Röntgengerät mit selbsttätiger Regelung des Röhrenstromes. Die Belastbarkeit (die Kilowattzahl) bei Röntgenröhren für Diagnostik ist von ver schiedenen Faktoren abhängig, wie z. B. von der Grösse des Brennfleckes, von der Art, wie die Wärme des Brennfleckes abgeleitet wird, von der Wärmekapazität der Anode und von dem Werkstoff, aus dem die Anode besteht.. Je länger die Belastung dauert, um so kleiner ist diese Belastbarkeit. Wenn eine Röntgen röhre während einer Sekunde höchstens mit N kW belastet werden darf, kann die Bela stung während 0,1 Sek z. B. 1,4 N betragen, während eine Belastung, welche 5 Sek. an dauert, z. B. nicht über 0,6 N kW hinaus gehen darf.
Die Zahl N kann für verschie dene Röhrenarten wesentlich verschieden sein; im allgemeinen liegt sie zwischen 5 und 20. Aber auch die von der Zeit abhängigen Fak toren (im erwähnten Beispiel 1;4 für 0,1 Sek. und 0,6 für 5 Sek.) gehen für die verschiede nen Röhrenarten verhältnismässig stark aus einander.
Neuere Röntgengeräte besitzen eine Regel vorrichtung für die Belastungsgrössen der Röhre, durch welche die Röhrenbelastung selbsttätig mit der Belastungskennlinie in Übereinstimmung gebracht wird. Hierbei wird der Strom in Abhängigkeit von der Bela stungsdauer und von der meist zwischen 50 und 100 kV regelbaren Röhrenspannung ein gestellt..
Die schaubildliche Fig. 1 der Zeichnung ist eine dreidimensionale, graphische Darstel- lung der Belastbarkeit einer Röntgenröhre. Die Ordinate eines jeden Punktes der gewölb ten Oberfläche ABCD ist ein Mass für die höchstzulässige Stromstärke bei einer Span nung und während einer Zeit, deren Werte durch die Abstände von den beiden senkrech ten Koordinatenebenen bedingt sind. Man ist bestrebt, mittels der von der selbsttätigen Regelvorichtung eingestellten Stromstärke, die durch diese Ebene bedingten Werte ange nähert zu erreichen.
Dies wird in der Praxis unter Zuhilfenahme eines veränderlichen Widerstandes im Primärstromkreis des Heiz- transformators oder auch durch die Einschal tung einer Spannungsquelle durchgeführt, welche die \Virkung des Heiztransformators unterstützt. oder schwächt. Das Regelorgan dieses Widerstandes oder die Schalter, mittels deren diese Spannungsquelle eingeschaltet wird, werden mit dem Spannungs- oder dem Belastungsdauerregelorgan oder auch mit beiden gekoppelt.
Die Regelung der Stromstärke wird meistens stufenweise durchgeführt. Fig. 1 ver anschaulicht, wie in diesem Fall die verschie denen Stufen gewählt sein können, und zwar in drei Stufen nach Massgabe der gewählten Zeit, so da.ss die Stromstärke auf neun Werte einstellbar ist.
Nun ist die Wirkung der Röntgenstrahlen auf den photographischen Film, also die Schwärzung, annähernd proportional mit _T. <I>t.</I><B>_UP,</B> wenn<I>I</I> die Röhrenstromstärke,<I>t</I> die Belastungsdauer und U die Rönt.genröhren- spannung darstellen. p ist ein Exponent, der erfahrungsgemäss zwischen 4 und 6 liegt. Die Faktoren<I>I. t</I> (ausgedrückt in mA. sek) und Z' (ausgedrüekt in kV) sind also die Grössen, durch welche die geeignetste Belichtung des Films bedingt ist.
