Hi, ich bin E-Technik Student, und stehe jetzt vor dem Problem, eine sehr kleine Kapazität und vor allem eine Kapazitätsänderung zu messen. Mit einer C-Messbrücke kann man ja sehr gut ein unbekanntes RC-Glied bestimmen. Da ich leider noch nicht die DSP-Vorlesung gehört habe, frag ich mich jetzt ob es erlaubt ist, den einstellbaren Teil einer C-Messbrücke als Digitales Filter in einen DSP/µC auszulagern. Über einen weiteren ADC würde dann die Brückenspannung gemessen werden und im DSP die Koeffizienten verändert und gespeichert werden, sodass die Brücke ständig abgeglichen wird und man nach der Messung die Daten holt. Ist das grundsätzlich Möglich oder soll ich diese Idee gleich wieder vergessen? Mir ist natürlich klar, dass da noch sehr viel mehr zu beachten ist, aber mir geht’s erstmal nur um das digitale Filter, weil ich z.B. nur weiß wie ich digitale Filter aus Schaltungen berechne, aber nicht was ich zu beachten habe und wo Nachteile sind. Danke schon mal für Eure Hilfe. Gruß Robert
Kapazitätsmessung geht sehr gut (genau und billig) über die Veränderung der Resonanzfrequenz von einem Schwingkreis. Die Frage ist wie genau du das brauchst, über die Resonanzfrequenz lassen sich problemlos Abweichungen <1pF realisieren (bei kleinen Kapazitäten), wenn du entsprechend genaue Bauteile zur Verfügung hast (wenn du'n Kerko als Referenz nimmst kannst du das <1pF vergessen). http://sprut.de/electronic/pic/projekte/lcmeter/lcmeter.htm Die Größe der damit messbaren Kapazitäten ist nach unten mehr oder weniger offen. Wenn du die Schaltung in 'nem HF dichten Gehäuse verpackst hast du natürlich bessere Werte, also das hängt dann alles davon ab wie gut dein Aufbau ist. Bei mir spuckt die Sache bei 10pF 10pF aus und bei 33pF 33pF, sogar auf'm Steckbrett. Damit lassen sich auch Kapazitäten von Kabeln ausmessen. Wenn ich mit der Hand näher als 20cm komme fängt die Frequenz an sich zu ändern, wegen der Kapazität meiner Hand. So wie die Schaltung da angegeben ist schwingt die Sache ohne irgendwas auf ca. 600kHz. Also wenn die Frequenz dann irgendwie 10Hz nach unten geht, was man schon problemlos messen kann (Jitter auf'm Steckbrett so ungefähr bei 3Hz), gibt das 'ne Zusatzkapazität von 0.0345pF. 'ne Messbrücke bringt dich da nicht so wirklich weiter. Je mehr Bauteile du hast, desto größer die Abweichungen. Außerdem musst du dann sinusförmige Spannungen vermessen, und bei kleinen Kapazitäten mit entsprechenden Frequenzen (oder halt hohen Impedanzen). Digitale Filter helfen dir da auch nicht. Mit dem Praxisbezug ist das im E-Technik Studium halt immer so'ne Sache ;).
