第三章-诊断用X线管--2

1第三章诊断用X线管2回顾•1.固定阳极X线管的结构及其作用•2.X线管的实际焦点与有效焦点及其关系•3.旋转阳极X线管的特点及其阳极结构•4.固定阳极X线管与旋转阳极X线管的散热方式3主要内容一．X线管的特性与参数二．管套三．X线管常见故障简述4基本要求1.掌握X线管的特性与参数。2.熟悉X线管管套的结构。3.了解X线管的常见故障及原因。5第四节X线管的特性与参数•X线管的特性和参数因型号不同而不同，只有熟悉、掌握各种X线管的特性曲线、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。6一、特性•（一）阳极特性曲线•阳极特性曲线（Ia～Ua）是在一定的灯丝加热电流（If）下，管电压（Ua）与管电流（Ia）之间的关系。7•阴极灯丝发射的电子大致可以分为三个区域：①灯丝前端发射出来的电子，它们在静电场作用下飞往阳极，这部分电子的运动不受阻力；②灯丝侧面发射出来的电子，这部分电子的运动特点是在空间发生交叉后飞向阳极，因此它们的运动要受到一定的阻力；③灯丝后端发射出来的电子，由于电子之间相互排斥和灯丝的屏蔽作用，致使电场作用力很微弱，因此这部分电子滞留在灯丝后面的空间，形成“空间电荷”，空间电荷只能随着管电压的升高而逐渐飞向阳极。8空间电荷起主导作用：比例区由灯丝加热电流决定：饱和区9（二）灯丝发射特性曲线•灯丝发射特性曲线（Ia～If）是在一定的管电压下，管电流（Ia）与灯丝加热电流（If）的关系。1011•（1）欲使管电流不随管电压的调整而调整，需对“空间电荷”进行补偿。•（2）补偿的原则是：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。12二、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，这些数据在使用、调试和维护X线机时必须清楚，并严格遵守。13（一）最高管电压与最大管电流•（一）最高管电压•它是可加于X线管两极间的最高管电压（峰值），单位是千伏（kV）。它由X线管的长度、形状、绝缘介质的种类以及管套的形式决定。•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。14•（二）最大管电流•它是在某一管电压和某一曝光时间条件下，X线管所允许的最大平均管电流。单位是毫安（mA）•使用X线机时，管电流不得大于最大管电流，否则，将导致X线管电子束轰击面过热而损坏或缩短灯丝寿命。•（三）最长曝光时间它是在某一管电压和某一管电流条件下，X线管所允许的最长曝光时间值。•使用X线机时，曝光时间不得长于最大曝光时间值，否则将导致X线管因承受电子束轰击的靶面过热而损坏。15（二）X线管的容量•1.容量与影响因素•容量定义：X线管在安全使用条件下，单次曝光或连续曝光而无任何损坏时所能承受的最大负荷量。•由于电子束的动能99%以上变成热能，靶面所受电子束轰击的部分温度升高很快，此温度超过一定值时，将导致靶面熔化而使X线管损坏。为确保X线管的安全，X线机要有容量保护。16•增大容量的途径，通常有五个：•①增大焦点面积；•②减小靶面倾角；•③增加阳极转速；•④增大焦点轨道半径；•⑤减小管电压波形的纹波系数。•纹波：由于直流稳压电源一般是由交流电源经整流稳压环节而形成的，这就不可避免地在直流稳压中多少带有一些交流成分，这种叠加在直流稳定量的交流成分称为纹波。•纹波系数：纹波电压/输出电压172.负荷量的计算•负荷量常用输入的电功率表示，其计算式为•P=UI/1000（kW）•P表示X线管的负载功率，即负荷量；U表示管电压的有效值；I表示管电流的有效值。•不同的波形，峰值与有效值、平均值与有效值的转换关系不同。•举例：18•在单相全波整流电路中，管电压有效值=0.707×管电压峰值；管电流有效值=1.1×管电流平均值。•故计算负荷量时必须考虑到整流方式。