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Röntgenapparat Röntgenapparate besitzen meist eine oder mehrere Regelvorrichtungen.
So kann eine Vorrichtung vorhanden sein, um die Spannung zwischen der Anode und
der Kathode der Röntgenröhre (Röhrenspannung) zu wählen und auch eine Regelvorrichtung
zur Einstellung des Glühkathodenheizstromes. Mit letzterer Vorrichtung wird die
Elektronenemission in der Röntgenröhre (Röhrenstrom) geregelt.
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In gewissen Fällen werden Maßnahmen getroffen, um zu. verhüten, daß
der 'Röhrenstrom von der eingestellten Lage des Spannungswählers abhängt. Diese
bieten den Vorteil, daß bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen die verschiedenen
Belastungswerte leichter einstellbar sind. Ist in Abhängigkeit von der Art des zu
photographierenden Objektes die erforderliche Röhrenspannung bestimmt, so kann festgesetzt
werden, wie groß das Produkt des Röhrenstromes und der Belichtungszeit, also die
Elektrizitätsmenge, zur Erzielung einer bestimmten Schwärzung der photographischen
Platte sein muß. Die mittels des Stromreglers und des Zeitwählers eingestellte Elektrizitätsmenge
kann auf einer meist in mAs geeichten Ableseskala erkennbar gemacht werden. Wenn
nun der Röhrenstrom von der Röhrenspannung abhängig ist, ist für jede zu wählende
Röhrenspannung eine andere mAs-Skala erforderlich. Wenn
sich aber
der Röhrenstrom infolge einer Spannungsänderung nicht ändert, so kann bei jeder
zu wählenden Spannung die gleiche mAs-Skala dienen.
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Es sind verschiedene Mittel bekannt, durch die der Röhrenstrom von
der Lage des Spannungswählers unabhängig gemacht werden kann. Man kann z. B. einen
veränderlichen Widerstand im Glühstromkreis der Röntgenröhre anbringen und dessen
Regelorgan mit dem zum Wählen der Röhrenspannung dienenden Regelorgan kuppeln. Auch
wird für den _ gleichen Zweck in gewissen Fällen ein Transformator benutzt, dessen
Primärspannung mittels eines mit dem Spannungswähler gekoppelten Bedienungsorgans
geregelt wird und dessen Sekundärwicklung im Glühstromkreis liegt. Ganz genau wirken
diese Maßnahmen nicht infolge des Umstandes, daß die Röhrenspannung nicht ausschließlich
von der Stellung des Spannungswählers, sondern auch von dem Spannungsverlust in
verschiedenen Widerständen abhängt, und dieser Spannungsverlust ändert sich mit
der Stromstärke. Sie können daher nur bei einem bestimmten Wert des Röhrenstromes
zu einer vollständigen Korrektion führen.
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Zum Ändern der Röhrenspannung wird ein Transformator mit einstellbarem
Übersetzungsverhältnis verwendet. Der durch den Widerstand im Primärkreis dieses
Transformators herbeigeführte Spannungsverlust ändert sich nicht nur mit dem Röhrenstrom,
sondern auch mit dem Übersetzungsverhältnis.
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Gewöhnlich wird mit dem Röntgengerät eine Darstellung mit mehreren
Kurven geliefert, die je einem bestimmten Strom entsprechen und die Röhrenspannung
als Funktion des Übersetzungsverhältnisses des Regeltransformators darstellen. Aus
diesem Kurvenblatt kann die bedienende Person die Stellung ablesen, welche der Spannungsregler
einnehmen muß, um bei einem gegebenen Röhrenstrom eine bestir irrte Röhrenspannung
erwarten zu können. Auch kann eine Tabelle benutzt werden, in der die erforderliche
Lage des Spannungsreglers für jede Kombination des Röhrenstromes und der Röhrenspannung
verzeichnet ist. In den meisten Fällen sind diese Stellungen auf einer dem Bedienungsorgan
zugeordneten Bedienungsskala durch eine Nummer angedeutet.
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Für die Aufzeichnung einer solchen Kurve werden gewöhnlich am Röntgengerät
bei jeder Stellung des Spannungswählers mehrere Messungen, jeweils für eine Reihe
von Röhrenstromwerten, durchgeführt. Bei der Installation des Gerätes wird der Apparatewiderstand
endgültig auf den Wert eingestellt, der der graphischen Darstellung zugrunde liegt.
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Die Erfindung bezweckt, die Herstellung der Spannungsgraphik und die
Einstellung der Röhrenspannung zu erleichtern. Zu diesem Zweck ist der Röntgenapparat
nach der Erfindung mit einer Vorrichtung versehen, die bewirkt, daß bei einem gegebenen
Wert des Röhrenstromes der Spannungsverlust bei jeder Stellung des Spannungswählers
gleich ist. Die Linien der Spannungsgraphik werden dann gerade, und man braucht
nur in einer Stellung des Spannungswählers die Röhrenspannung für eine Reihe von
Röhrenstromwerten zu bestimmen.
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Die mit der Einstellung der verschiedenen Belastungswerte bei einem
Röntgengerät nach der Erfindung beauftragte Person ist besser in der Lage, den Spannungswähler
zu bedienen, ohne die Graphik heranzuziehen, da sie den einer beliebigen Lage des
Spannungswählers entsprechenden Nominalwert nur um einen für sämtliche Lagen gleichen
Betrag herabsetzen (oder erhöhen) muß, um die Größe der wirklichen Röhrenspannung
zu erzielen; dieser Betrag ist im übrigen noch vom Röhrenstrom abhängig.
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Erfindungsgemäß ist der Regler der Röhrenspannung dem Regelorgan eines
im Hochspannungs-Speisekreis der Röntgenröhre liegenden veränderlichen Widerstandes
derart gekoppelt, daß dieser Widerstand in der einen Endlage des Reglers einen Wert
hat, der den gesamten in dieser Endlage durch Belastung der Röntgenröhre entstehenden
Spannungsverlust gleich dem Spannungsverlust macht, der auftritt, wenn sich der
Regler in der anderen Endlage befindet. Wird auf eine Weise, die im nachfolgenden
näher erläutert wird, der Wert berechnet, den dieser Widerstand bei den verschiedenen
Stellungen des Spannungswählers haben muß, um den Spannungsverlust konstant zu halten,
so ergibt sich eine nichtlineare Beziehung zwischen dem Widerstand und dem Übersetzungsverhältnis
des Regeltransformators. Es ergibt sich aber, daß bei Verwendung eines Widerstandes,
dessen Regelstufen denen des Übersetzungsverhältnisses proportional sind, kein großer
Fehler gemacht wird, wenn nur dafür Sorge getragen wird, daß der Spannungsverlust
wenigstens an den Grenzen des Röhrenspannungs-Regelbereiches nahezu gleich ist.
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Das Gerät nach der Erfindung kann in weiterer Ausgestaltung auch derart
eingerichtet werden, daß die Röhrenspannung nicht mehr von der Stellung des Stromreglers
abhängig ist. Es ist dann nicht mehr erforderlich, für die Einstellung der Röhrenspannung
eine Graphik oder Tabelle heranzuziehen oder eine "Zeihe von Korrektionswerten im
Gedächtnis zu behalten, sondern auf der dem Bedienungsorgan des Spannungsreglers
zugeordneten Ableseskala kann für jede mögliche Lage dieses Organs eine den Wert
der. Röhrenspannung direkt anzeigende Zahl angebracht werden.
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Zu diesem Zweck wird der Speisespannung der Röntgenröhre eine Zusatzspannung
zugefügt. Diese Zusatzspannung ist für jedes Übersetzungsverhältnis des Regeltransformators
gleich, ändert sich aber mit dem Röhrenstrom und kann daher mittels des Bedienungsorgans
des Stromreglers gewählt werden.
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Auf diese Weise ist auch erreicht, daß sich der Röhrenstrom in noch
geringerem Maße als vorhin ändert, wenn eine andere Röhrenspannung gewählt wird.
Die kleine Änderung, die noch auftritt, indem die Zusatzspannung nicht durch den
Röhrenstrom selbst, sondern durch die Stellung des Regelorgans des Röhrenstromes
bedingt ist, ist von keiner Bedeutung mehr.
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Schließlich kann der Röhrenstromregler in bekannter Weise mit einer
Vorrichtung zum Wählen der Belastungsdauer gekoppelt sein, so daß der Röhrenstrom
bei Zunahme der Belastungszeit abnimmt, und umgekehrt. Auf diese Weise kann selbsttätig
immer die günstigste Röhrenbelastung erreicht werden, und eine Überlastung der Röhre
wird vermieden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, in der Fig. i ein Ersatzbild der Schaltung eines Röntgenapparates
und Fig. 2 ein Beispiel des Schaltbildes eines Röntgenapparates nach der Erfindung
in- einfacher Form darstellt.
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Fig. i dient zur Erläuterung, was die Ursache des Spannungsverlustes
ist und auf welche Weise dessen `'Wert bestimmt werden kann. In der Figur ist der
als Autotransformator ausgebildete Regeltransformator mit T1 und der Hochspannungstransformator
mit T2 bezeichnet. Das regelbare Ubersetzungsverhältnis des Autotransformators wird
durch N1 und das konstante Übersetzungsverhältnis des Hochspannungstransformators
durch N, dargestellt. Wird die als konstant anzusehende Spannung des Speisenetzes
mit En bezeichnet, so ist die auftretende Röhrenspannung bei einem Röhrenstromwert
o (Leerlaufspannung) gleich E, = IVl N2 E, Der Widerstand des Primärstromkreises
im Regeltransformator ist in Fig. i durch einen konzentrierten Widerstand R" dargestellt.
Der verbleibende Widerstand im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators
ist in Fig. i durch einen konzentrierten Widerstand Rd dargestellt. Der mit der
Röntgenröhre in Reihe liegende Widerstand des Sekundärstromkreises des Hochspannungstransformators,
von. dem der Widerstand etwa vorhandener Gleichrichterröhren einem Teil bildet,
ist in Fig. i durch einen konzentrierten Widerstand Rt dargestellt.
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Die auftretende Röhrenspannung bei einem Röhrenstromwert I kann durch
EI; = Eo = I (Rt + Rd N2 + R" Ni N2) dargestellt werden. Dabei stellt
I (Rt -I- Ra N2 -i- R. Ni N2) den Spannuzigsverlust E" dar. Dieser Spannungsverlust
ist dem Strom proportional und besteht aus zwei Komponenten: I (R, -f- Rd
N2) und I R.N; N2. Die erstere Komponente ist nicht vom Übersetzungsverhältnis
Ni abhängig, die zweite ändert sich quadratisch mit NI.
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Bemerkt wird, das Re in Wirklichkeit etwas von N1 abhängig ist. Durch
erfahrungsgemäße Einstellung der Widerstandsstufen wird aber vermieden, daß dies
zu fehlerhaften Werten führt.
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Die Änderung der Komponente I R,, Ni des Spannungsverlustes
wird durch einen regelbaren zusätzlichen Widerstand im Speisekreis des Hochspannungstransformators
ausgeglichen, dessen Regelorgan mit dem des Regeltransformators gekoppelt ist.
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Folglich ändert sich der Wert Rd bei Änderung von N1. Wenn R," =
- R" Ni ist, wobei C euren konstanten Wert darstellt, so ist für einen Strom
1 der gesamte Spannungsverlust bei jedem Wert von N1 gleich. Um das Gerät gleichzeitig
derart einzurichten, daß bei jeder Stellung des Spannungswählers die wirkliche Röhrenspannung
angegeben werden kann, die ungeachtet des Röhrenstromwertes bei dieser Lage erreicht
wird, wird nach einer weiteren Ausarbeitung der Erfindung der im Regeltransformator
induzierten Spannung eine Zusatzspannung E,6 solchen Wertes zugefügt, daß
Eh - E2, einen Betrag ergibt, der sich nicht mit I ändert. Folglich muß
Eh- (IRt -f- IR. N.,2+ IR. Ni 1V2) konstant sein. Ersetzt man
dabei Re durch den oben abgeleiteten Ausdruck, so ergibt sich, daß diese Bedingung
bedeutet, daß E" - IRt einen konstanten Wert ergeben muß, daß also die Zusatzspannung
sich in proportionalem Verhältnis zum Strom ändern muß.
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Das Schaltbild nach Fig.2 zeigt den als Autotransformator ausgebildeten
Transformator i, der mit den Netzklemmen über den einstellbaren Widerstand 3 verbunden
ist. Letzterer dient dazu, die Impedanz des Primärkreises des Regeltransformators
auf denjenigen Wert zu bringen, der beim Eichen des Gerätes gegolten hat oder bei
der Aufzeichnung der Spannungsgraphik berücksichtigt wurde. Der Primärstromkreis
enthält ferner den Regler q., der eine der Zuleitungen mit verschiedenen Anzapfungen
der Transformatorwicklung verbinden kann. Durch diesen Regler kann, ungeachtet der
örtlichen Änderungen der Netzspannung, ein zwischen zwei festen Punkten der Tränsformatorwicklung
angebrachtes Voltmeter 5 immer auf eine vorgeschriebene Anzeige eingestellt werden.
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Der Glühstrom für die Kathode der Röntgenröhre 6 wird vom Glühstromtransformator
7 geliefert. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, sind zum Konstanthalten des Röhrenstromes
bei Änderung der Röhrenspannung verschiedene Verfahren bekannt. Auf diese braucht
nicht weiter eingegangen zu werden, aber vollständigkeitshalber ist ein zu diesem
Zweck dienender Regelwiderstand 8 im Primärstromkreis des Glühstromtransformators
dargestellt, dessen Regelorgan mit dem. Spannungswähler 13 gekoppelt ist.
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Der Glühstromkreis besitzt ferner eine Spannungsstabilisiervorrichtung
9 und einen Regelwiderstand io. Letzterer dient zum Regeln des Röhrenstromes.
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Der Hochspannungsgenerator ist ein Transformator 12, dessen Sekundärwechselspannung,
durch Ventile i¢ gleichgerichtet, der Röntgenröhre 6 zugeführt wird.
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Der Regeltransformator i liefert die Speisespannung dem Hochspannungstransformator
12, dessen Primärwicklung durch den Spannnungswähler 13 an verschiedene Anzapfungen
15 des Regeltransformators i gelegt werden kann.
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Im Primärstromkreis des Transformators 12 liegt eiri veränderlicher
Widerstand 18, dessen Regelorgan mit dem Spannungswähler 13 gekoppelt ist. Um zu
zeigen, daß 13, 18 und 8 entweder mechanisch oder auf andere Weise miteinander gekuppelt
sind, sind diese Teile in der Figur durch eine strichpunktierte Linie miteinander
verbunden.
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Es ist die Absicht, daß bei einer Änderung der Lage des Spannungswählers
13 der Wert des Widerstandes 18 sich derart ändert, daß der Spannungsverlust durch--diese
Lagenänderung nicht beeinflußt wird. Obzwar oben abgeleitet wurde, daß der Wert
des Widerstandes 18 sich quadratisch mit dem Transforznationsverhältnis von i ändern
muß, wurde festgestellt, daß beim kleineren Regelbereich, mit dem
man
in der Praxis meist zu tun hat, eine lineare Änderung eine hinreichend genaue Annäherung
ergibt. Der höchste Wert von IV, auf den der Spannungswähler einstellbar ist, ist
meist nicht höher als dreimal der kleinste. Bei diesem Regelbereich ist die größte
Abweichung, die auftritt, wenn die den Widerstand Rt als l unktiozi von N1 darstellende
parabolische Kurve durch eine gerade Linie ersetzt wird, welche die äußersten Punkte
dieser Kurve verbindet (also die Punkte, die dem höchsten und dem kleinsten Wert
von ÄVi entsprechen, die der Spannungsregler ermöglicht), nicht mehr als 20 °/a.
Der Spannungsverlust vzrd gewöhnlich durch geeignete Wahl der verschiedenen in Frage
kommenden Widerstände unterhalb einer angemessenen Grenze gehalten. Er wird selten
mehr als 25-/, der Leerlaufspannung betragen. Der Ersatz eines sich auf die theoretisch
richtige Weise mit N, ändernden Widerstandes durch einen sich linear mit diesem
Wert ändernden Widerstand bewirkt daher im -ungünstigsten Falle nur noch einen Fehler
von iaöchstens 5 °/o.
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Auf dem Kern des Regeltransformators i liegt eine getrennte Wicklung
16. Die in dieser Wicklung induzierte Spannung dient dazu, den Spannungsverlust
von der Einstellung des Röhrenstromreglers unab-Mngig zu machen. Da die Wicklung
16 in einer der Zuleitungen zum Hochspannungstransformator liegt, '.'iefert diese
Spannung einen Beitrag zur Speisepan:ing dieses Transformators.
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Mie oben abgeleitet wurde, muß die in der Wicklung i6 erzeugte Zusatzspannung
Eh sich mit dem Strom ändern. Um dies zu verwirklichen, ist ein Regelorgan
17 vorgesehen, welches mit verschiedenen Anzapfungen der Zusatzwicklung 16 verbunden
werden sann und, wie es durch eine strichpunktierte Linie in der Figur angedeutet
ist, mit dem Regelorgan des Widerstandes io gekoppelt ist. Auch die Regelstufen
der Zusatzvricklung 16 können am besten empirisch bestimmt werden.
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Das Ein- und Ausschalten des Speisestromes des Hochspannungstransformators
(zu Beginn bzw. am Ende der Belastungszeit) erfolgt durch den elektromagnetisch
betätigten Schalter 1g, dessen Erregungstrorn durch ein Zeitbestimm. gselement =i
gesteuert s s un wird. Dieses Element kann gewünschtenfalls in bekannter Weise mit
dem Bedienungsorgan des Widerstandes To gekoppelt sein (in der Zeichnung durch eine
strichpunktierte Linie angedeutet), so daß entweder verhütet wird, daß die Röntgenröhre
stärker belastet wird, als bei der gewählten Belastungsdauer zulässig ist, oder
immer eine möglichst günstigste Belastung der Röntgenröhre erreicht wird.
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Der Regelwiderstand 18 kann auch im Primärstromkreis statt im Sekundärstromkreis
des Autotransformators 1 liegen. Den obengegebenen Gleichungen kann leicht entnommen
werden, welcher Bedingung die Regelcharakteristik des Widerstandes dann theoretisch
entsprechen muß. Die Hilfsspannung der Wicklung 16 muß sich auch in diesem Fall
in proportionalem Verhältnis zum Röhrenstrom ändern.