Drehkondensator Kapazitätsänderung mit OPV in Spannungswert überführen

Drehkondensator -> Oszillator -> Freqiency-Voltage-Converter

Alternativ: Für Radios mit Varicap-Abstimmung gab es Drehkos mit 
angeflanschtem Poti. Lösung: Trivial.

Hört sich ein wenig nach Bachelor-Arbeit an...

Man macht einen Schwinkreis draus und wertet die Frequenz aus.
Rest ist trivial.
Alles kalter Kaffee.

Vielen Dank euch! Kann mir das vielleicht jemand von euch noch grob 
skizzieren?

Vielen Dank im voraus!

Hi Sina. Das geht aber noch viel einfacher, bzw. ist dein Ansatz schon 
ganz gut. Einfach einen kapazitiven Spannungsteiler bestehend aus deinem 
Drehko und einem weiteren Kondensaor an einen Diffverstärker legen und 
fertig ;)

Könnte z.B so aussehen. Dimensionierung natürlich noch entsprechend 
anpassen

Ladungspumpe
Auf der einen Seite vom Drehko eine Rechteckspannung (Frequenz und 
Amplitude konstant) draufgeben
Auf der anderen Seite vom Drehko gleichrichten und rein in den OP als 
Transimpedanzverstärker und Integrator

Such mal unter Ladungsverstärker.
Aber untere Grenzfrequenz nicht 0 sonst geht der Verstärker nach einiger 
Zeit in die Begrenzung.

Michael B. schrieb:
> meist nur Pikofarad

AM-Drehko: eher so 300 bis 500 pF und dazu noch noch 2 Pakete.

Michael B. schrieb:
> Kauf dir ein Poti.
Ohne Wertung der anderen sinvollen und gut gemachten Beiträge: dies 
scheint mir (nach langer Zurückhaltung) die sinnvollste Lösung zu sein.

Hallo!
Erstmal vielen Dank euch allen! Damit ist mir schon sehr geholfen. Habe 
jetzt viele neue Denkansätze.
Kann mir vielleicht noch einer von euch verraten wie man einen 
Drehkondensator in LTSpice simulieren kann? Z.B, dass er seine Kapazität 
innerhalb einer Sekunde linear von 10pF auf 1nF ändert?

Danke Klaus aber, wenn ich das richtig verstanden habe habe ich mit dem 
.step Befehl ja nur die möglichkeit verschiedene Simulation parallel 
durchzuführen und nicht das sich ein Wert über die Zeit ändert oder?

Vielen, vielen Dank euch allen!
Aber ich will doch nur eine variable Kapazität in einen dazu 
proportionalen Spannungswert überführen. Mein selbstgebauter Drehko hat 
eine Kapazität von 500pF bis 2nF und dazu muss ich einen OPV verwenden.
Was ist mit der Lösung von Mopfhopf? Ich versuche die ganze Zeit diese 
zu simulieren aber ich habe es noch nicht hinbekommen eine Kapazität in 
LTSpice einzubinden die sich über die Zeit verändert. Dazu verfolge ich 
noch den Ansatz den mir Klaus rausgesucht hat.
Alternativ habe ich mir noch ausgedacht einen Meißner Schwingkreis 
aufzubauen und dessen Ausgangsspannung dann f/U zu wandeln aber das halt 
erst falls sich herausstellt, dass der Lösungsvorschlag von Mopfhopf 
nicht meine Anforderung erfüllt.

LG euch allen!

Bau die eine einfache Brückenschaltung auf, wobei Du einen der 
Widerstände durch Deinen Drehkondensator ersetzt. Einen weitern 
Widerstand ersetzt Du durch einen Einstellregler oder auch durch einen 
Trimmkondensator, damit Du die Brücke beim niedrigsten Wert Deines Dekos 
auf Null abgleichen kannst.
Die Brücke speist Du mit einem Sinusgenerator. Eine einfache 
Generatorschaltung reicht da völlig. Die Frequenz würde ich um die 
100kHz wählen. Die Diagonalspannung der Brücke greifst Du mit einem 
Differenzverstärker (OPV) ab. Die Ausgangsspannung des OPV kannst Du 
dann mit einem aktiven Gleichrichter gleichrichten. Am Ausgang des 
Gleichrichters hast Du Dann Deine gewünschte Gleichspannung.