Es ist eine Unvollkommenheit der meisten Röntgengeräte, dass die Röhrenspannung bei Änderung des Milliamperesekunden-Produktes nicht konstant bleibt. Die Ursache dafür liegt an den innern Widerständen des Hoehspan- nungsgenerators und des Speisenetzes. Selbst wenn eine selbsttätige Regelung entsprechend der Fläche ABCD der Fig. 1 (für Nullast) ganz erfüllt würde, führte der Spannungs verlust im Gerät eine Verringerung der Röh renspannung herbei.
Dieser übt einen sehr starken Einfluss auf die Schwärzung aus, da diese durch die vierte Potenz von U bedingt ist. 1Tm mit zwei verschiedenen Geräten bei gleicher Einstellung der Belastungsgrössen photographische Röntgenbilder herzustellen, die in gleichem Masse geschwärzt sind, ist es somit erforderlich, die tatsächlich auftreten den Röhrenspannungen zu kennen.
Deren Ermittlung ist jedoch meistens nur unter Zuhilfenahme von Eichkurven möglich. Man hat zwar versucht, den Spannungsverlust zu verringern, indem der innere Widerstand des Gerätes klein gehalten wurde. Dieses Ver fahren führt nicht nur zu grossem Material aufwand und kann infolge des niedrigen Wer tes des Widerstandes zu Schäden in der Röhre führen, wenn in ihr Störungen auftreten, sondern es hat auch nur eine mangelhafte Wirkung, wenn das Speisenetz einen hohen Widerstand besitzt.
Es ist. auch vorgeschlagen worden, die tatsächlich auftretende Röhrenspannung mit tels einer Anzeigevorrichtung ablesbar zu machen, indem von dem Wert der Nullast- spa.nnung ein Betrag abgezogen wurde, wel cher der Stärke des Röhrenstromes propor tional ist. Die auf diese Weise erzielten Er gebnisse können nur genau sein, wenn es sieh um einen Spannungsverlust handelt, der pro portional mit der Röhrenstromstärke ist, was bei einem Netz mit erheblichem Widerstand, wie in der Praxis meistens vorgefunden wird, nicht der Fall ist.
Aus demselben Grunde ergeben sich durch Ausgleich des Spannungsverlustes, indem eine mit dem Strom proportionale Korrektions- spannung an den Primärkreis gelegt wird, keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Wie aus Fig. 1 ersichtlieh, muss diese Korrektionsspan- nung im übrigen noch je nach der gewählten Spannung und Zeit verschieden gewählt wer den.
Bei jeder bekannten Massnahme zum Aus gleich oder zur Anzeige des Spannungsver lustes, bei der von der Stärke des Röhren stromes ausgegangen wird, wurde stets ange nommen, dass der Netzwiderstand vernach- lässigbar ist. In der Praxis ist dies nun ein mal nicht der Fall, und aus diesem Grunde mussten die bisher versuchten Lösungen einen Misserfolg erleiden.
Die Erfindung schafft. mit geringen Kosten Verbesserung in dieser Hinsicht. Bei der Erfindung wird der Spannungsverlust berücksichtigt und ihr liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der Spannungsverlust bei einem bestimmten Verhältnis zwischen dem (von dem Netz aus gesehen) vor dem die Spannung regelnden Spartransformator liegenden Wi derstand und dem auf diesen Transformator folgenden Widerstand im ganzen Regelbereich der Spannung annähernd konstant. ist, wenn die Leistung, mit der die Röhre belastet wird, konstant gehalten wird.
Es ergibt. sich, dass dies die Möglichkeit bietet, den Spannungs- verlust im ganzen Bereich der Spannungs regelung nahezu auszugleichen, indem die Primärspannung des Hochspannungstransfor mators um einen von der Leistung abhängigen Betrag erhöht. wird.
Der Grundsatz dieses Spannungsausglei ches soll durch nachstehende Auseinander setzungen näher erläutert werden.
