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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kondensator mit veränderbarer Kapazität - Bauformen


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Autor: michael (Gast)
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Hallo,

die Funktionsweise von Kondensatoren, bei denen die Kapazität mechanisch 
verändert werden kann, besteht oft darin, dass Elektroden gegeneinander 
verschoben werden (z.B. Drehkondensator).
Theoretisch sollte es jedoch auch möglich sein, einen Kondensator mit 
veränderbarer Kapazität zu bauen, bei dem ein Dielektrikum in den 
Kondensator geschoben oder herausgezogen wird (so ähnlich wie bei 
Spulen, bei denen ein Kern in die Spule gedreht oder herausgedreht 
wird).
Gibt es solche Kondensatoren wirklich?
Könnt ihr mir Beispiel nennen oder Bilder zeigen?

Vielen Dank und viele Grüße
Michael

Autor: Dieter (Gast)
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Kapazitive Fuellstandsmessung von Flussigkeiten mit epsilon_r groesser 
1.

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Dritte Variante: Abstand der Platten verändern. Anbei ein Photo eines 
(sehr historischen) Trimmers mit Glimmer-Dielektrikum, der auf diese 
Weise arbeitet.

Autor: Egon D. (egon_d)
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michael schrieb:

> Theoretisch sollte es jedoch auch möglich sein, einen
> Kondensator mit veränderbarer Kapazität zu bauen, bei
> dem ein Dielektrikum in den Kondensator geschoben oder
> herausgezogen wird (so ähnlich wie bei Spulen, bei
> denen ein Kern in die Spule gedreht oder herausgedreht
> wird).

Ja, selbstverständlich geht das.


> Gibt es solche Kondensatoren wirklich?

Ja.
In einem alten Messsender war ein Spindeltrimmer, bei
dem ein ziemlich massiver Messingzylinder mittels einer
Spindel in einen minimal größeren Messingtopf hinein-
gedreht wurde. Man hat ungefähr 20 Umdrehungen gebraucht,
bis der Zylinder von ganz draußen (2pf) nach ganz drinnen
(18pF) bewegt war.

Wahrscheinlich funktionieren Rohrtrimmer genauso; von
denen findet man auch online Bilder.


> Könnt ihr mir Beispiel nennen oder Bilder zeigen?

Leider kein Bild.

Autor: Old P. (old-papa)
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Egon D. schrieb:
>
>> Gibt es solche Kondensatoren wirklich?
>
> Ja.
> In einem alten Messsender war ein Spindeltrimmer, bei
> dem ein ziemlich massiver Messingzylinder mittels einer
> Spindel in einen minimal größeren Messingtopf hinein-
> gedreht wurde. Man hat ungefähr 20 Umdrehungen gebraucht,
> bis der Zylinder von ganz draußen (2pf) nach ganz drinnen
> (18pF) bewegt war.

Nö, auch hier veränderst Du die "Plattengröße bzw. den Plattenabstand"

> Wahrscheinlich funktionieren Rohrtrimmer genauso; von
> denen findet man auch online Bilder.

Ja, aber verändert wird eben nicht, das Dielektrikum.

Beim schon genannten Füllstandssensor wird wirklich das Dielektrikum 
verändert.

Old-Papa

Autor: Percy N. (vox_bovi)
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Auch wenn Du nicht danach gefragt hast, könnten Dich 
Quetschkondensatoren interessieren. Die waren vor knapp 100 Jahren in 
Gebrauch ...

Das Stichwort Quetschkondensator führt Dich bei Google zu einer Seite 
von deacademic.com, auf der alle möglichen variablen Kondensatoren 
beschrieben und teilweise auch abgebildet sind, so zB auch die von Egon 
beschriebenen Tauchrohrkondensatoren.

Autor: Egon D. (egon_d)
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Old P. schrieb:

> Nö, auch hier veränderst Du die "Plattengröße bzw.
> den Plattenabstand"

Du hast Recht, ich habe die Frage nicht genau gelesen.
Mea culpa.

Autor: Werner H. (werner45)
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Wurde ab 1900 bestimmt mal probiert aber wegen der Nachteile verworfen.
Die Kazitätsvariation ist nur gering und die Güte ist von der Stellung 
abhängig (jedes Dielektrium >1 hat Verluste).

Autor: michael_ (Gast)
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Bei Änderung des Dielektrikums wird aber die Güte sehr stark verändert.
Was man überhaupt nicht möchte.

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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michael schrieb:
> Theoretisch sollte es jedoch auch möglich sein, einen Kondensator mit
> veränderbarer Kapazität zu bauen, bei dem ein Dielektrikum in den
> Kondensator geschoben oder herausgezogen wird

Möglich ist das.

