Nun, genau genommen sind's zwei Kondensatoren a 4,4 pF mit einer Gesamtkapazität von 2,2 pF, da kommt allerdings dann noch die Kapazität zwischen den beiden "unteren" Platten dazu. Die Kapazität ist linear von der Dicke abhängig, C~0.5d.
Ja, mein Multimeter kann auch Kapazitäten schätzen, aber der kleinste Messbereich geht bis 200 pF. Ich frag mal die E-Techniker hier, die werden schon was Passendes haben - und hoffentlich auch verleihen...
Gute Idee, das klingt besser.
...oder an einen AD Wandler hängen, ich muss die Messwerte über einen längeren Zeitraum aufzeichnen.
Der U/I Wandler wird ja nicht große werden, wenn der unter ein paar Gramm bleibt kann ich den schon an Sensor hängen.
Jetzt muss ich erst mal am Montag was über U/I Wandler lesen und das erzeugen der Wechselspannung ist auch nicht so ganz trivial, immerhin müssen Amplitude und Frequenz sehr konstant sein. Und das Signal ein sauberer Sinus, oder?
Ich glaube immer noch, dass Du das eps_r der Folie vergessen hast, aber das ist ja Deine Sache. Die Zahlen kommen mir naemlich so verdaechtig bekannt vor...
Ja.
Nee. C = eps * A / d Die Kapazitaet geht leider mit dem Kehrwert des Plattenabstandes.
Ja, deswegen mein Hinweis. Diese Handmultimeter, so praktisch die sind, sind fuer so kleine Kapazitaeten nicht zu gebrauchen. Die Erfahrung habe ich schon gemacht.
Es gibt da sehr schoene stationaere RLC-Meter von HP oder Fluke...
Dann waere zu ueberlegen, ob Du hinter den I/U-Wandler nicht gleich einen Praezisionsgleichrichter mit OPV schaltest. Der Aufwand ist nicht sehr grosz, und Du hast dann eine Gleich- spannung, die Du ohne Probleme so weit fuehren kannst, wie Du willst. Am Ende einen Tiefpass oder einen integrierenden A/D-Wandler, und Du bist auch den Brumm los.
Tietze/Schenk.
Naja. Es gibt rein schaltungstechnisch sehr viele Varianten; es haengt vorwiegend von Deinen Moeglichkeiten und Deinen Vorlieben ab. Das kann vom Quarzoszillator mit Teilern ueber einen Mikro- controller bis zu PC-Soundkarte gehen. Rein analoge Loesungen, also RC- oder LC-Oszillatoren mit Transistoren oder OPV wuerde ich nicht empfehlen. RC wird (mit vernuenftigem Aufwand) nicht stabil genug, und LC ist Gefummel (erfordert wenig Bauteile und kann sehr gute Resultate geben, aber es kann auch dauern, bis es wirklich zuverlaessig funktioniert).
Hmm. PLL auf 50Hz ginge auch. Das waere mal echt witzig.
Kommt auf Deine Anforderungen an. Amplitude und Frequenz gehen linear in's Messergebnis ein. Bei einem Fehler von jeweils 1% ist Deine (rein elektrische) Unsicherheit schon 2%. Dazu kommen dann noch die Fehler im Sensor selbst (mangelnde Ebenheit und Planlage), die Inkonstanz vom Eps_r der Folie und die Mess- unsicherheit Deines Spannungsmessers.
Ja. Laesst sich aber durch Filtern (Tiefpass/Bandpass) leicht erreichen.
Du willst doch Dickenänderungen messen. Wenn Du die Metallfolie festklebst, wird Dein Meßobjekt doch deulich stabilisiert gegen Ausdehnung. Auch chemische Einflüsse werden abgeschirmt. Bist Du sicher, daß Du keine Nullmessung planst?
Die herrschenden Kräfte und Dehnungen sind so groß, dass sich eine aufgeklebte Folie i.A. einfach bis auf einen winzigen streifen löst und die gedehnte Folie unter ihr herausgleitet. Das beeinflusst zwar die Dehnung nicht nennenswert, aber die Kapazität des Sensors. Ich werde drum die drei Elektroden mit zwei Permanentmagneten befestigen. Dann kommt kein zusätzliches Material dazu, die sich dehnende Folie kann ungehindert gleiten und die Elektroden bleiben sicher konzentrisch übereinander. Ich glaub schon, dass das funktionieren könnte.
Das versteh ich nicht. Was meinst Du? Chemische Einflüsse auf die Folie, die ihre Dicke beeinflussen?
Nein, aber es scheint mir einen Versuch wert zu sein. Hältst Du es für aussichtslos?
