Kapazitätsänderung messen

[hacker]

Hallo zusammen,

ich muss irgendwie an die Änderung einer Kapazität messtechnisch dran kommen. Die Änderungen sind so im 10 - 50 nF Bereich. Momentan mach ich es über ein Parallelschwingkreis und mess die Resonanzfrequenz.
Das Problem ist die geringe Änderung der Resonanzfrequenz bei der kleinen Kapazitätsänderung.
Ich müsste irgendwas haben, was trotz der kleinen Änderung der Kapazität eine größere Resonanzfrequenz - Verschiebung erreicht.
Sagen wir mal so 20kHz Unterschied bei 10 nF Änderung.

Ist das machbar?

Grüße,
hacker

[PICture]

Hallo!

Das Problem ist die geringe Änderung der Resonanzfrequenz bei der kleinen Kapazitätsänderung.

DIE beide Parameter sind für einen konkreten Vorschlag unaureichend und machbar ist theoretisch alles.

Sagen wir mal so 20kHz Unterschied bei 10 nF Änderung.

... von ?

[Manf]

Ein RC Oszillator ist empfindlicher für die Kapazitätsänderung als ein LC Oszillator.
Das wäre dann z.B. ein Oszillator mit NE555.

Zur Erhöhung der Empfindlichkeit hat man klassischerweise die Frequenz mit der eines konstanten Oszillators gemischt um die relative Änderung größer zu machen. Die Schaltung nennt sich dann Schwebungssummer (auch ein Theremin arbeitet nach dem Prinzip).

[Richard]

Hallo zusammen,

ich muss irgendwie an die Änderung einer Kapazität messtechnisch dran kommen. Die Änderungen sind so im 10 - 50 nF Bereich. Momentan mach ich es über ein Parallelschwingkreis und mess die Resonanzfrequenz.
Das Problem ist die geringe Änderung der Resonanzfrequenz bei der kleinen Kapazitätsänderung.
Ich müsste irgendwas haben, was trotz der kleinen Änderung der Kapazität eine größere Resonanzfrequenz - Verschiebung erreicht.
Sagen wir mal so 20kHz Unterschied bei 10 nF Änderung.

Ist das machbar?

Grüße,
hacker

Ja, ist machbar siehe http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cb...empf%C3%A4nger dort ist das Prinzip erklärt.

Gruß Richard

[PICture]

Hallo!

Öfters wird Frequnzdifferenzieren verwendet, das heisst zwei HF (Quarz + LC) Oszillatoren + Mischer, weil die Grundfreqenzen mit harmonischen dann leichter eliminierbar sind. Ausserdem ist delta F / delta C höher.

Bei grösseren Kondensatoten in NF Bereich werden, so wie der Manf schon schrieb, RC Generatoren verwendet.

Bei genauer Messung von kleinen Änderungen bei grossen Kapazitäten werden grundsätztlich langperiodische lineare Integrationsmethoden mit einer Zeitmessung angewendet.

[Besserwessi]

10-50 nF sind schon ziemlich viel für eine Kapazitätsänderung. Ein alternative zur Messung über die Frequenz ist die Messung in einer Brückenschaltung. Bei einer Oszillatorschaltung hat man auch immer noch Unsicherheiten über die Änderungen der Anderen Teile drin. Sonst ist eine wirklich hohe Auflösung bei der Frequenz nicht so schwer. Bei der Brückenschaltung halt man einen anderen Kondensator als wesentliches kritisches Teil, das stabil bleiben muss. Im Zweifelsfall halt was analoges zum zu messenden Kondensator.

Ich bin gerade dabei eine für wirklich keine Kapazitätsänderungen (1 fF bis 1 pF, das wirkliche Limit sollte so bei rund 0,001 fF liegen) aufzubauen. Bei der Testschaltung mit Oszilloskop zur Anzeige geht es da so bis etwa 100 pF als Maximalwert. Man kann es natürlich auch noch weniger Empfindlich machen, und die Empfindlichkeit hängt auch vom Absolutwert der Kapazität ab.

Eine schöner Trick für die Brückenschaltung ist es die Anregung über einen kleine Ferrite-transformator zu machen. Das Windungsverhältniss des Trafos ersetzt so den einen Zweig, und das Ausgangssignal ist auf Masse bezogen.

[Manf]

@Besserwessi:
Nicht dass es heißt es hätte ja keiner gefragt:
Für was ist denn die Kapazitätsmessung mit der feinen Auflösung? ist es ein kapazitiver Abstandssensor?

[Besserwessi]

Ja für einen Abstandssensor, und ggf. als Sensor für mechanische Schwingungen mit Auslenkungen im µm-Bereich und eventuell auch darunter.

[hacker]

Danke für die Eure zahlreichen Beiträge. So richtig weiter haben die mich leider aber auch noch nicht gebracht.

Ich muss oben auch noch paar Werte zurücknehmen. Genauer gesagt geht es um Folgendes:

Ich habe im Prinzip eine Diode und will die Sperrkapazitäts Änderung bei Änderung der Rückwärtsspannung messen.

Kapazität bei keiner Spannung ist ca. 6uF also doch relativ groß. Ich wollte das ganze erst über einen Schwingkreis machen. Ich bekomme auch Resonanz aber eben praktisch keine Änderung bei Rückwärtsspannung zu sehen. Bisher koppel ich in den Schwingkreis die Gleichspannung mit einer Spule (22mH) und die Wechselspannung mit einen Kondensator (0.68uF) ein.

Wie könnte man nun eben die Empfindlichkeit erhöhen, dass ich eben eine größere Ändeurng der Frequenz sehe?

Im Prinzip geht es ja auch in die Richtung, wie ich eine "Kapazitätsdiode" "richtig" in einen/eine Schwingkreis bzw. frequenzbestimmende Schaltung einbringe.

Grüße,
hacker

[PICture]

Um eine ziemlich grosse Kapazitätsänderungen im Schwingkreis zu haben würde ich ausschliesslich paralell geschaltete Varicaps verwenden (z.B. um 100 Stück BB112).

Für einzelnen Varicap müsste man entsprechend für Cmin und Cmax hoche Frequenz des Schwingkreises ausrechnen und annehmen (z.B. 100 MHz).

Die Beschaltung von Varicaps im Schwingkreis ist von der Amplitude der Schwingungen abhängig. Beispielweise für Oszillatoren mit höherer Amplitude üblich ist im Code gezeigte Beschaltung.

                          Cr

                          ||
                    +---+-||-
                    |   | ||
                 V1 V   C
              Rv    =   C
              ___   |   C
        A o--|___|--+   C L
        |           |   C
        |           =   C
     Uv |        V2 ^   C
        |           |   |
        | o-----+   +-+-+
                |     |
               ===   ===
               GND   GND

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