Fig. 2 stellt das stark vereinfachte Schalt bild der Spannungsquelle eines Röntgenge rätes dar. Darin bezeichnen T, den Spar transformator und T2 den Hochspannungs transformator. UN bezeichnet die Netzspan nung und R@;
den -Widerstand des Netzes bis zum Spartransformator, RA den auf die Aus gangsseite übertragenen Widerstand des Spartransformators und RF, den auf die Hochspannungsseite des Hoehspannungstrans- formators übertragenen Widerstand dieses Transformators einschliesslich der etwaigen Gleichriehterröhren. des Spartransformators, durch dessen Varia
EMI0003.0005
ist das Übersetzungsverhältnis tion die Spannung an der Röntgenröhre N ariiert wird.
EMI0003.0008
ist das konstante Übersetzungs verhältnis des Hochspannungstransformators.
Der Gesamtwiderstand der Schaltung be zogen auf die Hochspannungsseite des Trans formators T.. wird wie folgt berechnet
EMI0003.0011
Wird XR als Funktion der Spannung U#_ aufgetragen, so ergibt sich die Summe einer konstanten Komponente R1, -I- RAXH und einer quadratischen Komponente
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hie sie in Fig. 3a dargestellt ist. Der Regelbereieh, in dem bei einer be stimmten Belastung (kW) der Spannungs verlust I. R konstant sein soll und der sich z.
B. von 50 bis 100 kV für U2 erstreckt, ist. in Fig. 3a aufgetragen. Die Grenzwerte dieses Bereiches sind<I>I</I> und II. Da die Be lastung konstant sein muss, ändert sich über dieser Strecke die Stromstärke um einen Fak tor 2, wie dies in Fig. 3b angedeutet ist.
Damit der Spannungsverlust über die ganze Regelstrecke konstant wird, muss zu nächst das Produkt<I>I. R</I> für den Punkt<I>I</I> gleich dem für den Punkt II gültigen Pro dukt sein. Nennt man den niedrigsten Wert der Röhrenspannung in dem Gebiet, in dem mit einem konstanten Spannungsverlust ge regelt werden muss, 1T2. und den Höchswert TT21, und die zu diesen Spannungen gehören den Röhrenströme 1" und I1, (zwischen denen also die Beziehung bestehen soll) dann kann die Bedingung
EMI0003.0033
1.
R = konstant für die beiden Punkte, also konstanter Span nungsverlust, wie folgt geschrieben werden:
EMI0003.0035
und bei Einsetzen von
EMI0003.0036
ergibt sich
EMI0003.0037
Der Faktor T;2.. U211 kann einem Wert von etwa 15.108 bis 30.10g Volt2 entSpre- ehen.
Unter diesen Bedingungen ergibt sieh, wenn als Parameter die Belastung N ange nommen wird, dass, wie aus Fig. 4 ersicht lich ist., die mit Tj H bezeichnete Röhrenspan nung als Funktion der Primärspannung Ui des Hochspannungstransformators einen ge radlinigen Verlauf aufweist.
Bei obergang von der Belastung NO zu einer höheren Be lastung Ni, N", N3 muss die Spannung Ui um die Beträge d U1 oder<I>8</I> U#, bzw. d U3, welche den jeweiligen Spannungsverlusten ent sprechen, geändert werden. Die Verluste sind annähernd unabhängig von der Höhe der Röhrenspannung.
Fig. 5 stellt den Verlauf der den Span- nungsverlust kompensierenden Hilfsspannung <I>8 T'</I> als Funktion der Belastung<I>N</I> für ein bestimmtes, passend bemessenes Netz dar, und zwar für ein solches, dass die meisten Netze durch einen Ballastwiderstand in Überein- stimmeng mit ihm gebracht werden können. In der Praxis ist solches passendes Netz z. B. durch einen innern Widerstand von 1 Ohm und eine Spannung von 380 Volt oder 0,30 Ohm und 220 Volt -charakterisiert. Die innern Widerstände des Gerätes sind dabei absicht lich derart bemessen, dass die Gleichung (1) erfüllt wird.
