Wie würdet Ihr eine Kapazität ausmessen?

[Bernhard_Kr_mer]

Hallo,

Ich wollte gerne einen Kondensator ausmessen. Dazu habe ich einen Spannungsteiler aus meinem Kondensator und einem Widerstand gemacht und geschaut, bei welcher Frequenz wieviel Spannung am Kondensator abfällt.
Leider hat dies so seine Tücken:

1. ich kann die Frequenz schonmal nicht sehr sauber am Oszilloskop ablesen
2. ist mein altes Oszilloskop denn überhaupt richtig kalibriert, was die Zeitachse angeht!!??

Ich habe jetzt das Problem:
Entweder könnte ich das Oszi kalibrieren, indem ich eine gute Referenzkapazität hätte
Oder ich könnte die Kapazität messen, indem ich ein gut kalibriertes Oszilloskop hätte.

Nehmt an, ihr habt nicht viele Mittel und ein unkalibriertes Oszilloskop, aber ein gutes Multimeter. Und einen Funktionsgenerator Marke Eigenbau.

Wie würdet Ihr mein Problem lösen?

Viele Grüße

Bernhard

[Anonym]

Problemlösung
Hallo Bernhard,

Wie würdet Ihr mein Problem lösen?

ins Labor gehen und messen lassen oder selber messen.

Viele Grüße

Z.

[Rainer_Schmidt]

Hallo Bernhard,
eine Kapazität ohne Oszilloskop zu messen ist (zumindest theoretisch) eigentlich ganz einfach

die Spannungsverlauf beim Laden eines Kondensators wird durch die Formel
u(t)= Uo*(1-e hoch (-t/R*C) ) beschrieben wobei R*C als Zeitkonstante Tau bezeichnet wird.

Über den Daumen gepeilt sagt man nach 5 Tau ist der Kondensator aufgeladen ( U = 0,993*Uo)

Nach 1 Tau beträgt die Spannung am Kondensator 63% von Uo;
nach 2 Tau beträgt die Spannung am Kondensator 86% von Uo;
nach 3 Tau beträgt die Spannung am Kondensator 95% von Uo
nach 4 Tau beträgt die Spannung am Kondensator 98% von Uo
nach 5 Tau beträgt die Spannung am Kondensator 99% von Uo

Nimm also einen Kondensator und einen Widerstand, schalte diese in Reihe, schließe sie an eine Spannungsquelle an und messe die Spannung am Widerstand und die Zeit t, die vergeht, bis die Spannung eine der 5 Werte von Uo erreicht.

Die Kapazität kannst du dann mit der Formel Tau =R*C ausrechnen. Mit dieser Methode lassen sich allerdings Kapazitäten 1MOhm) um die Zeit genaugenug messen zu können.

Ich hoffe ich konnte dir mit dieser recht simplen Methode die Kapazität zu bestimmen weiterhelfen. Nebenbei bemerkt sollte jedes ordentliche Multimeter die Möglichkeit bieten eine Kapazität auszumessen.

Gruß Rainer

[Gunther_Richter]

Moin!

Nehmt an, ihr habt nicht viele Mittel und ein unkalibriertes
Oszilloskop, aber ein gutes Multimeter. Und einen
Funktionsgenerator Marke Eigenbau.

Ich lege eine 50Hz-Wechselspannung auf eine selbstgebaute Meßbrücke. Die 50Hz bekomme ich aus der Netzwechselspannung, ein Billigsttrafo transformiert sie mir in ungefährliche Bereiche.

Munter bleiben… TRICHTEX

[Bernhard_Kr_mer]

Hallo,

Deine Idee ist im Prinzip recht gut. Aber ist der Fehler der sich dabei einschleicht, wenn ich messen will, wie lange der Kondensator bis zu einer Aufladung von 99% braucht, und das mit der Stopuhr zu messen, nicht riesiggroß? Ich möchte möglichst bei +/-2% Fehler bleiben.

Übrigens, klar kann ich auch in ein Labor gehen oder ein teures Multimeter kaufen, aber darum geht es nicht.

Viele Grüße

Bernhard

[Bernhard_Kr_mer]

Gute Idee!

