第三章常规X线机 课件.ppt
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1、2020/10/28,1,第三章,常规X线机,2020/10/28,2,第一节 概述,X线机对电路的基本要求无论是固定阳极X线管还是旋转阳极X线管,都必须满足下列要求:1.可调管电流 能给X线管灯丝提供可调加热电压,改变X线管灯丝温度,达到控制X线量的目的。2.可调管电压 能给X线管提供很高且可以调节的管电压,达到控制X线质的目的。3.可调曝光时间 使X线管在选定时间内接通和切断,控制X线的发生时间。,精品资料,2020/10/28,4,一、电路组成1.电源电路 为X线机控制台内的自耦变压器输送电能的电路。其作用是为其它各单元电路提供所需要的各种不同电压的交流电和直流电。2.X线管灯丝加热电路
2、 为X线管灯丝输送加热电压的电路。分为灯丝变压器初级电路(mA调节电路)和次级电路。3.高压发生电路 将自耦变压器供给的低电压转化为高电压输送到X线管两极的电路。高压初级电路外接KV控制器,起到控制管电压的目的。,2020/10/28,5,4.控制电路 控制X线机的发生和停止,以及与此相关的各种电路系统。这是X线机中最复杂的一部分,除了基本元件和电路外,还有摄影控制电路、旋转阳极启动保护电路等。5.X线应用设备的电路,2020/10/28,6,第二节 电源电路,X线机电源电路是给自耦变压器供电的电路,是机器的总电源。一.简单的电源电路,当电压补偿调节器K1由断点旋至12时,电源接通,自耦变压器
3、B1工作,指示灯ZD亮,电压表V指示电压,继续调节K1,使电压表指示在220V上。,2020/10/28,7,关于自耦变压器:自耦变压器是只有一个绕组的变压器,当作为降压变压器使用时,从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组;当作为升压变压器使用时,外施电压只加在绕组的部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组,其余部分称为串联绕组,同容量的自藕变压器与普通变压器相比,不但尺寸小,而且效率高,并且变压器容量越大,电压越高这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大,自藕变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。,2020/10/28,8,抽头分
4、档式 1)透视:2)摄影:,2020/10/28,9,滑轮连续式,2020/10/28,10,可变输入电压的电源电路可变输入电压指提供给X线机的电源电压,即可采用220V,又可采用380V。,2020/10/28,11,图中JC0为电源接触器、AN1/AN2分别为电源“通”、“断”按钮,机器出厂时一般接在380V上。可以通过调节线路,将输入电压变为220V。如上图。三.双“通”、双“断”按钮电源电路这类电源用于双管式X线机,能分别控制透视和摄影电源电路的“通”“断”。如图KF-200型X线机电源电路:可以通过AN1/AN2(控制台)、AN3/AN4 (点片架)来控制电源电路的通断。,2020/
5、10/28,12,2020/10/28,13,电源电压自动调整电路为了进一步减小高压发生器整流输出KV的脉动率,大功率X线机趋向于采用三相自耦变压器供电且电源电压自动调整。,电源电压自动调整电路的构成方框图,2020/10/28,14,第三节 X线管灯丝加热电路,灯丝加热电路是为X线管灯丝提供加热电源的电路,通过此电路,可实现管电流的调节,又称mA调节电路。时间一定时,X线的量就由管电流来决定;管电流的大小取决于灯丝发射的电子数量,灯丝发射电子数量又由灯丝温度决定;灯丝温度越高,发射电子数目越多。而灯丝温度是由灯丝加热电压决定的。由此可知,管电流的调节可通过改变灯丝变压器初级电压来实现。,20
