Hallo,
da ich in nächster Zeit ein Referat über Kapazitive Wandler bzw. Sensoren machen soll, wollte ich Fragen ob mir vielleicht jemand weiterhelfen können. Ich habe noch nie etwas mit solchen Sensoren zu tun gehabt und dementsprechend schleicht ist auch mein Wissen. Ich hab mich zwar bereits mit den Grundlagen(Funktionsweise, etc.) auseinandergesetzt aber dennoch bleiben 2 wichtige Fragen für mich offen:
-
Wann verwende ich kapazitive Wandler? Um es detaillierter auszudrücken, wann werden kapazitive Wandler verwendet wenn man theoretisch auch andere (z.b.: induktive) verwenden könnte? - Auf welche Auswahlkriterien sollte man hier achten?
-
Was benötigt man um einen Kapazitive Wandler in einem System zu verwenden? - also z.b.: der Wandler wird als Sensor für Beschleunigung oder Abstandsmessung verwendet -> wie muss das Ausgangssignal verändert werden um es „verwertbar“ zu machen, zum Bsp. um es an einen Micro-Controller anschließen und weiterverarbeiten zu können. Wird hier zwangsläufig ein Verstärker oder andere Elemente benötigt oder kann das Signal direkt an einen ADC gehängt werden?
Schon mal Vielen Dank im Voraus für die Hilfe
Lg,
Gerald
Hallo Gerald,
- Wann verwende ich kapazitive Wandler? Um es detaillierter
auszudrücken, wann werden kapazitive Wandler verwendet wenn
man theoretisch auch andere (z.b.: induktive) verwenden
könnte? - Auf welche Auswahlkriterien sollte man hier achten?
Solche Wandler haben alle gemein, dass ein Feld, dass die Sensoren erzeugen (ein magnetisches Feld bei einem induktiven Sensor, ein elektrisches Feld bei einem kapazitiven Sensor), durch irgendeinen äußeren Einfluss verändert wird. Ein kapazitiver Sensor könnten zwei rechteckförmige Flächen auf einer Leiterplatte sein, die zwei Platten eines Kondensators bilden. Der Kondensator könnte bspw. Teil eines Schwingkreises sein, der mit der Frequenz f schwingt. Bewegt man nun einen Finger in das elektrische Feld, ändert man quasi das Dielektrikum des Kondensators und damit die Schwingkreisfrequenz. Dieses Signal könnte man etwa durch einen Mikrocontroller auswerten.
Analog dazu verhält es sich mit einem induktiven Sensor. Im Unterschied zum kapazitiven Sensor wird sich das Feld um den induktiven Sensor nur deutlich ändern, wenn du ein ferromagnetisches Material in dessen Nähe bringst.
Für die Auswahl eines geeigneten Sensors spielt es also zunächst mal eine Rolle, was du detektieren willst, d.h. welche Materialeigenschaften das zu detektierende Objekt hat.
- Was benötigt man um einen Kapazitive Wandler in einem
System zu verwenden? - also z.b.: der Wandler wird als Sensor
für Beschleunigung oder Abstandsmessung verwendet -> wie muss
das Ausgangssignal verändert werden um es „verwertbar“ zu
machen, zum Bsp. um es an einen Micro-Controller anschließen
und weiterverarbeiten zu können. Wird hier zwangsläufig ein
Verstärker oder andere Elemente benötigt oder kann das Signal
direkt an einen ADC gehängt werden?
Es kommt darauf an, was du unter Wandler verstehst. Es gibt Sensoren, die quasi alles beinhalten und bereits ein verwertbares Analogsignal oder sogar eine digitale Information ausgeben. Oder du meinst die nackte Kapazität/Induktivität. Um bei dem Beispiel oben zu bleiben, nur mit zwei Kondensatorplatten kommst du nicht weit. Der Kondensator muss Teil einer Schaltung sein, die es erlaubt, eine Ausgangsgröße zu erzeugen, die von der Kapazitätsänderung abhängt (mal ganz allgemein gesagt).
Schon mal Vielen Dank im Voraus für die Hilfe
Lg,
Gerald
Gruß
Michael
Danke schon mal du hast mir bereits sehr weitergeholfen!
- Wann verwende ich kapazitive Wandler? Um es detaillierter
auszudrücken, wann werden kapazitive Wandler verwendet wenn
man theoretisch auch andere (z.b.: induktive) verwenden
könnte? - Auf welche Auswahlkriterien sollte man hier achten?
Solche Wandler haben alle gemein, dass ein Feld, dass die
Sensoren erzeugen (ein magnetisches Feld bei einem induktiven
Sensor, ein elektrisches Feld bei einem kapazitiven Sensor),
durch irgendeinen äußeren Einfluss verändert wird. Ein
kapazitiver Sensor könnten zwei rechteckförmige Flächen auf
einer Leiterplatte sein, die zwei Platten eines Kondensators
bilden. Der Kondensator könnte bspw. Teil eines Schwingkreises
sein, der mit der Frequenz f schwingt. Bewegt man nun einen
Finger in das elektrische Feld, ändert man quasi das
Dielektrikum des Kondensators und damit die
Schwingkreisfrequenz. Dieses Signal könnte man etwa durch
einen Mikrocontroller auswerten.
