Impedantie BNC connector, elektrochemie

Hallo,

In de elektrochemie word nogal eens met meetapparatuur gewerkt met hele hoge ingangsimpedanties (10^12 ohm, 10^15 ohm enzo). Nu zitten op die apparaatjes en sensoren vaak BNC connectoren.
Als ik een beetje rondkijk in BNC-connectorland, zie je eigenlijk 2 types, 75 ohm, en met 50 ohm impedantie. In andere topics over die impedanties las ik dat het voornamelijk te maken had met de dikte en het type diëlectrum wat gebruikt werd tussen de ader en afscherming. En dat de aderdikte bij 75 ohm aanzienlijk minder is.

Hoe kom ik erachter, welk type connector er op die apparaatjes zit? (De datasheets vermelden het niet.) Kan ik aan de bussen zien of het 50 of 75 ohm is? En vooral, word de impedantie van de bus/connector opgeteld bij de impedantie van de ingangsversterker, en is deze zodoende te verwaarlozen?

Hoe werkt dit? Bij metingen met een hele lage bemonsteringsfrequentie, heb ik toch nauwelijks last van dat impedantieverhaal? Of maak ik daar een denkfout?

Alvast bedankt,

Madthijs.

De meeste meetapparatuur is 50 Ohm. Maar waarschijnlijk staat het ook wel in de doc van het betreffende apparaat vermeld.
60 en 75 Ohm worden meestal voor radio-tv gebruikt.

Op 24 september 2008 22:55:44 schreef madthijs:
In de elektrochemie word nogal eens met meetapparatuur gewerkt met hele hoge ingangsimpedanties (10^12 ohm, 10^15 ohm enzo). Nu zitten op die apparaatjes en sensoren vaak BNC connectoren.

Op goede apparatuur voor dergelijke impedanties wordt met triaxiale connectoren gewerkt. Kern signaal, eerste afscherming "guard", tweede afscherming aarde.

De impedantie is vooral van belang bij hoge frequenties.
Voor lage frequenties is het niet van belang.
Telt dan ook niet mee in een imput impedantie berekening.

P.S.: Ik heb zelf ook eens BNC connectoren van 93 Ohm (arcnet) in het verleden gebruikt.

Helaas kun je niet makkelijk zien wat voor impedantie het is.

(PS: Bij N-connectoren kan dat wel daar zit in de pin diameter een verschil tussen 75 en 50 Ohm.)

Soms kun je aan het diëlectrum zien wat het zo'n beetje is. Er zijn teflon (wit) en nog een ander kunststof (een beetje meer glazig/transparant) weet zo effe de naam niet.
Er zijn vast mensen op dit forum die dat precies weten te vertellen.

Wat wel interessant is, is de lekstroom door het diëlectrum, bij dat soort zeer hoge impedanties gaat dat wel meetellen. Dus specificaties van het kunststof opzoeken wat de geleiding ervan is.

De impedantie maakt voor de meting niet uit.
En 50 en 75Ω BNC connectoren kun je onderling ook verwisselen zonder dat er iets kapot gaat. In de Amphenol documentatie staat:
"50Ω and 75Ω connectors are intermateable to ensure non-destructive mating"
(Dat geldt dus alleen voor BNC!)
Het maakt dus in jouw geval niets uit welke je neemt. Maar er is wel wat anders (wat henri62 ook al zegt).

De isolatieweerstand wordt in dezefde folder gegarandeerd als meer dan 5GΩ. VOor jouw toepassing lijkt dat weinig, en kon wel eens de beperkende factor worden:
je zult dan op zoek moeten naar BNC pluggen die speciaal voor een veel hogere lekweerstand gemaakt worden, omdat de gewone hier niet goed genoeg zijn.

De impedantie is de impedantie van de transmissielijn, en in het geheel niet relevant voor LF dingen.

5 Gohm zal worst case zijn. Als het echt hoogomig moet liever geen connector. Ik weet eigenlijk niet of triax-constructies (dubbel afgeschermd, binnenste afscherming op zelfde spanning gebracht als meetsignaal) ook hiervoor worden toegepast.

Vriendelijk bedankt voor de informatie tot dusver!

Die 5GΩ isolatieweerstand lijkt bijna wel het maximum. (ik ga vanavond even goed zoeken) De input Bias current van de instrumentatieversterker ligt bij max 100 femto ampere's, en ' typical' 3. Femto is 10^-15, Dus de isolatieweerstand van die bnc-connectortjes lijkt mij ook aan de lage kant. (Ik heb nog maar weinig data over de stroom uit de sensoren, dus misschien valt het wel mee, dat word een beetje experimenteren)

Hoe hoog ligt de isolatiewerstand van een epoxy printplaatje? Dat is niet de ' dielectric constant' als ik het goed begrijp. Die is overigens wel te vinden van de meeste materialen, maar de isolatiewerstand niet?
Dit zal dan ook best een probleem worden?

