Sehr kleine Kapazitäten bestimmen

[sebi87]

Hallo Leute,

wie würdet ihr eine Kapazität im bereich von 0,1 bis 10 pF bestimmen?

Ich dachet an einen Schwingkreis mit einer Induktivität mit 68mH und dann die Frequenz mit dem AVR messen.

Oder was meint ihr?


Grüßle Bastii

[Thomas$]

hi
ich sag bloß das du mit atmels adc meistens bloß 30kHz messen kanst.
aber bei solchen kapazitäten musst du doch jeden mm kabel ausmessen und herausrechnen oder? Nagut die geschwindig keit könnte man erhöhen. Mit nem verstärker und dierekt anschliesen ohne adc messung.
mfg thomas

[Manf]

Man wird allgemein versuchen eine kleine Kapazität mit enem RC Tiefpass zu messen, wegen der linearen Abhängigkeit der Frequenz von der Kapazität und der besseren Konstanz des Widerstands gegenüber einer Spule.
Schaltungstyp wie beim NE555 nur mit entsprechend kapazitätsarmen Eingang.
Beispiele gibt es bei Feuchtesensoren und bei Näherungssensoren im nm bis pm Bereich.

[Besserwessi]

Bei der Spule muß man aufpassen, das die Spule selber nicht ähnlich viel Eigenkapatzität hat. Die 68 mH sind da eher schon zu groß. Es macht auch einen Unterschied wie die Kapazität vorliegt. Gegen Masse ist schwieriger als zwischen 2 von Masse getrennten Elektroden, denn da hat man weniger Probleme mit Kabeln.

[sebi87]

Wenn ich die Ideen von Manf mit dem RC-Tiefpass aufgreifen darf. Wie müsste ich dann messen?

Die Spannung an dem Widerstand?

[Manf]

Der Kondensator wird ähnlich wie beim astabilen NE555 zwischen zwei Spannungswerten 1/3 Uref und 2/3 Uref umgelanden und es wird die Frequenz gemessen, ... oder die Periodendauer oder die Umladezeit.
Im allgemeinen mißt man dabei lieber integrierend, also die Frequenz, um Störungen zu unterdrücken.

[sebi87]

Ok das hab ich soweit verstanden.
Sorry bin auf dem Gebiet neu....

Könnte ich dann einen TLC555 nehmen?

Würde es gehne wenn ich zu der zu messenden Kapatizät eine bekannte in Reihe Schalte um die Käpazität "messbarer" zu nachen?



Bastii

[sebi87]

Oder noch besser der LMC555 hat eine Maximale Ferquenz bei 10pF...

[Besserwessi]

Der LMC555 oder TLC555 sollten beide gehen. Durch Kabel hat man ohnehin leicht noch eine Kapazität von ein paar pF parallel. Wenn das noch nicht reicht noch was parallel schalten. In Reihe schalten macht weniger sinn, denn die Kapazität ist ohnehin schon recht klein und dann verliert man gerade die Linearität.

[sebi87]

wie genau kann man die Kapazität dann bestimmen?

Was denkt ihr? Hat da jemand schon erfahrungswerte?

[Besserwessi]

Die Absolute genauigkeit die man erreichen kann wird vor allem Davon abhängen, was man an genauen Vergleichskondensatoren hat. Wenn es darum geht kleine Änderungen festzustellen, ohne das die Skalierung Stimmen muß, kann das schon recht genau werden. Da dürfte die Temperaturstabilität der Schaltung und ggf. der Zuleitung begrenzend werden. Eine Stabilität bis auf 0,1-1 % oder so sollte drin sein. Für eine Gesamtkapazität von z.B. 20 pF wären das dann also etwa 0.02 pF als Auflösung. Wenns wirklich gut sein soll müßte man die Temperatur der Schaltung entweder konstant halten oder wenigstens messen.

Die reine Auflösung der Frequenzmessung ist sogar noch deutlich höher. Wie Stabil der LMC555 so ist weiß ich nicht, aber mit dem XR2206 sind schon mal 5-6 Stellen kurzzeitig stabil, wenn man der Schaltung nicht zu nahe kommt.

[sebi87]

@Besserwessi: Kannst du eventuell mal die Schaltung Posten wie das mit dem XR2206 aussehen müsste?


Ich will nur die Änderung des Kondensators messen, der Absolute Wert ist egal.

[Thoralf]

warum sollte man mit einem µC nur bis 30kHz messen sollen?
Die meisten haben doch Counter, die bis fast zur Taktfrequenz ran messen können. Mißt man dann gegen eine feste Referenz (interner Timer, der mit einem Bruchteil der Taktfrequenz getaktet wird, kann man schon ziemlich genau die Frequenz messen. Ist die Frequenz zu hoch, wird sie einefach mit dekadischen Zählern in einen vernünftigen Bereich runter geteilt und dann erst auf einen Counter im µC gegeben. Nach einer bestimmten Zeit (per Timerinterrupt oder eine bissl Hardware wird dann der Frequenzcounter ausgelesen ... fertig.

[sebi87]

Hmm wenn das so einfach ist...
@Thoralf: Kannst du mir ein Biespiel zeigen wie das aussehen könnte?
Gerne auch mit externer Hardware.

[Besserwessi]

Der XR2206 sollte von der Genauigkeit vergleichbar mit dem NE55 / LMC55 usw sein. Für den Chip hatte ich halt nur daten da, denn den findet man in vielen alten Funktionsgeneratoren. Ich würde bein LMC555 oder so bleiben.

Eine Etwas niedrigere Frequenz hat schon vorteile für den µC. Dann kann man nähmlich die ICP Funktion nutzen und kriegt besonders bei kurzen Messzeiten mehr Auflösung. Aber auch da sollte es bis etwa 300 kHz gehen. Wenn einem Die Frequenz zu hoch ist kann man die dann auch gut extern teilen, z.B. durch 64 das müssen keine dekaden sein.

[sebi87]

Danke für die Super Unterstützung... der Frequenzgenerator läuft jetzt mit dem LMC555 sehr schön. Kann bis 0.1pF abweichung erkennen.

Bin gerade nur an der Auswrtung mittels AVR am Scheitern :-(

[Manf]

Erzähle bitte noch ein Bisschen über die Lösung, Frequenz, Auflösung hatten wir ja schon, Störungen, Abweichungen, Drift, falls bekannt und auch über die Anwendung wenn erlaubt.

Es ist sicher eine Schaltung die immer wieder mal gebraucht wird.

[sebi87]

Also die Auflösung liegt bei 0,1pF und die Frequenzen liegen zwischen 1 und 2 MHz.

Im Prinzip ist es ein Momoflop mit einem LMC555.
Zu den Störungen und Abweichungen kann ich noch nicht viel sagen die Detailierten tests folgen.

Ich berichte dann soweit wie es geht... (Muss immer schauen)

Grüßle Bastii