> Gibt es solche Kondensatoren wirklich?

Habe ich zumindest weder gesehen noch davon gehört.

Für die Anwendung als variabler Kondensator (im Gegensatz zu einem 
Sensor) ist das auch eher unpraktisch, weil die erreichbare 
Kapazitätsänderung gering ist. Außerdem ändert sich dann zusätzlich zur 
Kapazität auch die Spannungsfestigkeit. Und der Verlustfaktor.

Autor: Patrick C. (pcrom)
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Vielleicht nicht genau was du meinst  aber capacitive touch sensing 
messt aenderungen im dielectricum

Autor: Harald W. (wilhelms)
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michael schrieb:

> Theoretisch sollte es jedoch auch möglich sein, einen Kondensator mit
> veränderbarer Kapazität zu bauen, bei dem ein Dielektrikum in den
> Kondensator geschoben oder herausgezogen wird
> Gibt es solche Kondensatoren wirklich?

Ja, das ist bei jedem Standard-Luftkondensator so.

Autor: michael_ (Gast)
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Nein!

Autor: Percy N. (vox_bovi)
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Doch, das ist so.

Bei dem Schulversuch mit den beiden großen Platten wird das Dielektrikum 
Luft hinausgedrückt, wenn die Platten zusammengeschoben werden.
Auch Änderungen des Luftdrucks wirken sich entsprechend aus.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Percy N. schrieb:
> Doch, das ist so.

Die Frage des TE zielte ja darauf ab, das Dielektrikum durch ein anderes 
(partiell) zu ersetzen. Das passiert bei einem Drehko nicht: das 
Dieelektrikum ist die ganze Zeit über Luft, nur die vom Feld durchsetzte 
Fläche wird geändert.

Autor: Percy N. (vox_bovi)
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Jörg W. schrieb:
> Percy N. schrieb:
>> Doch, das ist so.
>
> Die Frage des TE zielte ja darauf ab, das Dielektrikum durch ein anderes
> (partiell) zu ersetzen. Das passiert bei einem Drehko nicht: das
> Dieelektrikum ist die ganze Zeit über Luft, nur die vom Feld durchsetzte
> Fläche wird geändert.

Da hast Du vollkommen recht, nur schrien ich nicht von einem Drehko, 
sondern von einem Plattenkondensator, dessen Platten wie auf einer 
optischem Bank angeordnet sind deren eine verschoben werden kann. 
Hierbei wird tatsächlich ein Teil des Dielektrikums verdrängt, und der 
Abstand der Platten wird geändert. So sahen jedenfalls die Geräte meiner 
Schulzeit (Leybold? Phywe) aus.
Bei der von mir angesprochenen Änderung des Luftdrucks ändert sich zudem 
eps-r, was einem anderen Dielektrikum entspricht.

Autor: michael (Gast)
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Percy N. schrieb:
> Bei dem Schulversuch mit den beiden großen Platten wird das Dielektrikum
> Luft hinausgedrückt, wenn die Platten zusammengeschoben werden.

Ja, bei diesem Versuch wird Luft aus dem Kondensator hinausgedrückt. Die 
Kapazität des Kondensators steigt dabei aber hauptsächlich, weil der 
Abstand zwischen den Platten kleiner wird.

Jörg W. schrieb:
> Die Frage des TE zielte ja darauf ab, das Dielektrikum durch ein anderes
> (partiell) zu ersetzen.

Ja, so war die Frage gemeint. Die Frage zielte auch nicht auf kapazitive 
Sensoren ab.

Scheinbar gibt es so einen Kondensator also wirklich nicht.

Vielen Dank für alle Antworten und viele Grüße
Michael

Autor: michael (Gast)
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Percy N. schrieb:
> Bei der von mir angesprochenen Änderung des Luftdrucks ändert sich zudem
> eps-r, was einem anderen Dielektrikum entspricht.

Interessanter Gedanke. Dann müsste man mit einem offenen 
Plattenkondensator ja einen Luftdrucksensor bauen können. Ich würde 
vermuten, dass mit steigendem Luftdruck die Dielektrizitätszahl steigt, 
da sich dann mehr Teilchen, die polarisiert werden können, zwischen den 
Platten befinden. Mit steigendem Druck könnte also die Kapazität 
steigen. Aber ob dieser Effekt so groß ist, dass man ihn tatsächlich 
messen kann?

