten Bausätze arbeiten mit einer LC-Resoanz entsprechend hat man zwar eine hohe Auflösung, aber keine definierte Messfrequenz und auch keine gute Genauigkeit. Eine Messung des Leitwertes bekommt man auch nicht. Wenn man die Daten später ohnehin am PC braucht, könnte man es auch mit der Sondkarte und einem Transimpedanzverstärker machen. Da gab es auch mal Baupläne und Software für. Damit bekommt man schon mal Die Kapazität und den Verlustwinkel für ein paar Frequenzen im Audio Bereich, auch mit brauchbarer Genauigkeit - wohl begrenzt durch die Kondensatoren zur Kalibrierung. Für den Leitwert müsste man halt noch ein Voltmeter und eine Offsetspannung anschließen, weil die Soundkarten kein DC messen. Nach den gleichen Verfahren geht es auch mit einem µC.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.