Analog dazu verhält es sich mit einem induktiven Sensor. Im
Unterschied zum kapazitiven Sensor wird sich das Feld um den
induktiven Sensor nur deutlich ändern, wenn du ein
ferromagnetisches Material in dessen Nähe bringst.
Für die Auswahl eines geeigneten Sensors spielt es also
zunächst mal eine Rolle, was du detektieren willst, d.h.
welche Materialeigenschaften das zu detektierende Objekt hat.
Angenommen ich will eine Messung von Metall durchführen wie weiß ich ob ein induktiver oder ein kapazitiver besser geeignet ist? Kommt es selbst hier darauf an was für Metall detektiert wird oder sind induktive bei Metall generell besser geeignet (wenn ja warum)?
- Was benötigt man um einen Kapazitive Wandler in einem
System zu verwenden? - also z.b.: der Wandler wird als Sensor
für Beschleunigung oder Abstandsmessung verwendet -> wie muss
das Ausgangssignal verändert werden um es „verwertbar“ zu
machen, zum Bsp. um es an einen Micro-Controller anschließen
und weiterverarbeiten zu können. Wird hier zwangsläufig ein
Verstärker oder andere Elemente benötigt oder kann das Signal
direkt an einen ADC gehängt werden?
Es kommt darauf an, was du unter Wandler verstehst. Es gibt
Sensoren, die quasi alles beinhalten und bereits ein
verwertbares Analogsignal oder sogar eine digitale Information
ausgeben. Oder du meinst die nackte Kapazität/Induktivität. Um
bei dem Beispiel oben zu bleiben, nur mit zwei
Kondensatorplatten kommst du nicht weit. Der Kondensator muss
Teil einer Schaltung sein, die es erlaubt, eine Ausgangsgröße
zu erzeugen, die von der Kapazitätsänderung abhängt (mal ganz
allgemein gesagt).
Kennst du vielleicht Bücher oder ähnliches wo ich prinzipielle Messschaltungen für „nackte“ Kapazitäten finden kann - bis hin zur Signaländerung damit sie mit Microcontroller einsetzbar sind?
Vielen Dank!
Lg,
Gerald
Hallo Gerald,
Angenommen ich will eine Messung von Metall durchführen wie
weiß ich ob ein induktiver oder ein kapazitiver besser
geeignet ist? Kommt es selbst hier darauf an was für Metall
detektiert wird oder sind induktive bei Metall generell besser
geeignet (wenn ja warum)?
Theoretisch müsste man mit kapazitiven Sensoren ebenfalls die Annäherung eines Metallstücks detektieren können. Welches Verfahren in bei Metall besser geeignet ist, kann ich nicht sagen,
vielleicht weiß ja jemand anders Rat…
Kennst du vielleicht Bücher oder ähnliches wo ich prinzipielle
Messschaltungen für „nackte“ Kapazitäten finden kann - bis hin
zur Signaländerung damit sie mit Microcontroller einsetzbar
sind?
Der Klassiker ist „Tieze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik“. Dort findest du klassische Oszillatorschaltung, evtl. Mess-Schaltungen für Kapazitäten oder auch Frequenz-Spannungs-Wandler.
Diverse Messtechnik-Bücher sollten auch Grundschaltungen zu Kapazitäts- bzw. Induktivitätsmessung beinhalten.
Interessant um vielleicht noch ein paar Hintergründe zu erfahren, und wie das z.B. bei kapazitiven Näherungssensoren für Sensor-Tastenfelder gemacht wird findest du bei Analog Devices:
http://www.analog.com
Dort schau einfach mal bei ->Capacitance to Digital Converters. In den Datenblättern ist sehr gut beschrieben, wie es dort realisiert ist (vor allem um auch bei wechselnden Umweltbedingungen zuverlässig zu funktionieren.
Gruß
Michael
Hallo Gerald,
Angenommen ich will eine Messung von Metall durchführen wie
weiß ich ob ein induktiver oder ein kapazitiver besser
geeignet ist? Kommt es selbst hier darauf an was für Metall
detektiert wird oder sind induktive bei Metall generell besser
geeignet (wenn ja warum)?
Es kommt beim induktiven Sensor auf die Leitfähigkeit an. Durch die Wirbelstromverluste wird das magnetische Feld belastet.
Hier mal eine Datenblatt:
http://www.ifm-electronic.com/ifmde/web/dsfs!IE5344…
Unter „Korrekturfaktoren“ ist die unterschiedliche Empfindlichkeit für einige gebräuchliche Metalle angegeben.
Hier kannst du dich mal umsehen:
http://www.ifm-electronic.com/ifmde/web/home.htm
Kennst du vielleicht Bücher oder ähnliches wo ich prinzipielle
Messschaltungen für „nackte“ Kapazitäten finden kann - bis hin
zur Signaländerung damit sie mit Microcontroller einsetzbar
sind?
Hier ein Beispiel:
http://www.smartec.nl/pdf/apphs1001.pdf
Theorie:
http://www.smartec.nl/pdf/apputi06.pdf
Die meisten Schaltungen wirst du für Feuchtesensoren finden.
MfG Peter(TOO)
Vielen Dank an Peter und Michael, ihr habt mir sehr weitergeholfen!
Lg,
Gerald