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Relais courant-temps dont le circuit d'excitation comprend un tube électronique.
Le procédé suivant l'invention permet, dans les interrup- teurs à commande électrique, tels qu'on les utilise, par exemple, sous forme de relais courant-temps pour des appareils à rayons X, de supprimer l'influence de l'inertie de l'interrupteur sur le temps de couplage réel.
Il est relatif à tous interrupteurs dans lesquels, après une période déterminée, on doit éliminer un certain état de fonc- tionnement. On expliquera le procédé plus en détail en se référant à un problème qui se présente dans la technique des rayons X.
Dans les radiographies, le noircissement de la couche sen- sible d'un film ou d'une plaque varie avec le produit milliampères-
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secondes (mAs) du courant qui traverse le tube à rayons X, c'est-à dire que pour obtenir le même noircissement, un courant d'inten- sité relativement faible exige un temps d'exposition plus long qu'un courant fort. On connaît généralement le produit courant- temps nécessaire pour un objet déterminé à radiographier et on peut le relever sur des tables d'exposition usuelles. Pour tout appareil à rayons X, il est donc nécessaire, au.moyen de disposi- tifs de couplage convenables, de veiller à ce qu'on obtienne exactement le produit courant-temps requis.
A cette fin, on a construit des interrupteurs horaires dans lesquels le produit milliampères-secondes voulu est réparti sur des milliampères et des secondes d'une façon telle qu'on ajuste un courant déterminé, alors qu'un mécanisme d'horlogerie de construction convenable, après expiration du temps correspondant à ce courant, actionne un interrupteur dont le mouvement inter- rompt la production de rayons X. Ces interrupteurs horaires ont l'inconvénient cependant qu'on n'obtient le produit milliampères- secondes voulu que s'il est possible de maintenir exactement le temps d'exposition et si le courant présente réellement l'inten- sité préajustée pendant toute la durée d'exposition et, en outre, conserve cette ,intensité constante. Toutefois, cela n'est pas tou- jours certain dans les appareils à rayons X.
L'ordre de grandeur des courants et des temps requis est tel que de petites influences incontrôlables puissent même produire des changements de l'un ou des deux facteurs mentionnés et provoquer une déviation inadmissi- ble du produit milliampères-secondes voulu.
On connaît également des dispositifs à rayons X dans les- quels le courant d'excitation d'un relais est interrompu quand le produit milliampères-secondes voulu est atteint. Les dispositifs connus fonctionnent en principe conformément à un montage tel que celui représenté schématiquement sur la fig.l.
Le circuit du tube comprend un relais mAs 1 qui sert, ne fois le produit mAs préajusté atteint, à -ouvrir ou à fermer
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le circuit d'une bobine 2 et, en conséquence, à ouvrir les contacts 3 et à interrompre l'enroulement primaire du transformateur 4. Bien que ces dispositifs permettent d'éviter les inconvénients préci- tés des montages horaires purs, il se manifeste dans ce cas une autre influence gênante, notamment l'inertie du relais.
On entend par l'inertie d'un relais le temps T en secondes qui s'écoule à partir de l'application de la tension à la bobine jusqu'à l'ouverture du contact actionné par celle-ci, c'est-à-dire jusqu'à l'interruption proprement dite. Par conséquent, quand la mise en circuit est effectuée au moment tl et l'ouverture des contacts au moment t2, l'inertie du relais est représentée par
T = t2 - tl t2 étant naturellement plus grand que tl.
A l'aide du graphique représenté sur la fig. 2, on expli- quera l'importance de l'inertie du relais dans l'établissement du produit mAs. La figure montre la dépendance du produit mAs du temps. La ligne droite A passant à travers zéro représente la relation entre ces deux valeurs pour un courant d'intensité déter- minée, la pente croissant avec une augmentation de courant. Le courant qui traversé le tube peut être, par exemple de 500 mAs et le produit courant-temps requis de 20 mAs. Il s'ensuit de la fig.2 que ce produit nécessite un temps d'exposition de 0,04 sec. Si l'interrupteur mAs 1 de la fig. 1 est ajusté de façon à interrom- pre, après expiration dudit temps, le courant qui passe par la bobine du relais, la durée d'exposition réelle serait augmentée du temps naturel T du relais.
