Elektrischer Apparat mit einer Einrichtung, die einen Messkondensator enthält. Die Erfindung betrifft. einen elektrischen Apparat mit einer Einrichtung, die einen Messkondensator enthält, dessen Spannung nach Inbetriebnahme des Apparates minde stens angenähert wie das Zeitintegral einer für die Funktion des Apparates massgebenden physikalischen Grösse verändert wird.
Das betreffende Zeitintegral kann z.B. als Soge nanntes mAs-Produkt ein Mass für die vom Apparat von der Einschaltung ab aufge nommene Energie bilden, so z. B. bei einem Röntgen-Diagnostikapparat für die der Rönt genröhre zugeführte Energie, wobei die er wähnte physikalische Grösse der Röhrenstrom ist. Letztere kann aber auch, z. B. bei einem photographischen Kopierapparat, die Licht stärke sein, wobei ein der Lichtstärke entspre chend bemessener Ladestrom den Messkonden- sator auflädt.
Soll bei einer bestimmten Ladespannung des Messkondensators die Abschaltung des Apparates bewirkt werden, dann stellt sich das Problem, die SchäItfehler zu korrigieren, die durch die Abschaltverzögerung :des Ab sehaltschützes bedingt sind. Weitere Schalt fehler können bei einer derartigen Einrich tung auftreten, wenn die Änderung der Span nung an dem Messkondensator nicht genau proportional der Änderung des mAs-Produk- tes ist, bei dem, z. B. im Falle eines Röntgen apparates, eine Röntgenröhre abzuschalten ist.
Wird die an dem Messkondensator auftre tende Spannung anstatt zum Abschalten einer Röhre lediglich zum Messen des betreffenden Zeitintegrals verwendet, dann können ähn liche Fehler auftreten.
Erfindungsgemäss enthält. nun die oben erwähnte Einrichtung, z. B. ein mAs-Relais, vom Ladestrom des Messkondensators unbe- einflusste Mittel mir 'Erzeugung einer zeit lich variablen Korrekturspannung.
Der zeitliche Verlauf dieser Korrektur spannung kann aus der graphischen odei mathematischen Analyse der Fehler ermittelt. werden. Ein besonderer Vorteil der Erfin dung besteht darin, dass durch die zeitlich ver änderliche. Korrekturspannung mehrere Feh ler gleichzeitig ausgeglichen werden können.
Es ist zweckmässig, wenn die Korrektur spannung durch Ladungsänderung (Auf- bzw. Um- oder Entladung) eines oder mehrerer weiterer Kondensatoren (Korrekturkondensa toren) über Ohmsche Widerstände erhalten wird.
Die Erfindung soll an Hand der Fig.1 bis 8 erläutert werden In der Fig.1 ist das Schaltbild eines be kannten mAs-Relais dargestellt, das zum<B>Ab-</B> schaltender Röntgenröhre eines Röntgenappa rates dient.
Der im Stromkreis der Röntgen röhre 1 eingebaute Messkondensator 2 befin det sich zugleich in. dem Gitterkreis der git- tergesteuerten Gas- oder Dampfentla.dungs- röhre 4, in deren Anodenstromkreis die Spule 6 eines elektromagnetischen Schützes einge schaltet ist, dessen Kontakt s zum Abschalten des Hochspannungstransformators 3 vom Netz 5 dient.
Der Messkondensator 2 ist ferner über einen Ruhekontakt 7 mit einem Span- nungsteiler 8 verbunden, der mit den Wider ständen 9, 10 in Serie geschaltet und zusam men mit diesen Widerständen an die Strom quelle 11' angeschlossen ist. Das für eine Röntgenaufnahme gewünschte mAs-Produkt kann vor der Aufnahme an dem Spannungs teiler 8 eingestellt werden. An dem Gitter der Entladungsröhre 4 liegt somit vor einer Aufnahme eine negative Spannung, die sich aus der Summe der an dem Widerstand 10 und der an dein Spannungsteiler 8 abgenom menen Spannung ergibt.
Bei Beginn der Auf nahme wird der Ruhekontakt 7 zwangläufig geöffnet und der Messkondensator 2 durch den Röhrenstrom so lange in entgegengesetzter Richtung aufgeladen, bis die Entladungsröhre 4 anspricht und damit der Röntgenapparat durch den Kontakt s abgeschaltet wird. Dabei erhält man bei konstanter Abschaltverzöge- rung des Apparateschützes und bei einer be stimmten Einstellung für das mAs-Produkt einen Schaltfehler, der je nach dem mittels einer nicht :gezeigten, einstellbaren Kathoden- heizvoirichtung gewählten Röhrenstrom ver schieden gross ist.
