第五章X線機主機單元電路分析-2

第四節(jié)高壓初級電路1高壓初級電路是指由自耦變壓器輸出線圈至高壓變壓器初級線圈所構(gòu)成的回路。當高壓變壓器初級線圈得電時，次級即可產(chǎn)生交流高壓經(jīng)整流獲得直流高壓加到X管兩端。組成：包括管電壓調(diào)節(jié)、控制、預示及補償電路。有的X線機還設有主晶閘管損壞保護電路。2一、管電壓調(diào)節(jié)X線的質(zhì)是由管電壓的大小決定的，調(diào)節(jié)管電壓就能有效地控制X線的質(zhì)。由于人體各組織部位密度、厚度的差異很大，要求機器必須有一個調(diào)節(jié)范圍很寬的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在實際電路中，通常是通過調(diào)整自耦變壓器的輸出電壓，以調(diào)整高壓變壓器初級電壓，進而調(diào)整高壓變壓器次級電壓，最終實現(xiàn)管電壓的調(diào)整。中小功率診斷X線機管電壓的調(diào)節(jié)范圍為30~90KV(調(diào)節(jié)比為3)；大功率診斷X線機管電壓的調(diào)節(jié)范圍為30~150KV(調(diào)節(jié)比為5)。3管電壓的調(diào)節(jié)是根據(jù)變壓器的工作原理進行的：

V2=(N2/N1)·V1可知，管電壓的調(diào)節(jié)有三種方法：N1、N2不變，調(diào)V1N2、V1不變，調(diào)N1N1、V1不變，調(diào)N2（體積增大、絕緣難處理、維修不便）X線機多采用初級繞組N1和次級繞組匝數(shù)N2不變，調(diào)節(jié)初級電壓U1的方法調(diào)節(jié)管電壓。4（一）調(diào)高壓初級電壓V1高壓初級電壓V1的調(diào)節(jié)是通過改變自耦變壓器對高壓變壓器的初級的供電電壓來實現(xiàn)的。這是X線機中最常用的調(diào)節(jié)管電壓的方法。自耦變壓器的輸出調(diào)節(jié)：抽頭分檔式滑輪連續(xù)式51.抽頭分檔式（小型X線機）采用手動的多接點調(diào)節(jié)器與自耦變壓器不同輸出的抽頭相連接，從而得到不同的高壓初級電壓。這種調(diào)節(jié)方法的結(jié)構(gòu)比較簡單，但不能進行管電壓的細微調(diào)節(jié)，不能滿足攝影管電壓微小變化的需要，所以有的X線機采用了粗調(diào)、細調(diào)配合的調(diào)節(jié)方法，可使管電壓每檔相差2kV。6如國產(chǎn)KB-400型X線機管電壓的調(diào)節(jié)：KVRC1為攝影管電壓“細”調(diào)節(jié)器，每檔4V，即2kV（高壓變壓器出次級電壓比1V/0.5kV）；KVRC2為攝影管電壓“粗”調(diào)節(jié)器，每檔20V，即10kV；KVFC為透視管電壓調(diào)節(jié)器，每檔10V，即5kV；RC為攝影高壓接觸器；FC為透視高壓接觸器；R1、R2為防突波電阻；T2位高壓變壓器初級繞組。透視高壓初級電路、攝影高壓初級電路7攝影管電壓“細”調(diào)節(jié)器，每檔4V攝影管電壓“粗”調(diào)節(jié)器，每檔20V高壓變壓器出次級電壓比1V/0.5kV透視管電壓調(diào)節(jié)器，每檔10V攝影高壓接觸器透視高壓接觸器防突波電阻高壓變壓器初級繞組透視攝影82.滑輪連續(xù)式（大中型X線機）管電壓調(diào)節(jié)裝置改用手動或由伺服電機帶動的碳輪在自耦變壓器裸線上滑動，以得到連續(xù)可調(diào)的高壓變壓器初級電壓，從而得到連續(xù)可調(diào)的管電壓。如國產(chǎn)型F30-IIG型X線機：JC1為透視高壓接觸器；JC3為攝影高壓接觸器；B1-11為透視管電壓調(diào)節(jié)碳輪；B1-12為攝影管電壓調(diào)節(jié)碳輪；B2為高壓變壓器初級線圈；R1為攝影防突波電阻；R2為透視限流、防突波電阻。透視高壓初級電路、攝影高壓初級電路9透視高壓接觸器攝影高壓接觸器透視管電壓調(diào)節(jié)碳輪攝影管電壓調(diào)節(jié)碳輪高壓變壓器初級線圈透視攝影10調(diào)初級電壓V1可采用手動、電動兩種調(diào)節(jié)方式。手動調(diào)節(jié)不方便，特別在電源電壓波動較大的地區(qū)，無法實現(xiàn)適時控制和穩(wěn)定調(diào)節(jié)。