'Sind diese Bedingungen erfüllt, so kann der Spannungsverlust auf einfache Weise ausgeglichen werden. Da sich die Leistung, mit der die Röntgenröhre belastet wird, mit der Belastungsdauer ändern muss, braucht nur das Zeiteinstellorgan mit einem entspre- ehenden Organ zur Regelung der Hilfsspan nung gekoppelt zu werden. Dies wird an Hand der Fig. 5 näher erläutert. Beispiels weise ist die Belastung IV I, bei der kürzesten zu wählenden Belastungszeit derart bemessen, dass zum Ausgleich des Spannungsverlustes der Betrag<I>8</I> LT" hinzugesetzt werden muss.
Mit wachsender Zeit sinkt die Leistung bis auf die mit NL bezeichnete herab, welche der längsten Zeit entspricht und zu der zum. Aus gleich die Spannung d LTL zugesetzt werden muss.
Um die technischen Mittel zur Durehfüh- rung der Regelung und die zu schaltende Lei stung klein zu halten, wird die Ausgleichs spannung in eine konstante Komponente A und eine mit. der Zeit zwischen <I>-B</I> und<I>+B</I> veränderliche Komponente zerlegt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn wenigstens zwei Röhren für verschiedene Leistung an dasselbe Speisegerät. angeschlossen werden sollen. Dies wird an Hand der Fig. 6 näher erläutert.
Angenommen, dass für zwei verschieden be lastbare Röhren der Spannungsverlust ausge glichen werden soll, so kann, ohne einen Urossen Fehler zu machen, die mit der Zeit veränderliche Komponente B konstant gehal ten und nur die Komponente 11 bzw. 4. ent sprechend der in Betrieb genommenen Röhre gewählt werden.
Nachstehend wird noch eine einfachere Ableitung der Tatsache, dass es möglich ist, den Spanniingsverhist über den ganzen Regelbereich nahezu konstant zu halten, gege ben. Hierbei wird der Widerstand vor dem Spartransformator als R1 (also einschliesslich des Netzwiderstandes) und die Summe aller hinter diesem Transformator vorhandenen 'auf die Primärseite des Hochspannungstrans formators reduzierten Widerstände als R2 angenommen.
Wird weiter die Netzspannung mit El und die Sekundärspannung des Regel- (Spar)transformatol:s mit. E2 und weiter die Primär- und Sekundärstromstärken des Regeltransformators mit Il bzw. I2 bezeich net, so ist der Gesamtspannungsverlust dE2 angenähert gleich
EMI0004.0039
Bei einer bestimmten Leistung N=EIII <I>=</I> E2 I2 ist.
dann
EMI0004.0043
wobei a = E12. R2/11.
Wird nur E2 von E,nin bis En,", geregelt, so wird E2 <I>+</I> a/E2 nahezu konstant sein, wenn a = En,in .
Ei.." also wenn
EMI0004.0055
Sowohl für En,in als auch für En,", ist dann der Spannungsverlust dE2 <I>=</I> NRl/E12 (Ernie + Emat)- Zwischen E",i" und Enr"l hat dE.. einen Min destwert, und zwar bei in der Grösse von
EMI0004.0064
EMI0004.0065
Für den vorstehend bereits betrachteten Fall, wo En,in = 12 Ema" (Regelung zwischen 50 und 100 kV)
verhalten sieh die grössten und kleinsten Werte von dE2 wie 3:2
EMI0004.0072
Es besteht also nur 7 % Unterschied zwischen diesen Werten.
Wenn die Röhrenspannung von 70 bis 100 kV Maximalwert geregelt wird, was 35 bis 70 kVeff entsprieht, ist Emirs . Emax = 25 . 108 Volt2. Zwischen 45 und 90 kV wird dieses Produkt 20.108 Volt2.
