Wie kann man extrem niederohmige Kondensatoren messen?

Ich möchte (mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent) die Kapazität eines 0,8-0,06pf-Drehkondensators messen (der eventuell von einem 120-MHz-32-Bit-Mikrocontroller gelesen werden soll, falls das hilfreich ist). Mir ist klar, dass man einen beliebig kleinen Kondensator nicht einfach mit beliebiger Genauigkeit messen kann, daher bin ich mir nicht sicher, ob dies praktisch machbar ist. Ich habe versucht, eine reguläre RC-Zeitschaltung zu erstellen und abzufragen, um die Entladezeit zu messen, aber selbst mit dem Widerstand mit dem höchsten Wert, den ich leicht beziehen kann (100 M), wird der Kondensator innerhalb von 1 Mikrosekunde entladen, was (glaube ich) eine Strecke ist für mich mit dem Mikrocontroller zu spüren.

Wenn dies praktisch möglich ist, wie könnte ich das tun?

BEARBEITEN:

Der Kondensator, für den ich Werte gebe, besteht nur aus zwei 1 cm ^ 2 parallelen Platten mit einem Abstand von 1 bis 13 cm zwischen ihnen. Ich versuche letztendlich, den Abstand zwischen den Platten aus dieser Kapazität zu ermitteln. Dies ist wahrscheinlich nur ein Schuss ins Blaue, aber ich dachte, ich würde die Möglichkeit in Betracht ziehen und sehen, was man hypothetisch tun könnte; Informationen darüber, warum dies nicht funktionieren würde, wären dankbar. Sobald aus der Kalibrierung bekannt, kann jede hinzugefügte parasitäre Kapazität (von Spuren usw.) wahrscheinlich einfach aus dem Endwert entfernt werden, richtig?

Realitätscheck: Haben Sie berechnet, wie weit die Anschlüsse Ihres Messgeräts (und die Leiterbahnen auf seiner Platine usw.) entfernt sein müssen, um die gleiche Reihenfolge wie diese Werte zu erreichen?
Sie könnten einen Funksender erstellen, dessen Frequenz vom Kondensator abhängt, und versuchen, Ihr Radio einzustellen. Oder jede andere Schaltung, die eine messbare Frequenz hat, die davon abhängt, und diese irgendwie misst.
Sind Sie sicher, dass Ihre Zahlen richtig sind? Spuren tragen wahrscheinlich weit mehr als das bei. Sie könnten sich einen LC-Oszillator und einen Frequenzzähler ansehen.
@WoutervanOoijen Hmm, ich hatte die parasitäre Kapazität überhaupt nicht berücksichtigt. Ich werde meine Frage mit der vollständigen Anwendung bearbeiten.
Eigentlich werde ich diesen Beitrag jetzt wahrscheinlich einfach löschen. Eine Frage gefunden , die dies zu einem nahezu Duplikat macht.
Es kann nützlich sein, "Kapazitätsbrücke" zu googeln. Sie können sich auch "Wechselstrom-Brückenschaltungen" ansehen
@tut Ooh, hätte nicht gedacht, dass Sie Wheatstone-Brücken für Kondensatoren verwenden könnten. Das probier ich aus, danke!
@DC177E Ihre Nummern sind ausgeschaltet. Die Werte, die Sie für Ihren Kapazitätsbereich angeben, sind für einen Abstand von 1-13 mm korrekt, nicht für cm. Wenn cm richtig ist, stehen Sie vor einer schweren Zeit. Das Problem wird in der unterschiedlichen Geometrie der Verbindungsdrähte liegen, kombiniert mit einem Kapazitätsbereich von 1/10 dessen, was Sie denken.
@WhatRoughBeast In der Tat fehlt eine 0. Nun, ich werde einfach vergessen, das zu messen.

Antworten (1)

Die Streukapazität von so ziemlich jedem Draht wird ungefähr in der gleichen Größenordnung liegen wie der Wert, den Sie zu messen versuchen. Der beste Weg, damit umzugehen, besteht darin, die Messung in eine Differenzmessung umzuwandeln. Wenn Ihre bewegliche Platte beispielsweise geerdet ist, könnten Sie zwei feste Platten haben, eine auf jeder Seite davon. Der mechanische und elektrische Aufbau sollte möglichst symmetrisch sein, damit sich Streukapazitäten möglichst aufheben.

Hier ist eine Schaltung, die darauf ausgelegt ist, kleine Änderungen in einem Differenzkondensator zu messen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die 10-V-1-MHz-Quelle bewirkt, dass die Dioden paarweise leiten – D1 und D4 leiten auf den positiven Spitzen und D2 und D3 leiten auf den negativen Spitzen. Da D1 und D2 niemals gleichzeitig leiten, ist der Nettostrom durch sie direkt proportional zum Wert von C1. Ebenso ist der Strom durch D3 und D4 proportional zum Wert von C2.

Wenn C1 und C2 den gleichen Wert haben, ist der D1/D2-Strom gleich dem D3/D4-Strom, und die durchschnittliche Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und B ist Null (obwohl beide mit 1 MHz auf und ab schwingen). Wenn andererseits der Sensor unsymmetrisch ist, z. B. C1 steigt und C2 sinkt, fließt in D1/D2 mehr Strom als in D3/D4, wodurch die durchschnittliche Spannung an B relativ zu A ansteigt.

Beachten Sie, dass die Differenz zwischen A und B zwei Vorwärtsdiodenabfälle (ca. 1,5 V) in beide Richtungen nicht überschreiten kann, und tatsächlich hängt die Spannung zwischen ihnen durch die Diodengleichung mit dem Nettostromfluss zusammen. Bei Werten unter 1 V ändert sich die Spannung nahezu linear mit der Kapazitätsdifferenz.

Schön(+1), ich habe ein solches Gerät gebaut und benutze es. Sie benötigen eine gute Gleichtaktunterdrückung des Ansteuersignals. Ich wollte eine Brücke vorschlagen, aber ich habe noch nie das C-Verhältnis in einer Brücke gemessen.
Sehr schön. Gibt es einen Grund, warum eine 10-V-Schaukel erforderlich ist? Könnte ich mit einer niedrigeren Spannung davonkommen?
Sie könnten wahrscheinlich eine etwas niedrigere Spannung verwenden, aber der Punkt ist, dass die Dioden fest aus- und eingeschaltet werden, wodurch die Auswirkungen ihrer Kapazitäten minimiert werden. Die Verwendung einer Rechteckwelle anstelle einer Sinuswelle bei niedrigeren Spannungen hilft. Auch die Verwendung einer höheren Frequenz mit kleineren Kapazitäten hilft.
Es ist auch gut, dass die Dioden übereinstimmen, ich verwende ein Dioden-Array und keine einzelnen Dioden. Ich bin mir nicht sicher, ob die Anpassung besser ist, aber zumindest haben sie alle die gleiche Temperatur.
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