Christian, den Bildern möchte ich noch hinzufügen, bei dem Messgerät handelt es sich um ein Gerät zur Messung der elektrischen Feldstärke. Sehr oft werden diese Geräte benutzt um z.B. die ESD Tauglichkeit von Materialien sowie Arbeits- und Fertigungsplätze zu beurteilen.

Die Grundfunktion: man bringt den scheinbar vergoldeten sich schnell drehenden Propeller an den Ort an dem die elektrische Feldstärke gemessen werden soll. Der Propeller bildet zusammen mit einer zweiten Metallscheibe einen Kondensator mit Luft als Dieelektrikum. Durch die alternierende Anordnung der beiden "Platten" zueinander ist gewährleistet, das die Kapazität abhängig von der Drehzahl moduliert wird.

Wird nun der entladene nicht rotierende Kondensator in die Nähe von einem konstanten elektrischen Feld gebracht, so beginnt dieser sich aufzuladen und es fließt ein kurzer kleiner Strom und danach stellt sich wieder ein stationörer Zustand mit i=0A im Kondensator ein. Schaltet man nun den Propeller ein, bewirkt dies eine von der Drehzahl modulierte Kapazitätsänderung des Kondensators. Die wechselnde Kapazitätsänderung in einem konstanten elektrischen Feld bewirkt einen Wechselstrom durch den Kondensator.

Die Drehzahl und der Kapazitätsverlauf vs. Winkelgrade ist bekannt, der Wechselstrom ist nun abhängig von der unbekannten Meßgröße der konstanten elektrischen Feldstärke, die zumeist eine DC Größe ist, oder zumindest als ausreichend konstant zu betrachten ist im Laufe einer Messung.

Dieser enstehende kleine Wechselstrom kann nun beispielsweise über einen empfindlichen, fast immer sehr hochohmigen Ladungsverstärker (I zu U Wandler) in eine Spannung umgewandelt werden, die in einer skalierten, bekannten Beziehung zur Messgröße steht.

Ein "beinahe Beispiel" für einen Ladungsverstärker mit einem Operationsverstärker findet sich hier. Die gezeigte Übertragungsfunktion ist nicht ganz korrekt, sie muss noch erweitert werden mit dem Propellerkondensator in Reihe zu R2. Als Signalquelle Uin dient nach dieser Betrachtung dann eine Gleichspannung (besser das E-Feld), deren Strom dann durch den Propellerkondensator moduliert wird. Das ergibt eine nicht ganz triviale Differentialgleichung. Ein anderer Denkansatz ist es sich gleich den entstehenden Wechselstrom aus dem Feld und dem Propellerkondensator zu errechnen und dann diesen durch die Parallelschaltung aus R1 und C1 fließen zu lassen. Anhand der Impedanz dieser Parallelschaltung ergibt sich eine Wechselspannung zwischen Uout und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der auf Null liegt (fast zumindest, Offsetspannung).

Bei einer praktischen Dimensionierung ist meist R1 sehr hochohmig und C1 sehr klein. R2 wird meist sehr klein gehalten oder ganz darauf verzichtet. Der idealisierte Ladungsverstärker erhält dann im eingeschwungenen Zustand die Übertragungsfunktion -(Cpropeller/C1). Aus praktischer Sicht von Bedeutung ist hier die Auswahl eines geeigneten Op, am besten einer mit sehr niedrigen Eingangsströmen verglichen zu den zu messenden Strömen. Die Eingangsströme sollten zusätzlich über den gesamten Messbereich hinweg relativ konstant bleiben, was die Gerätekalibration erleichtert und die Linearität verbessert.  Es ist durchaus möglich mit einer Auflösung im Fempto Ampere Bereich die Wechselströme am Op Ausgang abzubilden. Ladungsverstärker zu bauen ist nicht einfach und voller Fallen, bei Beachtung einiger sonst selten relavanten Punkten aber eine durchaus lösbare Aufgabe.

Anmerkung: dieses gezeigte Messgerät muss nicht so arbeiten wie von mir beschrieben, die Funktionsweise ist reine Spekulation meinerseits, entstanden in den letzten Minuten in denen ich diese Zeilen geschrieben habe und mir dabei vorgestellt habe wie ich diese Aufgabe im ersten Ansatz angehen würde.