Kapazität Plattenkondensator: Einschieben eines Material mit hohem Er

Wie wärs mit Spule und Ferritkern? Da lassen sich kleinste Wege mit messen.

Beitrag "Funktionsweise Drucksensor"

Danke, Euch beiden. Sind gute Ansätze. Werde die mal näher anschauen!

Beim Miniatur-Tauchtrimmer funktioniert das auch mit kleinsten Wegen, sogar linear mit dem Weg. Probiere mal ein Stück kleines Koaxkabel (rigid).

Papa Q. schrieb:

Ich hab einen Plattenkondensator mit sagen wir mal 10mm Plattenabstand.

1. Ich schiebe ein Stück Metall mit 9mm Stärke (isoliert) rein. […]

Dann hab ich doch trotz des hohen Er keinen großen Unterschied, oder? Im

1. Fall hab ich dann 2 in Serie geschaltete Kondensatoren mit je 0.5mm Plattenabstand.

... wenn Faktor 10 für dich kein großer Unterschied ist ...

Dann hab ich doch trotz des hohen Er keinen großen Unterschied,...

Es müsste heissen: "WEGEN" des hohen ε(r) keinen großen Unterschied,...

Im 1. Fall liegen 2 Kondensatoren in Reihe. Im 2. Fall kommt noch 1 Kondensator hinzu.

Beträgt dessen ε(r) z.B. 100, verringert sich die Gesamtkapazität ca. auf das 0,995-fache.

...verringert sich die Gesamtkapazität ca. auf das 0,995-fache.

Dst natürlich Quatsch, der 3. Kondensator ist ja 9 mal so dick: Die Gesamtkapazität ist ca. 0,847-mal so gross.

Ist mir nicht ganz klar wie Du auf die Werte kommst?

Ausgangszustand: 10mm Abstand der Platten - Luft epsR=1.0 → C = 1.0 (als Bezugswert)

1. ein 9mm Metall dazwischen: → C = 10.0

2. ein 9mm Kunststoff mit epsR=100 → C = 9.174311926605503

1

 C = A / (d1/eps1 + d2/eps2)

Annahme: Die Flächen sind immer gleich.

Kapazitiv ist das immer Scheisse. Das wird nichts genaues und ist nicht wirklich linear. Die Luftfeuchtigkei macht einem schon einen Strich durch die Rechnung. Weiß aber auch nicht was der TO vorhat.

Kapazität hängt vom Dielektrikum ab. Siehe https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0205141.htm Allerdings würde ich Deine Salami-Kapazitätsänderung vermeiden, da es bestimmt eine empfindliche hochohmige Geschichte wird, die später störempfindlich sein könnte.

Thomas B. schrieb:

Kapazitiv ist das immer Scheisse.

Geht es etwas genauer?

Das wird nichts genaues und ist nicht wirklich linear.

Die Geometrie zu rechnen, ist kein Hexenwerk.

Die Luftfeuchtigkei macht einem schon einen Strich durch die Rechnung.

Rechne mal vor, was die an der Kapazität ändert. Hier geht es nicht um Elektrostatik.

@ Giovanni:

Ist mir nicht ganz klar wie Du auf die Werte kommst?

Mir auch nicht mehr...

Aber jedenfalls weiss ich noch im Prinzip, wie man eine Reihenschaltung aus Kondensatoren berechnen müsste.

Mein damaliger Mathe-Prof. hätte gesagt: "Das Problem ist lösbar." ;-)

Ich habe mal – u.a. angeregt durch Werners Erwähnung des Tauchtrimmers – einen primitiven "Schiebekondensator" aufgebaut: Auf ein Messingrohr mit 8 mm Durchmesser habe ich eine Lage Schreibpapier (Stärke 0,1 mm) und auf dieses ein Stück Alufolie mit der Breite 25 mm gewickelt. An die Alufolie habe ich ein Stück Litzenleitung angeschlossen und das Papier, die Alufolie und die Litze mit Klebeband miteinander fixiert. Eine zweite Leitung habe ich mit Klebeband am Messingrohr befestigt. Die Manschette aus Papier, Alufolie und Klebeband ist auf dem Messingrohr frei verschiebbar. Somit bilden das Messingrohr (Elektrode 1), die Alufolie (Elektrode 2) und das Papier (Dielektrikum) zusammen einen variablen Kondensator.

Mit einem Multimeter habe ich dessen Kapazität gemessen und dabei die Manschette in Millimeterschritten verschoben. Da angehängte Diagramm zeigt die Messergebnisse. Für s < 0 befindet sich die Alufolie außerhalb des Messingrohrs, die gemessene Kapazität von 32,5 pF entsteht durch die Zuleitungen und den Offset des Multimeters. Für s ≥ 25 mm liegt die Alufolie vollständig auf dem Messingrohr. Dazwischen (0 ≤ s < 25 mm) liegt der nutzbare Bereich. In diesem Bereich steigt die Kapazität mit 4,13 pF/mm an, der maximale Linearitätsfehler beträgt ±2 pF.

Für ein schnell zusammengepapptes Provisorium und die manuelle (und damit nicht sehr genaue) Einstellung des Verschiebewegs sind die Ergebnisse IMHO gar nicht einmal so schlecht. Mit einem solideren Aufbau werden die Ergebnisse sicher noch ein Stück besser.

Die Kapazitätsmessung kann mit einem Mikrocontroller erfolgen (bspw. nach dem Prinzip der Touch-Sensorauswertung). Derselbe Mikrocontroller kann ggf. auch eine Kompensation des Linearitätsfehlers vornehmen.