第五章X線機(jī)主機(jī)單元電路分析-2

第四節(jié)高壓初級(jí)電路1高壓初級(jí)電路是指由自耦變壓器輸出線圈至高壓變壓器初級(jí)線圈所構(gòu)成的回路。當(dāng)高壓變壓器初級(jí)線圈得電時(shí)，次級(jí)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(yù)示及補(bǔ)償電路。有的X線機(jī)還設(shè)有主晶閘管損壞保護(hù)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(jī)器必須有一個(gè)調(diào)節(jié)范圍很寬的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在實(shí)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(jí)電壓，進(jìn)而調(diào)整高壓變壓器次級(jí)電壓，最終實(shí)現(xiàn)管電壓的調(diào)整。中小功率診斷X線機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)多采用初級(jí)繞組N1和次級(jí)繞組匝數(shù)N2不變，調(diào)節(jié)初級(jí)電壓U1的方法調(diào)節(jié)管電壓。4（一）調(diào)高壓初級(jí)電壓V1高壓初級(jí)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(jí)的供電電壓來實(shí)現(xiàn)的。這是X線機(jī)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(jī)）采用手動(dòng)的多接點(diǎn)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(jí)電壓。這種調(diào)節(jié)方法的結(jié)構(gòu)比較簡單，但不能進(jìn)行管電壓的細(xì)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(jī)采用了粗調(diào)、細(xì)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(jī)管電壓的調(diào)節(jié)：KVRC1為攝影管電壓“細(xì)”調(diào)節(jié)器，每檔4V，即2kV（高壓變壓器出次級(jí)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(jí)繞組。透視高壓初級(jí)電路、攝影高壓初級(jí)電路7攝影管電壓“細(xì)”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(jí)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(jí)繞組透視攝影82.滑輪連續(xù)式（大中型X線機(jī)）管電壓調(diào)節(jié)裝置改用手動(dòng)或由伺服電機(jī)帶動(dòng)的碳輪在自耦變壓器裸線上滑動(dòng)，以得到連續(xù)可調(diào)的高壓變壓器初級(jí)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(jī)：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(jí)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(jí)電路、攝影高壓初級(jí)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(jí)線圈透視攝影10調(diào)初級(jí)電壓V1可采用手動(dòng)、電動(dòng)兩種調(diào)節(jié)方式。手動(dòng)調(diào)節(jié)不方便，特別在電源電壓波動(dòng)較大的地區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)適時(shí)控制和穩(wěn)定調(diào)節(jié)。目前大型X線機(jī)多采用電動(dòng)調(diào)節(jié)，即用一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)自耦變壓器輸出碳輪在自耦變壓器裸線面上滑動(dòng)，自動(dòng)地調(diào)節(jié)高壓初級(jí)電壓。電動(dòng)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(shí)現(xiàn)管電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。11(二)調(diào)高壓初級(jí)匝數(shù)N1在初級(jí)電壓V1和次級(jí)匝數(shù)N2不變時(shí)，改變高壓變壓器的初級(jí)線圈的匝數(shù)N1，可改變高壓變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比，從而可調(diào)節(jié)管電壓。