Ein (vereinfachtes) Schaltbild eines Rönt gengerätes gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Fig. 7 dargestellt. hierbei ist ein Gerät mit zwei Röhren ver- sehiedener Belastbarkeit angenommen.
Zunächst muss dafür gesorgt werden, dass der Röhrenstrom als Funktion der Bela stungszeit und der Röhrenspannung den bei spielsweise in Fig. 1 durch die Oberfläche ABCD angegebenen Verlauf hat. Zu diesem Zweck sind sowohl auf der Welle 1, mit der die Spannung, als auch auf der Welle 2, mit tels der die Zeit geregelt wird, Regelwider stände 3 und 4 angebracht, deren Verlauf derart bemessen ist, dass diese Bedingung er füllt ist.
Ein Regelwiderstand 5 dient. weiter zum Einschalten eines für eine jede der zwei Röh ren geeigneten Widerstandes in den Heiz stromkreis. Der Heizstrom für die Kathoden der Röntgenröhren 17 und 18 wird vom Heiz- Ntromtransformator 19 geliefert. Dieser wird auf übliehe Weise über eine Spannungsstabi- lisiervorriehtung 6 vom Spartransformator 7 gespeist.
Es ist zweckdienlich, die beiden Röhren (gegebenenfalls auch Röhren, die weiter noch vorhanden sein sollten) nach geo metrisch gleiehen Stromspannungskennlinien zu belasten, das heisst, der Röhrenstrom wird bei beiden Röhren derart von der selbsttäti gen Vorrichtung geregelt, dass bei jeder Bela stungszeit das Verhältnis zwischen den Be lastungen (kW) das gleiche ist. Dies.ist des halb vorteilhaft, weil dann die Anzeige des Produktes<I>I . t</I> (inAmp. sek) auf einer ein zigen logarithmischen Skala durchführbar ist.
Verschiedenheiten in der Belastbarkeit der Röhren werden dabei berücksichtigt, indem die Skala oder der Anzeiger um ein Mass verschoben wird, dessen Grösse vom Ver hältnis der Belastungen abhängt. Der Spartransformator 7 ist an das Netz 8 angeschlossen. Ein Widerstand 9 soll den Netzwiderstand auf den erwünschten Wert bringen. Ein Regler 10 soll bei Spannungs- sehwankungen im Netz dem Spartransforma tor die richtige Spannung zuführen. Diese ist an einem Voltmeter 11 ablesbar.
Der Hochspannungsgenerator besteht aus dem Transformator 12, dessen Sekundärwech selstrom über Gleichrichterröhren 13 in Gleichstrom umgewandelt und über die Arme 11 und 15 eines Umsehalters wahlweise einer der beiden Röntgenröhren 17 und 18 zuge führt wird.
Das Zusetzen der Hilfsspannung dU zum Ausgleichen des Spannungsverlustes vollzieht sich wie folgt. Die Komponente A wird un mittelbar einer auf dem Regel(Spar)trans- formator vorgesehenen Hilfswicklung 20 ent nommen. Die Komponente B wird einer _NV ieklung 22 entnommen, und zwar mittels eines Regelorgans 21, das mit dem Zeitwäh ler gekuppelt ist. Die Wicklung 22 ist an den Regeltransformator angeschlossen. Die Kom ponente B wird über einen Transformator 23 zu der an der Primärwicklung des Hochspan nungstransformators wirksamen Spannung zu gesetzt. Die Ein- und Ausschaltung des Stro mes (beim Anfang bzw.
Ende der Belastung) vollzieht sich mittels des elektromagnetisch betätigten Schalters 24, dessen Erregerstrom \-oin Zeitsehalter 25 gesteuert wird.
