Hardwarebeschreibung und Funktionsweise des Programms F-Meter zur Messung der Kapazität von Kondensatoren

Benötigt werden eine parallele Schnittstelle und ein simpler Meßadapter gemäß Schaltbild. Das Funktionsprinzip ist einfach: Der zu bestimmende Kondensator wird über einen bekannten Widerstand R abwechselnd geladen und entladen. Während des Entladens wird die Zeit t gemessen, die vergeht, bis die Kondensatorspannung Uc auf die Hälfte abfällt. Die Kapazität berechnet sich dann zu C = (1/ln2) * t/R.
 

Um feststellen zu können, wann die Kondensatorspannung Uc auf die Hälfte gesunken ist, wird neben Uc auch ihr halber Wert U2 = Uc/2 über einen Spannungsteiler überwacht. Die Spannungen ergeben an der parallelen Schnittstelle einen High-Pegel, wenn sie über einem gewissen Schwellwert liegen. Beim Entladen unterschreitet zuerst U2 den Schwellwert. Zu diesem Zeitpunkt liegt am Kondensator die doppelte Schwellwertspannung an (wegen Uc=2*U2) und das Programm startet eine Zählschleife für die Zeit t. Wenn später auch Uc den Schwellwert unterschreitet, wird der Zähler angehalten und die Kapazität kann berechnet werden.

Elegant an dieser Methode ist, daß die genaue Höhe der Schaltschwelle nicht bekannt sein muß. Problematisch an der Realisierung durch unseren Meßadapter ist aber, daß U2 und Uc an zwei verschiedenen Leitungen der parallelen Schnittstelle kontrolliert werden. Wenn die Schaltschwellen der verwendeten Leitungen nicht übereinstimmen, ergeben sich Meßfehler. Um einen möglichst großen Meßbereich abzudecken, enthält der Meßadapter einen niederohmigen (2 kOhm) und einen hochohmigen (200 kOhm) Ladekreis. Softwareseitig werden durch eine adaptive Zeitauflösung zusätzliche Meßbereiche geschaffen. Die Genauigkeit läßt sich derzeit nicht beziffern, für den Hausgebrauch dürfte sie wohl ausreichen. Erfahrungsberichte wären hilfreich um eventuelle systematische Meßfehler erkennen und korrigieren zu können. Die Widerstände sollten eine Toleranz von 1% oder weniger aufweisen, da sich eine Abweichung vom Nennwert direkt auf das Meßergebnis auswirkt. Alternativ können die beiden 1 kOhm bzw. 100 kOhm-Widerstände auch jeweils durch ein Trimmpoti von ca. 2 bzw. 200 kOhm ersetzt werden. Durch leichtes Verstellen des Schleifers aus der Mittelstellung kann dann eine Kalibrierung erfolgen. Es sollte so auch möglich sein, gebräuchliche Widerstandswerte wie 1,8 und 180 kOhm oder 2,2 und 220 kOhm anstelle der obigen rechnerischen Werte einzusetzen und die sich ergebenden Abweichungen durch Verstellen des Trimmers zu kompensieren.