Рентгеновские источники, длина кабеля, принцип работы

- Типы рентгеновских генераторов

• Генераторы с управлением накалом относительно земли

• Генераторы с управлением плавающей нитью накала

• Генераторы с управлением накалом с биполярными выходами

Тип рентгеновских генераторов с накалом относительно земли

Такие генераторы обычно имеют положительное выходное напряжение относительно земли. Их нить накала представляет собой заземленную нить накала постоянного тока. Температура (в зависимости от силы тока в амперах) нити накала, потенциал напряжения (кВ) и время воздействия - параметры, которые определяют выходные характеристики рентгеновского изображения. Поскольку нить накала заземлена и является нитью постоянного тока, управлять нитью накала для такого генератора достаточно просто.

Тип рентгеновского генератора с плавающей нитью накала

Такие генераторы различаются между собой, их системы обеспечения энергии накала зависят от отрицательного выходного напряжения катода. Это означает, что система обеспечения энергии накала должна быть управляемой (с использованием сигналов обратной связи и программирования с привязкой к земле) при подключении к основному высоковольтному выходу, в некоторых случаях при напряжении - 160 кВ или выше. Работа с рентгеновскими генераторами с плавающей нитью накала сложнее, чем с генераторами с накалом относительно земли.

Тип рентгеновского генератора с биполярным выходом

В рентгеновских генераторах с биполярным выходом используется цепь плавающей нити накала (как в рентгеновском генераторе с плавающей нитью накала), но анод не заземляется, а имеет такой же потенциал, как у катода, только с противоположной полярностью. Таким образом, напряжение на рентгеновской трубке увеличивается вдвое, обеспечивая большую выходную мощность. Этот вариант исполнения функционирует как стандартный рентгеновский генератор с плавающей нитью накала и отличается тем же техническим уровнем сложности.

Цепи формирователя накала относительно земли

Цепи накала относительно земли (для рентгеновских генераторов с положительной выходной полярностью) по большей части проще спроектировать и реализовать. Источник напряжения накала, как правило, представляет собой небольшой источник питания от 0 до 5 А напряжением 10 В пост. тока. Его относительно просто спроектировать и реализовать, поскольку он является источником питания постоянного тока с опорным заземлением. Поскольку ток на выходе нити накала является постоянным, то допустимо использовать высоковольтные кабели большой длины. Если в формирователе накала постоянного тока предусмотрено достаточное предельное напряжение для работы с длинным кабелем, проблем возникнуть не должно. В целом, цепи накала постоянного тока относительно земли проще спроектировать и реализовать.

Цепи формирователя плавающей нити накала

Цепи формирователя плавающей нити накала являются более сложными с технической точки зрения, поскольку они должны быть подключены (привязаны) к отрицательному высоковольтному выходному потенциалу катода рентгеновской трубки. Требуемое напряжение изоляции составляет -50 кВ, -100 кВ, -160 кВ или более. Для изолирующих трансформаторов требуется переменный ток высокой частоты, поскольку они работают только с сигналами переменного тока. Цепи нити накала работают в токовом режиме, поэтому фактический ток накала можно легко измерить с помощью токочувствительного трансформатора. В данном случае использование переменного тока для выхода накала упрощает требования к изоляции и чувствительности цепи накала. Как правило, рабочая частота для цепей плавающей нити накала составляет приблизительно от 30 до 40 килогерц. Эта частота достаточно высокая, чтобы ее можно было воспринимать на слух, а также обеспечить приемлемые параметры магнитных компонентов изолирующего трансформатора накала и цепи формирователя накала.

- Проблемы, которые могут возникать с высоковольтными кабелями большой длины при использовании нити накала переменного тока

Использование переменного тока высокой частоты в рентгеновских трубках с плавающим накалом облегчает некоторые задачи проектирования, но у этого метода существует один потенциальный недостаток. Высоковольтный кабель становится частью «настроенной резонансной цепи» формирователя накала переменного тока, и чрезмерная длина высоковольтного кабеля может привести к некоторым фундаментальным проблемам в эксплуатации. Стандартное отрицательное выходное напряжение генератора XRD, поставляемого с нитью накала переменного тока, калибруется с помощью высоковольтного кабеля длиной не более 3.05 м. Слишком длинные высоковольтные кабели могут иметь такую большую индуктивность, что напряжение в цепи формирователя накала может быть недостаточным, что вызовет проблемы при работе с рентгеновской трубкой. Как правило, на длинном высоковольтном кабеле происходит потеря напряжения высокой частоты переменного тока, что негативно сказывается на работе нити накала рентгеновской трубки. Цепи накала переменного тока не рассчитаны на использование с высоковольтными кабелями большой длины.

При работе с рентгеновскими генераторами с нитью накала как постоянного, так и переменного тока, следует использовать разумный инженерный подход: высоковольтный кабель (или кабель накала) должен быть как можно короче.

- Основные принципы работы рентгеновского генератора - оптимизация рентгеновской трубки

Рентгеновские генераторы и рентгеновские трубки работают совместно, обеспечивая необходимую надежность применения в современных условиях. Рентгеновские генераторы позволяют адаптировать работу трубок различных производителей с генератором таким образом, чтобы добиться выполнения целей проектов пользователей. Для использования всего потенциала рентгеновских генераторов важно знать несколько фундаментальных правил, обеспечивающих оптимизацию работы и надежность генератора при его настройке.

