DE407939C

DE407939C - Control device for the temperature of the glow cathode in discharge tubes

Info

Publication number: DE407939C
Application number: DEI21656D
Authority: DE
Original assignee: INTERNAT GENERAL ELECTRIC CO I
Current assignee: INTERNAT GENERAL ELECTRIC CO I
Priority date: 1924-09-02
Filing date: 1921-06-17
Publication date: 1925-01-06
Also published as: GB201741A; GB170546A; FR31070E; FR27289E; FR542381A; GB239511A; US1653102A; NL9214C

Description

Regelvorrichtung für die Temperatur der Glühkathode in Entladungsröhren. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, um die Elektronenemission der Glühkathode in Kathodenröhren oder Röntgenröhren konstant zu halten, um auch bei Spannungsänderungen im Heizstromkreise einen konstanten Betrieb der Röhre zu erzielen. Die Regelvorrichtung besteht aus einem Schalter mit einem einstellbaren, schwingenden Kontakte, der zeitweilig einen Widerstand in dein Hei7stroinkreise der Glühkathode kurzschließt. Die Dauer des Kurzschlusses wird durch den durch die Röhre fließenden Elektronenstrom beeinflußt, so daß :sie umgekehrt proportional ist der Größe dieses Stromes.Control device for the temperature of the hot cathode in discharge tubes. The invention relates to a device to the electron emission of the hot cathode in cathode tubes or X-ray tubes to keep constant, even in the event of voltage changes to achieve constant operation of the tube in the heating circuit. The control device consists of a switch with an adjustable, oscillating contact that is intermittent short-circuits a resistor in the hot-water circuit of the hot cathode. The duration the short circuit is influenced by the electron current flowing through the tube, so that: it is inversely proportional to the magnitude of this current.

Die Erfindung ist in den Abbildungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, und zwar zeigt Abb. i das Schaltungsschema einer RÖntgenanlage, Abb. 2 in Kurvenform den Elektronenstrom hei schwankender Heizspannung mit und ohne Regelvorrichtung, Abb. 3 die Ansicht des Schalters mit dem einstellbaren, schwingenden Kontakt, Abb. d. eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer Röntgenröhre, welcher durch einen mechanischen Gleichrichter der Strom zugeführt wird.The invention is shown in the figures in an exemplary embodiment explained in more detail, namely Fig. i shows the circuit diagram of an X-ray system, Fig. 2 shows the electron current as a curve with a fluctuating heating voltage with and without Control device, Fig. 3 the view of the switch with the adjustable, oscillating Contact, Fig. D. another embodiment of the invention in connection with a X-ray tube, which is supplied with electricity by a mechanical rectifier will.

In der Abb. i ist mit i eine Röntgenröhre bezeichnet, die nach dem bekannten Typ der den Strom nur in einer Richtung hindurchlassenden Coolidge-Röhre gebaut ist. Die Röhre ist mit der sekundären Hochspannungswicklung des Transformators 2 verbunden, dessen primäre Niederspannungswicklung mit den Leitungen 3 und d. eines Wechselstromnetzes in Verbindung steht. Die Anode ist finit Kühlrippen 8 versehen.In Fig. I, i denotes an X-ray tube which, after the known type of the Coolidge tube, which only allows the current to pass in one direction is built. The tube connects to the secondary high voltage winding of the transformer 2, whose primary low-voltage winding is connected to lines 3 and d. one AC network is connected. The anode is provided with finite cooling fins 8.

Die Kathode 5 der Röhre ist durch die Leitungen g und io mit der Sekundärwindung eines Heiztransformators ii verbunden. Die Primärwindung des Transformators ist in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand 12 mit der Netzleitung 3, 4 verbunden. Ein Widerstand 1d. liegt in dem Stromkreis g, io in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators ii. Im Nebenschluß zum Widerstand 14 liegen die Kontakte 15 und 16 der Regelvorrichtung, von denen mindestens einer einstellbar ist.The cathode 5 of the tube is connected to the secondary winding of a filament transformer ii by lines g and io. The primary winding of the transformer is connected in series with an adjustable resistor 12 to the power line 3, 4. A resistor 1d. is in the circuit g, io in series with the secondary winding of the transformer ii. The contacts 15 and 16 of the control device, of which at least one is adjustable, are shunted to the resistor 14.

Diese Kontaktei 5 und 16 werden während des Betriebes der Röhre schnell nacheinander geöffnet und geschlossen. Das Verhältnis der Schließungszeit zur Unterbrechungszeit wird durch die Stärke des Stromes bestimmt, weleher durch einen Elektromagneten 17 fließt. Es ist, da durch die Wicklung von 17 der Röhrenstrom i8 fließt, umgekehrt proportional der Stärke dieses Stromes. Der Schalter mit der einstellbaren, schwingenden Kontakteinrichtung ist in der Abb. 3 dargestellt. Es wird ein schwingender Anker ig verwendet, der durch eine Feder 2o beeinflußt wird, die durch eine Schraube 21 eingestellt werden kann. Die Schwingungsdauer des beweglichen Kontaktes wird so eingestellt, daß er synchron mit dem Wechselstrom arbeitet. Ei#i Kondensator 22 kann parallel zu den Kontaktei 15, 16 angebracht werden, um die Funken an den Kontakten zu löschen.These contacts 5 and 16 are opened and closed in rapid succession during operation of the tube. The ratio of the closing time to the interruption time is determined by the strength of the current which flows through an electromagnet 17. Since the tube current i8 flows through the winding of 17, it is inversely proportional to the strength of this current. The switch with the adjustable, oscillating contact device is shown in Fig. 3. A vibrating armature ig is used, which is influenced by a spring 20 which can be adjusted by a screw 21. The period of oscillation of the movable contact is adjusted so that it operates in synchronism with the alternating current. A capacitor 22 can be installed parallel to the contacts 1 5, 16 in order to extinguish the sparks on the contacts.

