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Schaltungsanordnung zur Überwachung einer flöntgenröhre Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Grenzdaten zwecks
besserer -Ausnutzung einer Röntgenröhre durch Hessung einer einstellbaren Hochspannung
und des einstellbaren Röhrenstromes und ZufUhrung dieser Werte in eine Auswerteschaltung.
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Für zahlreiche Untersuchungsarten, z.B. für die-zerstörurlgsfreie
Werkstoffprüfung, sind sogenannte tragbare Halbwellenapparate gebaut worden, die
sich ganz wesentlich von den übrigen Röntgenanlagen unterscheiden. Während bei den
letzteren sehr schwere und umständlich zu handhabende Hochspannungsversorgungsgeräte
vorhanden sind, die also aus der Netzwechselspannung die entsprechende Gleichspannung
herstellen, handelt es sich bei den einfacheren tragbaren Halbwellenapparaten um
solche, bei denen die unmittelbar hinauftransfonnierte Netzwechselspannung bohne
nachträgliche besondere Gleichrichtung verwendet wird. Dabei ist es üblich, in einen
sogenannten Tank die Röntgenröhre einzubauen und dort entsprechend mit Ö oder einem
Gas elektrisch zu isolieren und zu kühlen. In diesem Tank sind ferner noch drei
Transformatoren angeordnet, und
zwar einer auf der Anodenseite und
einer auf der Kathodenseite, die zusammen also eine Halbwelle der Wechseispannung
wegen der Selbstgleichrichtung in der Röntgenröhre ausnutzbar machen; daher der
Name "Halbwellenapparat't. Der dritte Transformator ist der Heiztransformator.
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Zu Jedem Tank gehört bisher ein sogenannter Schaltkasten, Dieser besitzt
Netzanschluß, und in diesem sind mindestens zwei Meßkreis vorhanden, und zwar ein
Meßkreis zur Überwachung des Anodenstromes der Röntgenröhre, ein Meßkreis zur Überwachung
der im Tank primärseitig parallel geschalteten Hochspannungstransformatoren, denn
diese Spannung ist einstellbar.
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Da die Heizspannung ebenfalls den Anodenstrom bestimmt, genügt es,
nur den Anodenstrom der Röntgenröhre zu überwachen. Auf die Überwachung der Heizspannung
kann daher verzichtet werden0 Zwischen dem Schaltkasten und dem Halbwellenapparat
ist ferner noch eine Verbindung vorhanden, durch die Meßleitungen zur Überwachung
des Gasdruckes des Isoliermittels und der Temperatur im Tank hindurchgefXlrt sind
und die einem sogenannten Sicherheitskreis zugeordnet werden, um beirn Überschreiten
der zulässigen Werte die Hochspannung im Tankapparat abzuschalten.
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Meistens sind die Tanks auch noch mit einem Ventilator, der für eine
Umwälzung des Isoliermittels sorgt, und gegebenenfalls noch mit einem Betriebsstundenzähler
und Warnsystem versehen.
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Auch die hierfür erforderlichen Leitungen sind zwischen dem Tank und
dem Schaltkasten angeordnet, Innerhalb des Schaltkastens befinden sich je ein 0berwachungskreis
für die marx, zulässige Röhrenspannung (gemessen wird die Speisespannung der Hqchspannungstransrormatoren)
und für den max. zulässigen Röhrenstrom bei der marx, zulässigen Mochspannung an
der Röntgenröhre0 Da die Röhren sehr unterschiedliche Kenndaten aufweisen, wurde
bisher jeder bestimmten Rihrentype ein Schaltkasten zug;ecXrdnet,
der
zwar innerhalb einer Typenreihe ähnlich, Jedoch wegen der unterschiedlich eingestellten
und überwachten Grenzwerte für Strom und Spannung nicht auswechselbar warO Eine
Aufgabe der Erfindung besteht also darin, hier Abhilfe zu schaffen0 Viel wichtiger
ist jedoch die bisher bekannte - als sehr nach teilig empfundene - geringe Ausnutzung
der Röntgenröhre hinsichtlich der Kenndaten. Es war nämlich bisher üblich, eine
bestimmte, wie oben beschriebene Anordnung mit den beiden getren¢lten Überwachungskreisen
z*BO so auszulegen, daß die Röhre bis zu der zulässigen Hochspanrlung der Röhre
von beispielsweise 200 kV und bis zu einem Röhrenstrom betrieben werden konnte,
der dem höchstzulässigen bei marx, zulässiger Röhrenspannung, z.B. 5 mA, entspricht0
So war es nur möglich, bei dem gleichen Strom und geringeren Hochspannungswerten
die Röntgenröhre zu betreiben, jedoch war es nicht möglich, bei niedrigeren Spannungen
auch einen höheren Strom einzuschalten, der aufgrund der Röhrencharakteristik möglich
und zulässig ist (vgl. Fig0 3, Punkt B). Dadurch ging ein wesentlicher Anwendungsbereich
verloren, und der Zeitaufwand für die notwendige Bestrahlung des zu untersuchenden
Objektes war unnötig groß. Die zweite Aufgabe und damit die wesentliche Aufgabe
der Erfindung besteht also darin, Mittel anzugeben, durch die es möglich ist, die
Röntgenröhre unter voller Ausnutzung ihrer Grenzdaten zu betreiben0 Z-oBo kann aus
Gründen der Durchschlagsfestigkeit die höchste zulässige Spannung an der Röhre 200
kV sein (verglO Fig. 3, Punkt A).