Dane Danke Klaus, Zeno und allen anderen!
Was habt ihr denn alle gegen Mopfhopfs Lösungsvorschlag?
Der scheint so schön einfach zu sein.

@ Mani Wieso? Der Kondensator ist hochohmig DC vorgespannt. Mit Q=C*U 
bzw U=Q/C führt eine Äanderung von C zu einer Änderung von U. Wo ist der 
Denkfehler?

Ah ich habe ihn gefunden. Die Änderung wäre nur kurzfristig und es würde 
sich kurz danach wieder das gleich Potenzialverhältnis einstellen oder?

Super danke Dir. Mein Drehko wird Ende aber eine sich schnell ändernde 
Kapazität sein (kapazitiver Sensor der ein breites Frequenzsprektrum 
aufnimmt). Wäre die Schaltung dann brauchbar? um diese Frequenzen zu 
entkoppeln bzw. Impedanzzuwandeln?

Der Sensor soll die Vibrationen einer Maschine aufnehmen und diese 
sollen am Ende mit einer FFT ausgewertet werden.

Und warum redest du die ganze Zeit von einem Drehkondensator?

Vielen Dank Mani! Dir auch eine gute Nacht!
@Michael: Weil ich zuerst versuchen wollte die Schaltung zu simulieren. 
Entschuldigung an alle! Mir ist jetzt erst klar geworden, dass zwei ganz 
unterschiedliche Problemstellungen sind. Ich habe es einfach als 
einfacher erachtet in der Simulation eine sich ändernde Kapazität zu 
verwenden. Wie gesagt, es war mir nicht klar, dass das nicht Zielführend 
ist. Das ist mir erst durch Mani klar geworden.

Dank euch habe ich aber eine MEnge gelernt und konnte mein Verständnis 
sehr verbessern! Dafür sei euch allen gedankt!

LG Sina

Werde ich machen! Ja so in etwa soll es am Ende auch gemacht werden. Die 
Daten werden an einen Mikrocontroller geschickt und mit diesem dann 
ausgewertet aber da bin ich nicht im Thema. Meine Aufgabe des Projektes 
ist nur der analoge Teil. Sprich die Vibrationen mit dem kapazitiven 
Sensor aufnehmen und impedanzwandeln.

Der Sensor ist halt schon vorgegeben (auch ein eigenbau), dieser hat 
eine Kapazität von 500pF bis 2nF.
Danke Dir!

Sina schrieb:
> Der Sensor soll die Vibrationen einer Maschine aufnehmen

Also ein Kondensatormikrofon.
Es lebe die Salami!

Sina schrieb:
> @ Mani Wieso? Der Kondensator ist hochohmig DC vorgespannt. Mit Q=C*U
> bzw U=Q/C führt eine Äanderung von C zu einer Änderung von U. Wo ist der
> Denkfehler?

Der ideale Kondensator in idealer Umgebung verliert seine Ladung 
normalerweise nicht.
Aber es ist nun mal nicht alles ideal so das die Ladungen wieder 
abfließen. Wenn Du da jetzt noch mit einem OPV ran gehst um die Ladung 
zu messen, wird sie noch schneller abfließen, da der Eingangswiderstand 
des OPV auch nur endlich ist.
Man könnte solche (statischen) Ladungen mit einem Elektroskop oder einer 
Feldmühle nahezu belastungsfrei messen. Dazu müßte man diese Instrumente 
aber direkt in das elektrische Feld des Kondensators bringen, was aber 
schon auf Grund der geometrischen Abmessungen in Deinem Fall recht 
schwierig werden wird.

