Kapazitiven Sensor selber bauen

**KsB** · 26.06.2007, 17:46

Hallo Leude,

ich brauch unbedingt eure Hilfe, ich muss im Rahmen meiner Ausbildung eine Präsentation/Referat halten zum Thema Aufbau und Funktion von Kapazitiven Sensoren.
Und ich dachte mir, dass es Klasse wäre eine Schaltung zulöten an der man sehen kann wie son Sensor funzt.
Aber ich kann nirgends was brauchbares & Bezahlbares finden!

Helft mir, bitte! Ich bin über jede Idee froh!!

Liebe Grüße euer

KsB

**Hubert.G** · 26.06.2007, 19:22

Das ist etwas abhängig von der Kapazitätsänderung des Sensor. Wenn die Änderung groß ist, so etwa 1nF dann kannst du mit einem 555 einen Tongenerator bauen der die Kapazitätsänderung als Ton ausgiebt. Bei geringen Änderungen wird es mit einfachen Dingen nicht so leicht sein.

Hubert

**Manf** · 26.06.2007, 20:08

Die klassischen kapazitiven Sensoren sind Feuchtigkeitssensoren.
Hier wirst Du sicher auch Schaltungen zum Betrieb kapazitiver Sensoren finden (sehr viele).
Kapazitive Sensoren werden auch zur Abstandsmessung im nm Bereich eingesetzt. Hier gibt es aufwändigere Schaltungen für hohe Präzision.

Erzähle mal was Du in diesen Bereichen gefunden hast und was Du noch suchst.
Technische Beschreibungen gibt es meistens zahlreicher im Bereich der englischsprachlichen Links.
Manfred

**Steinigtmich** · 26.06.2007, 21:01

Ich hatte mir vor einigen Jahren mal sowas gebaut.

Damals war da in der Elektor ein Artikel drüber, ein kapazitiver Näherungsschalter aus einem PIC, nem Kondensator, einem Transistor und ein paar Widerständen.

Es beruhte soweit ich mich entsinne dadrauf: der PIC hat über einen Widerstand ein kleines Stück Kupferplatte, welches als Sensorfläche dient, aufgeladen. Die Ladung auf der Platte wurde dann in einen Kondensator bekannter Grösse (ich meine 100nF oder so) rübergeleitet, hat diesen also ein kleines bisschen aufgeladen. Danach wurde die Sensorfläche erneut vom PIC aufgeladen, die entlud sich wieder in den Kondensator usw. Am Kondensator hing ein Transistor welcher bei genügender Spannung auf dem Kondensator durchschaltete, das hat der PIC dann registriert. Als Messgrösse wurde die Anzahl der Ladezyklen der Sensorfläche benutzt, bis der grosse Kondensator auf Soll-Spannung war. Anschliessend wurde der Kondensator wieder entladen und der Vorgang wurde von neuem gestartet.
Die Anzahl der benötigten Zyklen um einen Schaltvorgang zu registrieren wurde ganz langsam runtergesetzt um Ausseneinflüsse wie Luftfeuchtigkeit zu kompensieren.

Ich hab mir mal so eine Schaltung mit einem Atmega aufgebaut, es hatte auch recht gut funktioniert. Ich werd sie nochmal rauskramen, irgendwo wird sich das noch anfinden.

Ein anderes Prinzip ist die Verstimmung von Schwingkreisen durch die geänderte Kapazität.

Wenn ich heute nochmal einen kapazitiven Sensor bauen würde, würde ich vermutlich von einem heterodynen Sensorprinzip ausgehen.
Ist eigentlich recht simpel, man baut aus Gattern einen Oszillator.
Simpelste Form: Ein Inverter bei dem der Ausgang mit dem Eingang verbunden ist. Auch die Dinger reagieren bei geschickter Auslegung recht empfindlich auf Kapazitätsänderungen.
Der Trick ist nun noch einen zweiten Oszillator parallel zum ersten zu betreiben, welcher keine Kupferplatte oder ähnliches als Kapazitätssensorfläche angeschlossen hat. Bei vernünftigem Abgleich laufen beide Oszillatoren im Ruhezustand also auf der gleichen Frequenz, wenn sich die Kapazität am Sensor ändert (z.B. jemand kommt mit der Hand in die Nähe), ändert der eine Oszillator geringfügig seine Frequenz.
Wenn die Ausgangssignale der Oszis noch durch ein OR-Gatter miteinander verknüpft sind, kommt nur der Anteil der Frequenz heraus durch den sich die beiden Oszillatoren unterscheiden (glaub Schwebung nennt sich das)...
Das Ausgangssignal ist nun recht niederfrequent und prima per Frequenzzähler oder ähnlichem auszuwerten.