X-ray device with automatic control of the tube current. The load capacity (the number of kilowatts) of X-ray tubes for diagnostics depends on various factors, such as: B. on the size of the focal spot, on the way in which the heat of the focal spot is dissipated, on the heat capacity of the anode and on the material from which the anode is made. The longer the load, the lower this load capacity. If an X-ray tube may be loaded with a maximum of N kW for one second, the load can be for 0.1 sec. B. 1.4 N, while a load that lasts 5 seconds. B. must not go beyond 0.6 N kW.
The number N can be significantly different for different types of tubes; In general, it is between 5 and 20. However, the time-dependent factors (in the above-mentioned example 1; 4 for 0.1 sec. and 0.6 for 5 sec.) are relatively different for the various types of tubes .
Newer X-ray machines have a regulating device for the load sizes of the tube, by means of which the tube load is automatically brought into agreement with the load characteristic. The current is set depending on the duration of the load and the tube voltage, which can usually be regulated between 50 and 100 kV.
The diagrammatic FIG. 1 of the drawing is a three-dimensional, graphic representation of the loading capacity of an X-ray tube. The ordinate of each point of the arched surface ABCD is a measure of the maximum permissible current strength at a voltage and during a time, the values of which are determined by the distances from the two perpendicular coordinate planes. The aim is to achieve the values required by this level by means of the current intensity set by the automatic control device.
In practice, this is done with the aid of a variable resistor in the primary circuit of the heating transformer or by switching on a voltage source which supports the operation of the heating transformer. or weakens. The control element of this resistor or the switch by means of which this voltage source is switched on are coupled to the voltage or the load duration control element or to both.
The amperage is usually regulated in stages. Fig. 1 shows how in this case the various stages can be selected, namely in three stages according to the selected time, so that the current intensity can be set to nine values.
The effect of the X-rays on the photographic film, i.e. the blackening, is approximately proportional to _T. <I>t.</I> <B> _UP, </B> if <I> I </I> represent the tube current, <I> t </I> the duration of the load and U the X-ray tube voltage. p is an exponent that, based on experience, lies between 4 and 6. The factors <I> I. t </I> (expressed in mA. sec) and Z '(expressed in kV) are therefore the quantities that determine the most suitable exposure of the film.
It is an imperfection of most X-ray machines that the tube voltage does not remain constant as the milliampere second product changes. The reason for this is the internal resistance of the high voltage generator and the supply network. Even if an automatic control corresponding to the area ABCD of FIG. 1 (for zero load) would be completely fulfilled, the voltage loss in the device led to a reduction in the tube voltage.
This has a very strong influence on the blackening, as this is caused by the fourth power of U. 1Tm to produce photographic X-ray images that are blackened to the same extent with two different devices with the same setting of the load values, it is therefore necessary to know the tube voltages that actually occur.
However, their determination is usually only possible with the aid of calibration curves. Attempts have been made to reduce the voltage loss by keeping the internal resistance of the device small. This process not only leads to a large amount of material and can lead to damage in the tube due to the low value of the resistance if faults occur in it, but it also only has a poor effect if the feed network has a high resistance.
It is. It has also been proposed to make the tube voltage actually occurring readable by means of a display device by subtracting an amount from the value of the no-load voltage which is proportional to the strength of the tube current. The results achieved in this way can only be accurate if it is a voltage loss that is proportional to the tube current strength, which is not the case in a network with considerable resistance, as is usually found in practice.
For the same reason, compensating for the voltage loss by applying a correction voltage proportional to the current to the primary circuit does not produce satisfactory results. As can be seen from FIG. 1, this correction voltage must also be selected differently depending on the voltage and time selected.
For every known measure to compensate for or display the voltage loss, which is based on the strength of the tube current, it was always assumed that the network resistance is negligible. In practice this is not the case, and for this reason the solutions tried so far had to suffer a failure.
The invention creates. with little cost improvement in this regard. In the invention, the voltage loss is taken into account and it is based on the knowledge that the voltage loss at a certain ratio between the resistance in front of the autotransformer regulating the voltage and the resistance following this transformer in the entire control range the voltage almost constant. is when the power with which the tube is loaded is kept constant.
