DEN0011387MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 29. Oktober 1955 Bekanntgemacht am 27. September 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 Röntgenröhre¹ (Röhrenstrom) geregelt.

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 2u 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

609 620/374

N 11387VIIIc I'2Ig

sich aber der Röhrenstrom infolge einer Spannungsänderung nicht ändert, so kann bei jeder zu wählenden Spannung die gleiche mAs-Skala dienen.
■ ■ ι 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

ίο 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 Spannungs-

ao verlust ändert sich mit der Stromstärke. Sie können daher nur bei einem bestimmten Wert des Röhrenstromes zu einer vollständigen Korrektion führen.

Zum Ändern der Röhrenspannung wird ein Transformator mit einstellbarem Übersetzungsverhältnis verwendet. Der durch den Widerstand im Primär kreis dieses Transformators herbeigeführte Spannungsverlust ändert sich nicht nur mit dem Röhrenstrom, sondern auch mit dem Übersetzungsverhältnis.

Gewöhnlich wird mit dem Röntgengerät eine

• 30 Darstellung mit mehreren Kurven geliefert, die je einem bestimmten Strom entsprechen und die Röhren-

' spannung 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 bestimmte 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.

Für die Aufzeichnung einer solchen Kurve werden gewöhnlich am Röntgengerät bei jeder Stellung des Spannungswählers mehrere Messungen, j eweils 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.

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 Spannungswähler gleich ist. Die Linien der Spannungsgraphik werden dann gerade, und man braucht nur in einer Stellung des Spannurigswählers die Röhrenspannung für eine Reihe von Röhrenstromwerten zu bestimmen.

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.

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 go nur dafür Sorge getragen wird, daß der Spannungsverlust wenigstens an den Grenzen des Röhrenspannungs-Regelbereiches nahezu gleich ist.

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 Reihe 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.

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.

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 M.5 die Zusatzspannung nicht durch den Röhrenstrom selbst, sondern durch die Stellung des Regelorgans des Röhrenstromes bedingt ist, ist von keiner Bedeutung mehr.

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.

620/374

N 11387 VIHc/21g

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der

Fig. ι ein Ersatzbild der Schaltung eines Röntgenapparates und

Fig. 2 ein Beispiel des Schaltbildes eines Röntgenapparates nach der Erfindung in einfacher Form darstellt.

Fig. ι dient zur Erläuterung, was die Ursache des Spannungsverlustes ist und auf welche Weise dessen

ίο Wert bestimmt werden kann. In der Figur ist der als Autotransformator ausgebildete Regeltransformator mit T₁ und der Hochspannungstransformator mit T₂ bezeichnet. Das regelbare Übersetzungsverhältnis des Autotransformators wird durch N₁ und das konstante Übersetzungsverhältnis des Hochspannungstransformators durch N₂ dargestellt. Wird die als konstant anzusehende Spannung des Speisenetzes mit E_n bezeichnet, so ist die auftretende Röhrenspannung bei einem Röhrenstromwert 0 (Leerlaufspannung) gleich E₀ = N₁ N₂ E_n.

Der Widerstand des Primärstromkreises im Regeltransformator ist in Fig. 1 durch einen konzentrierten Widerstand R_n dargestellt. Der verbleibende Widerstand im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators ist in Fig. 1 durch einen konzentrierten Widerstand R_a dargestellt. Der mit der Röntgenröhre in Reihe liegende Widerstand des Sekundärstromkreises des Hochspannungstransformators, von dem der Widerstand etwa vorhandener Gleichrichterröhren einen Teil bildet, ist in Fig. 1 durch einen konzentrierten Widerstand R_t dargestellt.

Die auftretende Röhrenspannung bei einem Röhrenstromwert / kann durch

E_B = E₀-I (R_t +R_aNl +R_nNlNfI
dargestellt werden. Dabei stellt

I(R_t +R_a Nl+ R_n Nl Nl)

den Spannungsverlust E_v dar. Dieser Spannungsverlust ist dem Strom proportional und besteht aus zwei Komponenten: / (R_t + R_aN$) und I R_nNf JV|. Die erstere Komponente ist nicht vom Übersetzungsverhältnis N₁ abhängig, die zweite ändert sich quadratisch mit 2V₁.

Bemerkt wird, das R_a in Wirklichkeit etwas von TV₁ abhängig ist. Durch erfahrungsgemäße Einstellung der Widerstandsstufen wird aber vermieden, daß dies zu fehlerhaften Werten führt.

Die Änderung der Komponente / R_n Nl des Spannungsverlustes wird durch einen regelbaren zusätzlichen Widerstand im Speisekreis des Hochspannungstransformators ausgeglichen, dessen Regelorgan mit dem des Regeltransformators gekoppelt ist.

Folglich ändert sich der Wert R_a bei Änderung

von TV₁. Wenn R_a =

— R_nNl ist, wobei C einen

konstanten Wert darstellt, so ist für einen Strom I 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_h solchen Wertes zugefügt, daß E_n — E_v einen Betrag ergibt, der sich nicht mit / ändert. Folglich muß

E_n - (IR_t + IR_a Nl +. JA_n Nl Nl)

konstant sein. Ersetzt man dabei R_a durch den oben abgeleiteten Ausdruck, so ergibt sich, daß diese Bedingung bedeutet, daß E_n — IR_t einen konstanten Wert ergeben muß, daß also die Zusatzspannung sich in proportionalem Verhältnis zum Strom ändern muß.