In Fig.2 ist der Spannungsverlauf am 1lesskondensator für zwei Aufnahmen bei der gleichen mAs-Einstellung, aber verschiedenen Röhrenströmen mit sehr guter Annäherung durch die Geraden 12, 13 dargestellt. Auf der Abszissenachse ist die Zeit t aufgetragen, auf der Ordinatenachse Spannungen, die generell mit e bezeichnet sind.
Wenn die durch die Geraden 12 und 13 dargestellten Spannungen den Wert e" des Punktes 14 erreicht haben, bei dem die gesamte negative Gittervorspan- nung der Entladungsröhre 4 ausgeglichen ist und die Entladungsröhre 4 und damit das Netzschütz anspricht, lädt sich der Messkon- densator 2 mit der jeweiligen Stromstärke weiterhin-auf, bis die Verzögerungszeit T,.=18 des Netzschützes beendet ist.
Die Fehler für 'die mAs-Produkte, bei denen die Abschaltung stattfindet, sind bei den :beiden Röhrenstrom stärken der in Fig.2 schraffierten Dreiecken bzw. den Strecken 15, 16 proportional, Bei Variation des Röhrenstromes erhält man für die 'Spannung, bei der in Ermangelung weite rer Massnahmen die Abschaltung stattfinden würde, jeweils einen !Schaltfehler, der durch die Kurve 17 veranschaulicht ist. 'Um die Schaltfehler auszugleichen, muss die Entla dungsröhre 4 jeweils um die Verzögerungszeit. T,,=18 früher zum Ansprechen gebracht wer den.
Bei einem in der bekannten Schaltungs anordnung benützten Ausgleich der Abschalt- verzögerung wird in dem Gitterkreis an einem vom Ladestrom des Messkondensators 29, also bei gesperrter Röhre, vom Röhrenstrom durch- flossenen Widerstand eine konstante Gleich spannung erzeugt. Ein derartiger Widerstand 2a ist in Fig. 1 gestrichelt angedeutet. Im Dia gramm kann dies. jeweils durch eine durch den Schnittpunkt 19 der beiden Geraden 12, 20 gelegte Parallele 21 zur Zeitachse darge stellt werden.
Es ist ersichtlich, dass diese Art des Ausgleiches nur bei konstantem Röhren strom möglich ist. Für pulsierenden Röhren strom wäre die Parallele 21 durch eine den Röhrenstromschwanluingen entsprechende Kurve zu ersetzen. Dabei erhielte man, je nach dem Einschaltmoment, einen den Röh- renstromschwankungen entsprechenden posi tiven oder negativen Schaltfehler.
Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausfüh- r ungsbeispiel der Erfindung wird zum Fehler ausgleich in den Gittei4ireis der Entladungs röhre 4 mittels eines weiteren Kondensators 26 eine zeitlich veränderliche Korrekturspannung eingeschaltet, die vom Ladestrom des Messkon- densators 2 irrabhängig ist.
Für den Aus gleich des durch die Abschaltverzögerung des Netzschützes bedingten Fehlers muss diese Korrekturspannung den zeitlichen Verlauf der Kurve 22 aufweisen, die den geometri schen Ort der Schnittpunkte 19 -der Geraden 12 und 20 darstellt, die bei Variation des Röhrenstromes wie folgt. erhalten werden: Vom Schnittpunkt der Geraden 12 (bzw, 13 usw.) mit der Parallelen zur Abszissenachse in Höhe E" wird T"=18 nach links abgetra gen und die Gerade 20 senkrecht zur Abszis- senachse gezogen.
Die Gleichung der Kurve 22 in bezug auf das Koordinatensystem t+T,, und ej; mit Nullpunkt 0' ergibt sich aus Fig. 2. Es ist:
EMI0003.0009
Dabei ist ek die jeweilige Korrekturspannung (23, 23o, <I>. .</I><B>.
),</B> ero die negative Vorspannung 24 am Wi derstand 10, e<I>,</I> o die negative Vorspannung 25 am Mess- kondensator 2, e" = (er, + e,.) somit die gesamte nega tive Gittervorspannung und To die konstante Verzögerungszeit 18 des Netzschützes. ' Die Gleichung (1) stellt eine Hyperbel dar, deren Asymptoten die Achsen des Koordina tensystems mit dem Nullpunkt 0' sind.