Deshalb geht man bei Kapazitäten den Weg über eine Wechselspannung. Eine 
Brückenschaltung nimmt man deswegen, weil sie auf Änderung der 
Brückenwiderstände (-impedanzen) sehr empfindlich reagiert und man so 
mit relativ wenig Aufwand gut weiter verarbeitbare Messgrößen erhält.

Axel S. schrieb:
> Sina schrieb:
>> Der Sensor soll die Vibrationen einer Maschine aufnehmen und diese
>> sollen am Ende mit einer FFT ausgewertet werden.
>
> Großartig. Fast zwei Tage und 27 Postings für den *rsch, nur weil du
> diese essentielle Information verschwiegen hast. Man könnte auch sagen,
> du hast gelogen
>
> Dein Sensor ist also ein Mikrofon und kein Drehkondensator.

Naja zu einem Kondensatormikrofon besteht schon eine gewisse 
Ähnlichkeit, dennoch würde ich das Teil nicht als solches bezeichnen.
Man kann zwar das Signal wie bei einem KOndensatormikrofon auswerten, 
aber dagegen spricht, das die Vorspannung schon recht hoch sein muß 
(beim klassischen Kondensatormikrofon ca. 100V) und die Nutzspannung 
sehr klein ist, so das die Verstärkung direkt am Kondensator erfolgen 
muß. Zudem ist das Ganze auch noch sehr hochohmig und damit für 
Störeinflüsse sehr empfänglich.

Für Sinas Anwendungsfall ist Messbrücke mehr als prädestiniert, da diese 
auch bezüglich Störspannungen recht unempfindlich ist und bei 
ordentlicher Dimensionierung auch hohe Nutzspannungen liefert. Die 
Amplitude des des Signals ist dann das Maß für Schwingungsamplitude und 
die zeitliche Änderung das Maß für die Frequenz. Vorteil der Brücke ist 
auch das man erkennt, wenn das System nicht in die Nulllage zurückkommt 
oder in einer Position verharrt. In beiden Fällen erhält man ein in der 
Amplitude konstantes Ausgangssignal.

Ich habe nicht gelogen. Für meine Simulation habe ich wie geschrieben 
schlicht einen Drehko verwenden wollen! Trotzdem vielen Dank!

Danke für die ganzen neuen Vorschläge! Da werde ich mich direkt mit 
befassen. Wünsche euch einen schönen Tag!

Klaus R. schrieb:
> In der Praxis werden zur Schwingungsmessungen piezoelektrische Sensoren
> eingesetzt.

Das nutzt Sina aber wenig, da der Sensor ihr offenbar vorgegeben wurde.

Auch Deine anderen, durchaus richtigen Einlassungen, sind wenig 
hilfreich, wenn sie diesen vorgegebenen Sensor benutzen muß.

Ist vielleicht so etwas wie ein Bachelor oder Diplomthema und das wird 
in aller Regel vor gegeben. Aber vielleicht geht es ja auch nur darum 
alternative Sensortechniken zu untersuchen - man weis es nicht genau.

Klaus R. schrieb:
> Es kann ja sein, daß die Auftraggeber von Sina auch keine rechte Ahnung
> haben und nur wissen, wir möchten Vibrationen messen. Dann wäre der Tipp
> auf diesen Industriestandard ja passend. Das Überwachen von Vibrationen
> ist ein weites Feld für das es eine breite Palette von Lösungen gibt.
> Die Herausforderung sollte die Auswertung der Messungen sein. Die FFT
> wurde ja schon erwähnt.
> Also, passenden Sensor wählen und dann auswerten. Man muß doch das Rad
> nicht neu erfinden. Mal sehen was Sina dazu sagt.

Naja im universitären Umfeld geht es oft nur um Machbarkeitsstudien 
und/oder das Finden von alternativen Lösungsmöglichkeiten unabhängig 
davon ob am Ende eine wirklich praktikable Lösung heraus kommt. Dort ist 
auch ein Negativergebnis, also der Nachweis das die angedachte Lösung 
nicht zum gewünschten Ergebnis führt, ein im wissenschaftliche Sinne 
positives Ergebnis, da es eben beweist das es so nicht geht.