Comme T est d'ordinaire de l'ordre de grandeur de 0,01 sec., on obtiendrait pour l'exemple choisi une durée d'exposition de 0,05 sec. et l'exposition du film s'ef- fectuerait par 25 mAs au lieu de 20 mAs. Comme le temps naturel T est une valeur constante (elle ne dépend en principe que de la construction et du fonctionnement du relais 2), l'erreur dans le produit mAs qui en résulte est, en pourcentage, grande pour des produits petits. Si, par exemple, cette erreur est déjà de 25%
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pour un courant de 500 milliampères et un produit mAs de 20 mAs, cette erreur est déjà augmentée de 50% pour le même courant et un. produit de 10 mAs. Il en résulte que la mise en circuit du relais doit être avancée du temps naturel T, c'est-à-dire qu'il faut déjà circuiter au temps t1 - T.
On a construit des dispositifs à rayons X dans lesquels, pour compenser cette déviation, le relais mAs fonctionne avec une tension de polarisation qu'on choisit con- formément à l'inertie de l'interrupteur. Toutefois, on a trouvé en pratique que ces dispositifs connus ne permettent pas d'obtenir l'exactitude requise pour le produit mAs voulu.
La présente invention permet d'obvier à ces difficultés en faisant en sorte que la constante de temps d'une combinaison d'un condensateur et d'une résistance insérée dans le circuit de grille ou dans le circuit anodique d'un tube électronique, condensateur qui est chargé par le courant traversant le tube à rayons X ou par un courant proportionnel à celui-ci, soit égale à l'inertie de l'interrupteur.
On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, dont les figures 3 et 4 représentent schématiquement deux modes de réalisation de l'invention, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Le dispositif représenté sur la fig.3 comporte une bobine 5 qui peut actionner le jeu de contacts 6 prévu, par exemple, dans l'enroulement primaire du transformateur de haute tension. Elle est excitée par la source de courant 7 par l'intermédiaire d'un interrupteur sous forme d'une triode désignée par 8. La cathode de celle-ci est reliée à la borne négative de la source de courant 7, de sorte qu'elle coupe le courant allant à la bobine 5 si la grille est suffisamment négative par rapport à la cathode. La tension de la grille 9 est constituée par deux composantes, une composante positive et une composante négative. Cette dernière est--
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constante, mais réglable et est fournie par le condensateur 12, qui dérive sa charge d'un potentiomètre 14 relié à la batterie 13.
La composante positive de la tension de grille est variable et est constituée par la tension qui existe à la combinaison de la résis- tance 10 et du condensateur 11, ce qui fait que le courant i du tu- be à rayons X ou un courant proportionnel s'écoule. Lors de la mise en circuit du tube à rayons X, la tension qui existe aux bornes du condensateur 11 est zéro et le tube 8 est bloqué par suite de la tension négative du condensateur 12. Au cours du fonc- tionnement, la tension du condensateur 11 augmente conformément à l'expression T, dans laquelle C est la capacité du condensateur 11 et T le temps durant lequel le courant i s'écoule.
Pour un rap- port déterminé des tensions se contrariant, le tube 8 livrera passage au courant plus tôt ou plus tard selon la grandeur de la tension de polarisation qui existe aux bornes du condensateur 12 et cela conduira à la mise en circuit du relais 5. Par conséquent, lorsqu'on connait la tension de grille pour laquelle le tube 8 donne passage au courant pour la tension anodique appliquée, on peut donner aux diverses constantes du montage, c'est-à-dire l'inertie du relais,la résistance 10, la capacité du condensateur 11, ainsi que la tension du condensateur 12 des valeurs telles que la mise en circuit du relais 5 soit avancée d'un temps qui correspond à son temps naturel. Dès que le courant passant par la bobine du relais commence à s'écouler, les contacts 6 doivent être actionnés.
Pour cela une certaine force est nécessaire im- médiatement et le courant admis doit donc être immédiatement aussi fort que possible. C'est pourquoi on utilise, de préférence, un tube à atmosphère gazeuse.