Die Hyperbel 22 lässt sich nun mit praktisch ge nügender Genauigkeit durch eine nach einer Exponentialfunktion verlaufende Kurve er setzen, die bei der Entladung des erwähnten Kondensators erhalten wird. Parallel zu dem Kondensator 26 liegt ein Ohmscher Wider stand 27. Für Röntgenaufnahmen mit einem bestimmten mAs-Produkt bei verschiedenen Röhrenstromstärken ist der Kondensator 26 vor jeder Aufnahme auf eine bestimmte Span nung aufzuladen und während der betreffen den Aufnahme über den Widerstand 27 zu entladen.
Dabei erhält. man an den Klemmen des Kondensators 26 eine Korrekturspannung, die ungefähr den zeitlichen Verlauf der Kurve 22 aufweist.
Zeichnet man die den verschiedenen Zei ten entsprechenden Korrekturspannungen auf einer Zeitachse auf und addiert die so erhal tene Kurve 28 zu den die !Spannungen an dem 11Zesskondensator bei den zwei im Diagramm der Fig.2 gewählten, Röhrenstromstärken darstellenden Geraden 12,<B>13,</B> dann erhält man für die die Entladungsröhre 4 steuernden Spannungen die in Fig.4 wiedergegebenen Kurven 29, 30.* Die Zündspannung 31 der Entladungsröhre 4 wird dabei um die Ver zögerungszeit 18 des Netzschützes früher erreicht, als dies ohne die Korrekturspannun gen der Fall wäre.
Es ' ist wichtig, dafür zu sorgen, dass die Korrekturspannung erst eine bestimmte Zeit 32 nach dem Einschalten voll zur Wirkung kommt, da sonst die Zündspan nung schon zu Beginn einer Aufnahme vor handen ist und die betreffende Aufnahme überhaupt nicht zustande kommen kann.
Ver wendet man für die Erzeugung der Korrek turspannung die Entladung des Kondensators und wählt dabei die Werte für die Kapazität und für die Ladespannung des Kondensators sowie für den Entladewiderstand so, dass die Hyperbel 28 in dem Arbeitsbereich durch die Entladespannungskurve 33 des Kondensators ersetzt werden kann, dann tritt die eiben ge schilderte Schwierigkeit. nicht auf, da die Exponentialkurve 33 am Anfang flacher ver läuft als die Hyperbel 28.
Die Korrekturspannung cl, ist nach Glei chung (1) proportional zu der Summe der Spannungen er, und e",; diese Siunmenspan- nung ist aber proportional ztt dem inAs-Pro- dukt, bei dem die Röntgenröhre abzuschalten ist.
Von andern Korrekturen abgesehen, folgt daraus, dass die Korrekturspannung und da mit auch die ,Spannung, mit der der Zusatz kondensator 26 vor einer Röntgenaufnahme aufzuladen ist, proportional zu diesem mAs- Produkt sein muss. Es ist zweckmässig, die Spannung zum Aufladen des Zusatzkonden- sators 26 an einem aus den Widerständen 27, 34 gebildeten Spannungsteiler abzunehmen, der den 1Vlesskondensator 2 und einen Teil des damit in Serie geschalteten Widerstandes 10,
an dem die Gittervorspannung elo liegt, über brückt. Bei Beginn einer Röntgenaufnahme wird der Ruhekontakt 35 in der Verbindungs leitung 36 des aus den Widerständen 27, 34 gebildeten Spannungsteilers mit dem varia blen Abgriff 37 an dem Widerstand 10, der von einem konstanten Strom durchflossen wird, zwangläufig geöffnet. An dem Span- nungsteiler 27, 34 liegt. somit. nicht die ganze. Summenspannung (e"o+elo), sondern nur eine etwas kleinere Spannung.
Die an den Korrek turkondensator 26 geführte Spannung ist in dem Ausführungsbeispiel nicht proportional zu (eca+erss), sondern zii (e"a+K - er,), wobei (e"+K- er,) die von der Summe der negativen Gittervorspannungen etwas unterschiedliche Zündspannung 38 (siehe Fig.4) der Entla- rumgsröhre 4 darstellt.
Bei der Bemessung der Widerstände 27, 34 ist zu beachten, dass durch das Verhältnis dieser Widerstände die von der Zündspannung der Entladungsröhre 4 unter schiedliche Ladespannung für den Korrektur kondensator 26 bestimmt ist, und dass ,der Widerstand 2'7 zusammen mit dein Korrektur kondensator 26 für die Entladung dieses Kon- densators eine bestimmte Zeitkonstante er geben muss.