目前大型X線機多采用電動調(diào)節(jié)，即用一個伺服電動機提供動力，帶動自耦變壓器輸出碳輪在自耦變壓器裸線面上滑動，自動地調(diào)節(jié)高壓初級電壓。電動調(diào)節(jié)：開環(huán)控制，曝光前完成對管電壓的調(diào)節(jié)；閉環(huán)控制，可實現(xiàn)管電壓的動態(tài)調(diào)節(jié)。11(二)調(diào)高壓初級匝數(shù)N1在初級電壓V1和次級匝數(shù)N2不變時，改變高壓變壓器的初級線圈的匝數(shù)N1，可改變高壓變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比，從而可調(diào)節(jié)管電壓。如EDR-750B型X線機管電壓調(diào)節(jié)采用的就是這種方法，它是采用數(shù)控電路對高壓變壓器初級線圈匝數(shù)進行選擇，以達到管電壓調(diào)節(jié)的目的。12（三）調(diào)高壓次級（電壓）在高壓次級電路中串接高壓調(diào)整管，使高壓發(fā)生器輸出的高壓，經(jīng)過高壓調(diào)整管后，再加到X線管兩端，通過改變調(diào)整管上的管壓降，就可以改變X線管的管電壓。基本原理：13高壓變壓器高壓調(diào)整電子管比較器由電阻分壓電路R取樣得到實際管電壓電路送入比較器，與預置的管電壓信號相比較，用比較器輸出的差值信號控制高壓調(diào)整管的柵極電位，改變高壓調(diào)整管上的管壓降，從而改變管電壓。14（四）調(diào)高壓初級電壓波形或頻率這種方法在自動化程度較高的大型X線機中應用較廣，通過改變串聯(lián)在高壓初級電路的主晶閘管的導通角來調(diào)節(jié)管電壓；中、高頻X線機中，通過改變高壓初級電流的占空比或頻率來調(diào)節(jié)X線管管電壓。15二、管電壓控制(一)使用接觸器控制高壓初級電路在高壓初級電路中，即在高壓變壓器初級繞組至自耦變壓器之間，由一組以上的接觸器觸點，控制高壓初級電路“接通”或“斷開”。接觸器線圈由限時電路或腳閘開關控制。這種控制方法操作簡便，使用可靠，為大多數(shù)X線機所使用。16如圖：XC為攝影高壓接觸器的電磁線圈和觸點。因攝影時高壓初級電流可達數(shù)十乃至上百A，故攝影用的接觸器體積很大。TC為透視高壓接觸器的電磁線圈和觸點，透視時的負載電流很小，一般不大于10A，可使用體積較小、但耐沖擊強度很高的接觸器。高壓初級電路的接觸器在斷開與閉合的瞬間，由于電磁感應產(chǎn)生暫態(tài)電流和/或突波電壓。防突波裝置：曝光開始瞬間，讓高壓初級電路瞬間串接一阻值較小的電阻，以克服突波電壓。17因透視與攝影由負載電流引起的電壓降數(shù)值相差很大，故攝影高壓初級電壓的預置值比透視要高，這就要求兩種狀態(tài)分別調(diào)整，即攝影時由O-A供電，透視時由O-B供電。攝影透視18（二）用晶閘管控制的高壓初級電路隨著對運動器官進行快速連續(xù)攝影的需要，接觸器作為高壓初級電路的控制元件，因受接觸器接卸動作時間的影響，不能滿足1s時間內(nèi)使其“閉合”與“斷開”數(shù)次的要求，尤其是接觸器缺乏時序和狀態(tài)的判斷力，負載時觸點開閉又會產(chǎn)生較大的電弧放電。故目前大中型X線機均采用晶閘管構(gòu)成的無觸點交流開關來控制高壓初級的通斷，從而避免了電弧放電，且控制敏捷，無噪聲、電路壓降低，并能在每秒200次的范圍內(nèi)與其他控制電路協(xié)同的工作。19如圖：兩個晶閘管SCR1、SCR2構(gòu)成反向并聯(lián)電路。當A-B、C-D間無觸發(fā)信號時，電路呈關斷狀態(tài)，高壓變壓器HT初級不得電。在曝光前，接觸器SC的觸點首先閉合，此時SCR1、SCR2未導通，電路無負載電流，SC觸點閉合瞬間無電弧放電。在電路設計上使SC的觸點閉合提前于晶閘管導通0.8s，以防止晶閘管擊穿或誤導通等失控現(xiàn)象時，可利用SC切斷高壓初級電路使HT失電。而SC觸點斷開時間應滯后于晶閘管的阻斷時間，并要求HT初級在輸入電源過零時失電。20TC為透視高壓接觸器的一組觸點，它閉合時，將晶閘管短路，HT直接得電，R和C為阻容保護元件，保護晶閘管免受電壓沖擊而擊穿。攝影時，A-B、C-D間加觸發(fā)信號，晶閘管導通，并設有零電位閘電路，以保證HT得電瞬間正好處于交流電源的零相位附近。其優(yōu)點一是防止突波電壓，二是提高曝光時間的準確性。需有一個與觸發(fā)電路協(xié)調(diào)的RC移向電子開關電路。