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Von Dietmar Bräuer / BlogTechnikecke

Analoges Kapazitätsmessgerät

Im Rahmen seiner Gesellenprüfung baute Christoph F. im Januar 1989 ein analoges Kapazitätsmessgerät. Damals mussten die angehenden Radio- und Fernsehtechniker Gesellen noch eine Arbeitsprobe in Form eines Gesellenstücks abliefern. Christophs Jahrgang bekam die Aufgabe ein kleines analoges Kapazitätsmessgerät unter Aufsicht zu bauen. Die Schaltungstechnik ist so ausgelegt, dass dem Anzeigeinstrument das Impulsförmige Ausgangssignal einer Monostabilen-Kippstufe zugeführt wird. Aufgrund der Trägheit des Drehspulinstruments wird der arithmetische Mittelwert der impulsförmigen Ausgangsspannung auf der Skala angezeigt. Damit ist der Zeigerausschlag des Messinstruments, der Kapazität des zu messenden Kondensators direkt proportional und es kann eine lineare Skala für die Anzeige der Kapazität benutzt werden.

Das war insofern praktisch, konnte man doch handelsübliche Messinstrumente benutzen, ohne in stundenlanger Fummelei eine Spezialskala zeichnen zu müssen. Die Messbereichsendwerte erstreckten sich über den Bereich von 100pF bis 10 µF in Zehnerschritten. Wir hatten damals versucht den Messbereich durch Umschalten mittels Kippschalter um den Faktor 10 zu erweitern. Wir dachten, damit den Messbereich bis auf 100µF erweitern zu können und auch die gleiche Skaleneinteilung beibehalten zu können, das hat aber nicht richtig hingehauen. Deshalb kam nun dieses Gerät noch einmal auf den Tisch, sozusagen als kleine Weihnachtsbastelei.

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Bild 1 zeigt das ursprüngliche Gerät, zwar immer noch funktionstüchtig, aber mit ungünstiger Bereichserweiterung.

Da man heute mit entsprechenden Zeichenprogrammen, Skalen in gewünschter Ausstattung gut selbst zeichnen kann, wurde ein entsprechender Versuch unternommen. Im Vorfeld war die Frage zu klären, um welchen Faktor die Bereichserweiterung denn nun zweckmäßig den Messbereich erweitern könnte. Üblicherweise arbeiten analoge Skalen ja mit einer Zehnerteilung und einer zweiten Skala mit einer Einteilung, die der Wurzel aus Zehn entspricht, nämlich 3,162. Da hierbei Kondensatoren mit Werten wie: 330pF, 3,3nF usw. sowieso nicht mehr angezeigt würden, wurde der Messbereichsendwert der zweiten Skala kurzerhand auf 25 festgelegt. Damit hätten wir dann die Unteren Kapazitätswerte bis 220pF, 2,2nF usw. bis hin zu 22µF mit drin. Die Skala zeigt Bild2.

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Bild 2 zeigt die neue Skala mit den zwei Skalenbereichen.

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Bild 3 zeigt das umgebaute Messgerät mit der neuen Skala und der Messbereichserweiterung um den Faktor 2,5.

Angeschlossen ist ein Kondensator mit einer Kapazität von 1,563nF, man sieht, dass die Genauigkeit immer noch ordentlich ist und für die einfache Kapazitätsermittlung noch verwendet werden darf.
Besonders geeignet ist so ein analoges, direktanzeigendes Messgerät für die Prüfung von Drehkondensatoren oder allgemein gesagt, für Kondensatoren mit veränderbarer Kapazität. Ergibt sich doch ein viel besseres Handling gegenüber digitalen Messgeräten, weil die Drehbewegung am Kondensator einen entsprechend mitlaufenden Zeigerausschlag zur Folge hat. Bei den viel genaueren digitalen Messapparaturen würde man in der Anzeige nur laufende Zahlen sehen, dazu kommen die Werte auch noch um die Mess-Zeit verzögert.

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Bild 4 zeigt die Messanordnung mit einem zu prüfenden Drehkondensator.

Das Kapazitätsmessgerät zeigt den am Drehkondensator eingestellten Kapazitätswert von 400pF exakt an. Der im Vordergrund platzierte, einstellbare Kondensator dient sonst auch, im Zusammenspiel mit einem Rechteckgenerator zum Messen von kleinen Induktivitäten im Nano- und Mikrohenrybereich und zur Beurteilung der Spulengüte. Ausgewertet wird die Sprungantwort eines Rechteckimpulses. Auch das Messverfahren ist mal einen weiteren Bericht wert. Der einstellbare Kondensator überstreicht einen Bereich von 16 bis 950pF in zwei Bereichen. So eine Einrichtung zu bauen, ist dann aber doch eher etwas für die Feinmechaniker unter uns.

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Bild 5 zeigt das Innenleben des Kapazitätsmessgerätes.

Beim Aufbau wurde schon damals darauf geachtet, dass möglichst wenig Verdrahtungsaufwand anfiel. Dazu wäre unter Prüfungsbedingungen zum einen nicht genug Zeit gewesen und zum anderen hätten sich leicht Fehler einschleichen können, die im Prüfungsstress vielleicht nicht mehr rechtzeitig zu beheben gewesen wären und dann das Ergebnis negativ beeinflusst hätten.