Bei einem mAs-Relais für einen Röntgen apparat ist es in mancherlei Hinsicht vorteil haft., den Messkondensator in einen Neben- sehlusskreis zu einem in den Röhrenstromkreis geschalteten Widerstand zu legen. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem dies der Fall ist.
Der in den Gitterkreis der Entladungsröhre des mAs- Relais geschaltete Messkondensator 2 befindet sich zugleich in einem der beiden in den Stromkreis der Röntgenröhre 1 eingebauten parallelen Stromzweige mit den Widerstän den 39, 40. Diese Sehaltungsanordnung er laubt die Verwendung eines verhältnismässig kleinen lIesskondensators bei grossen Röhren strömen. Sie ist auch dann mit Vorteil zu ver wenden, wenn das Arbeiten mit grösseren An sprechspannungen erforderlich ist..
Ein gro sser Nachteil dieser Schaltung ist. jedoch, dass bei ihr die Änderung der an dem Messkonden- sator auftretenden Ladespannung nicht mehr praktisch proportional der Änderung des mAs- Produktes ist.
Zur Erläuterung des hierdurch bedingten Schaltfehlers dienen die in Fig. 6 dargestell ten Kurven. Da bei der iSchaltung nach Fig. 5 die Spannung an dem Messkondensator nach einer Exponentialfunktion 41 verläuft, wird die Ansprechspannung 42 der Entladungs- röhre des mAs-Relais erst später erreicht, als dies bei linearem Spannungsverlauf nach der Geraden 43 der Fall sein müsste.
Wenn man voraussetzt, dass die Abschaltung des Röntgen apparates in dem Augenblick, in dem die Spannung am Messkondensator die Ansprech- spannung 42 erreicht hat, trägheitslos erfolgt, dann ergibt sich bei der gewählten Strom stärke für das geschaltete mAs-Produkt ein der Strecke 44 proportionaler Schaltfehler. Bei Variation des Röhrenstromes erhält man für die verschiedenen, in der Regel im voraus nicht bekannten Schaltzeiten Schaltfehler, die sich durch die Spannungskurve 45 veran schaulichen lassen.
Auch diese -Schaltfehler können durch eine in den Gitterkreis geschal tete, zeitlich veränderliche Korrekturspannung ausgeglichen werden. Die Korrekturspannung 46 für die gewählte Röhrenstromstärke ergibt. sich in dem Diagramm der Fig. 6 aus der Dif ferenz der Ansprechspannung 42 und der in dem Ansprechmoment vorhandenen Span nung 47 am yIesskondensator 2. Ihr zeitlicher Verlauf ist in dem Diagramm durch die Kurve 48 veranschaulicht. Sie kann durch die wäh rend einer Röntgenaufnahme stattfindende Ladung eines in den Gitterkreis 3 geschalteten Korrekturkondensators 49 über einen Wider stand 50 erzeugt werden.
Der in den Gitterkreis einer elektrischen Entladungsröhre geschaltete Messkondensator kann auch durch den Ionisationsstrom einer Ionisationskammer aufgeladen werden, wie es bei in der Röhrentechnik verwendeten Dosis relais der Fall ist. In der Fig. 7 ist ein ent sprechendes Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Hierbei wird der in den Git terkreis der Entladungsröhre 4 geschaltete 1hIesskondensator 2 vor der Bestrahlung der Ionisationskammer 51 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen.
Die weitere Aufladung des Messkondensators bis zum Erreichen der Ansprechspannung der Entladungsröhre er folgt nach der Öffnung des Ruhekontaktes 52 durch den Ionisationsstrom einer auf die Ioni- sationskammer 51 auftreffenden bestimmten Röntgenstrahlendosis. Bei einem derartigen Dosisrelais können unter Umständen verschie- dene 'Schaltfehler auftreten, die durch Ableit- ströme bedingt. sind.