6、20/10/28,15,一、管电流的调节 (1)透视mA调节:连续 (2)摄影mA调节:分挡4、管电流的稳定 (1)稳压 (2)空补,2020/10/28,16,二、谐振式磁饱和稳压器1.磁饱和当线圈中通过一定量电流时,由于磁化介质是铁磁性材料,则磁化曲线为非线性的,如图:在b点,磁场强度再增长,磁感应强度几乎不再增加,这种现象称为磁饱和。,2020/10/28,17,2.磁饱和稳压器原理是利用磁饱和特性制成的,主要部分是一个饱和变压器。变压器铁心面积与一般变压器不同,初级线圈铁心面积大,为非饱和线圈;次级线圈铁心面积小,为饱和线圈。随着电源电压的升高,铁心内磁通也随之增加,当次级铁心内磁通达
7、到饱和点时,电源电压再次增加,次级铁心内的磁通基本保持不变,于是次级线圈所产生的输出电压基本不变,起到了稳压作用。如图:,2020/10/28,18,2020/10/28,19,谐振式磁饱和稳压器为使线圈达到饱和,需要很大的磁化电流,同时,由于电感线圈在交流电路中,要从电路中吸收电场能变换成磁能,磁能又会转换为电能输入到电路中。这样在电路中便会形成无功电流。由于电路中电阻的存在,势必增加电源的无功损耗,使稳压器效率不高。为了解决此矛盾,在磁饱和线圈L2两端并联一个电容器C,构成并联谐振回路,这样便形成谐振式磁饱和稳压器。,2020/10/28,20,当电源频率与谐振回路的固有频率相等时即可产生
8、振荡。谐振时电容C与电感L2中电流在任一瞬间大小相等而方向相反,谐振电流只环绕于L2、C回路,电流非常大,使磁饱和铁心很快饱和。L2与C谐振时,其阻抗无限大,因而A、B间电流很小,从而减小了电源的供电功率,提高了稳压器的效率。若在输出端串联一个补偿线圈L3,与L2极性相反,当电源电压增大时,使L3上的感应电压也增高,则L2与L3电压增量相互抵消,输出电压保持不变。,2020/10/28,21,2020/10/28,22,2020/10/28,23,性能当电源电压在170240V范围内变化时,输出电压波动不超过1%。,2020/10/28,24,三、空间电荷补偿器由于空间电荷的作用,管电流不仅与
9、灯丝加热电流有关,而且与管电压变化有关。因此,我们通常采用改变灯丝加热电压的方法来补偿管电压对管电流造成的影响,即在增加管电压的同时,相应地减小灯丝加热电压,使管电流保持不变。对空间电荷补偿有线性补偿和非线性补偿两种方式。下面主要介绍线性补偿方法:线性补偿通常采用空间电荷补偿变压器进行线性补偿,如图:,2020/10/28,25,变压器式空间电荷补偿电路,2020/10/28,26,反相串联抵偿法(降压抵偿法)变压器的初级线圈与高压变压器初级线圈并联,其初级电压随管电压的变化而同步变化,其次级有两个线圈,分别与X线管的大、小焦点灯丝变压器的初级线圈反相串联。,2020/10/28,27,同相串
10、联抵偿法(升压抵偿法)该变压器的初级线圈引线接在自耦变压器的末端与高压初级调节端,抵偿变压器的两个线圈分别与X线管的大、小焦点灯丝变压器的初级线圈同相串联。,2020/10/28,28,补偿变压器的初级线圈接在高压变压器初级电路,其次级输出电压与稳压变压器的次级输出反相串联或正相串联,使灯丝加热电压随管电压上升而降低,同时空间电荷补偿变压器上有多个抽头与mA选择器联动来改变补偿电压。这样,基本上就能做到管电流不随管电压改变而改变。,2020/10/28,29,第四节 高压初级电路,高压初级电路是指由自耦变压器输出线圈至高压变压器初级线圈所构成的回路,包括管电压调节、控制、预示及补偿电路。,20