Er könnte die Kapazität-über-Dicke-Kurve an kleinen Proben mit einer konventionellen Mikrometerschraube kalibrieren.
Aber Deine induktive Messung geht ja auch.
Kann eigentlich eines der beiden Verfahren ohne Kalibrierung verwendet werden? Berechnung der Dicke direkt aus den Geometrien der Bauteile und der gemessenen Kopplung?
Florian, schmeiß die Mikrometerschraube nicht weg!
Du hattest nicht geschrieben, warum sich die Dicke ändern kann. Aufquellen, Ausdunsten von Weichmacher etc. wäre evtl. zu bedenken. ETFE sagt mir nichts. Wenn das dem PTFE verwand ist, ist die chemische Umgebung womöglich egal.
Wie wär's mit beiden Verfahren gleichzeitig, ich meine den Eisenbügel für den Magnet und die Platte für den Kondensator - das ist doch fast das selbe. Also Kapazität und Induktivität messen. Das Problem bei beiden Verfahren einzeln für sich ist ja, daß sie eine Größe messen, die irgendwie von der Foliendicke und der zusätzlichen Luftspaltdicke abhängt (zusätzlicher Luftspalt durch ablösung von Klebestellen oder Unebenheiten der Folie oder, o.o.). Mit beiden Messungen würde man zwei Werte erhalten, die auf unterschiedliche Weise von diesen beiden Größen abhängen (weil epsilon_r und mu_r von Folie und Luftspalt unterschiedlich sind). Mit zwei Messwerten lassen sich dann auch zwei Ergebnisse berechnen, z.B. Abstand der Elektroden und prozentualer Anteil der Folie in diesem Spalt. Ob das allerdings in Sachen Feherauswertung überhaupt machbar ist, weiß ich jetzt auch nicht.
Ich würde wenn überhaupt vermuten, daß der Regler die _elektrische_ Leistung konstant hält. Aber der Wirkungsgrad so einer Diode ist sicherlich nicht konstant.
Die ic-Haus-Bauteile sind ausdrücklich für die Stabilisierung auf optische Leistung konzipiert
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Eben. Insbesondere hängt die Laserschwelle von der Temperatur und vom Alter ab. Wenn der Laserpointer mal stärker und mal schwächer wäre, würde das vermutlich niemanden groß kratzen. Die Dioden sind aber recht empfindlich gegen optische Überlast. Mit der Regelung auf die Photodiode kann man den Laser ungefährdet in der Nähe der Maximal-Leistung betreiben. Gerade bei hellroten Dioden mit Wellenlänge < 635 nm ist man froh um jedes zusätzliche mW.
Ja, das mach ich auch. Ich hab Folie mit verschiedenen Dicken und ich hab auf jedenfalls einen kleinen Rahmen, um den ich mit der Mikrometerschraube noch rumkann um die elektrische Messung zu kontrollieren.
Ja.
Im Prinzip wohl schon, aber nachmessen mit der Mikrometerschraube schadet ja nicht.
Jedenfalls nicht deutlich genug. :-) Die Folie steht unter einer mechanischen Spannung, die dehnt sich und wird dünner. Die Verformung ist teilweise plastisch, teilweise elastisch.
Ich komm jetzt mit einer "neuen" Idee: Wenn sich die Folie dehnt, wird sie dünner (nein, das ist nicht die Idee). Und umgekehrt. Drucke (male/pinsle/whatever) auf die Folie ein Raster und werte die Abstandsänderung der Rasterpunkte aus. Mit einer Kamera und MustererkennungsSW. So etwas sollte es eigentlich fertig geben, das Problem ist nicht neu. Vielleicht alt genug, dass man an der TUM sowas finden kann. :-) Eine Software z. Photogrammetrie wäre Photomodeller. Die können/könnten das sogar in "annähernd Echtzeit" auswerten, IIRC.
Ja, so was gibt's und genau so wird auch schon gemessen. :-) Wobei das Erzeugen des Rasters nicht so ohne ist, auf dem Zeug haftet nix gescheit, die Dehnungen sind so groß, dass man nicht sinnvoll mit aufgeklebten Marken arbeiten kann (solche retroreflexiv Marken währen für eine automatische Auswertung nötig) und ein aufgemalter Strich wird viel breiter und lässt sich dann nicht mehr gescheit photographisch abbilden weil der Kontrast leidet.
Neben dieser Messung soll allerdings noch eine zweite Messung her, zumal nicht alle Versuche photogrametrisch ausgewertet werden (können). Außerdem wird befürchtet die Folie dehnt sich bzw. fließt anders als erwartet und der Zusammenhang zwischen der Dehnung und ihrer Dicke ist nicht so einfach.
