Hi ihr,
ich möchte mir einen kapazitiven Näherungsschalter bauen, d.h. ich muß Kapazitätsänderungen im Bereich von etwa 1…10nF messen. Hat jemand einen Tip, wie ich das möglichst empfindlich machen kann?
Bye
Lieber Moritz
Ich würde als Amateurelektroniker folgendes ratem :
Die Kapazität , welche Du messen willst , ist eventuell noch kleiner als Du annimmst .
Verwende ( ist nur ein Vorschlag ) eine Wechselspannung , z.B. 50 khz , eine Meßbrücke , und dann brauchst Du noch einen Gleichrichter als Demodulator und eine Schaltung zum auswerten des analogen Signals , mit Operationsverstärkern z.B. .
Die Meßbrücke soll dafür sorgen , das keine Spannung auftritt , solange kein Ereignis oder keine Wertänderung stattfindet .
Es ginge auch eine stabile Vergleicherschaltung .
In Fachbüchern kann man das aber mit Sicherheit besser nachlesen .
MfG
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Hallo Moritz,
den Gefallen, daß sich etwas im Bereich von nF ändert, wird Dir der Näherungsschalter sicher nicht tun. Es wird eher um die Größenordnung eines pF gehen. Auswertbar ist sowas, indem Du die sich ändernde Kapazität in einen Schwingkreis möglichst hoher Güte schaltest. Ohne Objekt am Näherungsschalter wird der Schwingkreis auf Resonanz abgeglichen, sobald sich die Kapazität ändert, verstimmt sich der Schwingkreis. Ist es ein Parallelschwingkreis, wird die Spannungsamplitude bei Verstimmung kleiner. Der Schwingkreis wird über eine Stromquelle oder einen hochohmigen Widerstand aus einer Sinusquelle gespeist.
Weil ich nicht weiß, über welche Vorkenntnisse Du verfügst, kann ich nicht abschätzen, ob Dir diese Hinweise reichen. Sonst melde Dich noch mal.
Gruß
Wolfgang
Danke Wolfgang,
ich denke, dass ich die notwendigen Vorkenntnisse besitze, ich habe nur keine Ahnung, wie groß meine Spule für den Schwingkreris sein muß.
Gruß
Moritz
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Hallo Moritz,
den Gefallen, daß sich etwas im Bereich von nF ändert, wird
Dir der Näherungsschalter sicher nicht tun. Es wird eher um
die Größenordnung eines pF gehen. Auswertbar ist sowas, indem
Du die sich ändernde Kapazität in einen Schwingkreis möglichst
hoher Güte schaltest. Ohne Objekt am Näherungsschalter wird
der Schwingkreis auf Resonanz abgeglichen, sobald sich die
Kapazität ändert, verstimmt sich der Schwingkreis. Ist es ein
Parallelschwingkreis, wird die Spannungsamplitude bei
Verstimmung kleiner.
Beim Parallelschwingkreis verkleinert sich nicht die Spannungsamplitude sondern die Stromamplitude. Der Spannungsabfall am Kondensator und der Spule hängt von ihren Innenwiderständen ab und kann sich u.U. sogar vergrößern. Es ist auf jeden Fall zu einem Perallelschwingkreis zu raten, da bei einem Reihenschwingkreis bei hoher Güte, die bei deiner Anwendung hilfreich wäre, erhebliche Spannungsüberhöhungen an Kondensator und Spule auftreten und sie zerstören könnten.
Der Schwingkreis wird über eine
Stromquelle oder einen hochohmigen Widerstand aus einer
Sinusquelle gespeist.
Weil ich nicht weiß, über welche Vorkenntnisse Du verfügst,
kann ich nicht abschätzen, ob Dir diese Hinweise reichen.
