Helmut Kronegger,
"Kapazitätsmessgerät mit aF Auflösung"
, 5-2013
Original Titel:
Kapazitätsmessgerät mit aF Auflösung
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Um die Qualität einer Schneide zu ermitteln, soll über die räumliche Verteilung des elektrischen Feldes der Rundungsraduis einer Messerschneide gemessen werden. Abweichungen von wenigen Mikrometer können Kapazitätsänderungen im Bereich von wenigen Attofarad verursachen. Dieser Arbeit wurde das Ziel gesetzt die größtmögliche erreichbare Messpräzision des hier eingesetzten Kapazitäts-zu-Digital-Umsetzers zu ermitteln.
Dazu wurde eine Messanordnung mit vier Messkapazitäten realisiert, mit der es möglich ist, eine Kapazitätsänderung im aF-Bereich zu realisieren. Beim Entwurf des Messsystem wurden verschiedene Möglichkeiten zur Störunterdrückung untersucht, wobei schlussendlich eine Schirmung mittels Masseflächen gewählt wurde.
Da die Messkapazitäten kleiner sind als der angegebene Fehler des Kapazitäts-zu-Digital-Umsetzers, sind die Messergebnisse mit einer sehr großen systematischen Messabweichung behaftet. Somit ist es nicht möglich die Messergebnisse direkt mittels einer Simulation zu bestätigen. Damit Messung und Simulation vergleichbar sind, wurden die Sensoren mit verschiedenen Dielektrika kalibriert.
Die Ergebnisse der ersten Messungen der unveränderten Messkapazitäten zeigten, dass mit dem Messgerät die Kapazität mit einer Auflösung von bis zu 6 aF bestimmt werden kann.
Durch die Kalibrierung der Sensoren wurde eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation erreicht. Bei der Bestimmung der Empfindlichkeit konnte die Messung der Kapazitätsänderung durch das Dielektrikum über die Simulation bestätigt werden.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Capacitance measurement device with aF resolution
Englische Kurzfassung:
In order to asses the quality of a blade, it should be possible to determine the radius of curvature based on its electrical field distribution.
Deviations of just a few micrometer, can cause capacitance variations in the range of a few attofarad. The goal of this thesis is the determination of the best achievable precision of the utilized sensor electronics.
For this purpose a measurement setup with four capacitances, which provides the possibility of measuring capacitance variations in the aF range, was implemented. During the development of the measurement device, various possibilities for interference rejections were examined and as a result ground surface shielding was chosen.
Since the measurement capacitances themselves are smaller that the specified precision of the sensor, the measurement results are subjected to a notable measurement bias error. Therefore, it was not possible to confirm the measurement results by means of simulation. To provide comparability between measurement and simulation, a calibration of the sensors was performed, using different dielectrics.
The results of the initial measurements of the capacitances show, that capacitances can be determined with a resolution of 6 aF. A very good compliance of measurement and simulation was achieved through sensor calibration. For sensitivity assessment, the measurement of the capacitance variation caused by the dielectric was confirmed through simulation.
Forschungs-