第二章X线发生装置.ppt

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1、第二章 X线发生装置,产生X线的装置称为X线发生装置。它是由X线管、高压发生器和控制台三部分组成。它是X线机、X线CT的主要组成部分之一。,第一节 X线管第二节 高压发生器第三节 控制台,第一节 X线管,一、固定阳极X线管二、旋转阳极X线管三、特殊X线管四、特性与参数五、管套,一、固定阳极X线管,（一）结构 固定阳极X线管主要由阳极、阴极和玻璃壳体等三部分组成。1、阳极 固定X线管的阳极结构由阳极头、阳极 帽、玻璃圈和阳极柄四部分组成。,阳极的作用：1、阻挡高速运动的电子流产生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去 2、吸收二次电子和散乱射线。,二次电子：X线管高速运动的电子流轰击靶面时，

2、会有少量的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二次电子。,二次电子的危害：1、二次电子有害无益，其能量较大，轰击到玻璃壳内壁上，将使玻璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使玻璃壳击穿；2、二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散射X线，使X线影像质量下降。,（1）阳极头：它是由靶面和阳极体组成。,（2）阳极帽 它又称为阳极罩或反跳罩，固定在阳极头上，并罩在靶面的四周。它与阳极同电位，故它可吸收50%60%的二次电子，并可吸收一部分散乱X线，从而保护X线管并提高影像质量。,阳极帽的位置：阳极帽的头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道；下部圆口是

3、X线的辐射通道。有的X线管在此圆口处加上一层金属铍片，其作用是吸收软X线，降低病人皮肤剂量。,（3）玻璃圈 它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分。（4）阳极柄 其作用是固定X线管并将曝光时产生的热量传导出去。它与阳极头的铜体相连，其管外部分浸在变压器油中，通过与油之间的热传导，把靶面的热量传导出去。,2、阴极 其作用是发射电子并使电子流聚焦。它主要由灯丝、聚射罩、阴极套和玻璃芯柱等四部分组成。（1）灯丝 它是由钨制成，其作用是辐射热电子。诊断用X线管的灯丝都绕成小螺丝管状。,调节灯丝的加热电压即可改变灯丝辐射的热电子数量；灯丝温度与辐射热电子的数量呈指数关系。,功率较大的X线管为了协调不同功率与焦点

4、的关系，阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝，长的灯丝加热电压高，辐射电子多，形成大焦点；短的灯丝加热电压低，辐射热电子少，形成小焦点，这种X线管称为双焦点X线管。其阴极一般有三根引线：一根为公用线，其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线。,（2）聚焦罩它又称为聚焦槽、集射罩或阴极头。其作用是对灯丝辐射的热电子进行聚焦。为使电子聚焦成束状飞向阳极，聚焦罩被加工成圆弧直槽或阶梯直槽。,3、玻璃壳 它又称为管壳。其作用是固定阴极、阳极并保持管内真空度。固定阳极X线管的主要缺点是：焦点尺寸大、瞬间负载功率小。其优点是：结构简单、价格低。在小型X线发生装置中仍被采用。,（二）X线管的焦点 在X线成像系统中，

5、对X线成像质量影响最大的因素之一就是X线管的焦点。1、实际焦点 它是指灯丝辐射的热电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积，呈细长方形。其大小（一般指宽度），主要取决于聚焦罩的形状、宽度和深度。,2、有效焦点 它是实际焦点在X线投照方向上的投影。实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影，称为标称焦点；X线管特性参数表中标注的焦点为标称焦点。有效焦点的标称值为一无量纲的数值，但目前仍用习惯标注法，如：2.0mm2.0mm、1.0mm1.0mm或0.3mm0.3mm等。,有效焦点与实际焦点之间的关系，设实际焦点宽度为a，长度为b，则投影后的长度为bsin，宽度不变，即：有效焦点=实际焦点sin 当投照方向与

6、X线管长轴垂直时，角称为靶角或阳极倾角。其数值一般为720。,有效焦点=实际焦点sin X线成像时，为减小几何模糊而获得清晰的影像，要求有效焦点越小越好。减小有效焦点面积可通过减小靶角来实现，但靶角太小，由于X线辐射强度分布的变化，投照方向的X线量将大量减少，所以减小靶角不适用，靶角要合适一般固定阳极X线管的靶角为1520。也可以通过减小实际焦点面积以减小有效焦点面积，但实际焦点面积减小后，X线管的容量将随之减小。,有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高。有效焦点越大，几何模糊大，影像清晰度降低。减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间相应增加，这将会引起运动模糊。可见，减小

7、焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度和增大X线管的功率以缩短曝光时间、减小运动模糊是一对矛盾。,4、焦点方位性 由于X线呈锥形辐射，所以在照射野不同上投影的有效焦点不同，而且若投影方向偏离管轴线和电子入射方向组成的平面，有效焦点的形状还会出现失真。因此，使用时应注意保持实际焦点中心、X线输出窗中心与投影中心三点一线，即X线中心线应对准影像中心。,二、旋转阳极X线管,旋转阳极X线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾。它也由阳极、阴极和玻璃壳等三部分组成。旋转阳极X线管的最大优点是瞬间负载功率大、焦点小。,旋转阳极X线管与固定阳极X线管相比，除了阳极结构有明显不同外，其余相差不大。旋转阳极

8、X线管的阳极由靶面、转子、转轴和轴承等组成。,CT用X线管,1、靶盘与靶面 靶盘直径为70150mm之间的单凸状圆盘，中心固定在转轴（钼杆）上，转轴的另一端与转子相连。靶角在617.5之间。,靶面和靶盘的材料：1、用纯钨制成的靶面和靶盘，靶面使用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象，致使X线管产生X线能力下降。2、用铼钨合金做靶面，钼或石墨做靶基，制成钼基铼钨合金复合靶或石墨基铼钨合金复合靶。,铼钨合金复合靶靶面晶粒细致，龟裂、粗糙情况减轻，且靶体重量轻、热容量大，可有效提高X线管连续负荷能力，使X线管达到了50kW的大功率和1.0mm1.0mm的小焦点。3、在靶盘上开几条径向的细膨胀缝以消除机械应

9、力，进一步减轻龟裂的现象。,铼钨合金复合靶,2、转子 它是由无氧铜做成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体，转子转动时，靶盘和靶面随之转动。其表面黑化，以提高热辐射能力。X线管工作，阳极靶面旋转，到达一定转速时候曝光。,曝光结束后、启动电机断电后，转子因惯性将有较长的静转时间（从切断启动电机定子电源开始到转子停止转动所用的时间），静转时间一般为数分钟至几十分钟。静转是无用的空转，制造噪声且磨损轴承，因此有必要在曝光结束后，即对旋转阳极进行制动，这样可减少噪声，延长轴承的寿命，进而延长X线管的寿命。,阳极制动方式：直流电机的制动，有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动 机械制动就是抱闸，是电动的抱闸

10、。反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源，使电动机快速停止，当电动机速度降到零时，装在 电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源，防止电动机真的反转,再生制动：亦称反馈制动把电动机转成发电机使用，把电动机的动能转成电能，把电储备起来或通过电网送走。再生制动一般只有30%的动能再生使用，其余的动能也转换成热能散发出去。能耗制动：把电动机的动能经过能耗电阻转换为热能散发出去。,3、轴承与轴承的润滑 轴承由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度（约400左右）。为避免过多的热量传导到轴承，把阳极端的转轴外径做得较细或用管状钼杆，减少热传导，少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转

11、子表面辐射出去。轴承的润滑剂都采用固体润滑材料，如二硫化钼、银、铅等。,旋转阳极X线管与固定阳极X线管的散热方式不同，靶面受高速运动的电子流轰击所产生的巨大能量主要依靠热辐射进行散热，散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升。为防止由此造成的X线管损坏，有些X线机的X线管装置内设有温度限制保护装置，对X线管给予相应的保护。,三、特殊X线管,（一）金属陶瓷大功率X线管 当需要短时间曝光并承受大负载时，可使用大功率X线管。用硬质玻璃制成的固定阳极X线管与旋转阳极X线管，在进行连续大功率摄影时，往往由于玻璃壁击穿而损坏。,这是由于新X线管的玻璃壳是绝缘体，阳极靶反弹和释放出来的二次电

12、子有相当一部分轰击到玻璃壳并附着其上，附着其上的电子一时不会全部消失，这将阻碍后来的电子附着到玻璃壳上，使玻璃壁免受大量高速电子轰击和侵蚀。但随着X线管使用时间的增长，由于灯丝蒸发和阳极靶面龟裂边缘处的钨蒸发，会使玻璃壳内壁附着一层金属钨的沉积物，沉积层与阳极相连形成第二阳极，致使一部分高速运动的电子轰击玻璃壳使其侵蚀，最终导致玻璃壳击穿，X线管损坏。,为了消除钨沉积层的影响，延长X线管的寿命，研制了一种金属陶瓷大功率旋转阳极X线管。金属陶瓷大功率X线管的灯丝和普通旋转阳极X线管相似。只是玻璃壳改为金属和陶瓷组合而成。金属部分位于X线管中间部分并接地，以吸收二次电子，对准焦点处开有铍窗以使X线

13、通过。金属靠近阴极一端嵌入陶瓷内，采用铌过渡，用铜焊接。金属靠近阳极一端嵌入玻璃壳中。玻璃与陶瓷部分起绝缘作用。,金属陶瓷大功率X线管，消除了玻璃壳那种由于钨沉积层所致X线管损坏的危险，所以可将灯丝加热到较高温度，以提高X管的负荷。X线管管壳上的电场和电位梯度也保持不变，还可在低管电压条件下使用较高的管电流进行摄影，解决了普通X线管由于管壁击穿而损坏的问题。,（二）三极X线管1、结构 三极X线管是在普通X线管的阳极与阴极之间加上一个控制栅极，故又称为栅控X线管。三极X线管的其它部分与普通X线管相同，只是阴极的结构比较特殊。,栅控X线管,2、控制原理 当栅极对阴极加一个负电压或负脉冲电压时，可使

