设备学实验.docx

X线机整流电路实验
实验一 单相全波整流电路的工作特性
【实验目的】
模拟单相全波整流X线机的主电路，通过观察电路中各整流管的工作情况和波形，掌握X线管的工作特性，加深对该电路工作原理的理解。
1.了解单相全波整流X线机的基本结构与工作原理。
2.熟悉万用表和示波器的使用。
3.掌握单相全波整流电路的工作原理和X线管的特性，通过测量电信号的数值和波形，加深对电路的理解。
【实验器材】
X线机整流电路实验台，数字万用表一块，示波器一台。
【实验原理】
实验原理如图1所示。

【方法及步骤】
1．将电路转换开关转换到单相全波整流位置。
2．首先把管电压调节器旋钮、灯丝电压调节器旋钮调到零位（逆时针转动）。
3．通电：
（1）给X线机整流电路实验台接通单相电源，电流mA表指示为零。通过调整灯丝电压调节器旋钮，改变灯丝变压器T2次级电压。
（2）通过调整管电压调节器旋钮，改变主变压器T1的次级电压，即调整管电压。
（3）先调灯丝电压，后调管电压，随时观察mA表的变化。
4．数据测量： 掌握X线管的工作特性。
（1）如表1所示，在管电压为15V、25V两种条件下，分别使灯丝电压为1.0 V、1.5 V、2V、2.5V、3V，测量灯丝电压下相对应的各管电流数值，然后，做出灯丝发射特性曲线（Ia- Vf）。

表1 灯丝发射特性测试表
灯丝电压Vf
1.0V
1.5V
2V
2.5V
3V
Va =15V

Va =25V

（2）如表2所示，在灯丝电压Vf 分别为1.2V、2.0V时，调整管电压ua为5V、10V、15V、20V、25V、30V对应各管电压分别测量管电流值，然后，做出阳极特性曲线（Ia-ua）。
表2 阳极特性测试表
管电压Va
5V
10V
15V
20V
25V
30V
Vf=1.2v

Vf=2.0v

5．用示波器观察管电压波形（Va=20V）并描绘波形图：
【思考题】
1．在单相全波整流电路中，假如一个二极管短路或断路将出现什么现象？
2．根据做出的灯丝发射特性曲线和阳极特性曲线分析其特性。
【注意事项】
1．管电压调节器在通电实验前要调到零位。
2．在通电实验过程中，模拟X线管灯丝不要使其发亮。
3．在调试过程中，数字mA表不能显示为“1”，这意味着已超出量程，否则将损坏数字mA表。
4．万用表测量电压时，要随时注意交流和直流档位的转换。测量直流电压时，注意表笔的测量极性。
X线机整流电路实验
实验二 倍压整流电路的工作特性
【实验目的】
通过观测本电路关键测试点间的电压、电流及电压波形，掌握倍压整流电路的工作状态和特性，加深对倍压整流电路工作原理的理解。
【实验器材】
X线机整流电路实验箱，数字万用表一块，示波器一台。
【实验原理】
实验原理如图2所示。
【方法及步骤】
1．将电路转换开关转换到倍压整流。
2．首先把管电压调节器旋钮、灯丝电压调节器旋钮调到零位（逆时针转动）。
3．通电：
（1）给X线机整流电路实验箱接通单相电源，电流mA表指示为零。通过调整灯丝电压调节器，改变灯丝变压器T2次级电压。
（2）通过调整管电压调节器，改变主变压器T1的次级电压，即调整管电压。
（3）先调灯丝电压，后调管电压，随时观察mA表的变化。

4．调试
（l）空载是输入、输出电压的相互关系：使灯丝加热电压为0V（即mA表读数为0），调节管电压调节器旋钮，使T1的输出电压V2分别为5V、10V、15V，分别测出表3中V3值。

表3 空载下输入、输出电压关系表
V2
mA
V3
5
0

10
0

15
0

（2）调整灯丝加热电压，使管电流指示在1mA，V2分别为8V、12V、65V时间，分别测出表4中V3值。
表4 负载下输入、输出电压关系表
V2
mA
V3
8
1

