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Hallo,

ich plane selbstgebaute Sensoren zur Messung der Bodenfeuchtigkeit zu nutzen. Der Sensor soll dabei im wesentlichen aus zwei nebeneinander liegenden isolierten Kupferflächen bestehen.
Ich würde gerne vorab die zu erwartende Kapazität des entstehenden Kondensators abschätzen, hat da jemand eine passende Formel oder Tipps, wo ich entsprechende Infos finde?

Im Anhang noch eine Prinzipskizze; ich hoffe, der Aufbau ist zu erkennen. Grau das Grundmaterial der Leiterplatte, Braun die Kupferflächen und schwarz die Erde.

Danke + Gruß
Lasse

Die Grundformel zur Berechnung einer Kapazität lautet:

Danke, die Formel ist mir bereits bekannt. Soweit ich weiß gilt sie aber (nur?) für Kondensatoren mit gegenüberliegenden Platten. Ich gehe davon aus, dass sich das elektrische Feld nicht nur in dem schmalen Bereich zwischen den beiden Kupferflächen ausbildet. Dann wäre die Plattenfläche ja winzig klein und eine Verbreiterung der Platten hätte keine Auswirkung auf die Kapazität.

Ich denke ganz so einfach ist es nicht; dieser Sensoraufbau wird schließlich von anderen schon erfolgreich eingesetzt.

» Danke, die Formel ist mir bereits bekannt. Soweit ich weiß gilt sie aber
» (nur?) für Kondensatoren mit gegenüberliegenden Platten. Ich gehe davon
» aus, dass sich das elektrische Feld nicht nur in dem schmalen Bereich
» zwischen den beiden Kupferflächen ausbildet. Dann wäre die Plattenfläche
» ja winzig klein und eine Verbreiterung der Platten hätte keine Auswirkung
» auf die Kapazität.
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» Ich denke ganz so einfach ist es nicht; dieser Sensoraufbau wird
» schließlich von anderen schon erfolgreich eingesetzt.

Für nebeneinanderliegende Leiterbahnen .lt Werkbuch Elektronik epsilon0 = 0,0665


2.3 F. Kapazitäten von Leiterbahnaufbauten
S.631 Daten der Printplatte

2.3 F. Kapazitäten von Leiterbahnaufbauten
S.631 Daten der Printplatte

Danke, hätte nicht gedacht, dass die Leiterbahnbreite da einfach linear eingeht. Die Gesamtkapazität müsste sich dann ja aus der Parallelschaltung von zwei gedachten Kondensatoren ergeben: Einmal mit der Leiterplatte als Dielektrikum und einmal mit der Erde.
Zumindest für ne grobe Abschätzung sollte das reichen, ein (oder mehr) Prototypen wirds wohl ohnehin geben.

Nochmals danke + Gruß
Lasse

» Danke, hätte nicht gedacht, dass die Leiterbahnbreite da einfach linear
» eingeht. Die Gesamtkapazität müsste sich dann ja aus der Parallelschaltung
» von zwei gedachten Kondensatoren ergeben: Einmal mit der Leiterplatte als
» Dielektrikum und einmal mit der Erde.
» Zumindest für ne grobe Abschätzung sollte das reichen, ein (oder mehr)
» Prototypen wirds wohl ohnehin geben.
»
» Nochmals danke + Gruß
» Lasse

Wo der Faktor 0.75 bei der Feldkonstante jetzt herkommt ist mir nicht klar (wie z.b. die Leiterstärke da eingeht) , wird wohl sehr enge Grenzen haben, in Bezug auf Leiterbreite) aber meist stimmen seine Angaben.


da hatte ich eben noch etwas gefunden

elektronikentwickler-aachen.de/allgemeines/kapazitaet_leiterbahnen.htm

» Hallo,
»
» ich plane selbstgebaute Sensoren zur Messung der Bodenfeuchtigkeit zu
» nutzen. Der Sensor soll dabei im wesentlichen aus zwei nebeneinander
» liegenden isolierten Kupferflächen bestehen.
» Ich würde gerne vorab die zu erwartende Kapazität des entstehenden
» Kondensators abschätzen, hat da jemand eine passende Formel oder Tipps, wo
» ich entsprechende Infos finde?
»
» Im Anhang noch eine Prinzipskizze; ich hoffe, der Aufbau ist zu erkennen.
» Grau das Grundmaterial der Leiterplatte, Braun die Kupferflächen und
» schwarz die Erde.
»
» Danke + Gruß
» Lasse
»
»

Du willst die Platte mit nem wasserfesten Lack über-
ziehen? Dann ist die Kapazität von der Lackdichte
und den Eigenschaften des Lackes abhängig. Ansonsten
hast Du keinen Kondensator sondern einen Widerstand
gebaut.
Gruss
Harald

Ja, habe hier noch verschiedene Lacke, die ich testen werde. Die Lackschicht beeinflusst natürlich die Kapazität, allerdings funktioniert das Prinzip anscheinend auch noch, wenn der ganze Sensor in einem Schrumpfschlauch steckt (so auf einer Bastler-Website gesehen). Im Vergleich dazu sollte der Einfluss der Lackschicht ja gering ausfallen.