•在单相全波整流电路中，管电压为60kV，管电流为100mA，负荷量为：•P=0.707×60×1.1×100/1000≈4.67（kW）193.X线管的标称功率•容量还与曝光时间有关,曝光时间增长，容量将相应地减小。这是因为单次曝光时间越长，阳极所产生的热量就越多，X线管的容量就越小；•多次连续摄影因阳极热量的积累，要求每次摄影X线管的容量就更小；•由于透视时间一般较长，且必要时还需点片，所以透视、点片用X线管的容量最小。•同一支X线管的容量是不确定的。20•为了便于比较，将一定整流方式和一定曝光时间下X线管的最大负荷称为X线管的标称功率。也称额定容量或代表容量。•固定阳极X线管的标称功率：指在单相全波整流电路中，曝光时间为1s时的容量。•例如，XD4-2·9/100型X线管的标称功率为：小焦点（1.8mm×1.8mm）2kW，大焦点（4.3mm×4.3mm）9kW。•旋转阳极X线管的标称功率：指在三相全波整流电路中，曝光时间为0.1s时的容量。•例如，XD51-20·40/125型旋转阳极X线管的标称功率为：小焦点（1.0mm×1.0mm）20kW，大焦点（2.0mm×2.0mm）40kW。214.瞬时负荷与连续负荷的容量表示方法•（1）瞬时负荷的容量表示方法•瞬时负荷：曝光时间为数毫秒到数秒的单次摄影。瞬时负荷的容量常用瞬时负荷特性曲线表示。•XD51-20.40/125型旋转阳极X线管大焦点瞬时特性曲线图22可使用范围过荷范围23•注意：•X线管型号不同，其瞬时负荷特性曲线不同；•同一只X线管大、小焦点的瞬时负荷特性曲线不同；•整流方式变化时，X线管的瞬时负荷特性曲线也将发生变化；•由于电源电压有波动，各仪器仪表均存在误差以及X线机本身的因素，实际使用X线管时，允许的最大负荷只能按容量的85%~90%设计。24使用用要合理设置曝光参数，X线机一般设有容量保护装置，停止工作或过载指示灯变亮提醒25（2）连续负荷的容量表示方法•连续负荷：曝光时间为10s以上的透视。•一般有两种标注方法：•1）连续使用时的容量：例如，某X线管的容量为200W连续使用。•2）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。26（三）X线管的热容量•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。•瞬时负荷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的散热的关系，对于混合负荷用X线管的热容量来表示更为合理。271.X线管的热容量•曝光时，阳极靶面将产生大量的热。生热的同时伴随冷却，如果生热快，散热（也称冷却）慢，则阳极将积累热量。其他条件一定时，阳极积累的热量越多，冷却速率越大。单位时间传导给介质的热量称为散热率（又称冷却率）。•X线管处于最大冷却率时，允许承受的最大热量成为热容量（heatunit，HU）。28•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：1HU=0.77Ws=0.77J高压整流方式计算公式单相全波整流HU=kV×mA×s三相六波整流HU=kV×mA×s×1.35三相十二波整流HU=kV×mA×s×1.41电容充放电式HU=C(E12-E22)×0.7292.生热与冷却特性曲线生热特性曲线：表示在热量增加速率一定时，热量积累和曝光时间的关系。作用：可确定X线管在不同热量增加速率下，可连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，即热量与冷却时间的关系。作用：根据此曲线可确定X线管的最短休息时间。生热与冷却特性曲线通常画在一起。3031X线管装入管套后的热容量约为130万HU，是原来的12倍，但冷却速率却下降了。32三、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、外形尺寸、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。