Kapazitive abstabds messung

Der chaotische Hauptfaden

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Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Trax » Mi 21. Jun 2017, 22:22

Ich möchte kapazitiv den Abstand zweier 1cm² platten messen im Bereich 0.5-3mm
Ich habe die Schaltungen von zabex hier: http://www.zabex.de/site/schaltungstechnik.html probiert halt anstelle der platte zum befingern meine 2 metal platten und die zweite auf GND

leider ohne Erfolg, sofern ich mich da jetzt nicht verrechnet habe sollte das bei 1mm 0.8pf haben das muss man doch messen können oder?

Ach und ja ich möchte die Messung mind 10x in der Sekunde machen können :D

hat einer von euch ne idee wie ich das mit geringem Aufwand bewerkstelligen könnte?

LG
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon zauberkopf » Mi 21. Jun 2017, 22:33

Ich würde mal mit einem Schwingkreis /Oszillator experimentieren.
Und etwas mehr kapazität.
Oder aber Dein Frequenzzäler sollte 1GHZ souverän zählen können.
Der Bereich von 1-3mm wird spannend.. ;-)
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Name vergessen » Do 22. Jun 2017, 00:23

Ohne Frequenzmesser geht's auch: Rechteckgenerator (z.B. der Invertgatter-Oszillator). Dessen Ausgang wird aufgeteilt in zwei Pfade (ggfs. sogar über zwei weitere der Inverter im Chip als Puffer), einer geht direkt auf ein UND, der andere über einen Widerstand und den zu messenden Kondensator. Am Ausgang des UND liegt jetzt ein Rechtecksignal an, dessen Duty Cycle mit der Kapazität variiert. Das kann man dann über einen Tiefpaß in eine Analogspannung konvertieren, die zur Kapazität proportional ist (falls man nicht schnell genug ist und das Digitalsignal direkt verarbeiten kann). Leider werden bei den Kapazitäten nur sehr kleine Differenzen auftreten, dem kann man bei einem CMOS-UND mit einem hohen Widerstand begegnen. Je näher die Oszillatorfrequenz an der möglichen Laufzeitänderung liegt, desto größer ist dann auch die entstehende Spannungsdifferenz.

Soweit zur Theorie. ;)
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Bastelbruder » Do 22. Jun 2017, 04:42

In vielen analogen Hygrometern und Kapazitätsmeßgeräten werkelt eine Phasenvergleichsschaltung mit CMOS-EXOR-Gattern. Der Bereich 0,3...1,8 pF ist zwar sportlich, aber das sollte gehen. Hinten raus kommt eine zur Kapazität proportionale PWM-Gleichspannung. Das elegante an der Schaltung ist die vollständige Kompensation der störenden Schaltungs- und Bauteilekapazitäten, ohne daß besonderer Aufwand mit Stromversorgung, Temperaturstabilisierung etc getrieben werden muß.
KapazVergleicher.png
KapazVergleicher.png (9.79 KiB) 1060-mal betrachtet

Die beiden Kondensatoren an Pins 4 und 5 sind zu messende Kapazität und Kompensation. Die anderen Bauteilwerte sind nur Anhaltswerte (aus einem Wasserstandsmesser geklaut).
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Trax » Do 22. Jun 2017, 21:03

eee... was ist da jetzt der input also so ist die zu messende Kapazität?

Noch ne idee, solche kapazitiven Mikros gibts ja auch wie sand am Meer da ist nur ein j-fer Transistor drin oder?
Damit müsste das doch auch gehen.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Bastelbruder » Do 22. Jun 2017, 21:15

Bastelbruder hat geschrieben:Die beiden Kondensatoren an Pins 4 und 5 sind zu messende Kapazität und Kompensation.


Ein Kondensatormikro kann nur Veränderungen der Kapazität feststellen. Und es hat eine untere Grenzfrequenz im Hz-Bereich, die Ausgangsspannung geht also immer wieder auf ihren Mittelwert zurück, selbst wenn jemand die Membran mit dem Daumen reindrücken und festhalten würde.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Chefbastler » Do 22. Jun 2017, 21:21

Trax hat geschrieben:eee... was ist da jetzt der input also so ist die zu messende Kapazität?


Schrieb Bastelbruder schon:

Bastelbruder hat geschrieben:Die beiden Kondensatoren an Pins 4 und 5 sind zu messende Kapazität und Kompensation. Die anderen Bauteilwerte sind nur Anhaltswerte (aus einem Wasserstandsmesser geklaut).


Einer ist deine Referenz und der zweite ist dein Messobjeckt.

Ist eigentlich simple Analogtechnik.
Die ersten drei Gatter machen einen Oszillator. Und die beiden RC-Glieder dahinter machen jeweils eine Phasenschiebung und das EXOR-Gatter dahinter macht daraus eine PWM proportional zur Phasenschiebungsreferenz(einer der beiden Phasenshieber). Die Bauteile sollten halt entsprechend dafür dimensioniert werden.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Trax » Do 22. Jun 2017, 21:31

ok danke

was ist EXOR?
google kennt nur XOR
ich nähme mal an ihr mein XOR?
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon shaun » Do 22. Jun 2017, 22:04

Ja das darfst Du synonym betrachten. Die 22k müssen sicher deutlich größer sein für so kleine Kapazitäten, und dass der Aufbau auch kräftig mit reinspielen wird ist auch klar. Induktiv oder magnetisch (linearer Hallsensor) geht nicht?
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Chefbastler » Do 22. Jun 2017, 22:06

Trax hat geschrieben:ok danke

was ist EXOR?
google kennt nur XOR
ich nähme mal an ihr mein XOR?


https://www.google.de/search?q=exor+gat ... 80&bih=668

Die Bezeichnung XOR ist gäniger als EXOR.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Bastelbruder » Do 22. Jun 2017, 22:43

Die Gattertechnik hat immer mit EXCLUSIVE-OR, kurz EXOR gearbeitet und die Softies mit XOR. Natürlich ist beides dasselbe.

