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	Direktmessung mit Arduino (RC-Ladezeit)		Direktmessung mit Arduino (RC-Ladezeit)

Ulrich.schneider@hshl.de: Die Seite wurde neu angelegt: „Vorschlag von Chat GPT Direktmessung mit Arduino (RC-Ladezeit) Prinzip: Trimmer bildet mit hochohmigem Widerstand einen RC-Lader. Arduino schaltet Pin auf HIGH → misst Ladezeit bis Input als HIGH erkannt wird. Vorteil: nur Arduino (keine Zusatz-ICs). Nachteil: sehr empfindlich gegen Leckströme, Störungen; nötige Widerstandswerte sind groß. Schaltung (einfach) Vcc (5V) | R = 4.7 MΩ | +----> Arduino digital Pin D2 (Input)…“

2025-10-16T05:57:43Z

Die Seite wurde neu angelegt: „Vorschlag von Chat GPT Direktmessung mit Arduino (RC-Ladezeit) Prinzip: Trimmer bildet mit hochohmigem Widerstand einen RC-Lader. Arduino schaltet Pin auf HIGH → misst Ladezeit bis Input als HIGH erkannt wird. Vorteil: nur Arduino (keine Zusatz-ICs). Nachteil: sehr empfindlich gegen Leckströme, Störungen; nötige Widerstandswerte sind groß. Schaltung (einfach) Vcc (5V) | R = 4.7 MΩ | +----> Arduino digital Pin D2 (Input)…“

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Vorschlag von Chat GPT

Direktmessung mit Arduino (RC-Ladezeit)

Prinzip: Trimmer bildet mit hochohmigem Widerstand einen RC-Lader. Arduino schaltet Pin auf HIGH → misst Ladezeit bis Input als HIGH erkannt wird. Vorteil: nur Arduino (keine Zusatz-ICs). Nachteil: sehr empfindlich gegen Leckströme, Störungen; nötige Widerstandswerte sind groß.

Schaltung (einfach)
Vcc (5V)
|
R = 4.7 MΩ
|
+----> Arduino digital Pin D2 (Input)
|
C_trimmer (1.5..5 pF) --- GND

(Anmerkung: Pin D2 wird als Eingang gemessen; für Ladevorgang schaltest du vorher ein Ausgang auf LOW/INPUT usw. — Code sorgt dafür.)

Teile

Arduino (Uno/Nano)

R = 4.7 MΩ (oder 10 MΩ, siehe Hinweise)

Trimmer (1.5–5 pF)

kurze, abgeschirmte Verbindungskabel, Masse gut verbinden

Theorie (genau, Ziffern)

Ladegesetz:
V(t)=Vcc(1−e−t/(RC))
V(t)=V
cc

(1−e
−t/(RC)
). Wenn die Input-Schaltschwelle
Vth≈0,63 Vcc
V
th

≈0,63V
cc

gilt, dann ist

t≈−RCln⁡(1−VthVcc)≈R⋅C
t≈−RCln(1−
V
cc

V
th

)≈R⋅C

(bei
Vth≈0,63Vcc
V
th

≈0,63V
cc

ist der Faktor ≈1).
Beispiel (R = 4{,}7 MΩ):

C = 5 pF →
τ=RC=4,7⋅106⋅5⋅10−12=23,5 μs
τ=RC=4,7⋅10
6
⋅5⋅10
−12
=23,5 μs

C = 1.5 pF →
τ=7,05 μs
τ=7,05 μs

Diese Zeiten liegen im Mikrosekundenbereich — gut messbar mit micros() oder besser mit Timer-Input-Capture (higher resolution). Verwende Mittelung (z. B. 100 Messungen) zur Rauschminderung.

Arduino-Sketch (vereinfachte Variante mit micros() — funktional)
const int measPin = 2; // Pin zum Messen
const unsigned int N = 200; // Mittelungsanzahl

void setup(){
Serial.begin(115200);
pinMode(measPin, INPUT);
}

unsigned long measureTime(){
// Entlade: Pin als Ausgang LOW kurz
pinMode(measPin, OUTPUT);
digitalWrite(measPin, LOW);
delayMicroseconds(20);

// Schalte auf INPUT (High-Z) und starte Zeitmessung bis HIGH
pinMode(measPin, INPUT);
unsigned long t0 = micros();
while (digitalRead(measPin) == LOW) {
if (micros() - t0 > 1000000UL) return 0; // Timeout (sicher)
}
return micros() - t0;
}

void loop(){
unsigned long sum = 0;
for (unsigned int i=0;i<N;i++){
unsigned long dt = measureTime();
if (dt==0) { Serial.println("Timeout"); break; }
sum += dt;
delayMicroseconds(100); // kurze Pause
}
float avg = (float)sum / N; // avg time in microseconds
// Näherung C = avg / R (R in seconds -> R [ohm] * C [F] = seconds)
float R = 4.7e6; // Ohm
float tau = avg * 1e-6; // s
float C = tau / R; // Farad
float C_pf = C * 1e12; // pF
Serial.print("t_us="); Serial.print(avg); Serial.print(" C_pf=");
Serial.println(C_pf, 3);
delay(200);
}

Kalibrierung & Mapping auf Winkel

Messe t (oder berechnetes C) bei bekannten Winkelpositionen (z. B. 0°, 90°, 180°).

Erzeuge Lookup-Tabelle oder lineare Regression: angle = a * C + b oder angle = map(C_pf, Cmin, Cmax, angleMin, angleMax).

Tipps & Einschränkungen

Leitungen extrem kurz halten; parasitäre Kapazität kann größer sein als 5 pF.

Abschirmung (Coax oder Ground-Shield) reduziert Störeinflüsse.

Hoher Widerstand macht Leckströme / Input-Leakage relevant → ggf. Wähle 4.7 MΩ statt 10 MΩ.

Wenn Messwerte sehr instabil: verwende Option B (Oszillator) oder einen C-to-D IC (FDC1004 / AD7746).

Diskussion:Trimmerkondensatoren - Versionsgeschichte

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