Autor: Percy N. (vox_bovi)
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michael schrieb:
> Percy N. schrieb:
>> Bei der von mir angesprochenen Änderung des Luftdrucks ändert sich zudem
>> eps-r, was einem anderen Dielektrikum entspricht.
>
> Interessanter Gedanke. Dann müsste man mit einem offenen
> Plattenkondensator ja einen Luftdrucksensor bauen können. Ich würde
> vermuten, dass mit steigendem Luftdruck die Dielektrizitätszahl steigt,
> da sich dann mehr Teilchen, die polarisiert werden können, zwischen den
> Platten befinden. Mit steigendem Druck könnte also die Kapazität
> steigen. Aber ob dieser Effekt so groß ist, dass man ihn tatsächlich
> messen kann?
Du kannst den Kondensator hermetisch kapseln, und es steht Dir frei, ein 
anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu verwenden.
Ob das reicht? Keine Ahnung!

Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Percy N. schrieb:
> und es steht Dir frei, ein anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu
> verwenden

Viel Aufwand für wenig Effekt, würde ich mal vermuten – zumal Gase eben 
auch die Eigenschaft haben, sich freiwillig ganz schnell und gut zu 
mischen. Man müsste also heftig „spülen“ (beim 
Zweitakt-Verbrennungsmotor nennt man das ja wirklich so).

Wenn schon, wäre es wohl tatsächlich am sinnvollsten, das eingangs 
genannte Prinzip des Füllstandsmessers zu benutzen, und beispielsweise 
irgendein Öl da reinlaufen oder abfließen zu lassen. Luft vs. Öl sollte 
schon eine spürbare Kapazitätsänderung bringen. Wirklich praktikabel im 
Sinne eines einstellbaren Kondensators ist das aber kaum – vor allem 
gemessen daran, wie gut etabliert die anderen Varianten mit Luft bzw. 
Keramik sind.

Autor: Percy N. (vox_bovi)
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Jörg W. schrieb:
> Percy N. schrieb:
>> und es steht Dir frei, ein anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu
>> verwenden
>
> Viel Aufwand für wenig Effekt, würde ich mal vermuten – zumal Gase eben
> auch die Eigenschaft haben, sich freiwillig ganz schnell und gut zu
> mischen.
Den Einwand verstehe ich nicht recht. Ich schrieb von hermetischer 
Kapselung, was soll sich da womit mischen?

> Man müsste also heftig „spülen“ (beim
> Zweitakt-Verbrennungsmotor nennt man das ja wirklich so).
>
Warum? Was soll da untergemischt werden? Zudem: oben sogleich 
beanstandetest Du, dass die Durchmischung "freiwillig ganz schnell und 
gut" erfolge - was denn nun?

> Wenn schon, wäre es wohl tatsächlich am sinnvollsten, das eingangs
> genannte Prinzip des Füllstandsmessers zu benutzen,

Denkbar wäre auch,  angepasst an den zu überwachenden Druckbereich, eine 
Flüssigkeit einzubringen, die abhängig vom Druck mehr oder weniger 
verdunstet. Die unterschiedliche Sättigung sollte messbar sein.

Sicherlich kommt es ganz wesentlich darauf an, was für Drücke man 
überwachen will. Für einen Blutdruckmesser käme das vermutlich genau so 
wenig in Frage wie für einen Lungenfunktionstest, und auch zur 
Überprüfung des Reifendruckes stehen besser geeignete Verfahren zur 
Verfügung. Wenn wir aber nicht wissen wollen, wie das Wetter morgen 
wird, sondern ob der Chromatograph morgen noch steht, dann käme das 
Verfahren möglicherweise eher in Frage.

Aber, um ehrlich zu sein: über mögliche Anwendungsmöglichkeiten habe ich 
mir keine großen Gedanken gemacht, zumal danach niemand gefragt hatte. 
Wer lange genug nachdenkt, dem fällt dazu bestimmt etwas ein,; und 
vermutlich weiß er auch gleich den Grund,  aus dem es anders gemacht 
wird ...

: Bearbeitet durch User
Autor: Jens G. (jensig)
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Percy N. (vox_bovi) schrieb:

>Jörg W. schrieb:
>> Percy N. schrieb:
>>> und es steht Dir frei, ein anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu
>>> verwenden
>>
>> Viel Aufwand für wenig Effekt, würde ich mal vermuten – zumal Gase eben
>> auch die Eigenschaft haben, sich freiwillig ganz schnell und gut zu
>> mischen.
>Den Einwand verstehe ich nicht recht. Ich schrieb von hermetischer
>Kapselung, was soll sich da womit mischen?

Ganz einfach: es ging um beränderliche Cs, was bei einem Luft-C mit 
sonst unveränderlicher Geometrie und sionstiger Bedingungen nur mittels 
"Spülung" mit einem anderen Gas geht, was mit einem hermetisch 
gekapselten Dingesn eher schlecht geht.