Si, dans un tube de ce genre, l'amorçage s'effectue pour une tension de grille de 0 volt, la tension qui existe aux bornes du condensateur 12 doit être égale à la somme des tensions de la résistance 10 et du condensateur 11, c'est-à-dire, u12 = u10 + u11 (1)
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Dans cette équation, on peut indiquer la chute de tension produite aux bornes de la résistance 10 par u10 = iR (2) où R est la valeur de la résistance 10.
Comme on l'a déjà mentionné au début, la mise en circuit de l'interrupteur 5 doit être avancée de son temps naturel T.
Par conséquent, la tension de charge du condensateur 11 doit déjà être égale à la tension qui existe aux bornes du condensa- teur 12 après le temps t2 - T, si t2 est le temps pendant lequel le courant doit réellement traverser le tube. Si C est la capacité du condensateur 11, la tension u11 qui existe aux bornes de celui- ci peut donc être représentée par:
EMI6.1
Si l'on place les équations (2) et (3) dans l'équation (1), on obtient
EMI6.2
On peut utiliser cette équation pour la fixation de u12, c'est-à-dire de la tension réglable du condensateur 12, et pour la fixation de R, la valeur constante de la résistance 12.
Si, par exemple, R a une valeur telle que la condition
EMI6.3
soit remplie, il en résulte
EMI6.4
La résistance constante R n'est donc variable qu'avec le temps naturel du relais 5, c'est-à-dire avec sa construction et avec son fonctionnement, alors que la tension réglable qui existe aux bornes du condensateur 12 est proportionnelle au produit mAs voulu du courant traversant le tube. Il s'ensuit en outre que, pour tout temps d'exposition voulu (mAs), un réglage exact du potentiomètre 14 permet alors.d'effectuer la mise en circuit du relais d'une
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façon telle que l'inertie ne produise aucune déviation si la constante de temps RC de la combinaison .de la résistance 10 et du condensateur 11 est égale à l'inertie de l'interrupteur.
La compensation de l'inertie du relais au moyen d'une grandeur élec- trique offre l'avantage de pouvoir être effectuée avec une haute exactitude. Comme le courant d'excitation du relais 5 est fermé par un tube électronique exempt d'inertie, on évite ainsi, en outre, toutes sources d'erreurs possibles inhérentes aux inter- rupteurs mécaniques et pouvant provoquer des déviations consi- dérables pour les plus petits temps de couplage utilisés. La fixation du produit mAs à l'aide d'un réglage de la tension permet alors d'obtenir une haute exactitude, même pour les dif- férences les plus faibles.
On obtient les mêmes résultats avec un montage comme représenté sur la fig. 4. Dans ce cas, la résistance 10 et le condensateur 11 sont montés en série avec la bobine d'excitation du relais 5 et avec le tube électronique 8, dont la tension de polarisation négative est fournie par la batterie 13. Comme dans l'exemple de la fig.5 le condensateur 11 est chargé par le cou- rant du tube à rayons X ou par un courant proportionnel à celui- ci. Dans ce cas, son énergie provoque elle-même la mise en circuit du relais. On peut également faire varier le temps de couplage vou- lu (mAs) du relais à l'aide du condensateur 11, pourvu qu'on veille à ce que l'influence de l'inertie du relais soit éliminée en donnant à la résistance 10 une valeur conforme à la relation R = T/C. Le réglage des deux éléments s'effectue, de préférence, en
C commun.
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Current-time relay whose excitation circuit includes an electron tube.
The method according to the invention makes it possible, in electrically controlled switches, such as they are used, for example, in the form of current-time relays for X-ray apparatus, to eliminate the influence of inertia. switch to the actual coupling time.
It relates to all switches in which, after a determined period, a certain operating state must be eliminated. The process will be explained in more detail with reference to a problem which arises in the art of x-rays.
In radiographs, the blackening of the sensitive layer of a film or plaque varies with the milliampere product-
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seconds (mAs) of the current flowing through the x-ray tube, that is, to achieve the same blackening a relatively low current requires a longer exposure time than a high current. The current-time product required for a given object to be radiographed is generally known and it can be noted on usual exposure tables. In any x-ray machine, therefore, it is necessary, by means of suitable coupling devices, to ensure that exactly the required current-time product is obtained.