14、阴极发射的热电子完全飞不到阳极上，形不成管电流，不会产生X线。当负电压或负脉冲电压消失时，阴极发射的热电子在阳极与阴极之间的强电场作用下飞向阳极，形成管电流，产生X线。由于脉冲电压信号无机械惯性延时，控制灵敏，因此可实现快速连续X线摄影，摄影频率可达200帧/秒。,3、特性 三极X线管的特性，不仅取决于灯丝加热电流和管电压，还取决于栅极电位的变化。三极X线管兼有高压开关管和X线管的作用。,（1）灯丝发射特性 由于栅极负电位对电子流起着阻碍作用，因此栅控X线管的灯丝发射特性要比一般X线管的差。获得相同的管电流，栅控X线管的灯丝加热电流要比一般X线管的灯丝加热电流大得多。（2）截止特性 不同管电压

15、时，使管电流截止的栅极电位也不同。,（三）软X线管 当对乳房等软组织进行X线摄影时，用普通X线管得不到满意的摄影效果。为提高X线影像的对比度，须使用大剂量的软X线，为此一般使用软X线管来产生软X线。1、特点 软X线管具有以下特点：X线输出的固有过滤小；在低管电压时能产生较大的管电流；焦点小,2、构造（1）铍窗 软X线管的输出窗口一般用铍制成，其X线吸收性能低于玻璃，固有滤过很小，软X线极易通过。（2）钼靶 软X线管的阳极靶面材料一般由钼或铑制成，区别于普通X线管的钨靶。,（3）极间距离短 普通X线管的极间距离为17mm左右，而软X线管的极间距离一般只有1013mm。由于极间距离缩短，阴阳两极间

16、的电场强度增大，在相同灯丝加热电流情况下，软X线管的管电流比一般X线管的管电流要大，另外软X线管的最高管电压不超过60kV。,（四）CT用X线管 CT用X线管与一般X线机上使用的X线管结构基本相同，也有固定阳极X线管和旋转阳极X线管两种。安装时，固定阳极X线管的长轴与探测器平行，旋转阳极X线管的长轴与探测器垂直。固定阳极X线管主要应用于第一、二代CT机中，而第一、二代CT机现已经被淘汰。,当前的CT用X线管靶面多采用新型复合靶结构，配有较大体积的石墨基以增大热容量。外壳多为金属或陶瓷材料。,CT用X线管同时配有油循环系统以使产生的热量尽快扩散。油循环装置通过油管与管套内绝缘油相通，油循环装置由

17、电机控制，通过绝缘油将管套内热量传递出来，同时油循环装置上备有风扇，及时将热量散发，有些CT上油循环的速率随油温的升高而加快，以加快热量的散发。,为提高单位时间内CT的信息采集效率，有些CT还采用了飞焦点技术。飞焦点技术的特点：阴极发射的电子流在高速飞向阳极的过程中，被偏转线圈产生的偏转磁场改变了其垂直入射点。,四、特性与参数,X线管的特性与参数因X线管的型号不同而不同。只有熟悉、掌握各种X线管的特性参数、电参数以及构造参数后，才能正确地使用X线管，并在参数允许范围内，充分发挥X线管的最大效能。,（一）特性1、阳极特性曲线2、灯丝发射特性曲线1、阳极特性曲线 它是在一定的灯丝加热电流（If）下

18、，管电压（Ua）与管电流（Ia）之间的关系。,灯丝前端发射出来的电子灯丝侧面发射出来的电子灯丝后端发射出来的电子 空间电荷,当管电压为直流时，阳极特性曲线如图所示：,OA1段 管电流与管电压成正比例，这段曲线所在区域称为比例区。A1B1段 管电流不再随管电压增加而明显上升，趋向饱和，该段曲线所在区域称为饱和区。OA2B2段 由于灯丝发射的电子数目增多，相同管电压下管电流变大；同时由于空间电荷增多，使管电流达到饱和的管电压随之升高。,2、灯丝发射特性曲线 它是一定的管电压下，管电流（Ia）与灯丝加热电流（If）的关系。,由图可见：由于空间电荷的作用，在同一加热电流时，100kV获得的管电流较60

19、kV的大要得到同一管电流，100kV要比60kV所需的If小。欲分别调整管电压和管电流以获得所需“质”和“量”的X线，就必须对空间电荷进行补偿。,补偿原则：当管电压变高时，适当减小灯丝加热电流，以使管电流不随管电压的变化而变化。反之，当管电压变低时，则适当增加灯丝加热电流。,（2）电参数 X线管常见的电参数有灯丝加热电压、灯丝加热电流、最高管电压、最大管电流、最长曝光时间、容量、标称功率、热容量等。1、最高管电压 可加到X线管两极间的最高管电压。它由X线管的长度、形状、绝缘介质的种类以及管套的形状决定。,X线管工作时，管电压不得高于最高管电压，否则，将导致管壁放电、甚至击穿而使X线管损坏。2、

20、容量 X线管在安全使用下，单次曝光或连续曝光而无任何损坏的最大负荷量。（1）影响因素 焦点面积、靶面倾角、阳极转速、焦点轨道半径、管电压波形的纹波系数、曝光时间。,相应的增大容量的途径：增大焦点面积；减小靶面倾角；增加阳极转速；增大焦点轨道半径；减小管电压的纹波系数；缩短曝光时间。容量与曝光时间有关，曝光时间增长，容量相应地减小。单次曝光时间过长或多次连续摄影阳极积累的热量越多，X线管的容量就越小。如透视点片用X线管透视时间一般较长且必要时还需点片，因而X线管的容量很小。纹波系数:脉动直流电量的峰值与谷值之差(或称峰峰值)的一半，与直流电量平均值之比。,（2）标称功率 同一只X线管的容量是一个

21、不确定量，为了便于比较，通常将一定整流方式和一定曝光时间下的X线管的最大负荷称为X线管的标称功率，也称为额定容量或代表容量。1）固定阳极X线管 固定阳极X线管的标称功率是指在单相全波整流电路中，曝光时间为1s时的容量。,例如一个固定阳极X线管的标称功率为：小焦点（1.8mm1.8mm）2kW，大焦点（4.3mm4.3mm）9kW。2）旋转阳极X线管旋转阳极X线管的标称功率是指在三相全波整流电路中，曝光时间为0.1s时的容量。例如一个旋转阳极X线管的标称功率为：小焦点（1.0mm1.0mm）20kW，大焦点（2.0mm2.0mm）40kW。,（3）表示方法 容量可分为瞬时负荷与连续负荷两种表示方

22、法。1）瞬时负荷的容量表示方法 曝光时间为数毫秒到数秒的单次摄影称为瞬时负荷。瞬时负荷的容量常用瞬时负荷特性曲线表示。如图所示。,2）连续负荷的容量表示方法 曝光时间为10s以上的透视称为连续负荷。在X线管的说明书中对X线管连续负荷的容量一般有如下两种标注方法：连续使用时的容量例如：某X线管的容量为200W连续使用。限定管电压、管电流和透视时间。例如，某X线管的容量为100kV、3.5mA连续使用。,3、热容量 瞬时负载特性曲线，只能说明单次摄影的安全容量，而不能说明混合负荷温升和散热的关系。混合负荷：连续多次摄影或透视与点片摄影交替进行的曝光称为混合负荷。对于混合负荷，用X线管的热容量来替代

23、则更为合理。,（1）定义 曝光时，阳极靶面将产生大量的热。生热的同时伴随着冷却。如果生热快，散热慢，则阳极将积累能量。在其它条件一定时，阳极积累的能量越多，冷却速率越大。当X线管处于最大冷却率时，允许承受的最大热量称为热容量。单位时间内传导给介质的热量称为散热率又称为冷却率。,（2）热容量的单位热容量的单位是焦耳（J）即1J=1KV（有效值）1mA（有效值）1s热容量的单位目前还使用热单位（heat unit HU）来表示，即：1HU=1KV（峰值）1mA（平均值）1s 在单相全波整流情况下，两者的换算关系是：1HU=0.77Ws=0.77J 由于高压整流方式不同，整流后的波形不同，X线管产生

24、的热量是不相同的。在计算阳极产生的热量时，应乘以相应的系数。,（3）生热与冷却曲线 生热特性曲线表示在热量增加速率一定时，热量积累和曝光时间的关系。根据此曲线可确定X线管在不同热量增加速率下，可持续与断续工作的时间。冷却特性曲线表示曝光结束后，阳极上的热量散发与冷却时间的关系，即热量与冷却的关系。根据此曲线可确定X线管的最短休息时间。,生热和冷却两种特性曲线通常画在一起。上升曲线为生热曲线下降曲线为冷却曲线 如果生热率没有达到最大冷却率时可连续使用。生热速率大于最大冷却速率比如X线管无风扇时，X线管很快就达到了最大热容量。当为850HU/s时经过30分钟，当为550HU/s时经过60分钟；同时

25、达到最大热容量之后需要210分钟才能将130万HU的热量全部散发出去。这时的冷却速率为320HU/s。,（3）构造参数 凡由X线管的结构所决定的非电性能的参数或数据都属于构造参数。例如阳极靶面的靶角、有效焦点尺寸、外观尺寸、重量、管壁的滤过当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极X线管的阳极转速以及最大允许工作温度等。这些参数一般都标注在X线管的技术手册中。,西门子型号 Siemens Type P125-30P 靶盘直径Anode Diameter 86，靶盘材料 Anode Material Wo，靶盘热容量 MAX Anode Heat Content(KHU)120，靶盘角度 Anode Ang