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Der höchste zulässige Strom wird von den Röhrenherstellern aus Lebensdauergründender
Kathode angegeben (val. Figo 3, Punkt B), und zwischen diesen beiden Werten gibt
es die bekannte Grenzleistungshyperbei, deren Lage von der Temperatur auf der Anode
im Brennfleck bestimmt wird und bis zu der ebenfalls die Röhre betrieben werden
kann. Es ist also möglich, bei etwas geringeren Spannungen als der höchsten zulässigen
Spannung, dafür aber
bei etwas größeren Strömen, die Röhre zu betreiben
und damit die geringere Schwärzung des Filmmaterials bei Aufnahmen mit niedriger
Röhrenspannung teilweise wieder auszugleichen, so daß bei niedrig eingestellten
Röhrenspannungen eine schnellere Arbeitsweise möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgaben besteht bei einer Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Art nach der Erfindung die Auswerteschaltung aus einem Summierverstärker,
vor dem elektrische Mittel zur jeweils einzelnen Einstellung sowohl der Leistungsgrenze
als auch der Spannungs- und Stromgrenzen und hinter dem über z.B. einen Schmitt-Trigger
ein Relais angeordnet ist, dessen Schaltkontakt beim Überschreiten einer der drei
Grenzen betätigt wird.
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Weiterhin können an den einen Eingang des Summierverstärkers über
einen Gleichrichter die gemessene Hochspannung und über einen weiteren Gleichrichter
eine über beispielsweise Potentiometer eingestellte Spannung über einen Widerstand,
und die dem Röhrenstrom proportionale Spannung über einen Gleichrichter und über
einen weiteren Gleichrichter eine beispielsweise über Potentiometer eingestellte
Spannung über einen anderen Widerstand an -den gemeinsamen Eingang des Summierverstärkers
und an den anderen Eingang des Summierverstärkers die der Leistungsgrenze entsprechende
eingestellte Spannung angeschaltet sein. Auch können die elektrischen Mittel aus
an eine gemeinsame feste Bezugsgleichspannung zur Erzeugung von Bezugsspannungen
angeschalteten Potentiometern oder anderen elektronischen Hilfsmitteln bestehen.
Es kann auch der Schaltkontakt des Relais im sogenannten Sicherheitskreis der Anlage
eingeschaltet werden. Auch können anstelle eines Relais mit Schaltkontakt elektronische
Schaltmittel verwendet werden.
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Zur. Lösung der eingangs zuerst genannten Aufgabenstellung kann in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Auswerteschaltung im oder am Tank angeordnet
sein.
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Bei Einsatz der Erfindung kann also Jede Röntgenröhre bis an ihre
Grenzdaten heran voll ausgenutzt werden und da die entsprechende Auswerteschaltung
im oder am Tank angeordnet ist, können nunmehr für eine große Anzahl von Röhren
innerhalb einer Typenreihe Einheitsschaltkästen verwendet werden, die untereinander
vollständig gleich ausgebildet und daher universeller verwendbar sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 die Darstellung eines Tanks mit einem Schaltkasten,
Fig. 2 im Prinzip die im Tank und im Einheitsschaltkasten verwendeten Elemente,
und zwar einen Teil dieser, Fig. 3 zur Erläuterung der Röhrengrenzdaten eine grafische
Darstellung der Abhängigkeit des zulassigen Anodenstromes von der zulässigen Hochspannung
einer Röntgenröhre, Fig0 4 eine Schaltungsanordnung zur Lösung der Aufgaben nach
der Erfindung.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Tank, mit 2 ein Einheitsschaltkasten und mit
3 das Verbindungskabel zwischen diesen beiden Gegenständen bezeichnet. In dem Tank
1 ist eine Röntgenröhre angeordnet. Handräder 4 dienen der besseren Handhabung,
während beim Betrieb eine Platte 5 mit einem Austrittsfenster 6 für den Röntgenstrahl
an diesen Tank anmontiert ist. Im Einheitsschaltkasten-2 befindet sich ein Meßinstrument
7 zur Überwachung des Röhrenstromes und ein Meßinstrument 8 zur Überwachung der
Hochspannung an der Röntgenröhre. Mit dem Bedienungsknopf 9 kann diese Hochspannung
z.B. eingestellt werden, während z.B. der Bedienungsknopf 10 für die Einstellung
der lIeizspannung der Röntgenröhre vorgesehen ist und die mit dem Meßinstrument
7 über den Röntgenröhrenstrom überwacht werden kann.