11、20/10/28,30,一.管电压调节由于人体各组织部位密度、厚度的差异很大,要求机器必须有一个调节范围很宽的电压调节系统。在实际电路中,通常是通过逐级调节自耦变压器的输出电压,反馈至高压变压器初级绕组,由匝数很多的次级绕组所感应的高压供给X线管所需的管电压。,2020/10/28,31,中小功率诊断X线机管电压的调节范围为3090KV(调节比为3);大功率诊断X线机管电压的调节范围为30150KV(调节比为5)。X线机多采用初级绕组N1和次级绕组匝数N2不变,调节初级电压U1的方法调节管电压。,2020/10/28,32,(一).抽头分档式 小型X线机多采用抽头分档式调节法,采用手动的多接点
12、调节器与自耦变压器不同输出的抽头相连接,从而得到不同的高压初级电压。这种调节方法的结构比较简单,但不能进行细微管电压的调节,不能满足摄影管电压微小变化的需要,所以有的X线机采用了粗细调节相配合的调节方法 。,摄影电压细调节器,每档4V,输出每档2KV,摄影电压细粗节器,每档20V,输出每档10KV,透视电压细粗节器,每档10V,输出每档5KV,摄影高压接触器,透视高压接触器,高压变压器初级级绕组,防突波电阻,2020/10/28,34,(二).滑轮连续式大中型X线机为得到连续可调的管电压,广泛采用滑轮连续式调节法。管电压调节装置改用手动或由伺服电机带动的碳轮在自耦变压器裸线上滑动,以得到连续可
13、调的高压变压器初级电压,从而得到连续可调的管电压。如图:,摄影高压接触器,透视高压接触器,透视管电压调节碳轮,摄影管电压调节碳轮,高压变压器初级线圈,2020/10/28,36,调初级电压U1可采用手动、电动两种调节方式。手动调节不方便,特别在电源电压波动较大的地区,无法实现适时控制和稳定调节。目前大型X线机多采用电动调节,即用一个伺服电动机提供动力,带动自耦变压器输出碳轮在自耦变压器裸线面上滑动,自动地调节高压初级电压。,2020/10/28,37,1.调高压初级电压U12.调高压初级匝数N1改变高压变压器的初级线圈的匝数N1,可以改变高压变压器初、次级线圈的匝数比,从而可调节管电压。3.调
14、节高压次级在高压次级电路中串接高压调整管,使高压发生器输出的高压,经过高压调整管后,再加到X线管两端,通过改变调整管上的管压降,就可以改变X线管的管电压。如图,高压变压器,高压调整管,比较器,利用R取样实际管电压信号送入比较器,与预置的管电压信号相比较,比较器输出的差值信号控制高压调整管的栅极电位,改变高压调整管上的管压降,从而改变管电压。,2020/10/28,39,4.调高压初级电压、电流波形或频率这种方法在自动化程度较高的大型X线机中应用较广,通过改变串联在高压初级电路的主晶闸管来调节管电压,中频X线机中,通过改变高压初级电流的占空比或频率来调节X线管管电压。,2020/10/28,40
15、,二.管电压控制(一)使用接触器控制高压初级电路在高压初级电路中,即在高压变压器初级绕组至自耦变压器之间,由一组以上的接触器触点,控制高压初级电路“接通”或“断开”。接触器线圈由限时电路或脚闸开关控制。,摄影高压接触器的电磁线圈与触点,透视高压接触器的电磁线圈与触点,2020/10/28,42,(二)用晶闸管控制高压初级电路随着快速连续摄影的需要,接触器作为高压初级电路的控制元件,因受到固有动作时间的影响,不能满足1s时间内的“闭合”与“断开”数次的要求,又会产生较大的电弧放电。故目前大中型X线机均采用晶闸管构成的无触点交流开关来控制高压初级的通断。,高压变压器,A-B/C-D间无触发信号时,
16、电路呈关断状态,只有当有连续电压触发脉冲,才能使SCR1/SCR2导通。,阻容保护元件,防止晶闸管击穿,接触器,2020/10/28,44,三.管电压预示和管电压补偿电路在X线摄影时,所选的管电压、管电流和曝光时间,必须有准确的测量和明显的指示,才能操作方便和适应不同人体、组织及部位的摄影需要,拍出对比度和密度都很理想的片子。由于X线强度分别与mAs值和kV值的35次方成正比( ),所以对kV值的精度要求要比mAs值的高一些。,2020/10/28,45,我国卫生部规定,管电压精度为7%,mAs值精度为20%。实验表明,X线管管电压比正常值高10%时,X线胶片感光量将增加60%70%;管电压比