26、le()17.5，焦点尺寸 Focal Spot(IEC mm)1.2，灯丝负载特性 Max Filament Current&Voltage（A/V）大焦点Large Focal 8.5/9.5，焦点功率 Load Rating(kW)30。Anode：阳极，Focal：焦点，Filament：灯丝,五、管套,X线管的管套是放置X线管的特殊容器，现代X线管的管套均为防电击、防散射、油浸式，其结构常随用途不同而有所差别。1、固定阳极X线管管套2、旋转阳极X线管管套3、组合机头,1、固定阳极X线管管套 整个管套是由薄铜板或铝等金属制成。这种管套体积小，管套内高压部件对地的距离很短，靠变压器油绝缘

27、。变压器油，放射窗，铝过滤片，散热器，膨胀器，高压插座，端盖，集射杯等一些部分组成。,2、旋转阳极X线管管套它与固定阳极X线管管套类同。只是在管套的阳极端内侧设有旋转阳极启动电机的定子线圈。定子线圈的引线接线柱固定在阳极端内层封盖上，且与高压绝缘，以便和控制台内的旋转启动电路连接。有些大功率X线管的管套，在玻璃壳外壁或管套外壁设置一个温度传感器，当油温过高时自动切断高压，以保护X线管。,3、组合机头 将X线管、灯丝变压器以及高压变压器等共同组装在一个充满变压器油的密封容器中，称为组合机头。管套多为圆筒形，因无高压电缆，故无高压插座，其结构简单。20世纪中、高频X线机采用的就是大功率组合机头。便

28、携式军用X线机采用的也是组合机头。,第二节 高压发生器,一、高压变压器二、高压元器件,高压发生器的作用：把自耦变压器输入的交流电压升高数百倍，再经整流，为X线管提供产生X线所需要的直流高压；把X线管灯丝初级电路输入的交流电压降低，为X线管灯丝提供加热电压；如配有两只以上X线管，还要完成管电压和灯丝加热电压的切换。,高压发生器的组成：高压发生器由高压变压器、X线管灯丝变压器、高压整流器、高压交换闸、高压插座等高压元器件组成。按要求组装后置于方形或圆形钢板制成的箱体内。箱体内充以变压器油，以加强各部件之间的绝缘和散热，并箱体要接地，以防止高压电击或箱体带电。,一、高压变压器 高压变压器是产生交流高

29、压的器件，为X线管提供高压电能。其工作原理与普通变压器相同，它具有如下特点：次级输出电压高；设计容量可等于最高输出容量的1/51/3；高压变压器次级中心点接地。,1、构造 高压变压器是由铁心、初级绕组、次级绕组、绝缘材料和固定件等组成。（1）铁心 其作用是提供磁路。它由表面涂有薄绝缘漆的硅钢片，采用交叉叠片的方法，嵌制成闭合口字形或日字形叠制成阶梯状，再用扁铁或角铁夹持并用螺栓紧固。现代高压变压器的铁心，广泛采用C型卷绕铁心。,（2）初级绕组 其匝数较少，所加电压不高，对线圈层间绝缘强度的要求不严格。但瞬间通过它的电流很大（几十A几百A）。一般采用厚度为0.12mm的电缆纸或多层0.02mm的

30、电容器纸作为绝缘介质。初级导线多用线径较粗的纱包或玻璃丝包扁铜线，将线圈分若干层绕在绝缘纸筒上。有的高压变压器将初级绕组绕成两个，同相串联或并联后使用。初级绕组的直流电阻很小，一般在1欧姆以下。,（3）次级绕组 通过它的电流很小，一般在1A以下，多采用线径很细的油性或高强度漆包线绕制。次级绕组总匝数在数万到数十万匝之间，输出的交流电压很高（30150kV），多绕匝数相同的两个绕组同相串联在一起，套在初级绕组外面。初次级绕组之间必须有良好的绝缘。,高压变压器的变压比多在1：500的范围内，每个次级绕组呈阶梯状绕成数十层，层间电压一般为10001500V，故为提高层间绝缘强度，层间绝缘材料常选用电

31、容器纸，且每层绕组边缘要留有610mm的宽度。,2、过渡过程 当变压器接入电网时，励磁电流不是立即变成稳定状态，而是经历一个不稳定的过程，即过渡过程，亦称为暂态过程。（1）暂态电流 在过渡过程中，励磁电流瞬间峰值有时可达到负载电流的十倍以上。过渡过程中的励磁电流通常称为暂态电流（也称为过渡电流）,（2）暂态电流的影响 X线发生装置的曝光动作频繁且高压变压器通电时间短，若不采取措施防止暂态电流，在每次曝光的开始，将由于暂态电流过大而引起kV下降过大或因电源电压下降过大而使X线机不能正常工作。特别是在曝光刚开始的第一个脉冲，kV将变的很低，这对短时间曝光影响很大。另外，过大的暂态电流将使高压器件的