In der Abb. 2 ist in Kurvenform die Wirkung der Regelvorrichtung dargestellt. Es zeigt die Kurve 23 die Charakteristik bei einer Röntgenanordnung, bei welcher die Regelvorrichtung fehlt und die Heizspannung des Netzes verändert ist. Der Strom, welcher von der Kathode zur Anode durch die Röhre fließt, verändert sich, wie die Kurve zeigt, entsprechend den Spannungsänderungen des Stromkreises, der zur Erwärmung der Kathode dient. Die Spannung an den Klemmen der Primärwicklung des Heiztransformators ist als Abszisse in Volt aufgetragen; die Ordinate gibt die entsprechenden Stromwerte zwischen der Kathode und der Anode in @llilliampere an. Man sieht, daß, wenn die Spannung des zur Erwärmung des Heizdrahtes dienenden Transformators anwächst, ebenfalls ein sehr schnelles Wachsen des Stromes stattfindet. Wenn beispielsweise die Spannung von 82 Volt auf 87 Volt steigt, d. h. um 5,1 Prozent wächst, so wächst der Strom von 2o auf 3o Milliainpere, d. h. um 5o Prozent.In Fig. 2, the action of the control device is shown in the form of a curve. It shows the curve 23 the characteristic in an X-ray arrangement in which the control device is missing and the heating voltage of the network has changed. The current, which flows from the cathode to the anode through the tube changes like the Curve shows, according to the voltage changes of the circuit, causing heating serves as the cathode. The voltage at the terminals of the primary winding of the filament transformer is plotted as the abscissa in volts; the ordinate gives the corresponding current values between the cathode and the anode in @llilliampere. You can see that when the The voltage of the transformer used to heat the heating wire also increases a very rapid growth of the current takes place. For example, if the voltage increases from 82 volts to 87 volts, d. H. grows by 5.1 percent, so grows the current from 2o to 3o milliamps, d. H. by 5o percent.

Wenn ein System, wie oben beschrieben, mit einer gewöhnlichen Netzleitung verbunden ist, dann finden dauernde Veränderungen der Spannung im Stromkreise statt, besonders, wenn andere Starkstromanlagen mit interinittierender Belastung von der Netzleitung abgezweigt werden. Auf diese Weise wird es infolge der auftretenden großen Schwankungen schwierig, die Expositionsdauer der Röntgenröhre festzustellen. Wenn gemäß der Erfindung ,die Anlage, im vorliegenden Fall die mit einer Heizkathode versehene Röntgenröhre, mit einer Regelvorrichtung verbunden wird, dann wird, wie die Kurve 24 der Abb. 2 zeigt, der Strom zum Betriebe der Röhre im wesentlichen konstant gehalten trotz der großen Veränderungen der Spannung. Wächst beispielsweise die Spannung von 82 Volt auf 87 Volt, so tritt, wie man aus der Kurve sieht, bei Anbringen der Regelvorrichtung kaum eine _@ii(leruiig der Stromstärke ein. Sogar bei einer Spannungssteigerung bis 129 Volt steigt der Strom mir wenig mehr als i 'Milliampere an, d. h. es findet eine Vergrößerung der Stromstärke uin io Prozent statt bei einem Anwachsen der Spannung von .4.6 Prozent. Da in der Praxis jedoch der Spannungsunterschied io Prozent kaum übersteigt, wird der durch die Röhre fließende Strom praktisch vollständig konstant gehalten. Diese Wirkung tritt ein infolge der Änderungen der magnetischen Anziehungskraft des Kernes des 2-Iagneten 17 auf den Anker i9 des Reglers. Beispielsweise erzeugt ein beginnendes Anwachsen des Stromes eine entsprechende Vergriißertnig in der Zeit, während welcher die Kontakte i 5 und 16 geöffnet sind, und der Widerstand 14 ist für relativ längere Zeit in Reibe mit dem Stromkreis 9, io geschaltet, wodurch eine Schwächung des mittleren Stronies stattfindet, der zur Erwärmung der Kathode dient. Es genügt diese Schwächung, nun einem weiteren Anwachsen der Kathodentemperatur entgegenzuarbeiten. Das Umgekehrte tritt bei einer geringen Abnahme des Stromes ein. Auf diese Weise wird ein vollkommen gleichmäßiger Betrieb der Röntgenröhre gewährleistet und eine gleichmäßige Ausbeute der Röntgenstrahlen stattfinden.If a system, as described above, is connected to an ordinary power line, then constant changes in the voltage in the circuit take place, especially if other high-voltage systems with intermittent loads are branched from the power line. In this way, due to the large fluctuations that occur, it becomes difficult to determine the exposure time of the X-ray tube. If, according to the invention, the system, in the present case the X-ray tube provided with a heating cathode, is connected to a control device, then, as curve 24 of FIG Changes in tension. For example, if the voltage increases from 82 volts to 87 volts, as you can see from the curve, when the control device is attached, there is hardly any change in the current intensity. Even with a voltage increase of up to 129 volts, the current rises little more than i 'milliamperes, that is, the current strength increases by io percent with an increase in voltage of .4.6 percent. Since in practice, however, the voltage difference hardly exceeds 10 percent, the current flowing through the tube is kept practically completely constant. This effect occurs as a result of the changes in the magnetic force of attraction of the core of the 2-magnet 17 on the regulator armature 19. For example, an incipient increase in the current produces a corresponding increase in the time during which the contacts 15 and 16 are open, and the resistor 14 is connected for a relatively long time in friction with the circuit 9, io, whereby a weakening of the central Str onies takes place, which is used to heat the cathode. This weakening is sufficient to work against a further increase in the cathode temperature. The reverse occurs with a slight decrease in the current. In this way, a completely uniform operation of the X-ray tube is ensured and a uniform yield of the X-rays takes place.