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Fig. 2 zeigt oben links in der Zeichnung noch einmal schematisch
den Einheitsschaltkasten 2 und den Tank 1, und die in dieser Zeichnung dargestellte
Schaltungsanordnung gehört also auf der rechten Seite der gestrichelten Linie 11
in den Tank 1 und auf der linken Seite in den Einheitsschaltkasten 2.
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In dem Tank 1 sind also unter anderem die Röntgenröhre 12 angeordnet,
deren Anode 13 über einen Hochspannungstransformator 14 und deren Kathode 51 über
einen mit z.B. in gleicher Weise wie der Hochspannungstransformator 14 ausgebildeten
Hochspannungstranformator 15 verbunden sind. Die Primäranschlüsse der Hochspannungstransformatoren
14 und 15 sind parallel geschaltet und verlaufen an die Klemmen 16. Entsprechende
Klemmen sind auch im Schaltkasten 2 vorhanden.
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Dort befindet sich dann das Inst nent 8 sowie eine Grenzwert-Schalteinrichtung
52 zur Überwachung der Hochspannung.
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An die Klemmen 17 im Schaltkasten 2 kann eine Wechselspannung, z.B.
50 Hz, die z.B. von O hiS 220 V einstellbar ist, angelegt werden.
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Im Tank 1 befindet sich weiterhin noch ein lIeiztransformator 18,
dessen beiden Anschlußklemmen 19 ebenfalls in den Schaltkasten 2 verlaufen. An die
Klemmen 21 wird eine- Wechseispannung von 50 Hz, einstelibar z.B. von 60 bis 110
V, angeschaltet.
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Im Prinzip sind bei 22 Grenzwertmelder dargestellt, die über Klemmen
23 in den Schaltkasten 2 verlaufen und dort über ein entsprechendes Relais 24 zum
Abschalten der Hochspannung rühren, wenn ein Grenzwert überschritten wurde. In diese
Kontaktkette der Grenzwertmelder wird auch der in Fig. 4, 49, gezeichnete Relaiskontakt
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eingeschleift. Die Darstellung dieses
Kreises ist lediglich prinzipiell angedeutet. Sie zeigt jedoch, auf welche Weise
die Anlage beim Signalisieren einer Grenzwert-Überschreitung, also auch bei Uberschreiten
von Spannungs-, Strom- und Leistungsgrenzen, das Abschalten der Röhrenspannung veranlaßt
Über
die Leitung 34 verläuft der Anodenstrom der Röntgenröhre 12 an die Klemme 35, die
ebenfalls in dem Einheitsschaltkasten 2 vorhanden isto Dort wird mit dem Meßinstrument
7 der Anodenstrom gemessen und mit der Grenzwert-Schalteinrichtung 53 das Überschreiten
des eingestellten Maximal-Wertes überwacht0 Fig. 3 zeigt den zulässigen Anodenstrom
in Abhängigkeit von der zulässigen Hochspannung.
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Wie oben im Stand der Technik ausgefUhrt, war es bisher üblich, eineoben
dargestellte klordnung zu betreiben, zOBo bis zu der mit 26 dargestellten waagerechten
Linie für 5 mA und bis zu der senkrecht verlaufenden Linie 27 für den Hochspannungswert
von 200 kV. Wurde also bei den bekannten Anordnungen die Hochspannung zu kleineren
Werten hin verändert, dann konnte der Röhrenstrom 5 mA nicht erhöht werden.
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Das Gebiet oberhalb der Linie 26 wurde bisher nicht ausgenutzt, Erst
durch die Erfindung wird es möglich, bei geringeren Spannungen bis an die durch
die Kathodenlebensdauer begrenzte Heizleistung, also hier bis an den Grenzwert von
8 mA, heranzugehen, wie in Fig0 3 durch die waagerechte gestrichelte Linie 28 dargestellt.
Aber auch der zwischen den Linien 27 und 28 befindliche Bereich, der durch die Leistungshyperbel
29 begrenzt ist, kann nunmehr ausgenutzt werden.
