أغطية لأنابيب الأشعة السينية ذات الكاثود البارد المدمجة، تصميمات مضاعفات محمولة

أغطية لأنابيب الأشعة السينية ذات الكاثود البارد المدمجة، تصميمات مضاعفات محمولة

الملخص

تتناول هذه المقالة خيارات المكثفات والثنائيات داخل أنبوب أشعة سينية صغير الحجم ذي مهبط بارد ومصدر الطاقة المضاعف المحمول الخاص به. وتستنتج معادلة خرج المضاعف التي تحدد عدد المراحل، ومعادلة التموج التي تحدد حجم مكثفات المراحل، ومعادلة الفقد التي تحدد درجة حرارة القطعة اليدوية، ثم تعرض المشكلات العملية في تصميم أجهزة الأشعة السينية المحمولة، وسلسلة HVC التي تناسب كل مرحلة، وحالة قام فيها مصنّع أنابيب انبعاث المجال بتقليص طول المضاعف إلى النصف مع الحفاظ على نفس خرج الأنود البالغ 60 كيلو فولت.

1. سياق التطبيق: تغيرات انبعاثات المجال في الإمداد

يُصدر أنبوب الأشعة السينية ذو المهبط البارد الإلكترونات عن طريق الانبعاث الميداني: حيث يقوم مجال كهربائي قوي عند مهبط ذي بنية نانوية بسحب الإلكترونات دون الحاجة إلى فتيل، مما يجعل الأنبوب جاهزًا للاستخدام الفوري، ولا يحتاج إلى طاقة تسخين مسبقة، ولا يستهلك تيارًا كهربائيًا. لكن ثمن هذه الميزة هو ضرورة أن يوفر مصدر المصعد جهدًا عاليًا - عادةً ما بين 40 و80 كيلوفولت - من مدخل صغير يعمل بالبطارية، كما يجب أن يتناسب مضاعف الجهد الذي يقوم بالتحويل مع الغلاف المحمول للأنبوب.

المضاعف عبارة عن سلسلة من المراحل؛ تضيف كل مرحلة مكثفًا واحدًا وثنائيًا واحدًا، ويزداد الخرج مع عدد المراحل وسعة الإدخال:

الحمل الواقع على المضاعف هو تيار الأنبوب، وهو صغير ولكنه مستمر، ويتم تحديد التموج الذي يصل إلى المصعد بواسطة سعة المرحلة وتردد التبديل:

2. المتطلبات الفنية

2.1 عدد المراحل والجهد لكل مرحلة. يبلغ الجهد عبر كل مرحلة من مراحل المضاعفة حوالي ضعف سعة الإدخال؛ ويجب أن يكون المكثف والدايود في كل مرحلة مصنفين لهذا الجزء مع هامش أمان، ويجب أن يتطابق الزحف داخل العلبة:

2.2 الفقد وميزانية حرارة القطعة اليدوية. يعمل المضاعف بتردد يتراوح بين عشرات ومئات الكيلوهرتز؛ ويتناسب الفقد في مكثف كل مرحلة مع عامل التبديد والتردد، وتستقر الحرارة في قطعة يدوية مغلقة بدون تبريد تقريبًا:

2.3 PD عند المصعد في المجال. يُستخدم الجهاز المحمول في الهواء الطلق، في البرد، وفي المطر، وعلى ارتفاعات عالية؛ يجب أن يبقى جهد بدء التفريغ الجزئي للمضاعف أعلى من جهد الأنود عبر نطاق البيئة:

2.4 الحجم والتركيب. يوجد المضاعف بجوار الأنبوب في تجويف ضيق، غالباً ما يكون مغلفاً. تحتاج المكثفات إلى نهايات لولبية أو شريطية تتحمل اهتزازات الاستخدام الميداني، ويجب أن يكون الهيكل صغيراً بما يكفي لتكديس المراحل فوق بعضها البعض.

الشكل 1 - تضيف كل مرحلة مضاعفة مكثفًا وثنائيًا؛ يحدد عدد المراحل جهد الأنود بالكيلو فولت وتحدد خطوة المرحلة طول القطعة اليدوية.