Aber Du hast schon recht, vielleicht meldet sich Sina noch einmal und 
wir erfahren mehr.

Gutes Nächtle!

Man bedenke:
Vibrationen haben einen Frequenzanteil und einen Amplitudenanteil und 
einen Richtunsteil!
Du hast damit drei Variablen, die bekommst du definitiv nicht mit der 
Zusammenfassung auf eine Spannung hin!
Selbst wenn du die Richtung ausblendest, sagt dir deine einzelne 
Spannung gar nichts!

Ich würde mich nochmal mit dem Auftraggeber hinsetzen und die Aufgabe 
präzisieren.

Grüße Uwe

Uwe schrieb:
> Man bedenke:
> Vibrationen haben einen Frequenzanteil und einen Amplitudenanteil und
> einen Richtunsteil!
> Du hast damit drei Variablen, die bekommst du definitiv nicht mit der
> Zusammenfassung auf eine Spannung hin!
> Selbst wenn du die Richtung ausblendest, sagt dir deine einzelne
> Spannung gar nichts!
>
> Ich würde mich nochmal mit dem Auftraggeber hinsetzen und die Aufgabe
> präzisieren.

Da muß ich Dir widersprechen. Alle 3 Größen bekommt man locker hin. Dazu 
gleicht man die Brücke erstmal ohne Sensor und schaltet eine 
Ersatzkapazität von 500pf (Beispiel von Sina) an Stelle des Sensors in 
den Brückenzweig. Damit gleicht man die Brücke auf 0 ab. Jetzt packt man 
1,5nF dazu (500pF+1,5nF=2nF) und notiert sich den Spannungswert. Nunmehr 
schaltet man wieder den Sensor in die Brücke ein. Der sollte ja in 
Ruhestellung ungefähr seine mittlere Kapazität (ca. 1,25nF) haben, damit 
symmetrische Auslenkung möglich ist. Damit sollte sich in etwa die 
Hälfte des notierten Wertes einstellen. Mit Hilfe eine Addieres kann man 
nun den Spannungspegel auf 0 einstellen. Damit führen kleinere 
Kapazitäten gleich Auslenkung z.B. nach Minus zu negativen Spannungen, 
die bei 500pF am größten ist. Auslenkungen in die positive Richtung 
führen dementsprechend zu positiven Spannungen. Damit habe ich die 
Richtungsinformation. Über den Betrag der Spannung habe ich die 
Schwingungsamplitude.
Über die Änderung der Spannung nach der Zeit kann ich auf die Frequenz 
zurückrechnen. Damit habe ich alle Größen erfasst.

Worin liegt da nun das Problem.

Axel S. schrieb:
> Auch wenn man schnell am Drehko hin und her dreht,
> kommt man nur auf vielleicht 1Hz "Signal" Bandbreite.

Den Dreko will sie doch nur zum Testen des Funktionsprizips benutzen und 
da wäre das doch in Ordnung.
Der Sensor wird im Prinzip nur ein einfacher Plattenkondensator sein 
dessen Plattenabstand durch die Vibrationen verändert wird. Wen das 
geeignet konstruiert ist, dann sind da mit einer Wechselstrombrücke 
locker Frequenzen im Bereich 0 (statische Auslenkung) bis einige kHz 
möglich. Bis zu welcher Frequenz da eine Auswertung möglich ist hängt 
von der Speisefrequenz der Brücke ab. Die würde ich um den Faktor 10 
höher als die zu erwartende Schwingungsfrequenz wählen. Vielleicht kann 
es auch weniger oder muß es mehr sein.

Bei den Ladungsverstärkern hätte ich so meine Bedenken bezüglich des 
Einfangens von Störungen im rauhen Umfeld. Ich habe da aber keine 
Erfahrungen und lasse mich da gern auch eines besseren belehren.
Vielleicht probiert ja Sina beides mal aus und berichtet dann - wäre 
schon interessant.