Bestimmung der Dielektrizitätszahl einer Flüssigkeit

Sergej Pauli Gast #4054332
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Es geht darum, dass ich für einen kapazitiven Sensor, der den Füllstand 
einer
Tintenflüssigkeit messen soll, mal die Permittivität der Tinte ermitteln
wollte.
Nun ging ich von epsilon r = Ctinte/Cluft aus (bzw. Cvakuum), und habe 
mal so
ne
Probemessung mit Luft und Wasser gemacht (epsilon_r etwa 80),
nun habe ich bei C_luft mit einem CLR-MEssgerät einen Wert von etwa 6 pF 
(1mm
Abstand der Elektrodenplatten) gemessen, der auch soweit passt zu dem
errechneten wert, aber kaum stecke ich die Elektroden ins Wasser, messe 
ich
nicht 6pF mal 80 sondern über 300nF, was ja bedeuten würde, dass
epsilon_wasser
bei knapp 50.000 liegen würde, was natürlich einige Dimensionen über dem
erwarteten Wert ist (und ich bezweifele jetzt, dass ich das perfekte 
Dielektrikum entdeckt habe :-)) (ein kleinerer Abstand der Platten als 1 
mm ist aufgrund der Viskosität nicht so einfach realisierbar).

So nun zu den Fragen: Gibt es womöglich eine ganz andere Strategie zur
Ermittlung der Permittivität? Vielleicht sogar irgendein fertiges 
Messgerät?
Wenn mir jemand helfen könnte, wäre das großartig!

Danke

Sergej
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Sergej Pauli Gast #4054413
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Georg schrieb:
> Die müssen natürlich isoliert sein, sonst misst du vorwiegend den
> Leitwert.

Hallo Georg, das hört sich gut an, das wärde ich mal verändern müssen,

Jetzt Nicht schrieb:
> grosse Keramik Caps in Serie setzt. zB 10uF

Hallo JetztNicht, hier musst du mir auf die Sprünge helfen, erstens was 
du mit Keramik Caps meinst, und warum die in Serie geschaltet werden 
sollen, da dass ja die Gesamtkapazität verringern würde.

Gruß
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Ma234 Gast #4054420
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Man gibt eine Sinus Spannung an einen Plattenkondensator mit dem 
unbekannten Epsilon, und misst den Strom.
Diesen Strom multipliziert man mit dem 90 Grad versetzten Sinus und 
integriert diesen über eine Periode.
Auf diese Art kann man die die ohmsche Leitfähigkeit der Flüssigkeit 
herausrechnen.
Ein Messgerät, das auf dieser Basis arbeitet wird als Lock-in Verstärker 
bezeichnet.

Falls Du mit einem Mikrocontroller umgehen kannst, nimm den Arduino Due, 
da dieser AD und DA Wandler hat. Man nehme dazu 2 OPVs, einen als 
Endstufe, den anderen als Transimpedanz-Verstärker.
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Peter R. #4054503
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Bei vielen Flüssigkeiten ist die Leitfähigkeit gut, deswegen ist dem C 
ein Leitwert G parallel geschaltet, sodass die Messung von C gestört 
wird.

 Die Ionen in der Flüssigkeit die für ihre Leitfähigkeit verantwortlich 
sind, bewegen sich aber nur langsam, sind also bei DC oder tiefen 
Frequenzen wirksam und nicht mehr bei Frequenzen im kHz-Gebiet.

Man soll also C mit Wechselspannung oberhalb zB. 100 Hz messen.

Elektrolyse an den Elektoden der Messzelle würde zur 
Isolierschichtbildung führen und die Messung stören.

Um dies zu verhindern sollte ein Kondensator in reihe zur Messzelle 
geschaltet sein, dessen Kapazität ein Mehrfaches der Messzelle beträgt. 
Die oben genannte Kapazität im µF-Bereich ist eigentlich viel zu groß. 
Einige -zig nF oder 100 nF müssten völlig reichen.
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Ulrich H. #4054790
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Die Leitfähigkeit beim Wasser stört die Messung. Umgehen kann man das 
durch die oben schon genannte Trennung über die Phase. Damit die 
Leitfähigkeit nicht zu sehr dominiert muss man ggf. zu höheren 
Frequenzen ausweichen - die DK ist aber auch Frequenzabhängig lässt sich 
also nicht so ohne weiteres von 100 Hz in den GHz Bereich übertragen.
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Sergej Pauli Gast #4057244
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wollte noch kurz sagen, dass nachdem ich die Kathoden isoliert bekommen 
habe, ich bei vielen vergleichsmessungen wie wasser, öl usw. gute Werte 
bekommen habe.
Der Wert der Tinte scheint auch realistisch zu sein,
ein Problem hatte ich mit Brennspiritus, hier bekomme ich immer noch ein 
epsilon r von etwa 75 (literaturwert höchstens 25...)
es ist halt "nur" ne 95prozentige Lösung, vielleicht liegt es ja daran.
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