An alle Elektronik Freaks Bitte, hat jemand Erfahrung mit dem Messen kleiner Kapazitäten um 1 pF? Ich bemühe mich gerade, die Eigenkapazität eines elektrostatischen Voltmeters zu messen, aber bis jetzt ohne wirklichen Erfolg. Viele Grüße Physikfan
Gast
#6453796
Im Eigenbau müsste man wohl einen Schwingkreis mit dieser Eingangskapazität verstimmen. Im Vergleich mit Festkapazitäten im einstelligen pF-Bereich. Wird nicht supergenau - aber < 1 pF GENAU messen?...
Kopple eine konstante Wechselspannung kapazitiv so ein, dass der Messwert der Hälfte dessen entspricht, was bei einer galvanischen Verbindung angezeigt wird (Spannungsteiler aus gleichen Kapazitäten), und dann schalte dem Voltmeter eine definierte Kapazität z.B. ein Stück Koaxkabel parallel. Aus dem nun erfolgenden Rückgang der Anzeige kannst du die Kapazität des Voltmeters berechnen.
Bei diesen Elektrometern möchte ich die Kapazitätswerte bestimmen:
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Es gibt chips wie den AD7745, die koennen das.
Hallo, wie schon im EEVBLOG geantwortet, fällt mir dazu nur ein VNA ein. messprinzipbedingt hat er einen enorm grossen Dynamikbereich, zumindest sehr viel grösser als alles was Abtastet.
Bei den letzten beiden kannst Du das mit einem normalen Kapazitätsmesser, die liegen um 30 - 100 pF. Bei dem HV-Voltmeter kannst Du es versuchen, indem Du erst einen 10 pF Kondensator mißt (Anzeige merken) und dann das Voltmeter parallel schaltest. Die Differenz ist dann der Wert, dürfte um 1 pF liegen.
Gast
#6460111
Die Verstimmung an einem Schwingkreis scheint mir auch am nächstliegenden, wenn man keine noch spezielleren Messgeräte hat. Mit einem Kapazitätsmessgerät einer Grundkapazität das Messobjekt parallel schalten geht, wenn die Auflösung des Kapazitätsmessgerätes ausreichend ist. Meins hätte 0,1 pf, das kann im Worst-case schon mal +/-0,2 pF Messfehler ergeben. Nun ist aber aber auch so, dass das elektrostatische Voltmeter seine Kapazität mit der Spannung ändert. Das wird dann - im wahrsten Sinne des Wortes - spannend.
Gast
#6460113
Zur näherungsweisen(!) Schätzung würde ich einen (natürlich sehr
kleinen) Kondensator aus der Bastelkiste nehmen:
1.) Elektrometer auf eine solch hohe Spannung aufladen, wie der
Kondensator verträgt.
2.) Dann diesen Kondensator parallel schalten:
Einen Anschluss als Erde nehmen, den Kondensator dort anklemmen,
anderen Anschluss des Kondensators ohne Berührung an den heissen
Anschluss bringen, ist natürlich knifflig ...
3.) Rechnen:
Die jetzt vom Elektrometer angezeigte Spannung geteilt
durch die ursprüngliche verhält sich wie die Elektrometer-Kapazität
gwteilt durch die Gesamtkapazität.
Gast
#6460120
Elektrofan schrieb:
... eine gute Idee. Ganz ohne Messgeräte.
Variation: Dem Voltmeter den Kondenstor in Reihe schalten, beide
entladen, dann an Spannung legen - der Rest ist klar.
Geht prinzipiell so. Aber man braucht einen HV-Kondensator, weil der Elektrostat erst ab 2 kV vernünftig ablesbar ist.
Ich vermute, die Kapazität des 20 kV Elektrometers liegt bei 10 pF. Die Frage ist bei all diesen Hochspannungs-Vorschlägen: wie bekomme ich den Isolationswiderstand dieser Kondensatoren heraus? Wartet man lange genug, ist die Spannungsteilung bei Gleichspannung nur durch das Widerstansverhältnis gegeben. Bei einer Wechsespannungsquelle mit etwa 20 kV und einem Hochspannungskondensator mit 10 pF könnte das Spannungsverhältnis zwischen Kondensator und Elektrometer tatsächlich zum gesuchten Wert der Kapazität des Elektrometers führen. Ursprünglich wollte ich ja nur die Qualität der Isolation der Elektrometer herauszufinden. Durch Messen der Spannung eines geladenen Elektrometers als Funktion der Zeit und Verwenden der folgenden Gleichung: U (t) = U (0) · exp (- t / (R · C)) möchte ich den Isolationswiderstand jedes dieser Elektrometer herausfinden.
