СХЕМА ИЗМЕРЕНИЯ АНОДНОГО ТОКА РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ

Заявляемый объект относится к высоковольтной технике, точнее к рентгеновской, и предназначен для работы в составе высоковольтного блока рентгенодиагностического аппарата медицинского назначения.
В рентгенотехнике принято измерять среднее значение анодного тока трубки, так как интенсивность излучения прямо пропорциональна ему.
Известны схемы измерения анодного тока рентгеновской трубки с использованием миллиамперметров магнитоэлектронной системы, включенных в заземленный провод высоковольтной цепи. Если заземляется анод или катод рентгеновской трубки, то прибор включается последовательно с рентгеновской трубкой, непосредственно измеряя ее анодный ток (Рентгенотехника (справочник) под редакц. В.В. Клюева Книга 1. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 283 [1]).
Известен также способ контроля анодного тока рентгеновского излучателя с помощью полупроводникового детектора, который вводится в пучок рентгеновского излучения (Патент RU 2037986 от 19.06.1995 [2]).
Наиболее близкой по конструкции к заявляемому объекту является схема измерения анодного тока рентгеновской трубки, содержащая токовой шунт с эталонным сопротивлением, соединенным с измерительным прибором (Рентгенотехника (справочник) под редакц. В.В. Клюева Книга 1. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 283 [3]). Аналог [3] выбран нами в качестве прототипа.
4
Диапазон рабочих токов рентгеновской трубки при проведении медицинских диагностических исследований лежит от 100 мкА (режим просвечивания) до единиц ампер (режим графии). Таким образом, динамический диапазон измеряемых токов составляет порядка 10. Учитывая, что уровень напряжения на токовом шунте при максимальном токе трубки обычно составляет несколько вольт (ограничение, связанное с входными усилителями схемы измерения) при минимальных токах составляет единицы милливольт. Таким образом, возникает проблема, связанная с измерением токов на нижних пределах с использованием эталонного сопротивления только одного номинала, что имеет место в прототипе [3].
При проектировании измерительной схемы необходимо учитывать и то, что в современном рентгеновском диагностическом аппарате питание высоковольтного преобразователя осуществляется инвертором с высокой мощностью, на повышенных частотах (до сотен килогерц) и высоком питающим напряжении. Как следствие этого - протекание больших токов со значительным перепадом dU/dt и dI/dt, что вызывает большой уровень помех, особенно на входах цепи измерения.
При аварии высоковольтного блока, например в случае пробоя рентгеновской трубки, на эталонном сопротивлении образуется высоковольтный импульс, который может вывести из строя измерительный прибор. В конструкции аналога [3] защиты измерительного прибора от аварийного скачка напряжения не предусмотрено.
Задачей настоящей работы является разработка схемы измерения анодного тока рентгеновской трубки в широком динамическом диапазоне с элементами защиты измерительного прибора от аварийного скачка напряжения на эталонном сопротивлении.
1
2
1
Технический результат полезной модели выражается в повышении точности и надежности измерительной схемы. Он достигается тем, что в схеме измерения анодного тока рентгеновской трубки, содержащей токовой шунт с эталонным сопротивлением, соединенным с измерительным прибором, эталонное сопротивление состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений, R=50-70 Ом и R=5-7 Ом, при этом параллельно высокоомному сопротивлению R подключен электронный ключ, управляемый ограничителем напряжения.
На прилагаемом рисунке представлена блок-схема предлагаемого измерительного устройства.
1
2
Схема измерения анодного тока рентгеновской трубки содержит токовой шунт 1, образованный двумя последовательно соединенными эталонными сопротивлениями R=50-70 Ом и R=5-7 Ом. Токовой шунт 1 подключен к высоковольтному блоку 2, питающему рентгеновскую трубку. Если заземляется анод или катод рентгеновской трубки токовой шунт 1 включают последовательно с рентгеновской трубкой для непосредственного измерения ее анодного тока. Если в высоковольтном блоке 2 заземляется средняя точка, то в сдвоенной шестипульсной и двенадцатипульсной схемах токовой шунт 1 включают в среднюю точку для непосредственного измерения анодного тока.
1
Параллельно высокоомному сопротивлению R подключен быстродействующий электронный ключ 3, созданный на базе полевого транзистора. Работой электронного ключа 3 управляет ограничитель напряжения 4, собранный на базе стабилитрона. Рабочее напряжение с токового шунта 1 поступает в измерительный прибор 5. Измерительный прибор 5 обрабатывает сигналы с шунта 1 по определенному алгоритму выбора канала измерения и поправочных коэффициентов.
Предлагаемая измерительная схема работает следующим образом.
1
2
1
2
В режиме рентгеноскопии, когда через шунт 1 протекают малые токи, в измерительный прибор 5 приходит сигнал о падении напряжения на двух эталонных сопротивлений R и R. В режиме рентгенографии, когда ток через шунт 1 возрастает до единиц ампер, электронный ключ 3 закорачивает высокоомное сопротивление R, поэтому измерительный прибор 5 определяет анодный ток рентгеновской трубки по падению напряжения на сопротивлении R.
1
При аварии высоковольтного блока 2, например, при пробое рентгеновской трубки, быстродействующий электронный ключ 3 также закорачивает высокоомное сопротивление R, тем самым защищая измерительный прибор 5 от аварийного высоковольтного импульса.
Испытание опытного образца предлагаемой электронной схемы показали, что она обеспечивает высокоточные измерения анодного тока рентгеновской трубки в широком динамическом диапазоне токов, от рентгеноскопии до рентгенографии при надежной защите измерительного прибора от аварийных высоковольтных импульсов.