Bei manchen Anordnungen, z. B. Röntgenanlagen für therapeutische Zwecke, wird es z@@-ecl:iniißig sein, den Strom durch die Röhre unmittelbar mittels einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung zu beeinflussen. Man wird zu diesem Zweck einen Widerstand in die primäre Wicklung des Hochspannungstransformators legen, welcher in Abhängigkeit @ om Röhrenstrom kürzere oder längere Zeit kurzgeschlossen wird.In some arrangements, e.g. B. X-ray systems for therapeutic purposes, it will be necessary to direct the current through the tube directly by means of a To influence control device according to the invention. One becomes one for this purpose Put resistance in the primary winding of the high voltage transformer, which is short-circuited for a shorter or longer period of time depending on the tube current.

In der Abb. 4. ist eine Röntgenanlage dargestellt, welche mit einem einstellbarenWiderstand -26 versehen ist, der in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators 27 liegt. Die Röntgenröhre 28 ist in diesem Falle mit den Sekundärwicklungen des Transformators 27 über den mechanischen Gleichrichter 29, der vom Synchronmotor 3o angetrieben wird, verbunden. Der :Motor ist durch die Leitungen 31 mit dem Netz 32, dem auch die übrigen Leitungen entnommen werden, ver-1 unden. Die Kathode 5 der Röntgenröhre wird mit Heizstrom durch einen Transformator i i gespeist, in dessen Primärwicklung der Regler 15, 16 liegt, dessen Magnete 17 durch die Leitungen 33, 3.4 in Reihe mit den Sekundärspulen 35, 36 des Röntgenrölirentransforinators geschaltet ist. Der zeitweilig kurzanschließende Widerstand 1q. ist wiederum parallel zu den Kontakten 15 und 16 vorgesehen.In Fig. 4. an X-ray system is shown, which with a adjustable resistor -26, which is in series with the primary winding of the Transformer 27 is located. The X-ray tube 28 is in this case with the secondary windings of the transformer 27 via the mechanical rectifier 29 from the synchronous motor 3o is driven connected. The: motor is through the lines 31 to the network 32, from which the other lines are also taken, expire. The cathode 5 the X-ray tube is fed with heating current through a transformer i i, in whose Primary winding of the regulator 15, 16 is, whose magnets 17 through the lines 33, 3.4 connected in series with the secondary coils 35, 36 of the Röntgenrölirentransforinators is. The temporarily short-connecting resistor 1q. is again parallel to the Contacts 15 and 16 are provided.

Die in der Abb..I dargestellte Anlage ist ähnlich der in der Abb. i dargestellten mit Ausnahme der Verwendung eines Widerstandes in der Primär Leitung des Haupttransformators 27, der in Anbetracht der Verwendung eines besonderen mechanischen Gleichrichters in Reihe mit der Röntgenröhre vorgesehen ist, um die Röhre gegen zu hohe Spannungen während des Polwechsels zu schützen.The system shown in Fig. I is similar to that in Fig. i shown with the exception of the use of a resistor in the primary line of the main transformer 27, which, in view of the use of a special mechanical Rectifier in series with the x-ray tube is provided to oppose the tube to protect too high voltages during the pole change.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control device for the temperature of the hot cathode in electron discharge tubes and the like, which through the flowing through the tube Current is controlled, characterized in that by an automatic switch with an adjustable, oscillating contact temporarily a resistance in the circuit to heat the cathode is short-circuited and the vibrating contact through the tube current is controlled in such a way that the duration of the short-circuiting through the current flowing through the tube is inversely proportional.

2. Control device according to Claim i, characterized in that the natural oscillation of the switching contact coincides with the period of the AC circuit.