17、正常值低10%时,X线胶片感光量减弱40%50%。可见管电压的变化对成像的对比度和密度影响都很大,需准确测量和指示。,2020/10/28,46,(一)管电压预示在X线机电路结构中,对管电压的测量一般采用间接测量的方法。即先测量高压初级电压,然后根据高压变压器的变压比,计算出高压次级电压,从而间接的得出KV值。,2020/10/28,47,由于X线摄影的曝光时间很短,要想在短时间内测出初级电压也是很困难的,因此对管电压一般采用预示的方法,即在X线管未加负载时,预先将本次曝光X线管两端可能加的实际管电压指示出来,称管电压的预示。,2020/10/28,48,1.刻度盘预示法根据高压变压器的变压比
18、,计算出次级电压值,将对应的KV值直接标在控制台面板上的管电压调节器刻度盘上,调节管电压调节器,即可预示KV值。这种方法精度较低。,2020/10/28,49,2.电压表预示法在控制台上安装一个低压交流电压表,测量高压变压器初级电压,根据变压比,计算次级电压值,将KV值可在交流电压表盘上,即可指示KV值。,2020/10/28,50,(二)管电压补偿管电压预示的KV值,是高压变压器空载时初次级电压的换算值。当高压变压器负载时,由于电源电阻、自耦变压器阻抗、高压变压器阻抗及其内阻的存在,电路中将产生电压降。管电流越大,产生的压降就越大。,2020/10/28,51,这样就使X线管两端的实际电压值
19、要小于预示的KV值,且随着管电流的变化而变化,这种现象会严重影响X线机的摄影效果。因此,中型以上的X线机管电压预示电路中,都设置了各种形式的补偿电路,使得在不同管电流时,预示的KV值与实际加到X线管两端的KV值相同或相近。,2020/10/28,52,管电压补偿的基本原理:用某种方法按不同管电流预先增加高压变压器初级电压,以补偿负载时的电压降,补偿的KV值正好等于降落的KV值。实验表明,不同负载时,管电压与高压变压器初级空载预置电压V1的关系如图:,2020/10/28,53,2020/10/28,54,1.电阻式管电压补偿电路,2020/10/28,55,2.变压器式管电压补偿电路,2020
20、/10/28,56,第五节 高压次级电路,高压次级电路,是指由高压变压器次级线圈至X线管两极所构成的回路。该单元电路在小型X线机中,因X线管兼作高压整流元件,所以只有测定管电流的mA表和安全保护装置。,2020/10/28,57,一.单相全波整流高压次级电路(一)高压整流电路中型诊断X线机的高压次级电路主要由单相全波桥式高压整流电路构成,其特点是在高压交流电的任一半周,X线管都有电流通过,都能产生X线。如图单相全波桥式高压整流电路:,2020/10/28,58,单相全波桥式高压整流电路及波形,2020/10/28,59,工作原理:当某一半周高压变压器B的次级为上正、下负时,流过X线管的电流经D
21、1、X线管、D4形成回路,X线管两端的电压就等于高压变压器的次级输出电压。在第二个半周时,高压变压器B次级上端为负、下端为正,整流器D2和D3加正向电压而导通,流过X线管的电流经D2、X线管、D3形成回路。这样,通过X线管的电流在两个半周都是由阳极流向阴极,方向不变,达到了把交流电变成脉动直流电的目的。,2020/10/28,60,可见,在交流高压的任一半周,X线管的阳极总是加正电,而阴极总是加负电,均可产生X线。这种电路的优点是:X线管的容许负载大,提高了X线管的利用率;在负载和主电路阻抗相同的情况下,主电路的压降较小。,2020/10/28,61,(二)电流测量电路在单相全波整流电路中,一
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