DD282769A5

DD282769A5 - Schaltungsanordnung zur messung kleiner kapazitaeten

Info

Publication number: DD282769A5
Application number: DD32803289A
Authority: DD
Inventors: Klemens Starck; Eberhard Gutsche
Original assignee: Elektronische Bauelemente Veb
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1990-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitaeten, wobei Umgebungseinfluesse weitestgehend ausgeschaltet werden. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz zwei an sich bekannte Quarzoszillatoren vorgesehen sind, die voellig gleichartig aufgebaut sind und bei einem der beiden Oszillatoren anstelle des ueblichen Frequenzziehkondensators die zu messende Kapazitaet eingesetzt wird. Fig. 1{Kapazitaetsmessung; Praezisionsmessung; Umgebungseinfluesse; Quarzoszillatoren; Frequenzziehkondensator}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Schaltungsanordnung zur Messung kleinur Kapazitäten ist anzuwenden in den Bereichen Elektrotechnik/Elektronik.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind zahlreiche Verfahren zur Kapazitätsmessung bekannt. So werden z. B. Impedanzmeßverfahren oder Brückenschaltungen eingesetzt, oder die zu messende Kapazität wird als frequenzbestimmendes Element in Oszillatorschaltungen eingesetzt. So wird in DD 240446 A1 die Messung kleiner Kapazitäten dadurch gelöst, daß ein Quarzoszillator vorgesehen wird, der anstelle des üblichen Ziehkondensators den zu messenden Kondensator aufweist. Der Meßkondensator beeinflußt die Frequenz des Quarzoszillators, und diese wird mit einem Frequenzzähler gemessen.

Weiterhin sind verschiedene Verfahren bekannt, die zwei Oszillatoren verwenden (meist RC- oder LC-Oszillatoren), deren Frequenzdifferenz ausgewertet wird. Einer oder beide Oszillatoren werden dabei vom zu messenden Kondensator beeinflußt (z.B. DE 2322411 / DE 2359527 / GB 2006970A/ GB 2198247A). Bei allen bisher bekannten Verfahren treten ein oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Merkmale negativ in Erscheinung:

- unbefriedigende Meßgenauigkeit, besonders bei kleinen Kapazitäten

- lange Meßzeiten

- relativ große Temperatur- und Umgebungseinflüsse

- Altcv jngserscheinungen der verwendeten Bauelemente.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Produktion bzw. bei der Sortierung von kleinen Kapazitäten eine genauere Messung bei geringerem zeitlichen Aufwand zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabeder Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mitderes möglich ist, kleine und kleinste Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen mit großer Genauigkeit zu messen. Dabei sollen Umgebungs- oder andere Einflüsse weitestgehe id ausgeschaltet werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung aus zwei Qu jrzoszillatoren besteht, wobei der erste Oszillator auf einer Festfrequenz schwingt und bei dem zweiten Oszillator anstelle des sonst üblichen Ziehkondensators der zu messende Kondensator in die Schaltung eingesetzt wird. Dabei wird ein Anschluß des zu messenden Kondensators mit dem Schwingquarz des Quarzoszillators und der andere Anschluß des zu messenden Kondensators mit dem Massepotential verbunden.

Beide Quarzoszillatoren sind identisch aufgebaut und befi nden sich in ein und demselben Abschirmgehäuse oder Thermostaten. Dadurch können Temperatur- und Umgebungseinflüsse :.owie Bauelementeeinflüsse auf die Meßschaltung weitestgehend ausgeschaltet werden. Der Festfrequenzoszillator en.häli als Ziehkondensator einen geeigneten Trimmerkondensator zur Eichung. Der Meßoszillator enthält ebenfalls einen gleichen Ziehkondensator, um zu gewährleisten, daß der Oszillator bereits sicher schwingt, wenn kein Meßkondensator angeschaltet ist (Leerlauf). Die Frequenzen der beiden Oszillatoren kör. λ so eingestellt werden, daß im Leerlauffall (ohne Meßkondensator) bereits eine gewisse Frequenzdifferenz zwischen bei^..;! Oszillatoren vorhanden ist. Die Frequenz des Festfrequenzoszillators liegt dann höher als die Frequenz des Meßosziilators. Wird der zu .-nessende Kondensator dann parallel zu der Ziehkapazität des Meßoszillators gesch.Jtet, so erhöht sich die Frequenzdifferenz zwischen beiden Oszillatoren. Diese Frequenzdifferenz ist direkt proportional mit der zu messenden Kapazität und ist auswertbar. Die Auswertung der Frequenzdifferenz kann z. B. durch Mischung beider Frequenzen und Messung der Differenzfrequenz mit einem Zähler erfolgen oder durch direhe Differenzbildung in einem Vor-Rückwärts-Zählor. Eine Überprüfung de · Meßgenauigkeit und eine Nacheichung kann jederzeit erfolgen durch Überprüfen der Frequenzdifferenz im Leerlauf (ohne Meßkondensstor) und Nachstellen der Ziehkapuzität am Festfrequenzoszillator. In gleicher Weise können Anschluß und Zuleitungskapazitäten eingeeicht werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltung. Die erfindungsgomäße Schaltung zur Messung kleiner Kapazitäten besteht aus zwei Quarzoszillatoren. Der Quarzoszillator I (1) schwingt auf einer Festfrequenz f, = 1000OkHz, die mit der Ziehkapazität (5) geeicht wird. Der Quarzoszillator Il (2) schwingt im Leerlaufzustand (ohne Meßkondensator) auf einer Frequenz f₂. Die Frequenz f₂ wird mit der Ziehkapazität (7) so eingestellt, daß f₂ <f| ist und zwischen f, und f₂ eine Differenz Af» 500Hz besteht. Die zu messende Kapazität C_x (8) wird parallel zum Ziehkondensator (7) des Oszillators Il (2) geschaltet. Dadurch wird f₂ niedriger und die Differenz f ist dann direkt proportional der zu messenden Kapazität C_x (8). Figur 2.

Die beiden Frequenzen fi und f₂ werden dann in einem Vor-Rückwärts-Zähler verarbeitet, der die Differenz bildet. Die Steuerung der Torzeiten erfolgt über einen Teiler 1 :n aus der Frequenz f, und der Steuerung. Die gemessene Frequenzdifferenz läßt sich auf die Adresseneingänge eincd EEPROM's (Codierung) geben, der so programmiert ist, daß die Ausgabewerte dem zugehörigen Kapazitätswert von C_x entsprichen und an der Anzeige direkt ablesbar sind.

Die Kapazität der Meßaufnahme und der Zuleitungen wird mit der Ziehkapazität (7) eingeeicht. Eine Kontrollo der Meßgenauigkeit kann jederzeit durch Messung der Frequenzdifferenz im Leerlauf über die Anzeige erfolgen.

Claims

Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitäten, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßanordnung aus zwei völlig identisch aufgebauten Quarzoszillatoren besteht, wobei bei einem der beiden Quarzoszillatoren anstelle des üblichen Frequenz-Ziehkondensators die zu messende Kapazität eingesetzt wird, so daß durch die Zuschaltung des zu messenden Kondensators zwischen beiden Oszillatoren eine Frequenzdifferenz entsteht, die proportional der Größe des zu messenden Kondensators ist.

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2 Seiten Zeichnungen