Das muss nicht unbedingt der Fall sein. Ich hatte mal vor einigen Jahren eine kleine Auswerteroutine für jemanden geschrieben mit dessen Hilfe man aus optischen Spektren (FIR-Bereich) die Schichtdicke bestimmen kann. Die optischen Eigeschaften im sichtbaren Bereich können da ganz anders sein und auch wesentlich besser geeignet. Im Grunde kann man es nur ausprobieren.
Ich würde einfach mal bei denen
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einen Termin machen und ein paar Messungen an verschiedenen Proben in den unterschiedlichsten optischen Bereichen. Mit den Spektren von denen kann ich direkt - also ohne Konvertierunug etwas anfangen.
Im Bedarfsfall grabe ich mein altes know how noch mal aus.
Allerdings würde ich vorher mal fragen, was die Geräte kosten. Es kann sein, dass *dann* dieser Vorschlag hinfällig ist. Eine Mikrometerschraube ist in jedem Fall preiswerter.
Es gibt noch ein weiteres Problem. Das IR-Transmissionsspektrum ändert sich je nach Spannung im Material. Leider hab ich die Messungen nicht vorliegen, aber das kommt offensichtlich durch die Dehnung zu Gefügeänderungen innerhalb der Folie, die sich auf die Transmission auswirken. Das noch mal gescheit zu messen wäre zwar auch sehr spannend, aber liegt leider im Moment außerhalb unseres Budgets.
Danke für den Link, schienen ja schöne Sachen zu machen.
Der Witz ist, daß das Volumen relativ konstant ist, jedenfalls dann, wenn die Poissonsche Querkontraktionszahl relativ nahe bei 0,5 ist (oder wenigstens einigermaßen konstant oder zumindest ungefähr bekannt, dann kann man die elastische Volumenänderung mitberücksichtigen, denn die Spannung senkrecht zur Folienfläche ist natürlich Null). Aus den meßbaren lokalen Umfomrgraden in zwei Richtungen läßt sich daher auf den unbekannten Umformgrad in Dickenrichtung schließen (Die Summe der drei Umformgrade verschwindet.)
Man braucht übrigens für die Dehnungsmessung gar keine Oberflächenmarkierungen, wenn die Grauwertkorrelationsmethode verwendet. Dabei wird die Bewegung zufälliger Oberflächenunregelmäßigkeiten durch Korrelationsanalyse photometrisch ausgewertet.
Ich hätte übrigens noch andere, berührungsfreie Meßverfahren anzubieten: die Folie wird beidseitig "beleuchtet" und der Abstand interferometrisch gemessen, die Dicke ergibt sich dann als Differenz der Abstandsmessungen aus beiden Seiten. Als Strahlung braucht man nicht unbedingt sichtbares Licht zu nehmen, sondern kann auch über (Ultra-)schall, IR oder Mikrowellen nachdenken, je nach gewünschter Empfindlichkeit. Ferner kann man einen Lichtstrahl (Laser) fast streifend an der Oberfläche reflektieren lassen - in einer (ggf. fernrohrbewehrten) Kamera, in die der reflektierte Strahl hineinleuchtet, stellt sich eine Oberflächenverschiebung als seitliche Auslenkung dar:
Das ist bei solche Folien eher normal als außergewöhnlich.
Damit verschieben sich aber alle elektrischen und magnetischen Eigenschaften ebenfalls. Und genau da macht der einsatz der Optik wieder einen Sinn. Man kann u.U. Teile des Spektrums verwenden um einmal den Brechungsindex bzw. seine Änderung zu bestimmen und man kann Teile verwenden um die "Interferenzdicke" zu bestimmen.
Dann kommt die Optik kaum bis gar nicht in Frage. Die Geräte sind einfach zu teuer wenn sie gut sein sollen.
Ich habe (Anfang der 80er) auf div. Tagungen der Firma NICOLET von ähnlichen Lösungen gehört; tief in meiner Erinerung taucht das The- ma 'Schichtdicken von Halbleiter-Epitaxien' per FT-IR auf.
Das ist ein anderes Problem. Hier geht es um die effektive Dicke (ich nenne sie einfach mal *effektive* Dicke) einer Beschichtung eines nichtdeformierbaren Festkörpers.
Im vorliegenden Fall geht es um die Dickenänderung einer mechanisch beanspruchten Folie.
Nun aber der Beitrag hatte mich an was erinnert.
Einfach mal nach "heidenheim schichtdickenmessung" googeln
Vielleicht kann man eines der Geräte oder ein Gerät der Mitbewerber adaptieren
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