To this end, time switches have been constructed in which the desired milliampere-seconds product is distributed over milliamperes and seconds in such a way that a determined current is adjusted, while a suitably constructed clockwork mechanism , after expiration of the time corresponding to this current, actuates a switch whose movement interrupts the production of X-rays. These time switches have the drawback, however, that the desired milliampere-seconds product is only obtained if it is It is possible to maintain exactly the exposure time and whether the current really has the pre-adjusted intensity throughout the exposure time and, moreover, to keep this intensity constant. However, this is not always certain in X-ray machines.
The order of magnitude of the currents and times required is such that small, uncontrollable influences can even produce changes in one or both of the factors mentioned and cause an inadmissible deviation of the desired milliampere-seconds product.
X-ray devices are also known in which the excitation current of a relay is interrupted when the desired milliampere-seconds product is reached. The known devices operate in principle in accordance with an assembly such as that shown schematically in fig.l.
The tube circuit includes a mAs 1 relay which is used, once the pre-adjusted mAs product has been reached, to -open or close
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the circuit of a coil 2 and, consequently, to open the contacts 3 and to interrupt the primary winding of the transformer 4. Although these devices make it possible to avoid the aforementioned drawbacks of pure hourly assemblies, it manifests itself in this case another annoying influence, in particular the inertia of the relay.
The inertia of a relay is understood to mean the time T in seconds which elapses from the application of voltage to the coil until the opening of the contact actuated by the latter, that is to say - say until the actual interruption. Consequently, when the switching on is carried out at time tl and the opening of the contacts at time t2, the inertia of the relay is represented by
T = t2 - tl t2 being naturally greater than tl.
Using the graph shown in fig. 2, the importance of the inertia of the relay in establishing the mAs product will be explained. The figure shows the dependence of the product mAs on time. The straight line A passing through zero represents the relation between these two values for a current of determined intensity, the slope increasing with an increase in current. The current flowing through the tube can be, for example, 500 mAs and the required current-time product 20 mAs. It follows from fig. 2 that this product requires an exposure time of 0.04 sec. If the mAs switch 1 in fig. 1 is adjusted so as to interrupt, after expiration of said time, the current flowing through the coil of the relay, the actual exposure time would be increased by the natural time T of the relay.
Since T is usually of the order of magnitude of 0.01 sec., For the example chosen, an exposure time of 0.05 sec would be obtained. and the exposure of the film would be by 25 mAs instead of 20 mAs. As the natural time T is a constant value (in principle it only depends on the construction and operation of relay 2), the resulting error in the product mAs is, in percentage, large for small products. If, for example, this error is already 25%
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for a current of 500 milliamps and a mAs product of 20 mAs, this error is already increased by 50% for the same current and one. product of 10 mAs. It follows that the switching on of the relay must be brought forward by natural time T, i.e. it is already necessary to circuit at time t1 - T.
X-ray devices have been constructed in which, to compensate for this deviation, the mAs relay operates with a bias voltage which is selected in accordance with the inertia of the switch. However, it has been found in practice that these known devices do not provide the accuracy required for the desired mAs product.
The present invention overcomes these difficulties by ensuring that the time constant of a combination of a capacitor and a resistor inserted in the gate circuit or in the anode circuit of an electron tube, capacitor which is charged by the current passing through the X-ray tube or by a current proportional to the latter, ie equal to the inertia of the switch.
The invention will be better understood by referring to the appended drawings, given by way of non-limiting example, of which FIGS. 3 and 4 schematically represent two embodiments of the invention, the particularities which emerge both from the text and from the drawing making , of course, part of the invention.
The device shown in FIG. 3 comprises a coil 5 which can actuate the set of contacts 6 provided, for example, in the primary winding of the high voltage transformer. It is excited by the current source 7 through a switch in the form of a triode designated by 8. The cathode thereof is connected to the negative terminal of the current source 7, so that it cuts off the current going to coil 5 if the grid is sufficiently negative with respect to the cathode. The voltage of the gate 9 is formed by two components, a positive component and a negative component. The latter is--
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constant, but adjustable and is supplied by the capacitor 12, which derives its charge from a potentiometer 14 connected to the battery 13.