Es bieten sich hier zwei Probleme:

1. die Netzspannung ist selten wirklich genau 50 Hz, manchmal ist sie 45 und manchmal fast 60, jedenfalls nach dem Frequenzzähler bei uns in der Uni.
2. Mein Oszilloskop zeigt so kleine Frequenzen nicht sehr sauber an.

Danke aber für den Tip!

Grüße

Bernhard

[Der_Ren_15678c]

Hallo,

aber ein gutes Multimeter.

Mein Multimeter hat einen Meßbereich für Kapazitäten. Die Werte sind recht brauchbar (ich teste damit kapazitive Sensoren)

Cu Rene

[Christian_12b71c]

Leg eine Wechselspannung mit bekannter Frequenz an. Über gemessene Spannung und gemessenen Strom bestimmst du den Widerstand und daraus die Kapazität. Tipp: Ein paar Frequenzen ausprobieren, damit das Ergebnis genauer wird.

Christian

[Gerd_Vergin]

Gute Idee!

Es bieten sich hier zwei Probleme:

1. die Netzspannung ist selten wirklich genau 50 Hz, manchmal
   ist sie 45 und manchmal fast 60, jedenfalls nach dem
   Frequenzzähler bei uns in der Uni.

Hallo,

sag mal, was habt ihr für Messgeräte?
Würde die Dinger mal überprüfen lassen!
Die Schwankungen der Frequenz kann ich einfach nicht glauben.

Gruss

Gerd

2. Mein Oszilloskop zeigt so kleine Frequenzen nicht sehr
   sauber an.

Danke aber für den Tip!

Grüße

Bernhard

[Anonym]

Hallo,

Es bieten sich hier zwei Probleme:

1. die Netzspannung ist selten wirklich genau 50 Hz, manchmal
   ist sie 45 und manchmal fast 60, jedenfalls nach dem
   Frequenzzähler bei uns in der Uni.

Die Netzspannungsfrequenz ist sogar SEEHHHR genau. Was nicht so genau ist, ist die Messung derselben. Wegen der vielen Störungen, die zu einer Verzerrung der Netzspannung bis hin zu fehlenden Halbwellen führen. Je nachdem, wie der Frequenzzähler eingestellt ist (->Triggerpegel = Spannung, bei der ein Durchgang gezählt wird) und örtliches Stromnetz (wer hängt noch am gleichen Trafo, evt. ein Industriebetrieb mit großen, oft geschalteten Motoren bzw. an einer Hochschule das EMaschinenlabor oder das Hochspannungslabor) zählt das Messgerät eben nicht nur die Nulldurchgänge der Netzspannung. Da müssen geeignete Filter Störungen genügend unterdrücken.

2. Mein Oszilloskop zeigt so kleine Frequenzen nicht sehr
   sauber an.

Wie wird die Frequenz denn in Deinem Osci angezeigt? Kann man nicht einfach am Schirm auszählen (Ablenkfrequenz und Anzahl der ‚Divisions‘), wie lang eine Halbwelle ist? Da könntest Du am Bild übrigens sehen, warum der Frequenzzähler Unsinn anzeigt und daß die Netzfrequenz schon sehr stabil ist. Btw muß der Eingang bei so niedrigen Frequenzen natürlich auf ‚DC‘ stehen. Denn 50Hz ist für ein Osci, das bis 10MHz oder mehr geht, schon ziemlich Gleichspannung, was den Frequenzgang anlangt.

Aber wie dem auch sei, nimm einfach die Netzwechselspannung aus einem Kleintrafo, geh mal von 50Hz aus, miss Eingangs- und Ausgangsspannung an einem Spannungsteiler und rechne ein wenig herum. Auf 8 Stellen hinter dem Komma wirst Du zwar nicht kommen, aber die Größenordnung kann man dann schon abschätzen (Ablesefehler > 1%, Gerätefehler ca 5%). Notfalls vergleich den unbekannten mit bekannten Kondensatoren, wenn Du Deinem Ergebnis nicht traust.

Axel

[Anonym]

Hallo,
Du hast doch ein Oszilloskop. Dann mach den Versuch mit einer Rechteckspannung geeigneter Frequenz (je nach Kondensator und Widerstand) und schau Dir die Aufladekurve mit dem Oszi an. Da kann man dann auch ohne Stoppuhre eine Zeit messen. Auch ohne auf die 99% zu warten.