>> Man müsste also heftig „spülen“ (beim
>> Zweitakt-Verbrennungsmotor nennt man das ja wirklich so).
>>
>Warum? Was soll da untergemischt werden? Zudem: oben sogleich
>beanstandetest Du, dass die Durchmischung "freiwillig ganz schnell und
>gut" erfolge - was denn nun?

Gar nichts soll untergemischt werden, sondern eben gespült, damit man 
dann ein ganz anderes und nicht gemischtes Gas drin hat.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Percy N. schrieb:
> Sicherlich kommt es ganz wesentlich darauf an, was für Drücke man
> überwachen will.

OK, wenn du das als Drucküberwachung nehmen willst, ist das ein anderer 
Punkt (dafür hätte die hermetische Kapselung Sinn) – war aber wohl nicht 
so ganz das, was der TE im Sinn hatte mit seiner Frage.

Allerdings vermute ich, dass Drucksensoren mittlerweile als irgendwelche 
MEMS-Bauteile daher kommen und damit bessere Empfindlichkeiten 
erreichen, als man das mit so einem veränderlichen Kondensator 
hinbekommt.

Autor: michael_ (Gast)
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Percy N. schrieb:
> Du kannst den Kondensator hermetisch kapseln, und es steht Dir frei, ein
> anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu verwenden.
> Ob das reicht? Keine Ahnung!

Es reicht nicht. Und deine Keine Ahnung ist schon richtig.

Auch wenn bei kapazitiven Füllstandsmessern die Flüssigkeit nur die 
geringste  elektrische Leitfähigkeit vorliegt, wird kapazitiv gemessen.
Also alle praktischen Flüssigkeiten wie Wasser, Heizöl, ...

Autor: Percy N. (vox_bovi)
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Jens G. schrieb:
> Percy N. (vox_bovi) schrieb:
>
>>Jörg W. schrieb:
>>> Percy N. schrieb:
>>>> und es steht Dir frei, ein anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu
>>>> verwenden
>>>
>>> Viel Aufwand für wenig Effekt, würde ich mal vermuten – zumal Gase eben
>>> auch die Eigenschaft haben, sich freiwillig ganz schnell und gut zu
>>> mischen.
>>Den Einwand verstehe ich nicht recht. Ich schrieb von hermetischer
>>Kapselung, was soll sich da womit mischen?
>
> Ganz einfach: es ging um beränderliche Cs, was bei einem Luft-C mit
> sonst unveränderlicher Geometrie und sionstiger Bedingungen nur mittels
> "Spülung" mit einem anderen Gas geht, was mit einem hermetisch
> gekapselten Dingesn eher schlecht geht.
>
Das verstehe ich immer noch nicht. Oben steht explizit, dass eim anderes 
Gas(gemisch) als Luft verwendet werden soll.

>>> Man müsste also heftig „spülen“ (beim
>>> Zweitakt-Verbrennungsmotor nennt man das ja wirklich so).
>>>
>>Warum? Was soll da untergemischt werden? Zudem: oben sogleich
>>beanstandetest Du, dass die Durchmischung "freiwillig ganz schnell und
>>gut" erfolge - was denn nun?
>
> Gar nichts soll untergemischt werden, sondern eben gespült, damit man
> dann ein ganz anderes und nicht gemischtes Gas drin hat.

Warum will man das? Es dreht sich doch darum, durch Verdichtung des 
Gases dessen Dielektrizität zu erhöhen, so jedenfalls meine Vorstellung.
Michael scheint das ebenso zu sehen (war genau genommen seine Idee!).

: Bearbeitet durch User
Autor: Percy N. (vox_bovi)
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michael_ schrieb:
> Percy N. schrieb:
>> Du kannst den Kondensator hermetisch kapseln, und es steht Dir frei, ein
>> anderes Gas als Luft als Dielektrikum zu verwenden.
>> Ob das reicht? Keine Ahnung!
>
> Es reicht nicht.

Jetzt wüsste ich natürlich gern, warum nicht.

> Und deine Keine Ahnung ist schon richtig.
>
Sicher, deshalb darfst Du mir das jetzt gern erklären.

> Auch wenn bei kapazitiven Füllstandsmessern die Flüssigkeit nur die
> geringste  elektrische Leitfähigkeit vorliegt, wird kapazitiv gemessen.
> Also alle praktischen Flüssigkeiten wie Wasser, Heizöl, ...

Schön.  Und was hat das mit der kapazitiven Messung der Dichte von Gasen 
zu tun?

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