Kapazität messen

Kondensatoren altern, trocknen aus oder sind schlicht falsch beschriftet – und dann schwingt ein Oszillator nicht, ein Netzteil brummt oder eine Zeitschaltung läuft zu schnell. Anders als einen Widerstand kannst du eine Kapazität nicht mit Gleichstrom „durchmessen“: Ein Kondensator lässt im eingeschwungenen Zustand keinen Gleichstrom durch. Jedes Kapazitätsmessgerät nutzt deshalb ein zeitliches Verhalten – den Ladevorgang oder den Wechselstromwiderstand.

Vor jeder Messung: entladen

Ein Kondensator speichert Energie, und zwar auch dann noch, wenn das Gerät längst ausgeschaltet ist.

Auch eine kleine Restladung verfälscht das Ergebnis oder schadet dem Messgerät. Bei Elektrolytkondensatoren achtest du zusätzlich auf die Polung: Die rote Messleitung gehört an den Pluspol.

Der Kapazitätsbereich im Multimeter

Viele Multimeter haben einen Bereich mit dem Symbol „⊣⊢“ oder „F“. Typisch lädt das Gerät den Kondensator mit einem konstanten Strom I und misst die Zeit t, bis eine bestimmte Spannung U erreicht ist. Weil sich bei konstantem Strom die Spannung linear ändert, gilt:

Daraus folgen typische Eigenheiten: Große Elkos brauchen einige Sekunden, bis ein Wert erscheint. Sehr kleine Kapazitäten im Pikofarad-Bereich werden von der Kapazität der Messleitungen überlagert – meist einige 10 pF. Halte die offenen Leitungen in die Messposition und nutze die REL-Funktion, bevor du das Bauteil anklemmst.

Messen über die Zeitkonstante

Ohne Kapazitätsbereich hilft ein bekannter Widerstand. Lädst du einen Kondensator über R an einer festen Spannung, steigt seine Spannung nach einer e-Funktion an. Nach genau einer Zeitkonstante

hat sie 63 % der Endspannung erreicht, nach 5 τ gilt der Kondensator als voll geladen. Mehr dazu im Artikel Kondensator im Gleichstromkreis.

Für große Elkos funktioniert das sogar mit Stoppuhr und Voltmeter: Mit 100 kΩ und 1000 µF ist τ = 100 s – lang genug, um mitzuschauen. Beachte dabei, dass der Innenwiderstand des Voltmeters (oft 10 MΩ) parallel zum Kondensator liegt.

Weitere Messprinzipien

Neben Ladezeit und Blindwiderstand gibt es noch andere Wege, aus denen sich C zurückrechnen lässt – alle nutzen ein RC-Glied mit bekanntem Widerstand:

• Frequenz: Der Kondensator bestimmt die Schwingfrequenz eines Oszillators, etwa eines 555-Timers als astabile Kippstufe. Ein Mikrocontroller zählt die Frequenz und rechnet C aus – doppelte Kapazität halbiert die Frequenz.
• Phasenverschiebung: Ein periodisches Signal am RC-Glied kommt am Kondensator verzögert an. Die Verzögerung wächst mit C.
• Amplitude: Bei fester Frequenz bildet das RC-Glied einen Spannungsteiler; wie stark die Wechselspannung am Ausgang sinkt, hängt von C ab.

Bei kleinen Werten stören Streukapazitäten: Messleitungen, ein nahes Metallgehäuse oder benachbarte Leiterbahnen bilden selbst Kondensatoren von einigen Pikofarad. Auch Temperatur und Feuchte verändern manche Dielektrika merklich. Was hier als Störung gilt, nutzen kapazitive Sensoren gezielt aus: Füllstandsmesser, Touch-Tasten und Touchscreens erkennen, wie sich die Kapazität einer Elektrode durch Flüssigkeit oder einen Finger ändert.

LCR-Messgerät und ESR

Genauer und vielseitiger misst ein LCR-Messgerät. Es legt eine kleine Wechselspannung bekannter Frequenz an – üblich sind 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz oder 100 kHz –, misst Strom und Phasenlage und berechnet daraus den kapazitiven Blindwiderstand:

Daneben bestimmt es Verlustfaktor und den ESR (Equivalent Series Resistance), den inneren Serienwiderstand des Kondensators. Gerade bei Elkos ist der ESR oft aussagekräftiger als die Kapazität: Ein ausgetrockneter Elko zeigt manchmal noch fast seinen Nennwert, hat aber einen viel zu hohen ESR und kann Strom-Spitzen nicht mehr puffern. Dann wird er warm, Netzteile brummen oder starten nicht.

Ein spezielles ESR-Meter misst mit sehr kleiner Wechselspannung (unter der Schwellspannung von Dioden) bei etwa 100 kHz. Dadurch lassen sich Elkos oft sogar eingelötet prüfen, weil umliegende Halbleiter nicht leitend werden.

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