Основные сведения по совмещению настроек рентгеновского генератора и рентгеновской трубки

1. Подтверждение технических характеристик.
Прежде чем заказывать наш генератор высокого напряжения, рентгеновскую трубку или высоковольтный кабель, убедитесь, что ток и напряжение нити накала, значения выходного напряжение и тока генератора соответствуют требованиям рентгеновской трубки. Помимо этого, также проверьте, чтобы расположение выводов и длина высоковольтного кабеля соответствовали техническим характеристикам высоковольтных источников.

2. Настройка максимального уровня накала.
Ограничение тока в нити накала является одной из наиболее важных настроек. Уставка ограничения тока ограничивает максимальный выходной ток источника питания нити накала для защиты нити в рентгеновской трубке. Эта уставка не дает рентгеновскому генератору превысить заданное значение при любых обстоятельствах. Заданное значение должно быть равно или ниже указанного производителем в техническом паспорте. При его установке ниже максимального значения, указанного в техническом паспорте на рентгеновскую трубку, такое ограничение должно быть на 10 - 15% выше тока в нити, необходимого для достижения максимального заданного тока эмиссии (мА) при нижней уставке напряжения (кВ). Необходимо помнить, что максимальные значения для нити накала отличаются от значений, необходимых для излучения. Уставка на 10 - 15% выше необходимого тока эмиссии обеспечивает запас по уровню, а также улучшенные частотные характеристики. Всегда поддерживайте ограничение тока в нити накала. Оно должно быть равным или ниже рекомендованного производителем максимального значения тока. Более подробную информацию см. в руководстве пользователя.

3. Установка режима ожидания (предварительный нагрев).
Ток холостого хода в нити накала (называемый в некоторых линейках продукции током разогрева нити накала) - это ток в холостом режиме, подаваемый на нить накала рентгеновской трубки в момент, когда трубка находится в режиме ожидания (отключено высокое напряжение, и нет рентгеновского излучения). Уставка тока разогрева, как правило, составляет примерно 1 - 2 А, однако необходимо проконсультироваться с производителем рентгеновской трубки. Вполне можно устанавливать ток в холостом режиме на ноль, если нет потребности в быстром наращивании эмиссии.

4. Программное время выхода на рабочий режим.
При возможности программирования времени выхода на рабочий режим по напряжению, току и накалу для применяемого изделия, уставки должны обеспечивать самое медленное время выхода, приемлемое для конкретных условий. Более подробно данный вопрос см. в руководствах генераторам и трубкам.

- Зависимость нагрева от длины кабеля

Нити накала переменного тока

Нити накала переменного тока работают с высокой частотой тока, поэтому существует потенциальная сложность подачи питания по длинному кабелю из-за его электрического сопротивления. Стандартные блоки калибруются для использования кабеля определенной длины (например, 3 м для устройства XRD) в ходе заводских испытаний. Изменение длины высоковольтного кабеля может повлиять на калибровку тока накала.

Нити накала постоянного тока

Для нитей накала постоянного тока необходимо учитывать потери в медных проводниках постоянного тока. Используемый сортамент провода должен соответствовать требованиям по току. Стандартные блоки калибруются для использования кабеля определенной длины и калибра (например, провод длиной 3 м, 18 калибр для устройства XRD).

Требования к напряжению нити накала

Используется регулировка тока для управления накалом. Напряжение, необходимое для накала рентгеновской трубки, определяется по закону Ома: V=I*R. Если вы не уверены в том, какие требования по току и напряжению необходимы для вашей рентгеновской трубки.

Реакция контура тока (мА) и метод проектирования рентгеновских генераторов для эксплуатации большинства рентгеновских трубок

Не все рентгеновские трубки обладают одинаковыми характеристиками накала. Разные характеристики накала требуют разной реакции на управляющее воздействие для обеспечения стабильного тока эмиссии. Наши стандартные установки в плане реакции на управление эмиссией разработаны для работы со многими рентгеновскими трубками. Некоторые рентгеновские трубки не попадают в данную категорию и требуют специальной компенсации эмиссионного контура для обеспечения стабильной эмиссии.

Объяснение параметров выхода на рабочий режим по напряжению, току и накалу и причин их применения

Стандартные рентгеновские источники предназначены для использования с широким диапазоном рентгеновских трубок и для различных способов применения. Поскольку для некоторых способов применения требуется более быстрое время нарастания (менее 2 секунд), а для других предпочтительно более медленное время нарастания, время выхода на рабочий режим стандартной продукции по умолчанию соответствует скоростям, соответствующим большинству требований и способов применения. Например, у устройства XRD по умолчанию нарастание напряжения составляет около 5 секунд, нарастание накала - 2,5 секунды, но данные значения могут быть изменены. По техническим требованиям ко времени нарастания для конкретных используемых рентгеновских трубок проконсультируйтесь с производителем трубок.

Заключение

Некоторые задачи требуют более быстрого времени нарастания (менее 2 секунд), а для других предпочтительно более медленное время нарастания. Нарастание в стандартных изделиях по умолчанию настроено на скорость, которая соответствует большинству требований и способов применения.

Меньшее время нарастания напряжения может быль лучше для рентгеновских трубок, т.к. позволяет обеспечить регулируемое распределение напряжения по всей длине трубки. Меньшее время нарастания накала и напряжения может минимизировать нагрузку на нить накала рентгеновской трубки.

Помните, что срок службы рентгеновской трубки ограничен. Ее характеристики со временем ухудшаются по мере испарения нити накала. Чем выше ток, тем быстрее происходит испарение и короче срок службы трубки. Чем медленнее изменения напряжения и тока на нити накаливания, тем меньше нагрузка и длительнее срок службы.