Axel

[Wolfgang_Dreyer]

1. die Netzspannung ist selten wirklich genau 50 Hz, manchmal
   ist sie 45 und manchmal fast 60, jedenfalls nach dem
   Frequenzzähler bei uns in der Uni.

Hallo Bernhard,

offenbar wird die Uni aus einem Heimwerker-Notstromgenerator mit miserabler Regelung versorgt . Könnte aber auch sein, daß da jemand Mist mißt. Die angegebenen Netzfrequenzschwankungen treten im europäischen Verbundnetz jedenfalls nicht auf. Abweichungen in der 2. oder 3. Stelle hinter dem Komma kommen vor, aber selbst diese werden im Laufe des Tages auf die einzelne Schwingung genau wieder ausgeglichen.

Je nach Größe der zu bestimmenden Kapazität wird die Netzfrequenz eine eher ungeeignete Referenzgröße sein. Die Meßfrequenz wählt man zweckmäßig deutlich höher und bedient sich eines weitgehend frequenzunabhängigen Verfahrens. Es bietet sich eine Variation der Wheatstone-Meßbrücke an. Google einmal die Stichworte „Messbrücke Kapazität“ aus.

Gruß
Wolfgang

[Rainer_Schmidt]

Hallo Bernhard,
mit der von mir beschriebenens Methode per Hand auf eine Genauigkeit von 2% zu kommen ist wohl sehr schwer möglich; ich dachte du hättest einen unbekannten Kondensator und wolltest nur die ungefähre Kapazität wissen. Mit der Idee von Axel auf eine Genauigkeit von 2% zu kommen sollte möglich sein.
Ansonsten ist die Idee mit der kapazitiven Messbrücke und der runtertransformierten Messspannung nicht schlecht. Die Netzfrequenz von 50Hz ist in der Regel sehr genau und Schwankungen von -5Hz/+10HZ (das sind -10% und +20% ) sind eigentlich ausgeschlossen. Das EVU ist sowieso dazu verpflichtet die Frequenz in gewissen Grenzen konstant zu halten, leider weiß ich die maximal erlaubten Abweichungen nicht. Eine Frequenz von 50 HZ sollte aber jedes Oszi (und sei es das billigste Popelgerät) sauber anzeigen können.

Gruß Rainer

[Gunther_Richter]

Moin!

2. Mein Oszilloskop zeigt so kleine Frequenzen nicht sehr
   sauber an.

Oszilloskop? Brauchst Du dafür nicht wirklich. Du gehst in den nächsten Elektronikladen und besorgst Dir jeweils einen Kondensator und einen Widerstand mit niedrigen Toleranzen sowie ein Potentiometer. Damit baust Du eine ohmsch-kapazitive Meßbrücke. Der kapazitive Blindwiderstand errechnet sich zu Xc=1/(2*PI*f*C), der ohmsche Widerstand ist gegeben. Das ist der eine Zweig. Der andere Zweig besteht aus Deinem zu messenden Kondensator und dem Potentiometer. Die Frequenz ist vorgegeben. Nun mißt Du die Spannung zwischen zwei Punkten, nämlich den Punkten zwischen Kondensator und Widerstand der beiden Zweige. Mit dem Potentiometer gleichst Du die Brücke ab, so daß zwischen diesen beiden Punkten keine Spannung mehr zu messen ist. Nun ist das Verhältnis von Xc1/R1 gleich dem Verhältnis Xc2/R2. Ein wenig Formelumstellerei, bei der sich sinnigerweise noch die Frequenz herauskürzt, eine Widerstandsmessung (die des eingestellten Potis) und Du bist fertig. Da sich die Frequenz herauskürzt, spielt sie keine Rolle, Du kannst also auch Deinen Signalgenerator mit einer besser geeigneten Frequenz benutzen. Die Frequenz darf sogar schwanken! Es muß noch nichtmal ein Sinussignal sein - schließlich läßt sich jedes periodische Signal durch Sinussignale ausdrücken (Fourieranalyse).

Da allerdings ohmsche Widerstände bei hohen Frequenzen doch veränderlich sind (rein ohmsche Widerstände lassen sich leider nicht herstellen), wäre ein Sinussignal zu bevorzugen.

