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Einrichtung zur Messung und Begrenzung der Röhrenspannung bzw. des
Röhrenstromes an Röntgenapparaten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für Röntgenapparate,
insbesondere solche zur Materialdurchstrahlung, bei denen die Röntgenröhre und der
Hochspannungstransformator zu einer Einheit zusammengebaut sind. Ihre Anwendung
ist jedoch nicht auf solche Apparate beschränkt.
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Apparate dieser Art, die höchste zulässige Röhrenspannungen von beispielsweise
150 kV, bei anderen Typen bis 300 kV Scheitelwert besitzen, werden in der Regel
ortsbeweglich ausgeführt; sie müssen daher ein möglichst geringes Gewicht haben
und werden deshalb aus hochwertigem Material bei hoher elektrischer Beanspruchung
mit verhältnismäßig kleinem Sicherheitsgrad konstruiert. Sie sind demgemäß bei auftretenden
Überspannungen gefährdet.
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Die gebräuchliche Schaltung derartiger Apparate ist in Fig. 1 dargestellt,
in welcher der Einfachheit halber alle nicht zur Erläuterung unbedingt notwendigen
Teile fortgelassen sind. In dieser Figur bedeutet 1 den Regeltransformator, der
einerseits bei N an das Netz angeschlossen ist, andererseits die regelbare, der
Primärwicklung 2 des Hochspannungstransformators zugeführte Unterspannung liefert,
die mit einem Voltmeter 3 gemessen wird. Wegen der Gleichrichterwirkung der Röntgenröhre
4 fließt der Röhrenstrom, gemessen mit dem Meßgerät 5, nur in einer Halbwelle der
Wechselspannung; der Spannungsabfall tritt nur in dieser Halbwelle auf, so daß die
Ausgangsspannung der Hochspannungswicklung 6 in der unbelasteten Halbwelle höher
ist als in der Lasthalbwelle. Um die unbelastete Halbwelle auf die Spannung der
Lasthalbwelle herabzusetzen, wird häufig ein aus Selen-Trockengleichrichter und
parallel geschaltetem Widerstand bestehender richtungsabhängiger Widerstand 7 eingebaut.
Mittels des Schalters 8 kann die Röntgenröhre 4 unter Spannung gesetzt werden; der
Röhrenstrom wird mittels des Widerstandes 9 über den Heiztransformator 10 geregelt.
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Üblicherweise wird als Meßgerät 3 ein Weicheisenvoltmeter benutzt,
das die Effektivspannung anzeigt und das unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls
in kV des Scheitelwertes der Röhrenspannung geeicht ist.
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In der Praxis ist jedoch diese bekannte Anordnung insbesondere bei
Apparaten der geschilderten Art, die an verschiedenen Netzwiderständen und -kurvenformen
verwendet werden, keineswegs befriedigend. Nur für einen bestimmten Netzwiderstand
und z. B. sinusförmigeNetzspannung sowie einen bestimmten Röhrenstrom kann nämlich
erreicht werden, daß die Eichung des Effektivvoltmeters dem Scheitelwert der Röhrenspannung
in der Nutzhalbwelle entspricht.
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Bei abweichenden Netzwiderständen oder abweichenden Kurvenformen ist
unter Umständen ein erheblicher Fehler vorhanden. Ergeben die Verhältnisse, daß
die Röhrenscheitelspannung zu hoch ist, so kann der Apparat gefährdet sein. Aber
auch eine Abweichung nach niedrigen Spannungen ist unerwünscht, da bei der großen
Rufhärtung der Strahlungen, wie sie bei der Anfertigung von Röntgenaufnahmen in
der Materialdurchstrahlung auftritt, die Filmschwärzung der zwölften bis vierzehnten
Potenz der Spannung proportional ist, so daß Abweichungen in der Scheitelspannung
zu Unter- oder Überbelichtungen der Aufnahmen führen.
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Die Fig.2 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Spannungsmessung.
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Mit 2 ist wiederum die Unterspannungswicklung des Hochspannungstransformators
und mit 7 das richtungsabhängige Widerstandsglied zur Leerhalbwellenunterdrückung
bezeichnet.
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Mittels eines Gleichrichters 10 wird dafür gesorgt, daß der Kondensator
11 von geeigneter Größe auf die Nutzhalbwellenscheitelspannung aufgeladen wird,
die mit einem hochohmigen Gleichstromvoltmeter 12 gemessen wird. Eine solche Schaltungsanordnung
ist zur Messung von Spitzenspannungen aus der allgemeinen Meßtechnik bekannt.