The positive component of the gate voltage is variable and is constituted by the voltage which exists at the combination of resistor 10 and capacitor 11, so that the current i of the x-ray tube or a proportional current flows. When switching on the x-ray tube, the voltage which exists across the capacitor 11 is zero and the tube 8 is blocked due to the negative voltage of the capacitor 12. During operation, the voltage of the capacitor 11 increases according to the expression T, where C is the capacitance of capacitor 11 and T the time during which the current i flows.
For a determined ratio of the opposing voltages, the tube 8 will pass the current sooner or later depending on the magnitude of the bias voltage which exists at the terminals of the capacitor 12 and this will lead to the switching on of the relay 5. Consequently, when we know the grid voltage for which the tube 8 gives passage to the current for the anode voltage applied, we can give the various constants of the assembly, that is to say the inertia of the relay, the resistance 10, the capacity of the capacitor 11, as well as the voltage of the capacitor 12 values such that the switching on of the relay 5 is advanced by a time which corresponds to its natural time. As soon as the current flowing through the relay coil begins to flow, contacts 6 must be actuated.
For this a certain force is immediately necessary and the admitted current must therefore be immediately as strong as possible. This is why preferably a gas-filled tube is used.
If, in a tube of this kind, the ignition takes place for a gate voltage of 0 volts, the voltage which exists at the terminals of the capacitor 12 must be equal to the sum of the voltages of the resistor 10 and of the capacitor 11, that is, u12 = u10 + u11 (1)
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In this equation, we can indicate the voltage drop produced across resistor 10 by u10 = iR (2) where R is the value of resistor 10.
As already mentioned at the beginning, the switching on of switch 5 must be brought forward by its natural time T.
Therefore, the charge voltage of the capacitor 11 must already be equal to the voltage which exists across the capacitor 12 after the time t2 - T, if t2 is the time during which the current must actually flow through the tube. If C is the capacitance of capacitor 11, the voltage u11 which exists across the latter can therefore be represented by:
EMI6.1
If we put equations (2) and (3) in equation (1), we get
EMI6.2
This equation can be used for the fixing of u12, that is to say of the adjustable voltage of the capacitor 12, and for the fixing of R, the constant value of the resistor 12.
If, for example, R has a value such that the condition
EMI6.3
is fulfilled, it results
EMI6.4
The constant resistance R is therefore variable only with the natural time of the relay 5, that is to say with its construction and with its operation, while the adjustable voltage which exists at the terminals of the capacitor 12 is proportional to the product desired mAs of current flowing through the tube. It also follows that, for any desired exposure time (mAs), an exact adjustment of the potentiometer 14 then makes it possible to switch on the relay of a
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such that the inertia does not produce any deviation if the time constant RC of the combination of resistor 10 and capacitor 11 is equal to the inertia of the switch.
The compensation of the inertia of the relay by means of an electrical quantity offers the advantage of being able to be carried out with high accuracy. As the excitation current of relay 5 is closed by an inertia-free electron tube, this also avoids all possible sources of errors inherent in mechanical switches and which may cause considerable deviations for the most common. small coupling times used. Fixing the mAs product with the help of a voltage adjustment then achieves high accuracy, even for the smallest differences.
The same results are obtained with an assembly as shown in FIG. 4. In this case, the resistor 10 and the capacitor 11 are connected in series with the excitation coil of the relay 5 and with the electron tube 8, whose negative bias voltage is supplied by the battery 13. As in the example of fig.5 the capacitor 11 is charged by the current of the x-ray tube or by a current proportional to the latter. In this case, its energy itself causes the relay to be switched on. It is also possible to vary the desired coupling time (mAs) of the relay using capacitor 11, provided that care is taken that the influence of the inertia of the relay is eliminated by giving resistor 10 a value conforming to the relation R = T / C. The adjustment of the two elements is preferably carried out by
Common C.