Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bestimmung der Dielektrizitätszahl einer Flüssigkeit


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Sergej Pauli (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

von Pandur S. (jetztnicht)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Die Leitfaehighkeit sollte natuerlich Null sein. Erreichbar indem man 
grosse Keramik Caps in Serie setzt. zB 10uF
Die Spannung muss natuerlcih viel kleiner wie Elelktrolysespannungen 
sein.

: Bearbeitet durch User
von Georg (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sergej Pauli schrieb:
> aber kaum stecke ich die Elektroden ins Wasser

Die müssen natürlich isoliert sein, sonst misst du vorwiegend den 
Leitwert.

Georg

von Uwe (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Probier mal destilliertes Wasser.

von Sergej Pauli (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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

von Ma234 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

von Pandur S. (jetztnicht)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Bei einer Serienschaltung von zwei Caps gewinnt der Kleinere.
zB 6pF + 10uF sind immer noch 6pF

von Peter R. (pnu)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

von Ulrich H. (lurchi)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

von Sergej Pauli (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für die zahlreichen Hinweise, ich werde die vorgeschlagenen 
Änderungen mal ausprobieren und ggf. mich wiedermelden

von Sergej Pauli (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
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.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.