Es ist möglich, dass sich der Messkondensator 2 bei einer Bestrahlung der Ionisationskammer 51 auf eine zu niedrige oder auf eine zu hohe Spannung auflädt, je nachdem ein Teil des Ionisationsstromes nach der gestrichelten Linie 53 über den zum Mess- kondensator parallel liegenden A#bleit.wider- stand der Entladungsröhre 4 oder ein Teil des von der Anodenstromquelle 54 gelieferten Stromes nach der gestrichelten Linie 55 über den zwischen Anode und. Gitter liegenden Ab- leitwiderstand
der Entladungsröhre und über den 'Miesskondensator 2 fliesst. Die hierdurch bedingten Schaltfehler werden durch eine an dem Korrekturkondensator 56 erzeugte, im Gitterkreis geschaltete, zeitlich veränderliche Korrekturspannung ausgeglichen. Der Kor rekturkondensator 5@6 wird während der Be strahlung der Ionisationskammer 51 über einen Widerstand 57 durch eine positive oder nega tiv e Spannung aufgeladen.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt, mit einem Dosisrelais, das zwei Korrekturkondensatoren enthält. Dieses Relais soll die Röntgenröhre selbsttätig von der Betriebsspannung albsehal- ten, sobald die auf die Ionisationskammer 58, die vor dem zu belichtenden photographi schen Film 59 angeordnet ist, auftreffende Röntgenstrahlendosis einen bestimmten, im voraus einstellbaren Wert erreicht hat.
In dem Csitterkreis 60 der Verstärkerröhre 61 dieses Relais befinden sich der Messkondensator 62 und ein Korrekturkondensator 63. In dem Gitterkreis 64 der gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsröhre 65 befindet. sich ein Spannungsteiler 66, an dem die negative Git tern orspannung liegt, ein Widerstand<B>67,</B> an dem die durch die Verstärkerröhre 61 ver stärkte 1lessspannung auftritt, und ein Kor rekturkondensator 68.
Die zu schaltende Röntgenstrahlendosis kann an dem im An odenkreis der Röhre 61 befindlichen Wider stand 67 eingestellt werden. Die an diesem Widerstand abgegriffene Spannung wird über einen Ruhekontakt 69 an den Messkon- densator 62 geführt. In dem Primärstrom- kreis des die Röntgenröhre 70 speisenden Hochspannungstransformator 71 befindet sich ein Schalter 72 und ein Ruhekontakt 73.
Der Ruhekontakt 73 wird durch ein in den Anodenstromkreis der gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladiingsröhre 65 geschaltetes Schütz 74 betätigt.
An dem Korrekturkondensator 63 tritt eine Korrekturgpannung auf, die nur zum Ausgleich des durch Ableitströme im Gitter kreis 60 bedingten Schaltfehlers bestimmt ist. Die an dein Korrekturkondensator 68 wirk same Korrektionsspannung dient dagegen nur für den Ausgleich des durch die Abschaltver- zögerung des Schützes 74 bedingten Schalt fehlers.
Die über einen Ruhekontakt 75 ge führte Ladespannung für den Korrekturkon densator 63 wird an einem an die Anoden spannung 76 des Relais gelegten Spannungs- teiler 7 7 abgenommen. Die Ladespannung für den Korrekturkondensator 68 wird an einem Spannungsteiler 78 abgenommen, der unter 7wischensehaltung eines Ruhekontaktes 79 und eines variablen Abgriffes 81 den Wider stand 6 7 und einen Teil des damit in Serie geschalteten Widerstandes 66 überbrückt,
der von einem konstanten Strom durchflossen wird.
Vor Beginn einer Röntgenaufnahme sind die Kondensatoren 62, 63, 68 auf bestimmte Spannungen geladen. Bei Beginn einer Rönt- genaiifnahme wird der Schalter 72 geschlos sen; gleichzeitig werden die Ruhekontakte 69, 7-5 und 79 zwangläufig geöffnet. Die Ab schaltung der Röntgenröhre von der Netz spannung 80 erfolgt durch Öffnen des Ruhe kontaktes 73 in dem Augenblick, in dem die auf den Film 59 auftreffende Röntgenstrah- lendosis den vorbestimmten Wert erreicht hat.
Durch die während einer Röntgenaufnahme an den Korrekturkondensator 63, 68 wirk samen, zeitlich veränderlichen Korrekturspan- nungen ist es möglich, mit dem Relais nach Fig. 8 sehr kurzzeitige Schaltungen exakt aus zuführen. Als Verstärkerröhre 61 kann dabei eine einfache Verstärkerröhre verwendet wer den.
Ohne den Ausgleich der durch die Ab- leitströme verursachten Schaltfehler wäre an Stelle .der TTerstärkerröhre 61 ziun genauen Schalten eine teure und praktisch nur für kleine Leistungen erhältliche Messröhre erfor derlich.