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De-Embedding-Ansatz zur Messung nichtidealer Kapazitäten mit kommerziellen Kapazitätssensoren

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Kandlbinder-Paret, Christoph ; Häring, Johannes ; Fischerauer, Alice ; Fischerauer, Gerhard:
De-Embedding-Ansatz zur Messung nichtidealer Kapazitäten mit kommerziellen Kapazitätssensoren.
In: Technisches Messen. Vol. 87 (September 2020) Issue S1 . - S74-S78.
ISSN 2196-7113
DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2020-0016

Abstract in another language

Verlustbehaftete Kapazitäten sind für kommerzielle Kapazitätssensoren, die nur einen Kapazitätswert ausgeben, problematisch: der parasitäre ohmsche Widerstand parallel zur Kapazität verfälscht das Messergebnis. Bei Messungen an Flüssigkeiten im Rahmen der elektrischen Kapazitätstomographie (ECT) kann der Einfluss gravierend werden. Mit erhöhtem Messaufwand könnte man die ECT zur elektrischen Impedanztomographie (EIT) erweitern und damit sowohl die Kapazität als auch den Widerstand der verlustbehafteten Kapazität messen. Als aufwandsarme Alternative stellen wir hier einen modellbasierten De-Embedding-Ansatz vor. Er ertüchtigt kommerzielle Kapazitätssensoren, die die Kapazität über die Messung einer Entladezeitkonstante bestimmen, auch mit stärker verlustbehafteten Kapazitäten zurechtzukommen. Der Ansatz beruht auf dem Ersatzschaltbild der realen Messsituation, dessen zugehörige Differentialgleichung im Zeitbereich gelöst wird. Durch Variation der gesuchten Kapazität und des gesuchten Widerstands wird die vom Sensor ermittelte Zeitkonstante über die Anzahl der nacheinander durchgeführten Lade-/Entladevorgänge (Perioden) ermittelt. Das Verfahren wird an einem diskreten Aufbau aus konzentrierten Elementen und an einer typischen ECT-Messsituation getestet. Die ermittelten Zeitkonstanten bei einer realen ECT-Messsituation mit Leitungswasser als zu vermessendem Medium zeigen einen Unterschied zum diskreten Aufbau mit den konzentrierten Elementen.

Abstract in another language

Lossy capacitances are problematic for commercial capacitance sensors which only output a capacitance value: a parasitic resistance parallel to the capacitance influences the measurement result. The influence can be serious when measuring liquids using electrical capacitance tomography (ECT). With increased measurement effort, ECT could be expanded to electrical impedance tomography (EIT) and thus both the capacitance and the resistance of the lossy capacitance could be measured. As a low-cost alternative, we present a model-based deembedding approach. It enhances commercial capacitance sensors, which determine the capacitance by measuring the discharge time, to cope with lossy capacitances. The approach is based on the equivalent circuit of the real measurement situation, the associated differential equation of which is solved in the time domain. The discharge time determined by the sensor is determined by varying the capacitance and the resistance sought by the number of charging/discharging processes (periods) carried out in succession. The method is tested on a discrete structure consisting of concentrated elements and on a typical ECT measurement situation. The discharge time determined for the real ECT measurement situation with air and water as the media to be measured were all within the uncertainty range of the respective measurement series. Therefore, there was no discernible difference between the
different media in the discharge time, which is justified by the small change in capacitance.

Further data

Item Type: Article in a journal
Refereed: Yes
Keywords: Kapazitätssensoren; ECT; De-Embedding; Capacitance sensors
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology > Chair Measurement and Control Technology - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer
Faculties
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 29 Sep 2020 07:21
Last Modified: 30 Sep 2020 11:24
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/57715