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Fig. 4 zeigt hierzu eine Schaltungsanordnung. An den Klemmen 16 ist,
wie in Fig. 2 erläutert wurde, eine Spannung vorhanden, die der Hochspannung proportional
ist. Diese wird über einen Transformator 30 entsprechend herabtransformiert, mit
dem Gleichrichter 31 gleichgerichtet und auf einen Summierwiderstand 32 gegeben,
der an dem einen Eingang des Summierverstärkers 33 liegt0 An der Klemme 35 steht
eine Spannung, die dem Röntgenröhren-Anodenstrom direkt proportional ist, und diese
Spannung wird über einen Gleichrichter 36 an den Stromsummenwiderstand
37
gegeben, der ebenfalls mit dem oben genannten einen Eingang des Summierverstärkers
33 verbunden ist.
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An den Klemmen 38 liegt eine Gleichspannung von z.B. 50 V, die noch
durch einen Kondensator 39 geglättet wird. Zusammen mit dem Vorwiderstand 40 und
der Zenerdiode 41 wird eine konstante Spannung erzeugt, die an den nachgeschalteten
Potentiometern 42, 43 und 44 abgegriffen-werden kann. Eine Meßspannung, die der
an der Röhre liegenden Hochspannung z.B.
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200 kV proportional ist, wird über den Transformator 30, die Diode
31 und den Summierwiderstand 32 dem Summierverstärker 33 mit Gegenkopplungswiderstand
50 zugeführt. Eine dem Röhrenstrom von beispielsweise. 5 mA proportionale Spannung
etwa gleicher Größenordnung wie die an 32 liegende wird über. den Anschluß 35, die
Diode 36 und den Summierwiderstand 37 dem Summierverstärker zugeführt. Durch die
gewählte Einstellung einer Vergleichsspannung mittels Potentiometer 44 läßt es sich
erreichen,- daß der Summierverstärker 33 ein Signal an die Triggerschaltung 47 gibt
und das Relais 48 betätigt wird, sobald entweder die Spannung oder der Röhrenstrom
oder beide gleichzeitig über die vorgegebenen Werte 200 kV/5mA hinaus erhöht werden.
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Sinkt die über den Transformator 30 gemessene Spannung beispielsweise
um 10 % ab, so lhßt es sich durch entsprechende Dimensionierung der Summierwiderstände
32 und 37 erreichen, daß dieselbe Summen-Spannung bei 10 % höherem Röhrenstrom erreicht
wird. Damit wird es möglich, entlang einer linearisierten Leistungshyperbel das
Überschreiten dieser Leistungsgrenze zu überwachen.
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Soll die Aufgabe gelost werden, nicht nur entlang der linearisierten
Grenzleistungshyperbel die höchstzulässigen Ströme und Spannungen zu überwachen,
sondern auch die Funktionen des Schaltkastens mit zu übernehmen, die bisher durch
Spannungs-und Strom-Grenzwertschalteinrichtungen ausgeführt wurden, so sind zwei
weitere mit den Potentiometern 42 und 43 einstellbare Spannungen nötig.
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Die höchste zulässige Hochspannung läßt sich dadurch über wachen,
daß die mit dem Potentiometer 43 eingestellte Spannung einem an dem Anschluß 35
gemessenen Strom von beispielsweise 5 mA entspricht. Über der Diode 46 liegt demnach
unabhängig von dem tatsächlich fließenden Röhrenstrom ein Eingangssignal am Summierwiderstand
37, der dem zulässigen Maximalstrom bei der maximal zulässigen Spannung entspricht.
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Der höchste zulässige Röhrenstrom läßt sich analog zu den obigen Erläuterungen
mit einer von dem Potentiometer 42 abgegriffenen Spannung, die nach der Grenzleistungshyperbel
für den maximalen Röhrenstrom gerade noch zulässig ist, überwachen, Über der Diode
45 liegtdiese Spannung am Summierwiderstand 32 am Eingang des Summierverstärkers,
auch wenn die tatsächlich gemessene Spannung beliebig niedrig ist.
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Am Ausgang des Summierverstärkers 33 liegt beispielsweise ein Schiitt-Trigger
47 und dahinter ein Relais 48, dessen Schaltkontakt 49 im sogenannten Sicherheitskreis
(vgl. Fig, 2, Relais 24, Zuführung 23) angeordnet ist und dann wirksam wird, wenn
die zulässige Leistungsgrenze überschritten wird. Gegebenenfalls kann das Relais
48 unmittelbar hinter dem Summierverstärker 33 angeordnet werden.
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PATENTANSPRÜCHE: