DE974342C

DE974342C - Einrichtung zum An- und Abschalten und zur Spannungsregelung von Roentgenroehren

Info

Publication number: DE974342C
Application number: DEG6614A
Authority: DE
Inventors: Victor Quittner
Original assignee: GEN RADIOLOGICAL Ltd
Current assignee: GEN RADIOLOGICAL Ltd
Priority date: 1950-07-22
Filing date: 1951-07-24
Publication date: 1960-12-01
Also published as: US2730628A; GB689798A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. DEZEMBER 1960

G 6614 VIII φι g

Victor Quittner, London

ist als Erfinder genannt worden

von Röntgenröhren

Es ist bekannt, eine Röntgenröhre mittels eines in Reihe mit ihr im Hochspannungskreis angeordneten Schaltventils (d. h. einer Elektronenröhre mit mindestens einem Steuergitter) ein- und auszuschalten, indem die Gitterspannung des Ventils beeinflußt wird. Ein solches Ventil kann auch zugleich zur Spannungsregelung und Spannungskonstanthaltung der Röntgenröhre verwendet werden. Eine auf diesem Prinzip aufgebaute Methode der Spannungsregelung wurde von Street und Johnson in »Journal of the Franklin Institute«, Bd. 214, S. 155 bis 162, beschrieben und wird seitdem vielfach verwendet.

Ein Nachteil dieser Methode, wenn sie zum Schalten einer Röntgenröhre verwendet wird, liegt darin, daß die Abschaltung nur einseitig erfolgt, so daß dieses eine Schaltventil die gesamte Spannung allein unterbrechen muß und an einer Seite der Röhre auch nach Abschaltung durch das Schaltventil die Hochspannung weiterbesteht. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die Hochspannungsquelle Kondensatoren enthält, die ihre Ladung lange Zeit halten. Ein anderer Nachteil ist darin gelegen, daß Kathode und Anode der Röntgenröhre ungleiche Spannungen gegen Erde haben, so daß eine Seite mit einer unnötig hohen

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Spannung gegen Erde beansprucht wird, was Anlaß zu Überschlagen geben kann.

Es ist bereits bekannt, außer einer einzelnen Steuerröhre auf der Anodenseite der Röntgenröhre noch eine Trennungsröhre auf der Kathodenseite vorzusehen. Hierdurch wird zwar vermieden, daß die Kathode nach dem Ausschalten der Röntgenröhre noch weiter an Spannung bleibt, jedoch wird die Steuerröhre auf der Anodenseite nicht der Aufgabe enthoben, die gesamte

ίο Spannung allein zu unterbrechen, und es wird auch keineswegs eine symmetrische Verteilung der Potentiale von Anode und Kathode gegenüber Erde erreicht. Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden; sie bezieht sich auf eine Einrichtung zum An- und Abschalten und zur Spannungsregelung von Röntgenröhren, bei der je eine gittergesteuerte Ventilröhre in der anodenseitigen und kathodenseitigen Zuleitung der Hochspannung zur Röntgenröhre liegt. Erfindungsgemäß werden die Steuergitterspannungen beider Ventilröhren zur An- und Abschaltung der Röntgenröhre gleichzeitig geändert und zur Spannungsregelung gleichzeitig und selbsttätig in solcher Weise beeinflußt, daß die Steuergitterspannung der anodenseitigen bzw. kathodenseitigen Ventilröhre durch den Absolutwert der Spannung der Anode bzw. Kathode gegen Erde so geändert wird, daß eine Erhöhung dieses Absolutwertes das betreffende Steuergitter mehr negativ macht, und Anode und Kathode der Röntgenröhre stets gleiche oder nahezu gleiche Absolutwerte der Spannung gegen Erde annehmen. Dadurch werden nicht nur die vorstehend erwähnten Nachteile vollständig vermieden, sondern es wird auch noch erleichterte Fabrikation und erhöhte Betriebssicherheit erzielt, da jedes Schaltventil nur gegen die halbe Hochspannung abzusperren hat. Dies ist besonders bei der jetzt stark in Aufnahme kommenden Hochvolttechnik mit Röhrenspannungen bis 140 kV von Bedeutung. Außerdem wird mit dem Erfindungsgegenstand eine schnellere Schaltfolge erreicht, als sie bei Anlagen mit Schaltröhren, bei denen eine später in Tätigkeit tretende Trennröhre vorgesehen ist, zu erzielen ist.

Damit das Schaltventil seine Aufgabe erfüllen kann, muß es möglich sein, seine Gitterspannung (gegen Kathode) weitgehend zu beeinflussen. Von einer negativen Gitterspannung, die bei der halben Spannung der Stromquelle jeden Stromdurchgang mit Sicherheit verhindert, muß sie auf einen weniger negativen oder positiven Wert gebracht werden können, bei dem sie dem höchsten gewünschten Röhrenstrom freien Durchgang ohne zu hohen Spannungsabfall gestattet. Bei Verwendung von Tetroden oder Pentoden ist es meistens möglich, ohne positive Gitterspannung auszukommen, was die Schaltung wesentlich vereinfacht.

Bei Verwendung von Trioden ist bei höheren Stromwerten positive Gitterspannung notwendig, und es empfiehlt sich dann, ein Hilfsschaltventil in an sich bekannter Weise zu verwenden, das den nötigen Gitterstrom für das Hauptschaltventil bereitstellt und außerdem durch seine Wirkung als Verstärker die Empfindlichkeit des Systems erhöht.

Zur An- und Abschaltung der Röntgenröhre und zur Einstellung ihrer Spannung auf den gewünschten Wert muß eine willkürliche Einstellung der Gitterspannung von Hand durch ein Einstellmittel möglich 6g sein. Wenn selbsttätige Konstanthaltung der Röhrenspannung auf den eingestellten Wert verlangt wird, muß dieses Regelmittel außer von Hand auch von der tatsächlichen Röhrenspannung in entsprechender Weise beeinflußt werden. Dies kann am einfachsten durch ein Hochohmpotentiometer parallel zur Röhre erzielt werden, von dem eine der Röhrenspannung proportionale Teilspannung abgenommen und auf das Regelmittel übertragen wird.

Da es wünschenswert ist, daß das eigentliche Kontrollmittel nur Niederspannung führt und geerdet wird, ist es erforderlich, das die Röntgenröhre überbrückende Potentiometer in zwei Teile zu spalten, d. h. je ein Potentiometer zwischen Kathode bzw. Anode der Röhre und Erde zu legen. Jedes der beiden Potentiometer hat eine Anzapfung nahe dem geerdeten Ende, und die dort abgenommenen Spannungen wirken zwei gleichen, von Hand einstellbaren (aber auf dem eingestellten Werte konstant gehaltenen) Vergleichsspannungen entgegen in der Weise, daß die Differenz 8g zwischen abgezapfter Spannung und zugehöriger Vergleichsspannung die Gitterspannung des zugehörigen Schaltventils beeinflußt, wie es an sich bekannt ist. Auf diese Weise wird nicht nur die gesamte Röhrenspannung konstant gehalten, sondern es müssen go auch Kathode und Anode immer gleiche Spannung gegen Erde annehmen.

Es wäre auch möglich, an Stelle der einstellbaren Vergleichsspannungen zwei feste Vergleichsspannungen zu verwenden und dafür den Anzapfungspunkt des 9g entsprechenden Potentiometers zu verschieben. Die erste Methode ist aber vorzuziehen, da es dann möglich ist, das ganze Potentiometer in Öl zu legen, so daß das Spannungsteilungsverhältnis durch Temperaturänderungen des Öls nicht merklich geändert wird.

Die Übertragung der von dem auf Erdpotential liegenden Regelmittel abgegebenen Signale auf die auf Hochspannungsniveau befindlichen Gitter der Schaltventile kann durch jede Art von Übertragung (mecha- 10g nisch, magnetisch, elektrisch, akustisch, optisch usw.) erfolgen, vorausgesetzt, daß das Übertragungsmittel keine direkte galvanische Verbindung erfordert und nicht zu langsam arbeitet.

Ein bevorzugtes System, bei dem als Ubertragungsmittel elektrische Hochfrequenz verwendet wird, bildet den Gegenstand einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und ist in der Zeichnung dargestellt.

In dieser Zeichnung bezeichnet 1 die Röntgenröhre, 2 und 3 sind die beiden Schalt- und Regelventile (in 11g diesem Falle Tetroden). 4, 5 und 6, 7 sind die beiden Potentiometer, bestehend aus den Hochspannungsteilen 5 und 7 und den Niederspannungsteilen 4 und 6. Die von den Niederspannungsteilen 4 bzw. 6 der Potentiometer abgenommen (den Spannungen von Röhrenanode bzw. Röhrenkathode gegen Erde proportionalen ) Spannungen werden einzeln mit den von den gekuppelten Potentiometern 8 bzw. 9 abgegriffenen Vergleichsspannungen verglichen, und die Differenz zwischen dem Niederspannungsteil 4 des einen 12g Potentiometers und dem Potentiometer 8 bzw. 6 und g

beeinflußt die beiden Wechselspannungsgeneratoren, insbesondere Hochfrequenzgeneratoren io bzw. ii. Die die beiden Potentiometer speisenden Stromquellen sind stabilisiert, z. B. durch Präzisions-Glimmröhren, und die Potentiometer 8 und 9 sind mechanisch gekuppelt und sorgfältig abgeglichen, so daß die von ihnen abgegebenen Spannungen immer gleich sind.

Wie erwähnt, wirkt die Differenz zwischen den Spannungen des Niederspannungsteils 4 des einen Potentiometers und dem Potentiometer 8 auf den Wechselspannungsgenerator 10, und die Einwirkung besteht darin, daß die vom Sender abgegebene Wechselspannung von der Differenz abhängt; anders ausgedrückt: der Wechselspannungsgenerator wird von der Differenz der beiden Spannungen gesteuert. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel gibt der aus der Schwingungsröhre 102 und dem abgestimmten Schwingungskreis 103 bestehende Oszillator seine Wechselspannung an die Verstärkerröhre 101 ab. Das

ao Steuergitter dieser Röhre liegt an der Spannung des Niederspannungsteils 4 des einen Potentiometers, ihre Kathode an der Vergleichsspannung des Potentiometers 8, so daß ihre Gitterspannung gegen Kathode gleich der Differenz beider ist. Ist beispielsweise die Röntgenröhrenspannung zu hoch, so steigt die Gitterspannung von Röhre 101, und sie gibt mehr Wechselspannung an den (für halbe Hochspannung isolierten) Transformator 12 ab. Als Folge davon steigt auch die sekundärseitig vom Transformator 12 abgegebene Spannung, die von dem Gleichrichter 14 gleichgerichtet und durch den Kondensator 18 und Belastungswiderstand 17 in eine beruhigte Gleichspannung verwandelt wird. Die erhöhte Gleichspannung wird durch den Gitterwiderstand 19 auf das Gitter des Regelventils 2 übertragen und vergrößert die negative Gitterspannung desselben. Das Ventil vergrößert daher seinen Widerstand, und es entsteht ein größerer Spannungsabfall an dem Schalt- und Regelventil 2 als vorher. Dieser Vorgang geht so lange weiter, bis die Spannung zwischen Röhrenanode und Erde auf den richtigen Wert gesunken ist und die Gitterspannung von der Röhre 101 dementsprechend wieder abgenommen hat.

Wenn die gleiche Schaltung unverändert auf den Wechselspannungsgenerator 11 übertragen würde, so würde dieser, wie man leicht erkennt, gerade entgegengesetzt arbeiten, d. h., eine Spannungsabweichung würde nicht verkleinert, sondern noch mehr vergrößert werden. Ein Mittel dagegen ist die in der Zeichnung dargestellte Zwischenschaltung der Umkehrröhre 114 vor den Wechselspannungsgenerator 11.

Der Wechselspannungsgenerator 11 ist im übrigen entsprechend dem Generator 10 ausgebildet. Mit in ist eine Verstärkerröhre bezeichnet, während 112 eine Schwingungsröhre und 113 einen abgestimmten Schwingungskreis darstellt. 13 ist ein Transformator, dessen Sekundärspannung von einem Gleichrichter 15 gleichgerichtet wird. Ein Kondensator 21 und ein Belastungswiderstand 20 dienen zur Beruhigung der Gleichspannung. Die Gleichspannung wird über einen Gitterwiderstand 22 dem Gitter des Regelventils 3 aufgedrückt.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum An- und Abschalten und zur Spannungsregelung von Röntgenröhren, bei der je eine gittergesteuerte Ventilröhre in der anodenseitigen und kathodenseitigen Zuleitung der Hochspannung zur Röntgenröhre liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergitterspannungen beider Ventilröhren zur An- und Abschaltung der Röntgenröhre gleichzeitig geändert und zur Spannungsregelung gleichzeitig und selbsttätig in solcher Weise beeinflußt werden, daß die Steuergitterspannung der anodenseitigen bzw. kathodenseitigen Ventilröhre durch den Absolutwert der Spannung der Anode bzw. Kathode gegen Erde so geändert wird, daß eine Erhöhung dieses Absolutwertes das betreffende Steuergitter mehr negativ macht, und Anode und Kathode der Röntgenröhre stets gleiche oder nahezu gleiche Absolutwerte der Spannung gegen Erde annehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsregelung zwei Spannungsteiler (4, 5 und 6, 7) zwischen Anode bzw. Kathode der Röntgenröhre und Erde verwendet und zwei während der Dauer der Röntgenaufnahme oder Durchleuchtung konstant gehaltene Vergleichsspannungen vorgesehen sind und die Differenz zwischen der vom erdseitigen Teil (4 bzw.

6) des anodenseitigen bzw. kathodenseitigen Spannungsteilers abgenommenen Spannung und der dazugehörigen Vergleichsspannung die Steuergitterspannung der anodenseitigen (2) bzw. kathodenseitigen Ventilröhre (3) beeinflußt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Vergleichsspannungen von zwei miteinander gekuppelten Regelmitteln, beispielsweise Widerstandspotentiometern (8 und 9), abgenommen werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ventilröhren (2, 3) steuernde Spannung durch Gleichrichtung (14, 15) einer gleichstromfrei auf dem Gleichrichterkreis übertragenen Wechselspannung gewonnen ist, die von einem durch die Differenzspannung (4, 8 bzw. 6, 9) in seiner Amplitude gesteuerten Wechselspannungsgenerator geliefert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 579 761, 592 697, 858, 625 437, 588 780, 701 251, 749 631, 742 094; schweizerische Patentschriften Nr. 158 966, 234 276; französische Patentschrift Nr. 849 431; USA.-Patentschriften Nr. 2 029 436, 2 102 146;
Zeitschrift »Journal of the Franklin Institute«,

Bd. 214/2, 1932, S. 155 bis 162.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen