X线机单元电路.ppt
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1、第五章 X线机主机单元电路分析,第一节 概述,X线机的主机部分,以实现X线管在透视和摄影过程中的管电压、管电流和曝光时间三个基本参量的控制为主要目的,称为三钮制控制阶段。所使用的主要元件为多位多层选择开关、通用继电器和接触器。控制精度约为0.02s0.04s。19501960年间随着X线机技术的发展,出现了二钮制控制主机系统,即在X线摄影前只预选KV值和X线总辐射量mAs值。,20世纪70年代以后出现了单钮控制主机系统,在摄影操作过程中,只需选定KV值,即可在X线管允许的最大容量范围内曝光。后来,由于计算机技术在X线机领域的应用以及采用自动曝光控制系统,又出现了零钮制控制主机系统,按人体脏器分
2、类,设置部位按钮,曝光参数自动选定,操作进一步简化。目前,为了摄影条件搭配的灵活性需要,三钮制仍然普遍使用。,一.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。,二.基本电路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 为X线管灯丝
3、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。,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,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
4、示在220V上。,电源插座,保险丝,自耦变压器,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。,二.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38
5、0V。,电源接触器,电源通断按钮,实线:380V 虚线:220V,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。,熔断器,电源接触器,按下,DC吸合自锁,自耦变压器,按下,DC失电自耦变压器失电,四.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
6、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,三相自耦变压器,整流滤波,-10V,基准电位,差分放大器,若LPV大于或小于LSV,则差分放大器输出正或负的电压信号,则Q202或Q102导通,驱动伺服电机调整自耦变压器,直到LPV=LSV,差分放大器无输出,电机停转。,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
7、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。,实际电路中,多采用在初级电路中串联电位器来调节管电流。电阻增大,其上压降增大,灯丝初级电压降低,灯丝温度降低,管电流减小。反之,管电流增大。对透视来说,管电流很小,一般为几毫安,但要求在曝光时能连续调节,所以透视管电流调节电路一般都利用半可调电阻;对摄影来说,管电流变化很大,从几十到数千毫安,但曝光时不进行调节,所以摄影管电流调节电路一般是由若干个抽头的可调电阻构成。根据灯丝发射特性曲线,在灯丝加热电压接近极限值时,只要有很小的电压变化,就会引起很大的发射率变化。因此,大中型X线机对X线管的加热电源有严格的要求,在灯丝初级电路设有
8、稳压装置,常用谐振式磁饱和稳压器。,一般情况下,X线管灯丝在一定加热温度下,管电流应该稳定不变。实际上,由于空间电荷的影响,在一定范围内管电流随管电压的增高而增大。为解决这一问题,X线管灯丝初级电路常设有空间电荷补偿装置。,一.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。,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
9、磁通也随之增加,当次级铁心内磁通达到饱和点时,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:,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。如图5-19(1):,当电源频率与谐振回路的固有频率相等时即可产生振荡。谐振时电容C与电感L2中
10、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。如图5-19(2):,谐振式磁饱和稳压器,二.空间电荷补偿器由于空间电荷的作用,管电流不仅与灯丝加热电流有关,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
11、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:,变压器式空间电荷补偿电路,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向串联,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。,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。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
12、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。,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。(一)调高压初级电压U11.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
13、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,2.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,调初级电压U1可采
14、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。,(二)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。(三)调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
15、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。,(四)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。,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。如图5-10:(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
16、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。如图5-11:,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,高压变压器,A-B/C-D间无触发信号时,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,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
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