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Kapazitätsmessgerät mit AVR

Projektdatum: 30.03.2011

Hobbybastler und Elektroniker haben häufig das Problem, dass Sie nicht genau wissen wie gross die Kapazität eines Kondensators ist. Manchmal möchte man auch selbst einen Kondensator herstellen um diesen z.B. für Hochspannungsanwendungen einsetzen zu können.

Also benötigt man so etwas wie ein Kapazitätsmessgerät.

Viele gängige Multimeter bieten diese Messmöglichkeit bereits an. Das ist natürlich praktisch. Doch wer kein solches Multimeter besitzt, der kann sich solch ein Messgerät mit vergleichsweise geringem Aufwand auch selber zusammenbauen.

Alles was man dafür braucht ist ein AVR Mikrocontroller (ATiny 25) ein Schieberegister (74HC164) ein LCD Display und ein bisschen Hühnerfutter.

Das Messverfahren

Das hier verwendete Messverfahren nutzt eine einfache Formel zur Berechnung der Kapazität. Sie lautet t = C * R (t = tau) umgestellt nach C lautet die Formel t / R.

R ist der Ladewiderstand des Kondensators. Tau bestimmt die Zeit nach welcher der Kondensator auf 63% der angelegten Spannung geladen wurde.

Gemessen wird nun also folgendermassen.

Der zu messende Kondensator wird über einen Widerstand mit 5V geladen.
Seine Spannung wird permanent von einem Komparator überwacht. Erreicht der Kondensator die 63% Grenze, in diesem Fall wären das 3.15V, so wird die Zeit die er für das Aufladen benötigt hat abgespeichert.

Nun wird die Zeit durch den Widerstandswert dividiert und schon erhält man den Kapazitätswert.

Dieses Messverfahren ist selbstverständlich nicht für höchste Genauigkeiten geeignet, für den groben Überblick reicht es jedoch allemal.

Die Schaltung

Nachfolgend nun die Schaltung des Messgeräts

 

Auffalend ist natürlich, dass dieses Messgerät mit einem 8-Beinigen Mikrocontroller auskommt.

Einziger nachteil, man muss den Kondensator zuerst entladen und diesen dann an die Messeingänge halten.

Die Kalibration

Möchte man nun dieses Gerät nachbauen, so muss man es nach erfolgtem Zusammenbau erst kalibrieren. Dies tut man indem man mit dem Spindeltrimmer eine Spannung von 3.15V einstellt (bei 5V Ladespannung). Im Code muss man ggf. eine Abweichung des Ladewiderstandes R3 anpassen. (Wichtig: Der Code ist für einen Widerstand von 17kOhm ausgelegt. Ist einfach in den Defines zu ändern!

Messeinflüsse (neu 22.04.2019)

Um Messungen mit diesem Typ von Messgerät möglichst langzeitstabil zu halten bietet es sich an, den Messwiderstand möglichst genau zu wählen. Dies bedeutet, dass man einen Widerstand wählt, welcher eine hohe Grundgenauigkeit aufweist (sofern man den exakten Wert nicht messen kann, und zudem einen möglichst niedrigen Drift und Temperaturkoeffizienten aufweist.

Fotos vom Messgerät

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