3. نقاط ضعف المهندسين (ملاحظات ميدانية)

4. مقارنة مكونات المضاعف

كيفية استخدام هذه المقارنة. بالنسبة للأجهزة المحمولة، يُعدّ حجم المنتج وميزانيته الحرارية العامل المؤثر. ويتم اختيار مكونات المرحلة المؤهلة بناءً على التردد والفقد ونطاق المجال، وليس بناءً على جهد الكتالوج.

5. الاختيار وحل HVC

6. دراسة حالة هندسية (مرجع)

احتاج مُصنِّع أجهزة الأشعة السينية المحمولة إلى مصدر طاقة أنود بقوة 60 كيلو فولت في قطعة يدوية نصف طول القطعة السابقة. استخدم التصميم الجديد مُضاعِفًا خماسي المراحل مُكوَّنًا من مراحل صغيرة الحجم وثنائيات سريعة الاستجابة، مع تحديد سعة كل مرحلة بناءً على تيار أنبوب الأشعة السينية البالغ 1 مللي أمبير. المقارنة بعد إعادة البناء:

يُعدّ المضاعف الصغير التقنية الأساسية لأجهزة الأشعة السينية المحمولة: فهو يحوّل طاقة البطارية إلى جهد كهربائي (kV) داخل قطعة يدوية محكمة الإغلاق، ويعمل فقط إذا كانت أجزاء المنصة مصممة ومبردة ومؤهلة للاستخدام الفعلي. اختر عدد المراحل بناءً على الجهد الكهربائي (kV)، والسعة بناءً على التموج، والعازل بناءً على كمية الحرارة، وستحصل على قطعة يدوية صغيرة وباردة وموثوقة.

7. اعتبارات التصميم

• اضبط عدد المراحل من قيمة kV: V_out ≈ 2 · N · V_in، ثم قم بتقييم كل مرحلة بمقدار 2× المدخل مع هامش.
• قم بقياس السعة من التموج: C ≥ I_tube / (f · V_ripple) عند أسوأ حالة لتيار الانفجار.
• التأهل عبر نطاق الملعب: يتم اختبار PD والانحراف في درجات الحرارة المنخفضة والحرارة العالية والارتفاع الذي سيتعرض له الجهاز.

قائمة التحقق من الصحة

1. قم بقياس جهد الأنود والتموج خلال فترة التشغيل الكاملة عند تيار الأنبوب المقنن.
2. قم بتشغيل دورة التعريض وسجل ارتفاع درجة حرارة القطعة اليدوية.
3. قم بفحص المضاعف الموجود في الوعاء بحثًا عن PD عند −20 و 25 و +50 درجة مئوية.
4. قم بإجراء اختبار السقوط على القطعة اليدوية وأعد التحقق من جهد الأنود و PD.

8. المراجع

1. [1] IEC 60384-1، المكثفات الثابتة للاستخدام في المعدات الإلكترونية - الجزء 1: المواصفات العامةاللجنة الكهروتقنية الدولية، 2018.
2. [2] IEC 60601-2-28، المعدات الكهربائية الطبية - الجزء 2-28: متطلبات خاصة لمجموعات أنابيب الأشعة السينية للتشخيص الطبياللجنة الكهروتقنية الدولية، 2017.
3. [3] 陈景亮、姚学玲、孙伟,《高电压试验技术》(تقنية اختبار الجهد العالي)، 西安交通大学出版社 (مطبعة جامعة شيان جياوتونغ)، 2013. (دراسة أكاديمية صينية)
4. [4] إم إس نايدو، في. كاماراجو، هندسة الجهد العالي، الطبعة الخامسة، ماكجرو هيل للتعليم، 2013.
5. [5] شركة موراتا للتصنيع، دليل استخدام المكثفات الخزفية عالية الجهدموراتا، 2019. (مجموعة بيانات العلامة التجارية)
6. [6] شركة TDK للإلكترونيات، مكثفات الجهد العالي لإلكترونيات الطاقة: دليل الاختيارTDK، 2020. (دليل اختيار العلامة التجارية)

صفحات منتجات HVC ذات الصلة: مرجعية المكثف.