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 4, 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 Transformatorwicklung angebrachtes Voltmeter 5 immer auf eine vorgeschriebene Anzeige eingestellt werden.

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.

Der Glühstromkreis besitzt ferner eine Spannungs-Stabilisiervorrichtung 9 und einen Regelwiderstand 10. Letzterer dient zum Regeln des Röhrenstromes.

Der Hochspannungsgenerator ist ein Transformator 12, dessen Sekundärwechselspannung, durch Ventile 14 gleichgerichtet, der Röntgenröhre 6 zügeführt wird.

Der Regeltransformator 1 liefert die Speisespannung dem Hochspannungstransformator 12, dessen Primärwicklung durch den Spannnungswähler 13 an verschiedene Anzapfungen 15 des Regeltransformators 1 gelegt werden kann.

Im Primärstromkreis des Transformators 12 liegt ein 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.

Es ist die Absicht, daß bei einer Änderung der Lage des Spannungswählers 13 der Wert des Wider-Standes 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 Transformationsverhältnis von ι ändern muß, wurde festgestellt, daß beim kleineren Regelbereich, mit dem

609 620/374

N 11387 VIII c/21g

man in der Praxis meist zu tun hat, eine lineare Änderung eine hinreichend genaue Annäherung ergibt. Der höchste Wert von N₁, 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 R_t als Funktion von N₁ darstellende parabolische Kurve durch eine gerade Linie ersetzt wird, welche die äußersten Punkte dieser Kurve verbindet (also die

ίο Punkte, die dem höchsten und dem kleinsten Wert von N₁ entsprechen, die der Spannungsregler ermöglicht), nicht mehr als 20%. Der Spannungsverlust wird gewöhnlich durch geeignete Wahl der verschiedenen in Frage kommenden Widerstände unterhalb einer angemessenen Grenze gehalten. Er wird selten mehr als 25 °/₀ der Leerlaufspannung betragen. Der Ersatz eines sich auf die theoretisch richtige Weise mit N₁ ändernden Widerstandes durch einen sich linear mit diesem Wert ändernden Widerstand bewirkt daher im ungünstigsten Falle nur noch einen Fehler von höchstens 5%,

Auf dem Kern des Regeltransformators 1 liegt eine getrennte Wicklung 16. Die in dieser Wicklung induzierte Spannung dient dazu, den Spannungsverlust von der Einstellung des Röhrenstromreglers unabhängig zu machen. Da die Wicklung 16 in einer der Zuleitungen zum Hochspannungstransformator liegt, liefert diese Spannung einen Beitrag zur Speisespannung dieses Transformators.

Wie oben abgeleitet wurde, muß die in der Wicklung 16 erzeugte Zusatzspannung E_n sich mit dem Strom ändern. Um dies zu verwirklichen, ist ein Regelorgan 17 vorgesehen, welches mit verschiedenen Anzapfungen der Zusatzwicklung 16 verbunden werden kann und, wie es durch eine strichpunktierte Linie in der Figur angedeutet ist, mit dem Regelorgan des Widerstandes 10 gekoppelt ist. Auch die Regelstufen der Zusatzwicklung 16 können am besten empirisch bestimmt werden.

Das Ein- und Ausschalten des Speisestromes des Hochspannungstransformators (zu Beginn bzw. am Ende der Belastungszeit) erfolgt durch den elektromagnetisch betätigten Schalter 19, dessen Erregungsstrom durch ein Zeitbestimmungselement 11 gesteuert wird. Dieses Element kann gewünschtenfalls in bekannter Weise mit dem Bedienungsorgan des Widerstandes 10 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 Belästungsdauer zulässig ist, oder immer eine möglichst günstigste Belastung der Röntgenröhre erreicht wird.

Der Regelwiderstand 18 kann auch im Primärstrqmkreis statt im Sekundärstromkreis des Autotransformators ι 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.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Röntgenapparat mit einem Regeltransformator zum Regeln der Röhrenspannung und eingerichtet zur Erzielung eines von der Röhrenspannung unabhängigen Röhrenstromes, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler der Röhrenspannung mit dem Regelorgan eines im Hochspannungs-Speisekreis der Röntgenröhre liegenden veränderlichen Widerstandes derart gekoppelt ist, 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.

2. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstufen des veränderlichen Widerstandes denen des Übersetzungsverhältnisses des Regeltransformators proportional sind.

3. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwerte des veränderlichen Widerstandes eine quadratische Funktion des Übersetzungsverhältnisses des Regeltransformators sind und demnach einen nahezu konstanten Spannungsverlust über den ganzen Regelbereich herbeifühl en. _go

4. Röntgengerät nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einem Regelorgan zum Regeln des Röhrenstromes, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare .Zusatzspannung im Hochspannungs-Speisekreis der Röntgenröhre liegt und das Regelorgan für diese Zusatzspannung mit demjenigen zum Regeln des Röhrenstromes gekoppelt ist, so daß sich die Zusatzspannung derart mit dem Röhrenstrom ändert, daß sie um einen konstanten Betrag vom gesamten Spannungsverlust abweicht, ungeachtet der Einstellung des Röhrenstromreglers.

5. Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelorgan zur Einstellung der Belastungsdauer mit dem Organ zum Regeln des Röhrenstromes gekoppelt ist, so daß der Röhrenstrom bei Zunahme der Belastungszeit abnimmt, und umgekehrt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

© 609 620/374 9. 56