Messung sehr kleiner Kapazitäten (etwa 20 pF)

OP #4973040
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Hallo liebe Mitglieder,

ich hätte da eine Aufgabe zu bewältigen. Es geht um die Messung von 
Kapazitäten die etwa 10 bis 20 pF groß sind und in Wechselspannung 
liegen. Es dient zur Validierung eines Kammersystems. Ich habe versucht 
mit Arduino die zu messen:
http://shelvin.de/kapazitaeten-von-10nf-bis-2000uf-einfach-messen-mit-dem-arduino/

An sich steht da, dass es nur von 10 nF bis 2000 uF gemessen kann aber 
ich dachte mir. Man könnte den Widerstand auf 1M Ohm erhöhen, so dass 
man den Bereich messen könnte. Leider hat das nicht funktioniert.

Hätte sonst jemand eine Idee oder kennt jemand eine andere Methode?

Mit freundlichen Grüßen
Hung
OP #4973107
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ok ich habe es wohl sehr ungenau beschrieben. Ich habe mal die 
Draufsicht mit rein getan.
Gemessen soll das elektrische Feld (blaue Pfeile). An den runden 
Elektroden  (grüne Flächen, Radius etwa 5 mm)soll eine Wechselspannung 
von etwa 0.8 V mit 60 Hz anliegen. Die obere soll die positive und unten 
die negative Elektrode sein.
Eine Schaltung habe ich gerade nicht parat, aber es ist eine simple 
Schaltung . Der Kondensator ist mit einer Wechselspannungsquelle 
angeschlossen.
Und hier besteht meine Aufgabe darin, das Feld zu validieren.
Falls ich immer noch ungenau beschrieben habe und/oder noch Fragen offen 
stehen, dann einfach fragen. Ich bin heute nicht ganz bei der Sache.:)
OP #4973125
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"Wie genau muss das Messergebnis sein?"

Es reicht mir schon fürs erste, wenn ich Veränderung der Werte habe, 
sobald ich z.B. den Abstand der Elektroden ändere. (z.B. von 10 mm zu 15 
mm)

Nach meiner Kapazitätsrechnung liegt der Bereich bei 15 und 50 pF.
Da ich mich jetzt nicht auskenne, würde ich mit 10% Fehleranteil sagen.
Gast #4973140
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Hung P. schrieb:
> Hätte sonst jemand eine Idee oder kennt jemand eine andere Methode?

Ich hab mir ein pF-Meter mit einem PIC24 gebaut. Aus einem anderen 
fehlgeschlagenen Projekt.

Der PIC24 hat eine CTMU.
Mit ausreichend genauen Kalibrierwiderständen kann man problemlos mit 
100fF Auflösung messen. Je nachdem, wieviel Aufwand man investiert auch 
besser.

Der PIC hat Stromquellen, die er Timergesteuert auf die Kapazität 
schalten kann, auch eine mit (etwa) 550nA. Danach wird die Spannung mit 
dem ADC gemessen. Man kann den Sampleswitch des ADC dazu sehr genau 
steuern.

Natürlich muss man den Fehler der Stromquelle messen und abgleichen 
(indem man das auf einen Referenzwiderstand schaltet), wie auch die 
ganzen Board-Kapazitäten und Kabel.

Es klappt aber. Und das recht genau, soweit ich das im Vergleich mit 
Messgeräten feststellen konnte.

Siehe auch:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30009743b.pdf
Gast #4973181
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Hung P. schrieb:

> Peter D. schrieb:
>> Hung P. schrieb:
>>> von etwa 0.8 V mit 60 Hz anliegen.
>>
>> Bei 15pF und 60Hz wird gar nichts passieren, oder
>> meintest Du 60MHz.
>
> Ja mein Fehler. Natürlich 60 MHz

Du machst Witze?!

Dir ist schon klar, dass zwischen 60Hz und 60MHz
GEWISSE Unterschiede bestehen, die sich auf die
Messtechnik auswirken?

Kapazitätsmessung wird gern als Messung des komplexen
Widerstandes realisiert, d.h. man erfasst Strom, Spannung
und Phasenverschiebung. Diese m.o.w. direkte Methode
funktioniert sehr gut bei 60Hz, aber nicht bei 60MHz.

Bitte schreibe ein paar Worte zu Sinn, Zweck und
Hintergrund Deiner Anwendung.
Gast #4973195
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Possetitjel schrieb:
> Dir ist schon klar, dass zwischen 60Hz und 60MHz
> GEWISSE Unterschiede bestehen, die sich auf die
> Messtechnik auswirken?

Ja, das kann man so sagen.

Das von mir genannte Verfahren ist dmit eher ungeeignet in dem Fall, es 
wird nämlich tatsächlich lediglich die Kapazität gemessen, bei mehr oder 
weniger DC.

Du willst aber vermutlich die Impedanz wissen. Bei einer realen 
Kapazität hat das bei 60MHz oft nur noch bedingt miteinander zu tun.
Gast #4973213
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Hung P. schrieb:

> Ich darf dazu aus rechtlichen Gründen nicht zu viel
> schreiben. Es geht jedenfalls um meine Bachelorarbeit,
> die ich im Institut schreibe.

Ich habe mich wahrscheinlich schlecht ausgedrueckt.
Es genuegt, wenn Du die rein physikalischen Aspekte
korrekt beschreibst.

> Das kleine elektrische Feld soll für mikrobiologische
> Experimente durchgeführt werden.

Naja, im ersten Beitrag (und in der Ueberschrift) ist
die Rede davon, dass Du die KAPAZITÄT messen willst.

Später - wie hier im Zitat - sprichst Du vom FELD. Das
ist nicht dasselbe, denn die Kapazität ist ein Skalar
und hat wenig bis nichts mit der Feldverteilung zu tun.

Auch die Verwechslung von 60Hz mit 60MHz wirft Fragen
auf; aus elektronischer Sicht kann man das eigentlich
nicht verwechseln.

Insofern - wenn Du nicht wenigstens den physikalischen
Teil korrekt darlegen kannst oder darfst, kann man Dir
schlecht helfen.
Gast #4973841
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Hung P. schrieb:
> Ich darf dazu aus rechtlichen Gründen nicht zu viel schreiben.
> Es geht jedenfalls um meine Bachelorarbeit, die ich im Institut
> schreibe.

Dann können wir dir aus physikalisch/technischen Gründen nicht helfen.

Aber du kannst uns ja mal hineinschreiben, was du genau messen willst:
- C bei Frequenz x
- Z bei Frequenz x
- C bei DC
- S-Parameter

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