32、绝缘强度下降而容易被击穿、损坏。,（3）减少暂态电流的措施 实验证明，曝光时间为偶数个脉冲时，暂态电流对kV几乎没有影响。当曝光时间为奇数个脉冲时，若高压变压器接通时刻与前一次曝光最后一个脉冲反相时，不会产生过大的暂态电流。曝光前将高压变压器直流预磁，曝光时高压变压器反相接通，也可以很好地减少暂态电流的影响。,二、高压元器件（一）灯丝变压器 灯丝变压器是为X线管提供灯丝加热电压的降压变压器。双焦点X线管需配备两个结构相同、规格不同的灯丝变压器。1、结构 灯丝变压器由铁心、初级绕组和次级绕组成。,（1）铁心：一般用涂漆硅钢片以交错叠片的方法制成口字形或C字形，有的铁心还将有绕组的一臂叠成阶梯形。

33、（2）初级绕组：因流过初级绕组的电流很小，故采用的导线直径很细，一般用线径为0.190.93mm的漆包线，分数层绕在用黄蜡绸或绝缘纸包好的阶梯形臂上，层间用绝缘纸绝缘，总匝数为1000匝左右。初级绕组可直接绕在经绝缘后的铁心，或绕在绝缘筒上再套在铁心外面。,（3）次级绕组：因次级绕组流过的电流过大，多用直径为2mm左右的纱包或玻璃丝包圆铜线，分几层绕制，总匝数多为数十匝。初、次级之间用绝缘强度较高的绝缘筒作绝缘材料。,2.特点 灯丝变压器的次级绕组与X线管的阴极相连，当X线管工作时，灯丝变压器次级绕组的电位与阴极高压等电位，这就要求灯丝变压器初、次级间具有良好的绝缘，绝缘强度不能低于高压变压器

34、最高输出电压的一半。,（二）高压整流器 高压整流器是一种将高压变压器次级输出的交流高压变为脉动直流高压的电子元件。高压变压器次级输出的交流高压，如果直接加到X线管两端，正半周时，阴极发射的电子能飞向阳极，产生X线；负半周时，阳极比阴极电位低，阴极发射的电子飞不到阳极，X线管不产生X线。利用X线管本身的整流作用整流的X线机称为自整流X线机。,小型X线机采用自整流方式，现代大、中型X线机都设有高压整流电路，利用高压整流元件，将高压变压器输出的交流高压变成脉动直流高压。此脉动直流高压的正极加到X线管的阳极，而此脉动直流电流高压的负极加到X线管的阴极。这样，无论正半周还是负半周，X线管都能产生X线，克

35、服了自整流X线机仅在正半周产生X线的缺点。,现代X线机的高压整流器都采用半导体整流器。而应用最广泛的半导体整流器是高压硅整流器，也称为高压硅堆。它具有体积小，机械强度、绝缘性能好、寿命长、性能稳定、正向电压降小和使用时无需灯丝加热等优点。注意：在使用高压硅堆时，要求将其浸入油内，油温不超过70，且反向峰值电压不得超过额定值，以防击穿损坏。,（三）高压电缆、高压插头与插座 高压电缆大、中型X线机的高压发生器和X线管是分开组装的，两者之间通过两根特制的电缆线连接在一起，即高压电缆。高压电缆的作用将高压发生器产生的高压输送到X线管的两端。把灯丝加热电压输送到X线管的阴极。,高压插头、插座是高压电缆与

36、X线管和高压发生器的连接器件。为装卸方便，并保证高压绝缘，高压电缆的两端都装上高压插头，而X线管头和高压发生器上都设有高压插座，连接时只要将高压插头插入相应的高压插座内即可。,1、高压电缆 X线机所用的高压电缆，一般多用非同轴高压电缆。,（1）导电芯线 它位于高压电缆的最内层，每根芯线都由多股铜线制成，外包绝缘胶皮，约1mm厚，其绝缘要求为：能承受50Hz、1000V交流电试验5min而不击穿。电缆芯线数目不一，有二芯、三芯、四芯等几种。二芯供单焦点X线管使用，三芯线供双焦点X线管使用，四芯线供三极X线管使用。芯线的作用除传送高压外，阴极侧电缆还传送X线管灯丝加热电压。,（2）高压绝缘层 其主

37、要作用是使芯线高电压与地之间绝缘。高压绝缘层位于导电芯线外侧，主要由天然橡胶制成，厚度为4.520mm，呈灰白色。目前也采用高绝缘性能的塑料作高压绝缘层，直径可做得较细，机械强度和韧性都较好。高压绝缘层的耐压要求一般在50200kv之间。,（3）半导体层 它由具有半导体性能的橡胶制成，紧包在高压绝缘层外，呈灰黑色，厚度约为11.5mm。其作用是防止高压静电场引起的不良影响。,（4）金属屏蔽层 它是由直径不大于0.3mm的镀锡铜丝编织而成，编织密度不小于50%。也可用镀锡铜丝网带重叠包绕，但接合部必须接触良好。它必须紧包在半导体层上，并在高压电缆的两端与高压插头的金属喇叭口焊接在一起，借固定环接

38、地，使之与大地同电位。主要作用：一旦高压电缆击穿，导电芯线的高压便与金属屏蔽层短路，而金属屏蔽层通过固定环接地，从而保护操作者和病人的安全。防静电。,（5）保护层（电缆外皮）它位于高压电缆的最外层，老式电缆多用棉纱、涤纶线编织而成，裹在电缆外部，现多用塑料代替。其作用是加强对高压电缆的机械保护，减少外部损伤，并能防止有害气体、油污和紫外线对高压电缆的危害。填充物、铜铠,2、高压插头与插座 高压插座：高压插座的底部有三个压铸的铜制接线柱，接线柱上端钻有约1cm深的圆孔，供高压插头上的插脚插入。高压插头：高压插头的头端压铸有三个铜制插脚，每个插脚的根部钻有一个小的引线孔，导电芯线由此孔伸出，并焊接

39、在插脚根部的槽沟内。,高压插头地端镶有铜质喇叭口，以便与高压电缆金属屏蔽层相焊接，并通过高压电缆锁母（固定环）和高压发生器或X线管头的外壳相连接。金属喇叭口可以改善接地处的电场分布，不使电力线过于密集。,（四）高压交换闸 用于控制几个共用一个控制台和高压发生器的X线管并且在同一时间只能允许一个X线管工作的交换装置称为高压交换闸。高压交换闸多为电磁接触器式，一般由两组高压交换闸组成，一组用来控制X线管阳极高压的通断；另外一组用来控制X线管阴极高压和灯丝加热电压的通断。,两组高压交换闸同步工作，其结构和原理与普通接触器相同，当线圈通电后，衔铁动作使触点闭合，将所选用的X线管接到相应的电路中。高压交

40、换闸的线圈、衔铁和触点均浸在高压发生器的变压器油内。线圈的工作电压多为交流110V或220V，也可用直流电,接触器式的双管高压交换闸电路，由高压交换闸J0控制。电路要求：XG1和XG2不能同时工作。透视时高压交换闸线圈不得电，高压交换闸的常闭触点将X线管XG1接到高压次级电路和灯丝加热电路中。摄影时高压交换闸J0得电工作，其常开触点闭合，将X线管XG2接到高压次级电路和灯丝加热电路中。,（五）变压器油 变压器油又称为绝缘油。它盛放在高压发生器油箱和X线管管套内，起绝缘和散热的作用。,变压器油的产生 变压器油是矿物油，是石油中的润滑油馏份经过酸碱精制和白土处理而得到纯净稳定的、粘度小、绝缘性好，

41、冷却性好的液态天然碳氢化合物的混合物。变压器油主要由烷烃、环烷烃、芳香烃三类烃类组成,变压器油的分类 我国变压器油标准，是60年代仿制前苏联的果斯特标准(10121)和IEC296标准而制定了我国变压器油标准GB2536，产品以凝固点高低来划分牌号为三个牌号，分别是10#、25#和45#变压器油。凝固点测试方法本身也来自前苏联的试验方法果斯特标准(20287)。通常用石蜡基油生产10#、中间基油生产25#、环烷基油生产25#和45#变压器油。,其主要特点：绝缘强度高。变压器油的绝缘强度一般应达到30kV。X线管管套内的变压器油要求更高，应达到40kV。导热系数高化学性能稳定粘度低凝固点低一般要

42、求在1545之间，变压器油凝固点温度即为油的标号，如45号油其凝固点为45。颜色浅 一般为浅黄、暗红或水白，透明无悬浮物,绝缘强度是变压器油的最主要的技术参数，它与变压器油的含水量有关。试验证明，干燥时击穿电压为60kV的变压器油，当含水量为0.001%时，击穿电压下降到30kV左右；当含水量为0.01%时，击穿电压下降到10kV以下。变压器油易吸收空气中的水蒸气，特别是潮湿天气，更不能使变压器油长期暴露在空气中,变压器油在工作过程中，由于电场、光线、高温、氧气、杂质等影响，其性能会逐渐变劣，使绝缘强度下降，这种现象称为变压器油的老化。对于老化的油，一般通过再生装置再生后可以继续使用。,第三节

43、 控制台,一、对电路的基本要求二、基本电路三、单位电路简介,控制台的发展历程：控制台最初以实现X线管在曝光过程中的管电压（kV）、管电流（mA）和曝光时间三个基本参量的控制为主要任务，一般称之为三钮制控制台。最短曝光时间约为0.020.04s。19501960年间出现了二钮制控制台，在曝光操作过程中，只需选定kV值，使X线曝光参数的调节和操作程序大为简化。,1970年以后出现单钮制控制台，在曝光操作过程中，只需要选定kV值，使X线曝光参数的调节和操作程序大为简化。单钮制控制台出现不久，由于计算机技术在X线发生装置的应用，又出现了零钮制控制台。按人体脏器分类，设置部位按钮，摄影前，只需按动相应的