Ik merk dat ik heel wat meer zal moeten onderzoeken voor ik echt concreet weet wat ik nodig heb. Ik ben erg blij met de input die jullie leveren, erg leerzaam.

Ik denk dat het plaatje op zich nog wel zou gaan, maar er hoeft maar de geringst hoeveelheid vuil en/of vocht op te komen, en de weerstand neemt al af.
Je ziet dan ook wel eens dat men maar een sleuf heeft uitgezaagd, om zo lucht als isolator te hebben.

Wat ook gedaan wordt (Aart zei het al), is een "guard ring" om de ingangsgeleider heen leggen. Die guard wordt dan door de uitgang van de ingangsbuffer op de spanning van het ingangssignaal gehouden, zodat er tussen ingang en guard (bijna) geen spanning staat, en er dus (bijna) geen stroom loopt.
Natuurlijk loopt er wel lekstroom van de guard naar de nul, maar dat hindert niet, dat levert de buffer wel.

Voor zo'n constructie moet alles dus in drieën: signaal, guard, en aarde/nul. Ook de kabel en plug!

Is het dan verstandig, om naast het gebruiken van een guart ring (dat stond ook in de datasheet, maar ik begreep nog niet helemaal waarom en hoe dat nu precies werkte, dat is me nu helemaal duidelijk!) ook een sleuf te frezen?

Omdat de gaurt ring rondom de ingangspin loopt, het ingangs-spoortje en de aansluiting voor de connector, zou ik bijna denken dat het beter is om een grachtje te frezen daar, waar normaal dat spoortje loopt, binnen de guart ring, en daar 'gewoon' een draadje tussen de ic-pin en de connector te hangen. (er even vanuitgaand, dat ik dus met een connector ga werken)
Bijkomend voordeel, is dat ik in theorie natuurlijk dan ook minimaal last heb van vocht en vuil, denk ik.

Of is dat dan weer een beetje teveel van het goede?

O.a. bij Agilent halen diverse 6,5 cijferige voltmeters 10G ohm ingangsimpedantie in sommige bereiken.
Er worden diverse methodes gebruikt om bij dergelijk hoge impedanties te kunnen meten. Veel teflon afstandhouders, guards etc..

Een guard ring op bijna dezelfde potentiaal als het ingangssignaal beperkt de lekstroom.

Ik een schakeling om pA te meten (een electrofysiologisch experiment) heb ik wel eens gezien dat de 'headstage amplifier' pal bovenop de meetopstelling gemonteerd zat en met (korte) losse draadjes direct op de pinnen van de opamp gesoldeerd was. Dus geen connector, en geen printplaatje. Bij het meten van bijv. de lekstroom van fet-ingang opamps worden ze ook niet op printjes gemonteerd, omdat de weerstand van veel printmateriaal inderdaad te laag is.

Er is me een boel duidelijk geworden.
Nog een gedachtespinsel: Als er gaurd rings gebruikt worden om m'n ingangssignaal te beschermen, is een isolatiewerstand van 5Gohm tussen ingangssignaalader en gaurdsignaal wel voldoende? Daar de guard in principe zorgt de lekstroom van het ingangssignaal beperkt word tot een minimum? waardoor ik wel 'gewoon' een connector kan gebruiken, (dan wel een triaxiale). (het 'gaurd principe' lost het isolatiewaarstandsprobleem zo goed als op? of ben ik dan te optimistisch?)

Uiteraard zo kort mogelijke aders, en eventueel de schakeling zwevend om zo geen last te hebben van de isolatieweerstand van een printplaat.

En als dit alles niet genoeg hoogohmigheid bied, helemaal geen connectoren gebruiken, met nog kortere aders.

Je isolatie moet al goed zijn, en dan heeft het zin hem met het guard-principe nog te verbeteren.
De versterker of buffer moet er wel voor bedoeld zijn.

Helemaal zonder connectoren werken is trouwens een prima idee als dat kan. Je zou de eerste niet zijn.. :)

Ik ben even afgehaakt bij het Guard gebeuren, dus als ik iets heb gemist, sorry daarvoor dan ;).

Toevallig hebben wij onlangs het BNC verhaal in onze lesstof voor de kiezen gekregen.
Hoewel ik beroepsmatig tbv het meten aan CAI signalen (5-862Mhz) veel gebruik maak van BNC, wordt het gebruik ervan afgeraden.
De 75 en de 50Ω modellen zijn gelijk en zijn in dus door elkaar te gebuiken.