Gast
#6460157
Peter ". schrieb: > Durch Messen der Spannung eines geladenen Elektrometers als Funktion der > Zeit und Verwenden der folgenden Gleichung: > > U (t) = U (0) · exp (- t / (R · C)) > > möchte ich den Isolationswiderstand jedes dieser Elektrometer > herausfinden. Bei einem elektrostatischen Voltmeter ändert sich ja - bedingt durch das Messprinzip - die Kapazität abhängig von der angelegten Spannung. Ohne Spannung kann ich mir ja die Messung noch vorstellen, aber für die Messung des Isolationswiderstandes müsste man mit der maximalen Kapazität (bei höchster Spannung) beginnen und dann den Kapazitätsverlauf abhängig von der anliegenden Spannung ermitteln. In die Rechnung dann die Kapazität als abhängig von der gerade erreichten Spannung einsetzen. Da wird die Gleichung allerdings etwas komplexer.
"Bei einem elektrostatischen Voltmeter ändert sich ja - bedingt durch das Messprinzip - die Kapazität abhängig von der angelegten Spannung." Vollkommen richtig. In der Gleichung für die Spannung des Kondensators beim Entladen geht in diesem Fall noch ein, dass die Eigenkapazität des Elektrometers eine Funktion der Spannung ist. Ich muss daher das Elektrometer öffnen, den Zeiger mechanisch zu bestimmten Spannungswerten hinbewegen und dann die jeweilge Kapazität mit einem LCR-Gerät messen.
Schraube mal Dein HV-Voltmeter auf und schaue Dir den Abstand zwischen den Platten an. Aus den Abmessungen kann man die Kapazität grob errechnen (wenn es Platten sind). Mein HV-Voltmeter geht von 5 - 25 kV, da ist die bewegliche Platte ein Ring mit etwa 1x1 cm Abmessungen, wegen der krummen Feldlinien etwas schwieriger zu berechnen. Aber die Kapazität ist mir eigentlich egal.
"Aber die Kapazität ist mir eigentlich egal." Die Kapazität brauche ich ja nur, um den Isolationswiderstand des Elektrometers zu messen, um zu wissen, ob das Elektrometer wenigstens etwa eine Sunde seine Ladung halten kann. Bitte, wie lang hält denn Dein Elektrometer die Spannung, einmal aufgeladen?
Wie lange das die Spannung noch hält, ist mir auch egal. Jedenfalls wird gemessen, solange das Voltmeter noch mit der Quelle verbunden ist. Was nach dem Abklemmen passiert, ist belanglos.
Gast
#6460264
P Peter ". schrieb: > Die Kapazität brauche ich ja nur, um den Isolationswiderstand des > Elektrometers zu messen, um zu wissen, ob das Elektrometer wenigstens > etwa eine Stunde seine Ladung halten kann. Jetzt verstehe ich das Problem nicht: Kurz Spannung anlegen und nach einer Stunde nachsehen???
Nehmen wir mal an, mein Elektrometer könnte, einmal auf 20 kV aufgeladen, idealerweise seine Ladung über eine halbe Stunde einigermaßen lang halten, die Spannung bleibt einigermaßen lang konstant. Dann kann ich sehr hohe Widerstände, 10**15 Ohm und mehr so messen, dass ich zunächst einmal die Spannung des Elektrometers als Funktion der Zeit beobachte, ohne angeschlossenen zu messenden Widerstand: U(t) = U(0) * exp(- t/(R * C)) Bei bekannter Eigenkapazität des Elektrometers kann ich dann mit obiger Formel den Isolationswiderstand des Elektrometers messen. Wiederhole ich die Prozedur, mit dem zu messenden hohen Widerstand an dem Elektrometer angeschlossen, dann wird die Spannung schneller abnehmen, da der zu untersuchender Widerstand parallel zum Isolationswiderstand des Elektrometers liegt. Daraus läßt sich schlußendlich der gesuchte hohe Widerstand bestimmen.
