Kapazität Messen

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

Teile Dietrichs Bedenken: 20 pF so zu messen...????
und 1% ...

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

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.

Henrik V. schrieb:
> Ist leider EL$EVIER ...
Was ist das?

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

Was für Sensoren sind das denn? Feuchtesensoren?

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

> 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.

Oktav Oschi schrieb:
>>>> Ist leider EL$EVIER ...
>
> Bedeutet abdruecken.

ELSEVIER

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

Vielleicht passt eines dieser ICs:
http://www.acam.de/de/produkte/picocap/pcap01/

@ 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

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.

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

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.

Es gibt von Analog Devices den AD5933, einen impedance converter bis 
100kHz. Damit gehts.