Ik zie met mijn TDR wel dat er een kleine misaanpassing zit, maar dit is te verwaarlozen.
De Reflecties die hierdoor optreden kunnen voor een afwijking in de meetwaarde zorgen en zouden dus gedempt moeten worden om invloed op de meetwaarde minimaal te houden.
En hoewel vollop gebruikt in ons vak, zou men liever zien dat we met de N connector zouden werken, omdat deze ook in de UHF band minimale reflecties heeft.

Ik heb BNC wel eens voor 2.4 GHz gebruikt ... voor wifi antennes om wat preciezer te zijn, en zelfs dat lijkt aardig te werken.

O zeker!
Maar de reflexen zijn dan relatief hoog. Dus voor meetdoeleinden schijnen ze niet écht geschikt te zijn.

Op 28 september 2008 01:23:41 schreef Fantomaz:

De 75 en de 50Ω modellen zijn gelijk en zijn in dus door elkaar te gebuiken.

De 75 en de 50Ω modellen zijn zeker niet gelijk.
De pendikte van beide is anders. Als je ze door elkaar gebruikt krijg je slechte verbindingen.

Wederom bedankt voor de reacties!

Ik vind het grappig om te lezen dat er aan de ene kant in die bnc'tjes teflon isolatoren zitten (á 5Gohm) en dat door de een gezegt word, das relatief laag, terwijl een ander zegt, teflon afstandhouders! Uiteindelijk zal het erop neerkomen dat ik een beetje moet experimenteren met een en ander. En dan kom ik vanzelf uit op het beste resultaat. Althans, dat hoop ik :).

Omdat mijn toepassing in principe heel erg laagfrequent is, heb ik nouwelijks last van reflexies?

Gaat het bij de dikte van de 50 en 75 ohm modellen niet alleen om de aderdikte van de kabel die erop aangesloten worden? of zijn de pinnen in de connector ook fysiek anders van diameter?

Je kunt BNC zelfs gebruiken voor 9GHz. Hangt er maar vanaf wat je doel is.

(van 9 GHz-bron naar een frequentieteller. Signaal mag dan best wat verzwakken.)

Op 28 september 2008 11:47:42 schreef floppy:
[...]
De 75 en de 50Ω modellen zijn zeker niet gelijk.
De pendikte van beide is anders. Als je ze door elkaar gebruikt krijg je slechte verbindingen.

De fabrikant geeft zelf op dat ze wel verwisselbaar zijn. De pendikte is wèl gelijk.
"50Ω and 75Ω connectors are intermateable to ensure non-destructive mating"

Alleen de isolatieweg tussen pen en scherm is anders. Maar je kunt niets kapot maken door ze te verwisselen.

NB: we hebben het nog steeds over BNC connectoren.

Op 28 september 2008 13:52:45 schreef madthijs:
Omdat mijn toepassing in principe heel erg laagfrequent is, heb ik nouwelijks last van reflexies?

[...]zijn de pinnen in de connector ook fysiek anders van diameter?

Klopt, omdat er bij jouw geen sprake is van een golflengte die vergelijkbaar is met de lengte van de plug, kun je ook geen meetbare reflectie van die plug krijgen.

En de pendikte is dus gelijk (althans, volgens de maker :)).

Op 28 september 2008 15:26:08 schreef Frederick E. Terman:

NB: we hebben het nog steeds over BNC connectoren.

Het waren toch N-type connectoren waarbij je moest uitkijken met 50 en 75 ohm ivm een grotere binnenpen?

Van de N-Connectoren wist ik dat ja.
Ik heb echter 50Ω BNC verloopjes gehad waarmee ik mijn meetzaken deed. Geen problemen...

Wat bij hoogohmige metingen meespeelt is dat het materiaal zo goed mogelijk is en de afstanden zo groot mogeljk zijn. De lekstromen moeten zo klein mogelijk zijn.
De afstand tussen de binnengeleider en de buitenkant van een BNC coax chassisdeel is bij veel van die pluggen aan de kant waar gesoldeerd wordt maar ong. 5mm. Dit is een van de beperkende factoren bij een hoogohmige meting.

Zorg bij experimenten voor dezelfde omgeving. Een temperatuurmeter en een relatieve vochtigheidsmeter zijn aan te raden.
Condensvorming en stof moeten vermeden worden.

@TS: d'r staat me iets bij dat bij dat soort metingen de mantel alleen wordt gebruikt als 'afscherming' (en niet voor ladingstransport); de 'plus' van je electrochemische cel en de 'min' van je cel hangen via eigen kabels aan een meetapparaat. Afhankelijk van je meetopstelling (bv. druppelende kwikelectrode; 'chemische' lock-in detectie) kun je ook nog detectietrucs uithalen waarmee je het onderscheid tussen signaal/ruis beter kunt krijgen.