Trimmerkondensatoren

Abb. 1: Trimmerkondensator Vishay

Autoren: Marc Ebmeyer

Einleitung

Ein Trimmkondensator ist ein in einem festen Bereich einstellbarer Kondensator. In diesem Fall handelt es sich um einen Drehkondensator, da hier mehrere übereinander Liegende Kondensator Platten übereinander verdreht werden, wodurch sich die Gesamtkapazität ändert. Mit einen kleinen Schlitzschraubendreher lässt sich dieser Wert einstellen. Bei Präzisen Messungen nutzt man, um keine weiteren Kapazitäten zu verursachen, dazu Keramische Schraubendreher, wie z.B. beim einstellen von Oszilloskopen.

Thema: Kapazitive Winkelmessung

Technische Übersicht

Eigenschaft	Daten
Isolationsspannung	VCC 150 V
Temperaturbereich	-40 - 70 °C
Min. Resonanz Frequenz	700 MHz
Kapazität	1,5 - 5 pF

Prinziperklärung

Man kann mit einem Arduino sehr gut Kondensatoren im uF Bereich vermessen. Dazu nutzt man einen Digital-Port des Arduinos als Signalgenerator und erzeugt mit Ihr Sprünge von LOW nach HIGH. Diese gibt man auf einen Spannungsteiler, siehe Abbildung. Nun kann man mit dem Analogeingang des Arduinos die ansteigende Flanke am Kondensator messen. Dabei ist zu beachten, dass am Arduino UNO der analoge Port zwar mit einem Innenwiederstand von 100Mega Ohm angegeben ist, aufgrund der Kapazitiven Messmethode des Arduinos am Analogeingangsport man mit 10k Ohm rechnen muss. R1 ist der Vorwiderstand für den Kondensator hier Beispielhaft für einen 100uF Kondensator siehe Simulation.

Simulation einer Messschaltung für Kondensatoren

Der hier vorliegende Kondensator hat allerdings maximal 5pF, sodass an die grenzen vom Arduino stößt, sowohl was die maximale Frequenz am Digital Ausgang, als auch was die maximale Frequenz.

Simulation einer Messschaltung für Kondensatore

Deswegen muss man die Messung ein wenig anpassen. Dabei treten verschiedene Probleme auf. Zum einen ist der Kapazitätsbelag des Steckbretts höher wie die 5pF zum anderen kommen zusätzlich hier die verwendeten Leitungen hinzu deren Kapazität ebenfalls in der Größen Ordnung liegen.

Bei der der hier benutzten Methode handelt es sich um eine abgeänderte Version des obriegen Modells. Der Signalgenerator wird durch die konstant Spannungsquelle des Arduinos ersetzt. Der Spannungsteiler mit dem Kondensator bleiben. Aufgrund des sehr kleinen Kondensators, muss der Widerstand sehr groß gewählt werden hier im MOhm Bereich. Im Ersten Schritt wird der Digitalport auf LOW gesetzt. Dann wird die Zeit gemessen, bis der Kondensator aufgeladen ist und dadurch sich der Pegel am Digitalport auf HIGH ändert. Dadurch lässt sich die Kapazität des Kondensators bestimmen.

Ladegesetz:

$\tau =\frac{t}{RC}$

$V(t)=e^4$

$V(t)=e^u$

$V(t)=e^{\tau }$

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle V(t)={e}^{\−\tau}}

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle V(t)=Vcc(1−e^{−\tau})}

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle V(t)=Vcc(1−e^{−\tau})}

Q(t) = C \cdot U_\text{max} \cdot (1 - \mathrm e^{-\frac{t}{RC}}) \,

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle Q(t) = C \cdot U_\text{max} \cdot (1 - \mathrm e^{-\frac{t}{RC}}) \,​}

V(t)=Vcc

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

≈0,63V cc ​

$5\mathrm{\Omega };$

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.

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

Messschaltung

Messschaltung zur Messung des Winkels mittels Drehkondensator

Messung

Beispielhafte Messung mit Ausgabe der Kapazität des Kondensators und des Drehwinkels.

Demo

Link zum Demo im ArduinoUnoR3 Ordner

• SVN: Arduino Bibliothek/Beispiele

Hardwareaufbau

Bitte benutzen Sie die bereit gelegten 1M Ohm Widerstände und schalten Sie diese in Serie so zusammen, dass Sie 5MOhm bekommen.

Messen sie den Wert mit einem Multimeter nach und tragen Sie diesen in der Software Zeile 65 R= ? ein.

Lassen sie sich mit dem Seriellen Anzeige die Werte für das Kondensatortrimmpoti Anzeigen und

notieren Sie sich die Min.- und Max. -Werte und tragen Sie diese in der Software in Zeile 26 und Zeile 27 ein.

Nun sollten Sie einen Messwert für den Drehwinkel bekommen von 0-180°.

• Kondensator-Messgerät für große Kapazitäten

Datenblätter

• Reichelt Datenblatt Vishay Trimmerkondensator BFC280823508, 1,5 - 5pF, 31.03.2025

Weiterführende Artikel

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