Google mal nach "Theremin". Das ist eigentlich ein Musikinstrument, beruht aber auf genau diesem Prinzip.

Eine Quelle die das recht gut erklärt und auch eine Schaltung liefert wäre z.B.: http://home.att.net/~theremin1/101/101.html

(Klingt übrigens gräuslich wenn mans nachbaut, und ist ein irre schwer zu spielendes Instrument - kann aber echt beim nächsten Lagerfeuer dem Typen mit der Gitarre die Show stehlen

)

**KsB** · 26.06.2007, 21:04

Also Danke schon mal,

Ich weiß schon dass, ein kapazitiver Sensor als Näherungsschalter, Abstandsmesser und auch als Feutigkeitssensor gibt. Der Grundlegende Aufbau und die Funktionsweise sind nir eigentlich auch mehr oder weniger klar.

Trotzdem fände ich nen Link toll, wo ich alles noch auf einen Blick hätte, falls es das gibt. ** Deutsch is doch kompfortabler als EN

**

Also ich würde gerne einen Kapazitiven Sensor eigentlich egal welcher art, so aufbauen dass, meine Kollegen dann zum Beispiel einen Werkstoff egal welcher Art als Dielektrikum zwischen zwei Metallplatten stellen und sehen oder hören das sich das elektrische Feld verändert.
Quasi einfach einen selbstgebauten Kondensator, insofern das geht und innerhalb der nächsten Wochen zeitlich und Finanziell realisierbar ist.

LG KsB

**KsB** · 26.06.2007, 21:13

Huhi,
Ich muss ja noch ma schnell Anmerkeren, das dieses Theremin Musikdings ja auch sehr cool ist.
Von ATMEL habe ich nur Hardware erfahrung. Programmieren klappt noch net so ganz.

**PICture** · 27.06.2007, 05:59

Hallo KsB!

Deine Idee finde ich gut. Als Platten für Kondensator eignen sich gut Epoxyd-Zuschnitte einseitig ohne Photobeschichtung. Sie sind billig, leicht zu Verarbeiten und nicht so schwer wie Kupferblech. Das eifachste fürs Beobachten der Änderung ist ein Kapazitätsmessgerät mit Auflösung von 0,1 pF z.B. DS-568, das bei Ebay um 20€ (neu) zu haben ist. Sonst kann man ein bisschen Elektronik dafür basteln, je nach dem ob das blinken, piepsen o.ä. sollte.

Übrigens, dieses Theremin Musikdings, das Du erwähnt hast, lässt sich mit 2 Transistoren aufbauen und an beliebigen Audioverstärker anschliessen.

MfG

**E-Fan** · 27.06.2007, 10:57

Ich hab mir mal probehalber einen "Sensor" aus ner Streifenrasterplatine aufgebaut bei der jede zweite Bahn am gleichen Potential hing.
Die Platine bildete den Ladekondensator im Schwingkreis eines 555. Weil mir der zu schnell lief (im dreistelligen kHz-Bereich) hab ich einfach einen Zähler an den Ausgang angeschlossen um die Frequenz zu verringern. Die Frequenz hätte ich durch größere Widerstände sicherlich noch reduzieren können, aber da war mir wegen der geringen Ströme die Gefahr von HF-Einstreuungen doch etwas zu groß.
Ergebnis meiner Spielerei war ein Kapazitiver Sensor der nach meinen Berechnungen Änderungen im Bereich von 10^-18 Fahrad detektierte und in der Lage war auf rund 2m entfernte Objekte mit einer gut meßbaren Drift zu reagieren.
Allerdings lief das Teil nicht so stabil wie ich es mir wünschte und ich habs erst mal wieder beiseite gepackt. Eine Metallplatte auf der Unterseite des "Sensors" schien das elektrische Feld etwas zu richten und die Frequenz varrierte nicht mehr ganz so stark wie vorher.
Die Idee mit dem Umschichten der Ladungsmenge find ich sehr interessant weil man mit ihr wesentlich kleinere Kapazitäten nutzen kann (auch und vor allem wegen der kleineren Fläche die diese einnehmen müssen).