Solltest Du dem Präzisionswiderstand und der präzisen Kapazität nicht trauen, dann wechselst Du sie danach gegen andere aus und wiederholst die Messung. Das Ganze meinethalben auch mehrfach mit unterschiedlichen Kapazitäten und Widerständen. Auf diese Weise erhältst Du eine Meßreihe. Je mehr Meßwerte Du so gewinnst, desto genauer wird nachher das gemittelte Ergebnis sein. Damit kannst Du die Abweichung nachher beliebig klein machen.

Weiterhin kannst Du auch eine Meßbrücke mit einem kapazitiven und einem ohmschen Zweig (mit Potentiometer) aufbauen, um so Abweichungen der Nennkapazitäten von ihrem tatsächlichen Wert auf die Spur zu kommen - eine Widerstandsmessung gibt Dein Multimeter ja her. Die entsprechenden Formeln dürften auch bekannt sein. Ein Oszilloskop ist jedenfalls nicht erforderlich.

Munter bleiben… TRICHTEX

[Frank_b6a3cf]

Gute Idee!

Es bieten sich hier zwei Probleme:

1. die Netzspannung ist selten wirklich genau 50 Hz, manchmal
   ist sie 45 und manchmal fast 60, jedenfalls nach dem
   Frequenzzähler bei uns in der Uni.

Habt ihr an de Uni übergroßé Hamsterlaufräder mit fetten Frauen drin zur Stromversorgung???
Wenn die Frequenz so schwanken täte, würden sich in den Kraftwerken in regelmäßigen Abständen mehrfach am Tag die Generatoren in die Erdumlaufbahn begeben. Über die Phasenlage regelst du nämlich die Leistungsverteilung. Wenn ein Generator etwas schneller laufen möchte, nimmt er damit mehr Leistung aus dem Netz auf.

Gruß
Frank

[Uwi]

andersherum
Hallo,
Du meist wahrscheinlich das richtige, aber es ist
mißverständlich ausgedrückt.
Ein Generator, der zu schnell läuft muß mehr Leistung ans Netz
abgeben und wird „ausgebremst“.
Ein zu langsam laufender Generator könnte sich ausruhen.
So ist das ganze Energieverbundnetz quasi ein sich selber
regelndes Gebilde.
Wenn so ein Generator zugeschaltet werden soll, dann muß der
erstmal auf gleiche Frequenz und gleiche Phasenlage gebracht
werden.
Gruß Uwi

regelst du nämlich die Leistungsverteilung. Wenn ein Generator
etwas schneller laufen möchte, nimmt er damit mehr Leistung
aus dem Netz auf.

[Frank_b6a3cf]

ne, nee

Hallo,
Du meist wahrscheinlich das richtige, aber es ist
mißverständlich ausgedrückt.
Ein Generator, der zu schnell läuft muß mehr Leistung ans Netz
abgeben und wird „ausgebremst“.
Ein zu langsam laufender Generator könnte sich ausruhen.

Das gibts bestimmt nicht —> hier hast du dich falsch ausgedrückt
Der Generator/Motor regelt seine Leistungsabgabe/aufnahme über seinen Schlupf bei konstanter Drehzahl. Ist der Schlupf negativ gibt er als Motor Leistung an die Turbine ab (unsinnig, klar), ist er positiv, ist der in der Lage, Leistung zu übernehmen. Wenn ich ihm halt meher mechanische Energie zuführe, vergrößert sich der Schlupf.
Ausruhen iss nich.

So ist das ganze Energieverbundnetz quasi ein sich selber
regelndes Gebilde.
Wenn so ein Generator zugeschaltet werden soll, dann muß der
erstmal auf gleiche Frequenz und gleiche Phasenlage gebracht
werden.
Gruß Uwi

regelst du nämlich die Leistungsverteilung. Wenn ein Generator
etwas schneller laufen möchte, nimmt er damit mehr Leistung
aus dem Netz auf.

Gruß
Frank

[Uwi]

ja eben
Hallo,
als Generator "ausruhen"ausruhen sollte natürlich nicht heißen,
daß das Teil stehen bleibt, sodern nur, daß er keine Leistung
abgeben muß und also im Leerlauf so vor sich rödelt oder sogar
vom Netz mitgeschleift wird. Wenn das nicht „ausruhen“ ist?
Gruß Uwi

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