21兩個晶閘管構(gòu)成反向并聯(lián)電路在曝光前，接觸器SC的觸點首先閉合在電路設計上使SC的觸點閉合提前于晶閘管導通0.8s，以防止晶閘管擊穿或誤導通等失控現(xiàn)象時，可利用SC切斷高壓初級電路使HT失電。而SC觸點斷開時間應滯后于晶閘管的阻斷時間，并要求HT初級在輸入電源過零時失電。攝影時，A-B、C-D間加觸發(fā)信號，晶閘管導通，并設有零電位閘電路，以保證HT得電瞬間正好處于交流電源的零相位附近。其優(yōu)點一是防止突波電壓，二是提高曝光時間的準確性。需有一個與觸發(fā)電路協(xié)調(diào)的RC移向電子開關電路。2223（三）初、次級配合控制與三極X線管控制初、次級配合控制工作原理：在高壓初級電路上串接高壓預上閘接觸器的控制接點，在高壓次級的正、負端各串接一只高壓調(diào)整管。在曝光手閘按下時，高壓預上閘接觸器先工作，由高壓變壓器及高壓整流器產(chǎn)生直流高壓，但因柵控電路的作用，高壓調(diào)整管處于阻斷狀態(tài)，高壓次級電路不通，只有當調(diào)整管的柵控電位到達失控電位時，高壓才能加到X線管兩端，產(chǎn)生X線。優(yōu)點：完全避免了高壓初級電路的電弧放電。高壓調(diào)整管除具有開關管的作用外，還具有使kV波形平穩(wěn)的穩(wěn)壓調(diào)整作用。24三、管電壓預示與管電壓補償電路在X線攝影時，所選的管電壓、管電流和曝光時間，必須有準確的測量和明顯的指示，才能操作方便和適應不同人體、組織及部位的攝影需要，拍出對比度和密度（黑化度）都很理想的片子。要使人眼分辨出密度差別，X線的劑量至少要變化30%。這是曝光參數(shù)分檔的基本依據(jù)，即相鄰兩檔所造成的X線劑量差別應大于30%。由于X線強度分別與mAs值和kV值的3~5次方成正比（），所以對kV值的精度要求要比mAs值的高一些。

25我國衛(wèi)生部規(guī)定，管電壓精度為7%，mAs值精度為20%。實驗表明，X線管管電壓比正常值高10%時，X線膠片感光量將增加60%~70%；管電壓比正常值低10%時，X線膠片感光量減弱40%~50%。可見管電壓的變化對成像的對比度和密度影響都很大，需準確測量和指示。26（一）管電壓預示在X線機電路結(jié)構(gòu)中，對管電壓的測量一般采用間接測量的方法。即先測量高壓初級電壓，然后根據(jù)高壓變壓器的變壓比，計算出高壓次級電壓，從而間接的得出kV值。由于X線攝影的曝光時間很短，要想在短時間內(nèi)測出初級電壓也是很困難的，因此對管電壓一般采用預示的方法，即在X線管未加負載時，預先將本次曝光X線管兩端可能加的實際管電壓指示出來，稱管電壓的預示。271.刻度盤預示法根據(jù)高壓變壓器的變壓比，計算出次級電壓值，將對應的kV值直接標在控制臺面板上的管電壓調(diào)節(jié)器刻度盤上，調(diào)節(jié)管電壓調(diào)節(jié)器，即可預示kV值。這種方法精度較低，多用在透視管電壓預示和小型X線機。2.電壓表預示法在控制臺上安裝一個低壓交流電壓表，測量高壓變壓器初級電壓，根據(jù)變壓比，計算次級電壓值，將kV值可在交流電壓表盤上，即可指示kV值。28（二）管電壓補償管電壓預示的kV值，是高壓變壓器空載時初次級電壓的換算值。當高壓變壓器負載時，由于電源電阻、自耦變壓器阻抗、高壓變壓器阻抗及其他器件內(nèi)阻的存在，電路中將產(chǎn)生電壓降。管電流越大，產(chǎn)生的壓降就越大。這樣就使X線管兩端的實際電壓值要小于預示的kV值，且隨著管電流的變化而變化，這種現(xiàn)象會嚴重影響X線機的攝影效果。29因此，中型以上的X線機管電壓預示電路中，都設置了各種形式的補償電路，使得在不同管電流時，預示的kV值與實際加到X線管兩端的kV值相同或相近。管電壓補償?shù)幕驹恚河媚撤N方法按不同管電流預先增加高壓變壓器初級電壓，以補償負載時的電壓降，補償?shù)膋V值正好等于降落的kV值。實驗表明，不同負載時，管電壓kV與高壓變壓器初級空載預置電壓V1的關系如圖：30空載曲線管電流為零時，曲線是經(jīng)過原點的直線，即空載曲線；隨著管電流的增加，曲線的變化是向右平移且斜率下降，因此，管電壓的補償分為平移補償和斜率補償兩部分。管電壓補償電路：電阻式、變壓器式311.電阻式管電壓補償電路用作平移補償用作斜率補償三電阻分電器上的一部分電壓，隨初級電壓和管電流的變化mA選擇器選擇管電流大小，調(diào)節(jié)管電壓調(diào)節(jié)器，最終達到使管電壓的預示值與曝光時加到X線管兩端的