Messen kleiner Kapazitäten um 1 pF

[Physikfan]

An alle Elektronik Freaks

Bitte, hat jemand Erfahrung mit dem Messen kleiner Kapazitäten
um 1 pF?
Ich bemühe mich gerade, die Eigenkapazität eines elektrostatischen
Voltmeters zu messen, aber bis jetzt ohne wirklichen Erfolg.

Viele Grüße
Physikfan

[Physikfan]

Bei diesen Elektrometern möchte ich die Kapazitätswerte bestimmen:

[Physikfan]

Mit diesem LCR-Meter möchte ich versuchen, die Eigenkapazitäten dieser Elektrometer zu messen:

[Physikfan]

Ich habe das Sensitive Research Elektrometer oftmals auf 20 kV
aufgeladen, um zu checken, wie lange es die Ladung halten kann.
Bei bekannter Eigenkapazität des Elektrometers kann man dann den
Isolationswiderstand des Elektrometers messen:
U(t) = U(0)* exp(- t/(R*C))
An einem Tag habe ich ungefähr 100 Minuten für eine Spannungsabnahme des
großen Elektrometers auf (1/e)*U(0) gemessen.
Aber an einem anderen Tag waren es nur etwa 10 Minuten.

Daher möchte ich den Grund für ein solches Verhalten des
Isolationswiderstands, der Luftfeuchtigkeit usw. usw. mit weiteren
Experimenten herausfinden.

[wolfgang]

Hallo Physikfan,

die Messungen sind nicht ganz einfach, da die Messleitungen schon eine Kapazität in der Höhe der zu erwartenden Messwertes haben. Ich würde mal über die Frequenzänderung eines Schwingkreises beim Anlegen des Messgerätes versuchen.

Gruß Wolfgang

[Physiker66]

wenn ich mich richtig erinnere hängt bei elektrostatischen Geräten die Kapazität auch von der angelegten Spannung ab. Kapazität ist indirekt proportional zum Abstand der Kondensator Platten, direkt proportional zur effektiven Fläche (Überlappung). Soweit ich weiß bewegen sich die Platten je nach angelegter Spannung - damit verändert sich die Eigenkapazität. Luft-feuchte und Druck spielen auch noch mit, sollten aber unter der Anzeige -genauigkeit liegen.

Warum willst du die Eigenkapazität kennen?

liebe Gruesse
Michael

[Physikfan]

"wenn ich mich richtig erinnere, hängt bei elektrostatischen Geräten die Kapazität auch von der angelegten Spannung ab".
Das ist vollkommen richtig.
Das C(U) muß durch eine kapazitive Wechselspannungsteilerschaltung ermittelt werden
und in der nachfolgenden Gleichung berücksichtigt werden.

Mein eigentliches Ziel ist die Möglichkeit, sehr hochohmige Widerstände zu messen,
etwa 10**15 Ohm und mehr.
Wenn daher das Sensitive Research Elektrometer eine Ladung nach einer Aufladung mit 20 kV sehr lange halten kann,
ist die Abnahme der Spannung bei bekannter Eigenkapazität des Elektrometers bestimmt durch die Parallelschaltung
des Isolationswiderstandes des Elektrometers und des zu untersuchenden Widerstandes:
U(t) = U(0)* exp(- t/(R*C))

Da ich an einem Tag ungefähr 100 Minuten für eine Spannungsabnahme des
großen Elektrometers allein auf (1/e)*U(0) gemessen habe,
an einem anderen Tag aber es nur etwa 10 Minuten waren, ist dieses Verfahren daher noch nicht praxistauglich.

Daher sind weitere Experimente notwendig.

[Physiker66]

Und warum hängts du nicht eine nF Kapazität parallel dazu? Damit wird die Entladungszeit nicht mehr durch das Messgerät bestimmt, was an sich meiner Erfahrung nach besser ist. 600V Kapazitäten sind einfach zu kriegen, in Reihe geschaltet bekommst du die Spannungsfestigkeit. Am besten das Ganze noch in ein Ölbad, obwohl 20kV nicht so schwierig zu handhaben sind (in meiner eigenen Diss ging es bis 100kV, knister knaster....)

liebe Gruesse
Michael

[Physikfan]

Nachdem die Messung mit dem HP4277 nicht so recht geklappt,
möchte ich mit diesem LCR-Meter die Eigenkapazitäten dieser Elektrometer messen:

[Physikfan]

Für die beiden kleinen elektrostatischen Volt-Meter konnten
jetzt endlich die Eigenkapazitäts-Messungen
unter Berücksichtigung der Streukapazitäten,
bedingt durch die jeweilige Geometrie der Zuleitung,
abgeschlossen werden:

Trüb und Täuber, Zürich, 0 - 500 V
HP 4277A: 7,1 pF
HP 4263B: 6,2 pF

GB Instrument, 0 - 300 V
HP 4277A: 10,5 pF
HP 4263B: 10,0 pF

Beachtlich ist die gute Übereinstimmung der Werte
mit diesen zwei verschiedenen LCR-Instrumenten.
Der Weg ist jetzt frei für die Messung der
Isolationswiderstände durch kurzzeitiges Anlegen einer Spannung
an die Elektrometer unter Beobachtung der Abnahme der Spannung als Funktion der Zeit.

[Physiker66]

10pF (=10^11 F) und 10^16 Ohm ergeben eine RC Zeitkonstante von 10^5s. Probier mal zuerst wie lange die Voltmeter die Spannung von selbst halten ohne externen Widerstand :)

liebe Gruesse
Michael

[Physikfan]

Genau das habe ich vor, und ich hoffe bald,
euch über sehr lange Zeitkonstanten berichten zu können.
Viele Grüße
Physikfan