It results. That this offers the possibility of almost compensating for the voltage loss in the entire voltage regulation area by increasing the primary voltage of the high-voltage transformer by an amount that depends on the power. becomes.
The principle of this tension equalization is to be explained in more detail by the discussion below.
Fig. 2 shows the greatly simplified circuit diagram of the voltage source of a Röntgenge advises. Therein T, the savings transformer and T2 denote the high-voltage transformer. UN denotes the mains voltage and R @;
the resistance of the network up to the autotransformer, RA the resistance of the autotransformer transferred to the output side and RF the resistance of this transformer transferred to the high-voltage side of the high-voltage transformer including any rectifier tubes. of the autotransformer, through its varia
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is the transmission ratio tion the voltage at the X-ray tube is N ariated.
EMI0003.0008
is the constant transmission ratio of the high voltage transformer.
The total resistance of the circuit based on the high voltage side of the transformer T .. is calculated as follows
EMI0003.0011
If XR is plotted as a function of the voltage U # _, the result is the sum of a constant component R1, -I- RAXH and a quadratic component
EMI0003.0017
as shown in Fig. 3a. The control range in which the voltage loss I. R should be constant at a certain load (kW) and the z.
B. extends from 50 to 100 kV for U2 is. plotted in Fig. 3a. The limit values of this range are <I> I </I> and II. Since the load must be constant, the current intensity changes by a factor 2 over this distance, as indicated in FIG. 3b.
So that the voltage loss is constant over the entire controlled system, the product <I> I. R </I> for point <I> I </I> be the same as the product valid for point II. One calls the lowest value of the tube voltage in the area, in which it is necessary to regulate with a constant voltage loss, 1T2. and the maximum value TT21, and the tube currents I "and I1 belong to these voltages (between which the relationship should exist) then the condition
EMI0003.0033
1.
R = constant for the two points, i.e. constant voltage loss, can be written as follows:
EMI0003.0035
and when inserting
EMI0003.0036
surrendered
EMI0003.0037
The factor T; 2 .. U211 can correspond to a value of around 15.108 to 30.10g Volt2.
Under these conditions, if the load N is assumed as the parameter, as can be seen from FIG. 4, the tube voltage labeled Tj H has a straight curve as a function of the primary voltage Ui of the high-voltage transformer.
In the transition from the NO load to a higher Ni, N ", N3 load, the voltage Ui must be increased by the amounts d U1 or <I> 8 </I> U #, or d U3, which correspond to the respective voltage losses, The losses are almost independent of the level of the tube voltage.
5 shows the course of the auxiliary voltage <I> 8 T '</I> compensating for the voltage loss as a function of the load <I> N </I> for a certain, suitably dimensioned network, namely for one that most nets can be brought into conformity with it by a ballast resistor. In practice, such a suitable network is e.g. B. characterized by an internal resistance of 1 ohm and a voltage of 380 volts or 0.30 ohms and 220 volts. The internal resistances of the device are intentionally dimensioned in such a way that equation (1) is fulfilled.
If these conditions are met, the voltage loss can be compensated for in a simple manner. Since the power with which the X-ray tube is loaded must change with the duration of the load, only the time setting element needs to be coupled with a corresponding element for regulating the auxiliary voltage. This is explained in more detail with reference to FIG. For example, the load IV I, with the shortest load time to be selected, is dimensioned such that the amount <I> 8 </I> LT "must be added to compensate for the voltage loss.
With increasing time, the power drops down to the one labeled NL, which corresponds to the longest time and to the. To compensate for the voltage d LTL must be added.
In order to keep the technical means for performing the regulation and the power to be switched small, the equalizing voltage is divided into a constant component A and a constant component. the time between <I> -B </I> and <I> + B </I> decomposed variable component. This is particularly advantageous when at least two tubes for different power are connected to the same power supply. should be connected. This is explained in more detail with reference to FIG. 6.
