Auswerteelektronik für ein Differentialkondensator mit eine zeitlicher Mindestauflösung von 1ms

[Emko (Gast)]

Hallo zusammen

Ich habe einen Differentialkondensator gebaut, Abmessung in mm Bereich. 
Das Differentialkondensator besteht aus drei Platten. Die mittlere 
Platte kann zwischen den anderen beiden Platten bewegen.
Ich konnte breits den statischen Kapazität messen. Sie liegt bei ca. 50 
pF. Nun möchte ich dynamisch messen, sprich die mittlere Platte bewegt 
sich bis 100 Hz drauf und runter, und dabei soll die Kapazitätsänderung 
gemessen werden.
Ich suche ein bereits vorhandene Messgerät (Messsystem evtl. mit 
vorhandenen kapazitivem Sensor), das eine Tastrate > 1kHz besitzt, damit 
ich den Kapazitätsänderung erfassen kann. Bisher habe ich nur Messgeräte 
gefunden, die nur statisch messen.
Wäre super wenn jemand damit auskennt, oder Vorschlägen machen kann.

Gruß

[Andreas D. (rackandboneman)]

Mache doch deinen Kondensator zum Teil eines LC-Oszillators, dann 
brauchst du nur noch eine Frequenz zu messen.

[Emko (Gast)]

Hallo Andy

Danke für die schnelle Antwort. Mit LC-Oszillator kenn ich mich nicht 
aus. Wie kann ich aus der Frequenz die Kapazitätsänderung messen? Kannst 
du mir ein Link empfehlen, wo die LC-Oszillator beschrieben wird (außer 
Wikipedia natürlich)?

Ich hatte schon an eine Wienbrücke nachgedacht, aber das wäre alles 
Eigenbau. Fertige Messgeräte wäre mir schon lieber, denn die sind meist 
schon auf einen bestimmtem Messbereich karibliert.

Gruß

[Andreas D. (rackandboneman)]

Da ist in der Tat eher ein MessSYSTEM was du brauchst ... du brauchst 
irgendein Aufzeichnungs- und Anzeigegerät (einen PC mit Messkarte oder 
ein Speicheroszilloskop oder einen XY oder YT-Schreiber....

All diese Geräte bekommen am liebsten Spannungen als Messgröße - eine 
Frequenz lässt sich schon einigermassen einfach in eine Spannung 
umwandeln.

Alternativ könnte man den Kondensator wiederholt zu einem definierten 
Zeitpunkt im Bewegungsablauf(!) mit einer bekannten Spannung laden und 
dann einfach hochohmig die Spannung messen und umrechnen.

Eine wichtige Angabe fehlt ohnehin: Wie genau muss das ganze eigentlich 
sein?

So etwas als fertige Lösung wäre schon selten...

[Achim S. (Gast)]

Hallo Emko,

eine AC-Brücke wäre schon der richtige Ansatz, weil du damit die 
Kapazitätsunterschiede der beiden Teilkondensatoren direkt in ein 
Positionssignal umwandeln kannst. (Der LC-Oszillator würde nur einen 
einzelnen Kapazitätswert bestimmen).

Leider wäre diese Brückenschaltung nicht ganz trivial:
1) deine Kapazitäten sind mit 50pF nicht sehr groß, so dass alle 
möglichen parasitären Kapazitäten das Ergebnis verfälschen 
(Kabelkapazitäten, Eingangskapazitäten von Verstärkern)
2) du siehst dem AC Ausgangssignal der Brücke erst mal nicht an, in 
welche Richtung dein Sensor ausgelenkt wurde: jede Abweichung von der 
Mittellage führt zu einer Erhöhung der Amplidute (nur mit 
unterschiedlicher Phasenlage bezogen auf die Versorgungsspannung).

Um die Richtung der Auslenkung zu erfassen brauchst du so etwas wie eine 
phasenselektive Gleichrichtung. Im Datenblatt des AD630 ist als Figure 
12 eine solche Auswertung gezeigt und auch ein Stück weit erklärt (dort 
für eine Widerstandsbrücke). Der Filter am Ausgang des AD630 legt die 
Bandbreite deines Messsignals fest. Die Frequenz der AC-Versorgung muss 
natürlich deutlich höher liegen, darf aber andererseits nicht den AD630 
überfordern.

http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD630.pdf

Man kann eine solche Auswertung also bauen und es gibt auch 
Differentialkondensatoren mit fest angeschlossener Auswerteelektronik. 
(Vielleicht findest du z.B. bei Durham Instruments etwas, das für deine 
Anwendung taugt: http://www.disensors.com/products_sub.aspx?id=46 )

Aber das Messgerät ohne Sensor als eigenständiges Gerät ist mir noch 
nicht über den Weg gelaufen. Ein Grund dafür könnte sein, dass der 
Anschluss des externen Geräts an den Differentialkondesator mit 
undefinierten Kabelkapazitäten das Messergebnis ziemlich wertlos macht.

viele Grüße

Achim S.