44、部位按钮，从计算机存储器中调出相应的程序，被摄影部位的曝光参数即自动选定，使操作程序进一步简化。,为满足摄影条件灵活搭配的需要，三钮制控制台仍被普遍使用。,一、对电路的基本要求 控制台电路必须满足X线管产生X线的下列基本要求：1、可调管电流 能给X线管灯丝提供一个在规定范围内可以调节的加热电压，以改变X线管灯丝的加热温度，达到控制X线辐射强度的目的。,2、可调管电压 能给X线管提供一个很高且可以调节的管电压，使X线管灯丝辐射的热电子高速运动以轰击阳极靶面产生X线，达到控制X线质的目的。3、可调曝光时间 使供给X线管的高压在选定的时间内接通或切断，以准确控制X线发生时间。,二、基本电路 实际使用

45、的控制台由下列四个单元电路构成：电源电路、X线管灯丝加热电路、高压发生电路、控制电路。1、电源电路 它是为控制台内的自耦变压器输送电能的电路 2、X线管灯丝加热电路 它是为X线管灯丝输送加热电压的电路,3、高压发生电路 它是将自耦变压器供给的低电压转化为直流高电压输送到X线管两端的电路。4、控制电路 它是控制X线发生和停止，以及与此相关的各种电路所构成的电路。,三、单元电路简介（一）电源电路 X线机的电源电路是给自耦变压器供电的电路，是机器的总电源。主要元件：电源接触器、电源保险丝、自耦变压器、电源补偿调节装置、指示仪表等。,（二）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

46、路。因为它可实现mA调节，所以又称为mA调节电路。它分为灯丝初级电路和灯丝次级电路。灯丝次级电路与X线管的阴极灯丝相连。,透视：对透视来说，管电流很小，一般为几mA，但要求在曝光时能连续调节，所以透视mA调节电路一般都利用半可调电阻；摄影：对摄影来说，mA变化很大，从几十到数千mA，但曝光时不进行调节，所以摄影mA调节电路一般是由若干个抽头的可调电阻构成。,为稳定mA，并确保大mA摄影时X线管灯丝安全，中、大型X线机灯丝初级电路中都设谐振式磁饱和稳压器。这种稳压器的稳定度能达到1%。,在一定范围内mA随kV的增高而增大，致使X线的质和量不能严格的分开调节。为解决这个问题，X线管灯丝初级电路里常

47、设有空间电荷补偿装置。,空间电荷补偿的基本原理：通常采用改变灯丝加热电压的办法来补偿kV对mA造成的影响，即在增加kV的同时，相应地减小灯丝加热电压，使mA保持不变。,（三）高压发生电路 高压发生电路包括高压初级电路和高压次级电路。1、高压初级电路 它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。当高压变压器初级得电时，次级即可产生交流高压。高压初级电路包括kV调节、控制、预示及补偿电路。有些X线机还设有主晶管损坏保护电路,（1）管电压调节电路 X线的质是由kV的大小决定的，调节kV就能有效地控制X线的质。由于人体各组织部位密度、厚度差异很大，这就要求机器必须有一个调节范围很宽的k

48、V调节系统，以满足从手指关节到孕妇盆腔等各个部位对X线穿透能力的要求。中小功率诊断X线机的kV调节范围为3090kV（调节比为3）；大功率诊断X线机的kV调节范围为30150kV（调节比为5）。,（2）管电压控制电路 其作用是控制X线管管电压的得失。它可分为如下三种方式：用接触器控制高压初级电路；用晶闸管控制高压初级电路；初、次级配合控制与三极X线管控制；,（3）管电压预示与管电压补偿电路在X线摄影时，kV值决定照片的对比度，且kV值对照片的密度影响亦很大。实验表明：X线管的kV值比正常值高10%时，照片的感光将增加60%70%；kV比正常值低10%时，照片的感光量则减弱40%50%。可见，k

49、V的准确测量和指示对方便操作和获得理想胶片的对比度和密度是非常重要的。我国规定：kV精度应为7%。,1）管电压预示 kV很高，且随mA的变化而变化，对kV的测量一般采用预示的方法，即在X线管未加负载（空载）时先测量高压初级电压，再根据高压变压器的变压比，计算出高压次级电压，预先将本次曝光X线管两端可能加的实际kV指示出来，故又称为kV预示。,2）管电压补偿 当高压变压器负载时，X线管两端的实际kV要小于预示的kV值，且随mA的变化而变化，这种现象将严重影响X线摄影效果。为解决这一问题，中型以上的X线机kV预示电路都设置了各种形式的补偿电路，使得在不同mA时，kV表上预示的kV值与曝光时实际加到

50、X线管两端的kV值相同或相近，这种补偿电路称为kV补偿装置。,kV补偿的基本原理：用某种方法按不同mA预先增加高压变压器初级电压，以补偿负载时的电压下降，补偿的kV值正好等于负载时降落的kV数值。,由图可知：mA为零时，曲线是经过原点的直线（即空载曲线），随着mA的增加，曲线的变化是向右平移且斜率下降。因此kV的补偿分为平移补偿和斜率补偿两部分。,2、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。（1）单相全波整流高压次级电路：它由高压整流电路和mA测量电路构成。1）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