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Ist Ü das Übersetzungsverhältnis des Hochspannungstransformators,
so ist die Scheitelspannung der Röhrennutzhalbwelle
worin U1 die mit dem Instrument 12 gemessene Scheitelspannung ist, j"""" der Scheitelwert
des Röhrenstroms und
der auf die Oberspannungsseite des Hochspannungstransformators umgerechnete Gesamtwiderstand
desselben.
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Verwendet man als Gleichrichter 10 einen Selengleichrichter, so kann
man erreichen, daß dessen Schwellen-
Spannung in seiner Durchlaßrichtung
so groß ist, daß er dem Betrag
entspricht. In diesem Falle ist die Anzeige richtig, wenn das kV-Meter die Eichung
@l - Ü besitzt.
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Bei veränderlichen Röhrenströmen kann man die nach Fig. 3 abgewandelte
Anordnung mit Vorteil verwenden. Hier ist ein Spannungswandler 13 eingefügt und
eine Rückführung des Röhrenstromes über den Widerstand 14 geeigneter Größe v orgenommen.
Die Spannung am Widerstand 14 ist der Spannung am Kondensator 11 entgegengeschaltet,
so daß das hochohmige Voltmeter 12, das die Skala Ü - U1 besitzt, bei jedem Röhrenstrom
die richtige Röhrenspannung anzeigt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, bei der neben der
Spannungsmessung eine Überspannungsbegrenzung vorgenommen wird, so daß also bei
geringfügiger Überschreitung des höchstzulässigen Scheitelwertes der Nutzhalbwelle
eine Abschaltung des Apparates bewirkt wird.
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Zu diesem Zweck ist bei einer Einrichtung zur Messung und Begrenzung
der Röhrenspannung bzw. des Röhrenstromes an Röntgenapparaten vorzugsweise zur Materialdurchstrahlung,
bei denen die im Halbwellenbetrieb arbeitende Röntgenröhre und der Hochspannungstransformator
zu einer Einheit zusammengebaut sind, und ein parallel zur Unterspannungswicklung
des Hochspannungstransformators liegender Kondensator mittels eines Gleichrichters,
z. B. eines Selengleichrichters, auf die Nutzhalbwellenscheitelspannung aufgeladen
wird, deren Größe ein hochohmiges Gleichstromvoltmeter anzeigt, gemäß der Erfindung
parallel zum Voltmeter ein hochohmiges, regelbares Potentiometer geschaltet, das
einen Kondensator auf eine einstellbare Teilspannung der vom Gerät gemessenen Scheitelspannung
aufzuladen gestattet, welcher Kondensator sich über die Spule eines Relais und über
eine Kaltkathodentriode entlädt und damit die Leistungszufuhr unterbricht.
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Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform nach der Erfindung.
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Parallel zu dem Voltmeter 12 ist ein hochohmiges Potentiometer 15
geschaltet, dessen regelbarer Abgriff gestattet, daß der Kondensator 16 auf eine
bestimmte Teilspannung von U1 aufgeladen wird. Der Kondensator 16 kann sich über
die Spule eines Relais 17 und über eine Kaltkathodenröhre entladen und das Relais
zum Anziehen bringen.
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Zweckmäßig verwendet man für die Röhre 18 eine Kaltkathodentriode,
bei der die Hilfselektrode 19 über einen Hochohm-Widerstand 20 mit der Kathode 21
verbunden ist. Die Zündspannung einer derartigen Anordnung ist außerordentlich konstant
und die Zündung verzögerungsfrei, da über die Strecke Anode 22 und Hilfselektrode
19 ein geringer Vorstrom fließt.
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Mittels des regelbaren Abgriffs auf dem Potentiometer 15 kann eingestellt
werden, bei welcher Spannung U1 die Auslösung des Relais 17 erfolgen soll, das den
Primärstrom über weitere, nicht dargestellte, weil an sich bekannte Mittel unterbricht.
Die Auslösespannung wird z. B. 5 °% höher als die zugelassene höchste Betriebsspannung
eingestellt.
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Es läßt sich mit einer im Prinzip gleichen Anordnung die Überschreitung
des zulässigen Röhrenstromes verhindern, indem man den Röhrenstrom über einen Widerstand
leitet, dessen Spannungsabfall einen Kondensator auflädt, der sich beim Überschreiten
eines gewissen Röhrenstromes über eine Kaltkathodentriode und ein Relais entlädt
und die Leistungszufuhr unterbricht.