Hallo Zusammen, ich hoffe einer von Euch kann mir bei meiner beruflichen Herausforderung helfen. Ich steht gerade vor dem Problem das ich sehr kleine Kapazitätsänderungen messtechnisch erfassen muss. Die Ausgangskapazität ist bis dato noch nicht genau definiert, sollte aber im nF Bereich liegen. Der Wunsch ist es die Kapazität mit einer Auflösung von 0,001% zu messen. Vielleicht kennt einer von Euch ein kommerziell erhältliches Messgerät das so hoch auflösen kann und bezahlbar ist bzw. hat eine Idee wie man sowas realisieren könnte. Leider bin ich als nicht E-Technik nicht so bewandert mit der Materie ... Beste Grüße S.
Die Auflösung ist machbar, nicht mal das Beste was es gäbe http://www.micro-epsilon.de/products/displacement-position-sensors/capacitive-sensor/capaNCDT_6300_6310/index.html die Genauigkeit ist allerdings geringer.
>Leider bin ich als nicht E-Technik nicht so bewandert mit der Materie Dann lass die Flossen davon. Wird sowieso nix. >Die Ausgangskapazität ist bis dato noch nicht genau definiert >sollte aber im nF Bereich liegen. Dann definiere erstmal >Der Wunsch ist es die Kapazität mit einer Auflösung von 0,001% zu >messen. Schwingkreis bauen und Frequenzzähler dran.
Wenn selberbauen kein Hindernis ist, schau Dir mal den Chip AD7746 von Analog Devices an. Den kann man über I2C ansteuern. Gruß, Klaus
Selberbauen ist zwar möglich, aber nicht unbedingt angestrebt. Ich würde ein bestehendes Messgerät bevorzugen. Vielen Dank für die konstruktiven Vorschläge !
Also wenn ich richtig verstanden habe, geht es bloss um die Aufloesung von 0.001%, nicht um absolute Genauigkeit, richtig? Das ist schon machbar. Eine gute Variante waere z.B., die zu ueberwachende Kapazitaet als Teil eines Schwingkreises einzubauen - also sie mit einer Induktivitaet in Serie oder parallel zu schalten. Dann aktive Rueckkoplung dazu, und fertig ist der Oszillator. Jetzt kannst Du einfach die Frequenz des Oszillators messen, z.B. einfach Anzahl der Zyklen ueber z.B. 1 Sekunde Messdauer zaehlen. Damit ist es jetzt ein rein digitales Messproblem. Fuer 0.001% Aufloesung brauchst Du zimindest 100000 Zyklen; wenn Du den Oszillator auf ca. 1 MHz auslegst, also kein Problem in einer Sekunde Messzeit. Der Teufel liegt natuerlich im Detail - Temperaturaenderungen koennen die Messung driften lassen. Der uC sollte auf jeden Fall den Takt von einem hochklassigen Schwingquarz mit sehr geringer Temperaturkonstante bekommen (fuer maximale Temperaturstabilitaet eventuell ofenstabilisiert). Die Induktivitaet sollte auch moeglichst wenig Temperaturabhaengigkeit haben, also eine Luftspule ist besser als ein Ferritkern. Ausserdem musst Du den Schwingkreis sehr gut schirmen, sonst aendert sich der Messwert schon, wenn Du Dich dem Geraet naeherst.
Schau dir mal die PicoCap-IC von Acam (www.acam.de) an. Die Kapaztitätsmessung wird auf die Messung der Entladezeit des Kondensators rückgeführt, so dass Auflösungen kleiner 1pF möglich sind.
Das gesuchte Gerät nennt sich Kapazitätsmessbrücke. Die gibt es für relativ teures Geld fertig zu kaufen. Wenn es nur um die entsprechende Auflösung geht, sollte auch die Lösung uber den Oszillator gehen. Den Oszillator entsprechend stabil zu kriegen ist aber nicht trivial. Ein sehr gute Spannungsstabilisierung ist da das mindeste. Für die Frequenzmessung kann man da auch auf einen fertigen Frequenzmesser zurückgreifen, die sind nicht mehr teuer.
>Der Wunsch ist es die Kapazität mit einer Auflösung von 0,001% zu >messen. Klingt sehr ambitionert. Ist dir bewusst das bei einer Auflösung von 10 ppm schon kleinste Temperatur-, Feuchte-, Reibungs- Störfeld- und was die Physik noch so an tollen Natureffekten herausgefunden hat das Ergebnis unbrauchbar machen? Deine Apparatur muß bei allen um ca 1 Größenordnung besser sein was Messgeräte im 1ppm Bereich (z.B. ein 6 1/2 stelliges DMM). Ohne Angabe was da gemessen werden soll macht es wenig Sinn da weiterzudenken.
Es soll ein Kapazitiver Sensor erfasst werden, dessen C0 sich einstellen lässt. Mir ist klar das das ein sportliches Ziel ist....
Hmmm... Mit vernünftigem Aufwand kaum machbar, wie Gast XIV schon schrieb,ist eine Auflösung von mindestens 100.000 digits nötig d.h. mindestens 17 stabile Bits.Schwingkreis ist ein guter Ansatz, jedoch könnten geringste Temp. Änderungen bzw. Alterung schon ein Spielverderber sein. Das ganze wäre wohl ein mehrjähriges Forschungsprojekt. Grüße gebhard
Vergiss es: 0,001% Änderung an einem kap. Sensor auswerten ? Das klappt nie !
Style C. schrieb: > Es soll ein Kapazitiver Sensor erfasst werden, dessen C0 sich einstellen > lässt. > Mir ist klar das das ein sportliches Ziel ist.... Wir bauen den Sensor in einen LC-Schwingkreis ein und messen die Änderung der Frequenz....