Werde morgen mal ein paar Tests machen, die Dicke der Lackschicht lässt sich ja schlecht exakt festlegen.

Danke für die Hinweise und gute Nacht

Lasse

» die Dicke der Lackschicht lässt
» sich ja schlecht exakt festlegen.

Ohne die Dicke der Lackschicht und dessen Dielektrizi-
tätskonstante kannst Du die Kapazität nicht errechnen.
Der Sinn einer solchen Kapazitätsmessung im Erdboden
ist mir sowieso nicht ganz klar. Die Feuchtigkeit
lässt sich jedenfalls damit nicht ermitteln.
Gruss
Harald

Doch es funktioniert tatsächlich.
Habe es gerade mit einem einfachen Modell getestet:
2 Kupferplatten (je 5cm x 5cm, lagen hier noch rum) nebeneinander in eine kleine Platiktüte gepackt. Liegt die Tüte einfach so auf dem (Holz-)Schreibtisch, ist die Kapazität unterhalb der Auflösung meines einfachen Multimeters. Lege ich jedoch meine Hand auf die Tüte (wollte jetzt noch nicht mit feuchter Erde rumsauen) steigt die Kapazität auf ~100pF.
Ich finde leider die Website nicht mehr, wo jemand eine Bewässerungsanlage mit ebensolchen Sensoren beschrieben hat; aber allem Anschein nach hat's bei ihm oder ihr wunderbar funktioniert.

Grüße
Lasse

» Ja, habe hier noch verschiedene Lacke, die ich testen werde. Die
» Lackschicht beeinflusst natürlich die Kapazität, allerdings funktioniert
» das Prinzip anscheinend auch noch, wenn der ganze Sensor in einem
» Schrumpfschlauch steckt (so auf einer Bastler-Website gesehen).

Der wesentliche Punkt dabei ist es, daß das Wasser im Boden eine 3. Elektrode bildet, die zu den BEIDEN anderen Parallel ist. Je nachdem, wie ausgeprägt diese Elektrode ist, kann der zusätzliche Epsilon von 0,06 höher ausfallen.
Der Lack hat dann geringeren Einfluss.

Cu
St.

Ahh, danke, die Erklärung macht (für mich jedenfalls) viel Sinn.
Esastzschlatbild sähe dann also etwa so aus: (?)

| | | |
|---| |---|
| | | |
| |
--- ---
--- ---
| |
| ___ |
'--|___|--'
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Der obere Kondensator stellt dabei die Kapazität des Sensors selbst dar.
Der Widerstand und die unteren Elektroden der beiden anderen Kondensatoren werden durch die (mehr oder weniger feuchte) Erde gebildet. Das Dielektrikum besteht aus der Lackschicht und Teilen der Erde. Je nach Bodenfeuchtigkeit ändert sich der Widerstand und die Kapazität der unteren Kondensatoren.

Naja, ist eigentlich auch nicht so wichtig, auf jeden Fall funktioniert das Messprinzip und ich kann mich an die nächsten Etappen machen.

Nochmals danke an alle + Grüße

Lasse

Oh, dass mit der Graphik hat anscheinend nicht richtig funktioniert. Hier nochmal als PNG:

» Der wesentliche Punkt dabei ist es, daß das Wasser im Boden eine 3.
» Elektrode bildet, die zu den BEIDEN anderen Parallel ist.

Es handelt sich hier um eine Reihenschaltung zweier
Kondensatoren. Die Erde bildet elektrisch gesehen
eine Mittelelektrode zwischen den beiden anderen
Kondensatorplatten. Man kann deshalb die klassische
Berechnungsformel für den Plattenkondensator verwenden,
muss dafür aber die Eigenschaften des Dielektrikums
wissen. Ich wüsste aber keinen Algorithmus, nach dem
die Bodenfeuchtigkeit irgend etwas mit dieser Kapazität
zu tun hat. Bodenfeuchtigkeit wird klassisch als Wider-
standswert gemessen. Da aber das Einstecken normaler
Metallelektroden zu Korrosion führt, macht man diese
Messung gern mit Wechselstrom. Dazu eignet sich auch
die obige Elektrode. Man misst dann aber nicht die
Kapazität, sondern die Impedanz.
Gruss
Harald
PS: Wahrscheinlich bekomme ich gleich einen Anranzer,
weil ich eine Frage beantwortet habe, die gar nicht
gestellt wurde.

» Ich wüsste aber keinen Algorithmus, nach dem
» die Bodenfeuchtigkeit irgend etwas mit dieser Kapazität
» zu tun hat.

» PS: Wahrscheinlich bekomme ich gleich einen Anranzer,
» weil ich eine Frage beantwortet habe, die gar nicht
» gestellt wurde.

Mitnichten, sehr geschätzt Deine Beiträge

Betonung auf "wüsste aber keinen Algorithmus" der die Bodenfeuchtigkeit in Relation zur relativen Permittivitätsänderung setzt. Bauen, Testen.