如EDR-750B型X線機(jī)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(jí)線圈匝數(shù)進(jìn)行選擇，以達(dá)到管電壓調(diào)節(jié)的目的。12（三）調(diào)高壓次級(jí)（電壓）在高壓次級(jí)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?；驹恚?3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(shí)際管電壓電路送入比較器，與預(yù)置的管電壓信號(hào)相比較，用比較器輸出的差值信號(hào)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(jí)電壓波形或頻率這種方法在自動(dòng)化程度較高的大型X線機(jī)中應(yīng)用較廣，通過改變串聯(lián)在高壓初級(jí)電路的主晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)管電壓；中、高頻X線機(jī)中，通過改變高壓初級(jí)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(jí)電路在高壓初級(jí)電路中，即在高壓變壓器初級(jí)繞組至自耦變壓器之間，由一組以上的接觸器觸點(diǎn)，控制高壓初級(jí)電路“接通”或“斷開”。接觸器線圈由限時(shí)電路或腳閘開關(guān)控制。這種控制方法操作簡便，使用可靠，為大多數(shù)X線機(jī)所使用。16如圖：XC為攝影高壓接觸器的電磁線圈和觸點(diǎn)。因攝影時(shí)高壓初級(jí)電流可達(dá)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(diǎn)，透視時(shí)的負(fù)載電流很小，一般不大于10A，可使用體積較小、但耐沖擊強(qiáng)度很高的接觸器。高壓初級(jí)電路的接觸器在斷開與閉合的瞬間，由于電磁感應(yīng)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(jí)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(fù)載電流引起的電壓降數(shù)值相差很大，故攝影高壓初級(jí)電壓的預(yù)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(shí)由O-A供電，透視時(shí)由O-B供電。攝影透視18（二）用晶閘管控制的高壓初級(jí)電路隨著對運(yùn)動(dòng)器官進(jìn)行快速連續(xù)攝影的需要，接觸器作為高壓初級(jí)電路的控制元件，因受接觸器接卸動(dòng)作時(shí)間的影響，不能滿足1s時(shí)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(shí)序和狀態(tài)的判斷力，負(fù)載時(shí)觸點(diǎn)開閉又會(huì)產(chǎn)生較大的電弧放電。故目前大中型X線機(jī)均采用晶閘管構(gòu)成的無觸點(diǎn)交流開關(guān)來控制高壓初級(jí)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(gè)晶閘管SCR1、SCR2構(gòu)成反向并聯(lián)電路。當(dāng)A-B、C-D間無觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路呈關(guān)斷狀態(tài)，高壓變壓器HT初級(jí)不得電。在曝光前，接觸器SC的觸點(diǎn)首先閉合，此時(shí)SCR1、SCR2未導(dǎo)通，電路無負(fù)載電流，SC觸點(diǎn)閉合瞬間無電弧放電。在電路設(shè)計(jì)上使SC的觸點(diǎn)閉合提前于晶閘管導(dǎo)通0.8s，以防止晶閘管擊穿或誤導(dǎo)通等失控現(xiàn)象時(shí)，可利用SC切斷高壓初級(jí)電路使HT失電。而SC觸點(diǎn)斷開時(shí)間應(yīng)滯后于晶閘管的阻斷時(shí)間，并要求HT初級(jí)在輸入電源過零時(shí)失電。20TC為透視高壓接觸器的一組觸點(diǎn)，它閉合時(shí)，將晶閘管短路，HT直接得電，R和C為阻容保護(hù)元件，保護(hù)晶閘管免受電壓沖擊而擊穿。攝影時(shí)，A-B、C-D間加觸發(fā)信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，并設(shè)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(diǎn)一是防止突波電壓，二是提高曝光時(shí)間的準(zhǔn)確性。需有一個(gè)與觸發(fā)電路協(xié)調(diào)的RC移向電子開關(guān)電路。21兩個(gè)晶閘管構(gòu)成反向并聯(lián)電路在曝光前，接觸器SC的觸點(diǎn)首先閉合在電路設(shè)計(jì)上使SC的觸點(diǎn)閉合提前于晶閘管導(dǎo)通0.8s，以防止晶閘管擊穿或誤導(dǎo)通等失控現(xiàn)象時(shí)，可利用SC切斷高壓初級(jí)電路使HT失電。而SC觸點(diǎn)斷開時(shí)間應(yīng)滯后于晶閘管的阻斷時(shí)間，并要求HT初級(jí)在輸入電源過零時(shí)失電。攝影時(shí)，A-B、C-D間加觸發(fā)信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，并設(shè)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(diǎn)一是防止突波電壓，二是提高曝光時(shí)間的準(zhǔn)確性。需有一個(gè)與觸發(fā)電路協(xié)調(diào)的RC移向電子開關(guān)電路。2223（三）初、次級(jí)配合控制與三極X線管控制初、次級(jí)配合控制工作原理：在高壓初級(jí)電路上串接高壓預(yù)上閘接觸器的控制接點(diǎn)，在高壓次級(jí)的正、負(fù)端各串接一只高壓調(diào)整管。在曝光手閘按下時(shí)，高壓預(yù)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(jí)電路不通，只有當(dāng)調(diào)整管的柵控電位到達(dá)失控電位時(shí)，高壓才能加到X線管兩端，產(chǎn)生X線。優(yōu)點(diǎn)：完全避免了高壓初級(jí)電路的電弧放電。高壓調(diào)整管除具有開關(guān)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(yù)示與管電壓補(bǔ)償電路在X線攝影時(shí)，所選的管電壓、管電流和曝光時(shí)間，必須有準(zhǔn)確的測量和明顯的指示，才能操作方便和適應(yīng)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(yīng)大于30%。由于X線強(qiáng)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(shí)驗(yàn)表明，X線管管電壓比正常值高10%時(shí)，X線膠片感光量將增加60%~70%；管電壓比正常值低10%時(shí)，X線膠片感光量減弱40%~50%?？梢姽茈妷旱淖兓瘜Τ上竦膶Ρ榷群兔芏扔绊懚己艽?，需準(zhǔn)確測量和指示。26（一）管電壓預(yù)示在X線機(jī)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(jí)電壓，然后根據(jù)高壓變壓器的變壓比，計(jì)算出高壓次級(jí)電壓，從而間接的得出kV值。由于X線攝影的曝光時(shí)間很短，要想在短時(shí)間內(nèi)測出初級(jí)電壓也是很困難的，因此對管電壓一般采用預(yù)示的方法，即在X線管未加負(fù)載時(shí)，預(yù)先將本次曝光X線管兩端可能加的實(shí)際管電壓指示出來，稱管電壓的預(yù)示。271.刻度盤預(yù)示法根據(jù)高壓變壓器的變壓比，計(jì)算出次級(jí)電壓值，將對應(yīng)的kV值直接標(biāo)在控制臺(tái)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(yù)示kV值。這種方法精度較低，多用在透視管電壓預(yù)示和小型X線機(jī)。2.電壓表預(yù)示法在控制臺(tái)上安裝一個(gè)低壓交流電壓表，測量高壓變壓器初級(jí)電壓，根據(jù)變壓比，計(jì)算次級(jí)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(bǔ)償管電壓預(yù)示的kV值，是高壓變壓器空載時(shí)初次級(jí)電壓的換算值。當(dāng)高壓變壓器負(fù)載時(shí)，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(shí)際電壓值要小于預(yù)示的kV值，且隨著管電流的變化而變化，這種現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響X線機(jī)的攝影效果。29因此，中型以上的X線機(jī)管電壓預(yù)示電路中，都設(shè)置了各種形式的補(bǔ)償電路，使得在不同管電流時(shí)，預(yù)示的kV值與實(shí)際加到X線管兩端的kV值相同或相近。管電壓補(bǔ)償?shù)幕驹恚河媚撤N方法按不同管電流預(yù)先增加高壓變壓器初級(jí)電壓，以補(bǔ)償負(fù)載時(shí)的電壓降，補(bǔ)償?shù)膋V值正好等于降落的kV值。實(shí)驗(yàn)表明，不同負(fù)載時(shí)，管電壓kV與高壓變壓器初級(jí)空載預(yù)置電壓V1的關(guān)系如圖：30空載曲線管電流為零時(shí)，曲線是經(jīng)過原點(diǎn)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(bǔ)償分為平移補(bǔ)償和斜率補(bǔ)償兩部分。管電壓補(bǔ)償電路：電阻式、變壓器式311.電阻式管電壓補(bǔ)償電路用作平移補(bǔ)償用作斜率補(bǔ)償三電阻分電器上的一部分電壓，隨初級(jí)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(dá)到使管電壓的預(yù)示值與曝光時(shí)加到X線管兩端的