Sonst melde Dich noch mal.Gruß
WolfgangDanke Wolfgang,
ich denke, dass ich die notwendigen Vorkenntnisse besitze, ich
habe nur keine Ahnung, wie groß meine Spule für den
Schwingkreris sein muß.Gruß
Moritz
Die größe der Spule hängt davon ab, wie groß die Ruheapazität deines Sensors ist und mit welcher Frequenz Du den Schwingkreis anregst. Nach dieser Gleichung: L=1/(4*PI²*f²*C) (L=Spule,f=Anregungsfrequez, C=Kondensator) kannst Du größenordnungsmäßig deine Spule bestimmen. Hierbei sind jedoch die Verlustwiderstände nicht berücksichtig. Mit einem zweiten Kondensator läßt sich die Resonanzüberhöhung genau einstellen.
Gruß
Waldschratt
Hi Moritz
Du hast ja jetzt zwei Möglichkeiten an die Hand bekommen. Ich persönlich würde die Variante über die Messung der Amplitude des Schwingkreises bevorzugen. Bei ihr kommst Du mit wenigen Bauteilen aus (billig) und sie funktioniert mit einem Schmitt-Trigger am Ausgang recht zuverlässig. Die Variante mit der Meßbrücke funktioniert auch, jedoch ist da der Aufwand recht hoch, was mit Kosten verbunden ist. Zudem ist die Signalauswertung leicht störanfällig. Mit dem Aufbau würdest Du für deine Anwendung mit Kanonen auf Spatzen schießen.
Für welche Anwendung mußt Du denn die Kapazitätsänderung messen? Welche Rahmenbedingungen liegen denn vor? Es gibt sicherlichauch einfachere Lösungsvarianten um eine Annäherung zu messen. Auf der Arbeit messen wir meist mit induktiven Näherungssensoren. Da bekommst Du am Sensorausgang ein schönes Rechtecksignal frei haus. Ein Reedkontakt Marke Fahrradtacho wäre auch eine Möglichkeit. Zuletzt sind da noch optische Meßverfahren. Sie sind jedoch eher störanfällig und meist nicht billig. Mechanische Verfahren wie z.B. irgend welche Schalter stehen für dich sicherlich nicht zur Debatte, wenn Du etwas berührungslos Schalten willst??
Gruß
Waldschratt
Hi Waldschratt
Für mich hört sich die Methode mit der Wechselstromwiderstandsmessung einfacher an, das habe ich inzwischen schon erfolgreich ausjprobiert. Da muß ich keine Schwingkreise abstimmen, Spulen berechnen und brauche auch keinen Sinusoszillator. Ich werde es trotzdem mal mit einem Schwingkreis probieren, vielleicht kann ich damit die Empfindlichkeit steigern. Bisher registriert er eine flache Hand ab ca. 2cm Abstand.
Wofür ich das brauche? gute Frage. Vielleicht mal um irgentein Gerät berührungslos zu schalten, aber eigentlich ist es nur eine technische Spielerei.
Grüße
Moritz
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Hallo Moritz
Eine Wechselstrombrücke aufzubauen fnide ich nicht unbedingt so viel einfacher. Wenn Du damit natürlich erfolgreie Erfahrungen hast, solltest Du dieses Verfahren natürlich bevorzugen! Einen Sinusoszillator brauchst Du für die Wechselstrombrücke doch auch, wo ist da das Problem? Mit ner 50Hz Quelle kannst Du beide Schaltung wegen der Störeinflüsse vom Netz nicht betreiben. Der Schwingkreisabgleich ist finde ich kein Akt. Dein Sensor hat eine C0, dann nimmst Du einen einfachen Sinusgenerator (jedoch möglichst Stabieles f, hierfür gehen auch Schwingquarze), ein ungefähr passende Spule, dann brauchst Du nur noch an einem weitern C drehen, um deine Überhöhung zu treffen. Mir würde es halt wegen der höheren Störunempfindlichkeit eher zusagen.
Schreibe mir doch bitte mal eine Mail, wenn eins doer sogar beides funktioniert. Würde mich mal interessieren, da ich so einen Meßaufbau immer nur in der Theorie und auf (Industrie-) Bildern gesehen habe.
Gruß
Waldschratt