Andrew Taylor schrieb: > Wir bauen den Sensor in einen LC-Schwingkreis ein und messen die > Änderung der Frequenz... ...und den Schwingkreis bauen wir in ein luftleeres, abgeschirmtes Gehäuse mit einer Tonne Gewicht ein ... natürlich bei konstanter Umgebungstemperatur ... (ansonsten sehe ich für eine stabile Messung mit der gewünschten Auflösung schwarz)
Nun, die Auflösung von 10e -5 kriegt man leicht hin. Reprozierbarbeit und Genauigkeit wäre dagegen schwieriger .-)
Guck mal ob z.B. Agilent ein geeignetes Kapazitätsmessgerät anbietet. Das könntest Du dann einfach von Deiner Anwendung her ansteuern bzw. auslesen.
Style C. schrieb: > Es soll ein Kapazitiver Sensor erfasst werden, dessen C0 sich einstellen > lässt. > Mir ist klar das das ein sportliches Ziel ist.... Sport ist Mord ;-). Das wird selbst unter Laborbedingungen schwierig. In freier Wildbahn sollte man vielleicht die Sportart (bzw. das Verfahren) wechseln.
Style C. schrieb: > Die Ausgangskapazität > ist bis dato noch nicht genau definiert, sollte aber im nF Bereich > liegen. > > Der Wunsch ist es die Kapazität mit einer Auflösung von 0,001% zu > messen. Nehmen wir mal es geht um 10nF, umgerechnet wäre das eine Auflösung von 0,1 pF (falls ich mich nicht verrechnet habe). Da darf kein Anschlussdraht mehr wackeln, die Temperatur sich nicht mehr ändern usw. Wozu braucht man so was ?
Hallo, ein Agilent 4288A ist angegeben "Messbereich 0.00001 pF - 20 µF" und Genauigkeit 0.07 %. Agilent 4981A sogar ab 1 aF bei gleicher Genauigkeit. Wer etwas besseres braucht, muss wohl ein eigenes physikalisches Institut gründen und 10 bis 20 Jahre Entwicklungszeit investieren. Aber bei allem Aufwand wird man für reine Messtechnik nicht so leicht einen Nobelpreis bekommen, obwohl die Arbeit das wert wäre. Gruss Reinhard
Hallo Style, >Der Wunsch ist es die Kapazität mit einer Auflösung von 0,001% zu >messen. Das ist eigentlich kein Problem. Einfache Metallsuchgeräte arbeiten so, nur, daß sie nicht Änderungen der Kapazität "aufspüren", sondern die Änderungen der Induktivität einer Suchspule. Hälst du die aber konstant, kannst du natürlich auch Kapazitätsänderungen mit einer solchen Schaltung messen. Dazu bildest du, wie schon einige meiner Vorredner geschrieben haben, mit der besagten Kapazität und einer stabilen Induktivität einen LC-Oszillator, der bei rund 100kHz schwingt. Gleichzeitig erzeugst du einen Quarztakt, der genau 8 mal größer ist als die 100kHz. Jetzt gibst du die 800kHz auf den D-Eingang eines CD4013 D-FlipFlops und den Takt des LC-Oszillators auf den Takteingang dieses FlipFlops. Die Schaltung arbeitet dann wie ein Mischer: Ändert sich die Frequenz des LC-Oszillators um 0,001%, also um 1Hz, dann ändert sich die Frequenz am Ausgang des D-FlipFlops um 8Hz. Und das ist doch gut meßtechnisch erfaßbar. In der ELRAD SPECIAL 1981 ist eine Schaltung auf Seite 50, die du eventuell direkt verwenden kannst. Deine Kapazität könntest du direkt statt C2 in der Schaltung dort einsetzen, falls sie rund 1nF beträgt und sich mit der Arbeitspunktseinstellung dort verträgt. Aber sei gewarnt, die Temperatur der Schaltung, sowie alle beteiligten Streuinduktivitäten und Streukapazitäten dürfen sich nicht im geringsten ändern, sonst "jault" dir die Frequenz andauernd davon. Also, gut abschirmen und die Temperatur konstant halten. Kai Klaas
Ein Kommilitone hier hat letztens eine Schaltung für eine Studienarbeit aufgebaut, die Kapazitätsdifferenzen messen konnte. Eine Differenz von 10fF bewirkte einen Spannungshub von ca. 20V am Ausgang, wenn ich mich recht entsinne. Undzwar reproduzierbar und gut linear. Die Schaltung wurde als Wegmesseinrichtung für Mikrolinearmotoren gebraucht. Mal schauen, ob ich das Paper wiederfinde. Für den Aufbau brauchst du einen 2Kanal-Frequenzgenerator und noch eine Hand voll guter Halbleiterbauteile, alleine die OPAMPs müssen auf extrem niedriges Rauschen ausgelegt sein.
Das messen kleiner Kapazitätsanderungen ist nicht so ungewöhnlich bei Kapazitiven Längenmessungen , z.B. in Dilatometern. Entsprechend gibt es ja auch kommerzielle Meßbrücken dafür. Wie gut die Messung geht, hängt auch entscheidend davon ab wo zwischen die Kapazität liegt. relativ einfach geht das wenn man "Koppelkapazitäten" hat, also nicht Leitung gehen Massen, sondern zwischen zwei sonst freinen anschlüssen.
Hameg 8018 macht als kleinsten Teil 0,1pF. Grundgenauigkeit ist 0,5% v.M. +-3D+1pF
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