Auch mit diesem LCR-Meter möchte ich versuchen, die Eigenkapazitäten dieser Elektrometer zu messen:
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Das Ergebnis der Formel stimmt nur, wenn C konstant ist! Der Wert ändert sich aber mit der Anzeige, da sich die Eigenkapazität mit der Spannung wegen des dann anderen Abstands der Elektrometerplatten auch ändert. Vermindern kann man diesen Störeffekt nur, wenn man einen größeren Kondensator mit Luft-Dielektrikum parallel schaltet. Auch bei den anderen Elektrostaten unter 1 kV muß man das überprüfen, weil die multizellular aufgebaut sind und sich die Kapazität mit dem Ausschlag auch ändern kann, je nach Systemaufbau. Im www habe ich mal eine Bedienungsanleitung von Elektrostaten von Haag/Streit oder Trüb/Täuber gesehen. Wieder gefunden: https://www.radiomuseum.org/r/trubtauber_elektrostatisches_voltmeter.html Die Anleitung: https://www.radiomuseum.org/forumdata/users/4767/file/Die_Spannungsmessung_mit_elektrostatischen_Voltmetern.pdf p.s.: im Radiomuseum sind 8 Elektrostaten gelistet
Zunächst einmal vielen Dank für diesen Trüb Täuber Artikel. "Bei einem elektrostatischen Voltmeter ist Eigen-Kapazität abhängig von der angelegten Spannung." Wenn ich das Elektrometer öffne und den Zeiger mechanisch zu bestimmten Spannungswerten hinbewege, kann ich jeweilige Kapazität des Elektrometers mit einem LCR-Gerät messen und dann in der Gleichung oben für die spannungsabhängige Kapazität korrigieren.
Peter ". schrieb: > Wenn ich das Elektrometer öffne und den Zeiger mechanisch zu > bestimmten Spannungswerten hinbewege, Dann wird es bald kaputt sein. Peter ". schrieb: > Ich muss daher das Elektrometer öffnen, den Zeiger mechanisch zu > bestimmten Spannungswerten hinbewegen und dann die jeweilge Kapazität > mit einem LCR-Gerät messen. Brauchst du nicht. Du kannst auch die Hochspannung soweit erhöhen, dass der alte Wert wieder angezeigt wird. Im Übrigen interessiert der Isolationswiderstand nicht, wenn man überhaupt von einer Isolation sprechen kann. Die Zeitkonstanten sollten mindestens im Bereich von Minuten liegen, und falls nicht, solltest du deine Teile erst einmal reinigen und trocknen. Da alle diese Geräte auch mit Wechselspannung betrieben werden können, kannst dann den Ladungsverlust durch "Isolationswiderstände" vernachlässigen.
...einen hab ich noch: Im Youtube-Video zerlegt Eric Wasatonic ein Voltmeter, der Aufbau ist dabei gut erkennbar. Seine anderen Videos sind auch nicht uninteressant. https://www.youtube.com/watch?v=Vp5R491sex8
Ich habe das Sensitive Research Elektrometer oftmals auf 20 kV aufgeladen, um zu checken, wie lange es die Ladung halten kann. Bei bekannter Eigenkapazität des Elektrometers kann ich dann den Isolationswiderstand des Elektrometers messen: U(t) = U(0)* exp(- t/(R*C)) An einem Tag habe ich ungefähr 100 Minuten für eine Spannungsabnahme des großen Elektrometers auf (1/e)*U(0) gemessen. Aber an einem anderen Tag waren es nur etwa 10 Minuten. Daher möchte ich den Grund für ein solches Verhalten des Isolationswiderstands, der Luftfeuchtigkeit usw. usw. mit weiteren Experimenten herausfinden.
Reinige den Isolator mal mit Alkohol oder Äther und lege Dir ein Hygrometer zu. Du kannst auch ein großes Gefäß mit etwas Trockenmittel für das Voltmeter verwenden, z.B. eine große Stapelwanne mit Deckel (ikea usw.) verwenden, notfalls auch einen Karton. Luftfeuchtigkeit ist der Hauptstörer, Pechblende hast Du ja wohl nicht rumliegen.
Nachdem die Messung mit dem HP4277 nicht so recht geklappt, möchte ich mit diesem LCR-Meter die Eigenkapazitäten dieser Elektrometer messen:
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(160 KB)
Für die beiden kleinen elektrostatischen Volt-Meter konnten jetzt endlich die Eigenkapazitäts-Messungen unter Berücksichtigung der Streukapazitäten, bedingt durch die jeweilige Geometrie der Zuleitung, abgeschlossen werden: Trüb und Täuber, Zürich, 0 - 500 V HP 4277A: 7,1 pF HP 4263B: 6,2 pF GB Instrument, 0 - 300 V HP 4277A: 10,5 pF HP 4263B: 10,0 pF Beachtlich ist die gute Übereinstimmung der Werte mit diesen zwei verschiedenen LCR-Instrumenten. Der Weg ist jetzt frei für die Messung der Isolationswiderstände durch kurzzeitiges Anlegen einer Spannung an die Elektrometer unter Beobachtung der Abnahme der Spannung als Funktion der Zeit.
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