Assuming that the voltage loss is to be compensated for two differently loadable tubes, component B, which changes over time, can be kept constant and only component 11 or 4 is in operation without making a major mistake taken tube can be selected.
A simpler derivation of the fact that it is possible to keep the tensioning ratio almost constant over the entire control range is given below. Here, the resistance in front of the autotransformer is assumed to be R1 (including the network resistance) and the sum of all the resistances present behind this transformer, reduced on the primary side of the high-voltage transformer, as R2.
If the mains voltage continues with El and the secondary voltage of the control (spar) transformer: s with. E2 and further the primary and secondary currents of the regulating transformer with I1 and I2, respectively, the total voltage loss dE2 is approximately the same
EMI0004.0039
At a certain power N = EIII <I> = </I> E2 I2.
then
EMI0004.0043
where a = E12. R2 / 11.
If only E2 is regulated from E, nin to En, ", then E2 <I> + </I> a / E2 will be almost constant if a = En, in.
Eh .. "so if
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For both En, in and En, ", the voltage loss is then dE2 <I> = </I> NRl / E12 (Ernie + Emat) - between E", i "and Enr" l, dE .. has a min minimum value, namely in the size of
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For the case already considered above, where En, in = 12 Ema "(regulation between 50 and 100 kV)
behave see the largest and smallest values of dE2 as 3: 2
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So there is only a 7% difference between these values.
If the tube voltage is regulated from 70 to 100 kV maximum value, which corresponds to 35 to 70 kVeff, is emirs. Emax = 25. 108 volts2. Between 45 and 90 kV this product becomes 20,108 volts2.
A (simplified) circuit diagram of an X-ray device according to an embodiment of the invention is shown in FIG. a device with two tubes with different load capacities is assumed here.
First of all, it must be ensured that the tube current as a function of the loading time and the tube voltage has the curve indicated by the surface ABCD in FIG. 1, for example. For this purpose, both on shaft 1, with which the voltage, and on shaft 2, with means of which the time is regulated, control resistors 3 and 4 are attached, the course of which is dimensioned such that this condition is met.
A rheostat 5 is used. further to switch on a resistor suitable for each of the two tubes in the heating circuit. The heating current for the cathodes of the X-ray tubes 17 and 18 is supplied by the heating transformer 19. This is fed in the usual way via a voltage stabilizing device 6 from the autotransformer 7.
It is advisable to load the two tubes (possibly also tubes that should still be present) according to geometrically uniform current voltage characteristics, i.e. the tube current is regulated by the automatic device in both tubes in such a way that the Ratio between loads (kW) is the same. This is advantageous because then the display of the product <I> I. t </I> (inAmp. sec) can be carried out on a single logarithmic scale.
Differences in the load capacity of the tubes are taken into account by shifting the scale or the indicator by an amount, the size of which depends on the ratio of the loads. The autotransformer 7 is connected to the network 8. A resistor 9 is intended to bring the network resistance to the desired value. A regulator 10 should supply the autotransformer with the correct voltage in the event of voltage fluctuations in the network. This can be read on a voltmeter 11.
The high-voltage generator consists of the transformer 12, whose secondary alternating current is converted into direct current via rectifier tubes 13 and optionally one of the two X-ray tubes 17 and 18 is supplied via the arms 11 and 15 of a Umsehalters.
The addition of the auxiliary voltage dU to compensate for the voltage loss takes place as follows. The component A is taken directly from an auxiliary winding 20 provided on the regulating (economy) transformer. The component B is taken from a _NV ieklung 22, specifically by means of a control element 21 which is coupled to the timer. The winding 22 is connected to the regulating transformer. The component B is set via a transformer 23 to the voltage acting on the primary winding of the high-voltage transformer. Switching the power on and off (at the beginning or
End of the load) takes place by means of the electromagnetically actuated switch 24, the excitation current of which is controlled in the timer 25.