Ein RC-Glied aus 22 k mit 1,5 pF ergibt eine Verzögerungszeit-Differenz von 33 ns. An jeder Flanke. Aufpassen: Die tatsächliche Kapazität der beiden RC-Glieder ist inclusive Gatter-Eingangskapazität geschätzt 10 pF, also 220 ns. Gesamt 440 ns, das wird bei 1 MHz schon langsam knapp und die e-Kurve macht sich unangenehm bemerkbar.

Bei 100 kHz und 5 V Betriebsspannung kommt nach Siebung hinter dem Gatter (da kommen Impulse mit 200 kHz raus) ein ziemlich kapazitätslinearer Spannungshub von 33 ns / 10 µs x 5 V = 16,5 mV zustande. Die lassen sich problemlos auf 3 oder 5 V aufblasen, beim Abgleich von der Null etwas wegbleiben. Damit ist eine realistische AbstandsKapazitätsmessung mit knapp 10 bit Auflösung im 30 kHz-Takt realisierbar.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Trax » Sa 1. Jul 2017, 18:34

So die Schaltung ist endlich in Arbeit...

leider arbeitet sie noch nicht ganz sie ich mir das vorstelle
wie man am oszi sieht sind die Flanken die der 3 gatter schwinger macht alles andere als toll, freq ist so 200khz,
der Kondensator ist ein 10pf
die 2 Widerstände sind 100Kohm da ich keine 92 da hatte

die blaue Linie wandert auf und ab den man den platten Abstand bei dem test Kondensator verändert, aber sieht schon hässlich aus.

Was kann ich da machen das der Schwingteil bessere Flanken produziert?
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IMG_20170701_182415.jpg
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon xoexlepox » Sa 1. Jul 2017, 19:22

die blaue Linie wandert auf und ab den man den platten Abstand bei dem test Kondensator verändert, aber sieht schon hässlich aus.

Bist du sicher, daß der 100nF am Ausgang Verbindung mit deiner Messmasse hat? Bei 100kOhm/100nF sollte dort nicht solch hochfrequentes Geklapper zu sehen sein. Wo holst du die Masse für das Scope her?
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Trax » Sa 1. Jul 2017, 19:46

die Masse kommt über das schwarze Kabel links im Bild geht unter dem ic durch und bis zu den 100nf das ist 15cm lang und geht zu einem Steckbrett da ist das nt ein gestöpselt und die oszi Masse.

ach ja noch ein Problem sehe ich gerade, manchmal schwingt die Schaltung irgendwie gar nicht macht nur Murks, wen man die 2 100kohm oben mit den Finger mal angreift fängst auf ein mal an zu schwingen.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon Bastelbruder » Sa 1. Jul 2017, 19:53

Natürlich dürfen für die 91k (von denen hatte ich einen Haufen der verwurstet werden mußte) auch 100k eingesetzt werden. Überhaupt sind 20% Toleranz in 90% aller Analogtechnik nicht zu spüren.
Laß das Scope weg und vergiß Kurven und Flanken. Einfach die Millivölter am Ausgang messen.

Auf dem Bildschirm sind 2 MHz von einem Professor oder Schaltwandler zu sehen, dazu die Ausschwingvorgänge, vermutlich von der Masseinduktivität der Tastköpfe. Das gleiche Signal ist vermutlich auch zu sehen wenn der Tastkopf am kalten Ende des Ausgangskondensators angeklemmt wird. Der Schund kommt nicht aus der Platine.
Wer mißt, mißt Mist!

Achja, mit den "Tastköpfen" sind auch die 30..50 MHz Schwingungen im Bereich der Flanken zu erklären.
Die Schwingungen sind wahrscheinlich weg wenn der Widerstand am ersten Gatter ohne lange Drähte angeschlossen wird. Die Antenne ist einfach zu lang. Im Original habe ich die paar Bauteile direkt unter den Chip gepflanzt, ohne Platine und ohne lange Drähte.

P.S. Bei den kuriosen Bildern ist meine Technik zu sehen.
Zuletzt geändert von Bastelbruder am Sa 1. Jul 2017, 21:29, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon shaun » Sa 1. Jul 2017, 21:26

Mit der Masseführung und der bloßen Erwähnung eines Steckbrettes kannst Du eigentlich froh sein, dass Du auf dem Oszi nicht RTL schauen kannst.
Sobald in einer Schaltung eine Schaltflanke entsteht ist meist schon das Masseschwänzchen des Tastkopfes zu viel des Schlechten. Schau Dir beizeiten mal an, wie RAP in seinen Messaufbauten gemessen hat. Wildester Draht- und Bauteileverhau, aber immer auf einer Massefläche und da wurde der Tastkopf mit Drahtschlinge draufgedrückt, oder gleich mit angelötet...
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Re: Kapazitive abstabds messung

Beitragvon zauberkopf » Sa 1. Jul 2017, 21:58

Mit der Masseführung und der bloßen Erwähnung eines Steckbrettes kannst Du eigentlich froh sein, dass Du auf dem Oszi nicht RTL schauen kannst.

*ROFL*HILFE!!! *SAUERSTOFF* !!!
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