In welcher Größenordnung liegt die Kapazität? Hier auf Seite 4/5 ist eine simple Messbrücke für den alten Valvo-Feuchtesensor, dessen Kapazität von 122pF nominell sich mit der Feuchte ändert: http://docs.poulter.de/Elektronik/Sensoren/Luftfeuchtesensor%20VALVO.pdf http://www.mikrocontroller.net/articles/Feuchtesensor
Wow danke erstmal für die schnellen und auch gute Antworten. Da gibt es nur ein paar Probleme. Da ich gerne vom worst case ausgeh, würde ich sagen, die Kapazität(en) lieben im Bereich 1 fF < C < 100pF. Endgültige Sicherheit habe ich leider erst am Mittwoch :-) Das ist aber garnicht das Problem. Viel entscheidender ist die Tatsache, dass ich ein serien Widerstand habe, dessen R bei ca. 1-50 MOhm liegt. Wenn dieses R nicht da wäre, würde ich nen Capacitance to Digital Converter (CDC) von Analog Devices nehmen. Die würden Kapazitäten bis fF messen und breuchten nur 2 Pull-Up Widerstände für die I2C-Datenübertragung (einfacher gehts garnicht ;-) Jetzt hab ich auch noch das Pech, im Halbleiterbreich zu sein, und ich bekomme das R auch nicht weg, sprich das ist kein einzelner greifbarer Kondensator oder Widerstand :-) Außerdem wäre es ja nicht schlecht, wenn man durch abgleich von Real und Imaginärteil auch gleich noch den Widerstandswert exakt bestimmen könnte, weil der auch nur ungefähr durch eine U-V-Kurve bekannt ist. Und was das Messen mit Sinusspannungen angeht, bin ich mir dessen schon bewusst. Das wird dann eine der nächsten Probleme sein, die Phasenselektive Gleichrichtung und einen DSP/µC zu finden, der schnell genug ist. Aber mir gehts ja erstmal nur um die Theorie. Und eine Analoge Messbrücke kommt nicht in Frage, weil ich eine Gas-Abhängigkeit der Kapazität/Widerstand messen möchte und ich viel zu lange brauchen würde bis die Brücke von Hand wieder abgeglichen ist. Gruß Robert
Ich hab zwar keine Erfahrung damit Kapazitäten im Femtofaradbereich an Serienwiderständen im Megaohmbereich auszumessen, aber vielleicht wär's einfacher wenn du damit einen Wechselspannungsteiler aufbaust und frequenzabhängig die Spannung misst? Das hat den Vorteil das du einen sehr großen Wertebereich abdecken kannst (1kHz bis 100MHz gibt ja schon Faktor 10^5), und die Amplitude einer Wechselspannung lässt sich auch mit vertretbarem Aufwand bestimmen. Außerdem kannst du sehr viele Messwerte aufnehmen (zB. immer Faktor 2) und darüber kontrollieren, ob sich die Sache so verhält wie sie soll, also ob die Werte stimmig sind. Und schließlich lässt sich darüber sowohl die Kapazität, als auch der Widerstand bestimmen.
Also 50 MOhm und 1 Femtofarad klingt nach einem sehr akademischen Ersatzschaltbild. Alleine die Anschlusskapazität des 50MOhm-Widerstands dürfte das Femtofarad überschreiten, von den Serieninduktivitäten ganz zu schweigen. Hat schonmal jemand solche Messungen gemacht? Wo liegen die Bereichsgrenzen kommerzieller Messgeräte, z.B. von Agilent? Wie messen die sowas?
Haha, gestern wollten wir direkt an dem Halbleiter messen, und haben es
nur geschaft die Messgeräte zu Messen. Also der Widerstand ist echt hoch
>10M
Denke es geht wirklich nur mit einer Messbrücke, wenn überhaupt! Ich hab
aber immer noch keine Antwort auf meine Frage, ob es geht einen Teil
einer Messbrücke als IIR-Filter in einen DSP/µC zu implementieren??? Ich
will ja keine Lösung, ich will nur wissen ob es wegen den
Signallaufzeiten erlaubt ist/sinn macht bzw. ob das vielleicht jemand
schon mal gemacht hat?
Einen DSp könnte man nutzen um einen Lockin Verstärker "nachzubauen", wobei die modernen Lockin Verstärker auch oft auf DSPs basieren. Das eigentliche Problem wird aber wohl werden extrem kleine Ströme zu messen. Dazu muss man so dicht wie möglich an die Probe ran, denn jeder cm Kabel stört schon, von Steckverbindern ganz zu schweigen. Wege des Serienwiederstandes wird sich das Ganze wohl bei eher moderaten Frequenzen ( < 1 MHz Abspielen). Wegen der parasitären Kappatzitäten, würde ich mal vermuten, das die relativen Änderungen und damit die Verstimmung der Brücke sehr klein sein werden. Nach einem einmaligem Abgleich (von Hand ?), genügt es dann die Brückenspannung phasenrichtig bei ein paar Testfrequenzen zu messen. Bis auf den benötigten sehr hochohmigen Verstärker gibt es dafür fertige Geräte (Lockin Amplifier bei eher niedriger Frequenz oder Netzwerkanalysator bei hohen Frequenzen).
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