这些参数在X线管的技术数据手册中一般都标注，更换X线管时需仔细阅读、查验。33第五节管套•管套是放置X线管的一种特殊容器，现代X线管均为防电击、防散射、油浸式，其结构常随用途不同而有所差别。一．固定阳极X线管管套二．旋转阳极X线管管套三．组合机头34一、固定阳极X线管管套35•结构及特点：整个管套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。•膨胀器：装在管套的一端或两端，由耐油橡胶或金属制成，主要作用是适应油的涨缩，防止管套内油压升高。•管套内壁侧衬有铅层，以防止X线射出。•管套内中央开一圆口，称为放射窗，并装有透明塑料或有机玻璃制成的凹形窗口，窗口向内凹来接近X线管以减少油层厚度，增加X线输出剂量。通过窗口，可以观察X线管灯丝的亮度。36•管套的两边装有高压插座，以便连接高压电缆。•X线管有绝缘支架和高压插座固定在管套中，其焦点中心对准窗口中心，两级引线分别接到两个高压插座上。•管套两端各有一个端盖。阳极端盖的内壁衬有一层铅皮，以组织散射X线。•另外，为了减少对人体有害的软X线，通常在窗口前放置一层铝过滤片。有些管套为了避免焦点外X线的射出，在窗口还装有杯状的铅窗。•整个管套内装满变压器油，作为绝缘和冷却时用。灌油孔多在窗口附近或管套两端。有的管套没有专用灌油口，可用窗口兼之。37二、旋转阳极X线管管套38•区别：此管套需要在阳极端内侧设置旋转阳极启动电机电子线圈，其引线接线柱接固定在阳极端内侧封盖上，便于和控制台电机启动电路连接，且与高压绝缘。其余与固定阳极X线管管套相同。•保护装置：①管套内设有微动开关，当X线管混合负载大、工作时间长时，油温过热、油体积膨胀而压缩金属波纹管或膜片使微动开关动作，而使曝光不能进行，防止X线管因积累性过荷损坏。待油冷却至一定温度时，作用在微动开关上的压力消失，波纹管或膜片复位，曝光可以继续进行。②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，当油温过热时，自动切断高压，以保护X线管。39三、组合机头•为了使小型X线机轻便，将X线管、灯丝变压器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，其结构比较简单。4041•20世纪80年代出现的中、高频X线机，因高压变压器、灯丝加热变压器以及高压整流器等部件的体积成倍减小，使X线管、高压变压器、灯丝加热变压器组装在一起成为可能，形成了新一代的大功率组合机头。42第六节X线管常见故障简述一．阳极靶面损坏二．X线管灯丝断路三．玻璃管壳故障四．真空度不良五．旋转阳极转子的故障43一、阳极靶面损坏•现象：靶面损坏表现为靶面失去光滑、进而出现粗糙、裂纹或凹凸不平等现象，靶面损坏后X线管的输出量呈现不同程度地降低。•常见原因：①容量保护电路调整不当、故障等造成管符合保护功能欠缺，瞬时负荷过载阳极过热；②连续工作过久，未注意间隙冷却导致靶面累积热量超过其允许值，致使钨靶面熔化；③旋转X线管保护电路故障致使在阳极不转动或转速过低的情况下曝光，使阳极靶面损坏；④散热装置的散热性能下降等。44二、X线管灯丝断路•现象：X线管灯丝断路后，表现为无X线发生。•常见原因：①灯丝随着使用年限的增加而不断蒸发，灯丝寿命自然耗尽而断裂;②灯丝加热电路故障导致加热电流过高，使灯丝烧断；③X线管进气，灯丝通电后氧化烧断；④X线管其他故障导致灯丝断裂。45三、玻璃管壳故障•现象：玻璃管壳的常见故障是表面出现镜面反射。•常见原因：•使用不当或使用日久，由于灯丝和阳极靶面的钨蒸发，在玻璃管壳内壁上积聚一层很薄的钨，成“镜子”一样的反射面。此时将导致X线的输出量降低，玻璃的绝缘性能下降，造成高压放电，最终导致X线管损坏。剧烈震荡及碰撞会导致X线管管壳破裂。46四、真空度不良•也称为漏气或进气，较为常见。可能因管外进气或管内金属逸出气体所致。真空度不良分为