12
1

16
1

（3）根据示波器测量的VCD波形，记录管电压的峰值EP、最小值EL、平均值Em。
（4）管电压固定在10V，管电流为1mA，用示波器观测CE、DE、CD、BE间的电压波形。
（5）使V2的电压值为15V，调整灯丝电压，使管电流在1.5mA、1mA、0mA时观测电压波形，并绘出图形。
【思考题】
1．分析倍压整流电路的工作原理。
2．计算管电压的脉动率。
3．正确理解管电压脉动率和电工学中交流含量定义的不同。
4．管电压脉动率对深部治疗机来说，在国家标准中规定在10％以下，从X线管端子看进去的滤波高压电容器的容量在0.1µF以上，请考虑当脉动率增大时对X线产生有何影响？
5．在图-2中整流管D1、D2所承受的反向电压与V2和V3有什么关系？管电流表回路的整流管D3、D4在电路中起什么作用？
【注意事项】
1．管电压调节器在通电实验前要调到零位
2．通电实验过程中，模拟X线管灯丝不能发亮，时间长了，易损坏管子。
3．在调试过程中，数字mA表不能显示为“1”，这意味着已超出量程。
4．电路中由于电容的存在，注意电容的放电，不然会影响实验结果。
旋转阳极启动保护、限时及保护电路实验
实验三 旋转阳极启动、延时、保护电路实验
【实验目的】
掌握旋转阳极启动与延时保护电路的工作原理及在大中型X线机电路中所起的作用。对因旋转阳极启动与延时保护电路所引起的故障，应能熟练地分析并解决所出现的问题。
【实验器材】
万用表，旋转阳极启动保护、限时及保护电路实验台
【实验原理】
电路由两部分组成：旋转阳极启动电路，启动延时保护电路
1．旋转阳极启动电路
X线管的旋转，实际上是利用单相交流异步电动机的原理产生旋转磁场，使封闭在X线管内的转子得到转动力矩，带动阳极转子正常旋转。
单相交流异步电动机由定子绕组和转子两部分组成，转子装在X线管阳极靶轴上。定子由铁心和定子绕组构成，它装在X线管外壁靠阳极端。定子绕组分为工作绕组和启动绕组。为了使电机能自动旋转，两个绕组在圆形定子铁心上相差90o电角，当把时间上相差90o的两相交流电引入定子绕组，便产生旋转磁场，使管内转子旋转（即使X管阳极旋转）。基本电路如图1所示。
2．旋转阳极启动延时保护电路

（1）电路组成：如图2所示由电源变压器B产生30V的交流电压，经整流滤波，BG201稳压，作为直流电源，经电阻R202与BG206再次稳压作为BG205的基准电压。信号输入电路是由二个与门组成，每一个与门电路的信号输入电压由B6、B7的次级信号供给，每个与门电路由互感器次级绕组、整流二极管、滤波电容、电阻组成。
（2）保护功能：当X线管灯丝加热电路、 旋转阳极启动绕组、工作绕组发生断路或者短路时 ，B6、B7起到保护作用。
（3）延时功能：调节电位器R206改变电容C201充电时间常数，延时时间一般为0.8-1.2秒，从而改变控制继电器J4工作的时间。
【方法与步骤】
1．打开电源开关，输入电压为220V的电源。
2．按下旋转阳极启动按钮，摄影继电器JC4工作，阳极启动旋转，当时间达到0.8-1.2S后，阳极旋转正常后，J4工作，ZD1指示灯亮，说明阳极旋转正常，可以进行曝光。同时转换继电器JC4工作，为限时电路做准备。再按旋转阳极启动按钮按钮，阳极停止旋转。
注意：旋转阳极启动电路设置了故障设置扳钮，如果旋转阳极不能启动，扳动此按钮。
3．数据测量：静态（阳极不启动）测试与动态（阳极启动）测试
测量数据表
电路静态特性（V）
电路动态测试（V）
BG201

C202

BG204E

A点

BG205E

BG204C

A点

BG205C

4．旋转阳极启动保护延时时间的观察：调节可调电位器R206，观察启动延时继电器J4的工作情况，同时观察发光二极管ZD1的点亮情况。控制时间应在0.8-1.2S范围内。
【思考题】
1．旋转阳极启动与延时保护电路在X线机中所起的作用？
2．旋转阳极不转动，可能是由哪些原因造成？
3．旋转阳极转速不够，可能是哪些原因造成的？

旋转阳极启动保护、限时及保护电路实验
实验四 摄影限时电路实验
【实验目的】
1．熟练掌握摄影限时电路及限时器保护电路的工作原理，及在X线机中的作用。
2．对于摄影限时电路所引起的故障，应能熟练地分析原因并解决。
【实验器材】
万用表，旋转阳极启动保护、限时及保护电路实验箱
【实验原理】
X线机摄影限时与限时保护电路实验电路主要有三部分组成：电源及零信号发生电路、摄影限时及限时保护电路、可控硅触发电路。

1．稳压电源电路及零信号发生电路
稳压电源电路如图3所示，由变压器BG12提供25V电源电压，通过BG14、整流、C15滤波，又经BG83、BG84、BG71和R34~R36稳压调压后，在CH14-2和CH14-6两端输出稳定的直流25～32V电压作为限时电路的电源。零信号发生电路主要有三极管BG85和可控硅BG96组成。开机后，BG12次级提供22V交流电压，与电源电压同相位，此电压经BG16整流后变为脉动直流电压加在c、a两端，当此电压在零点附近时，BG85因基极电位为零电位，三极管BG85截止，在BG96控制极与阴极之间出现一尖形脉冲信号触发BG96使其导通，将25～32V直流电压加至限时电路中。
2．摄影限时和限时保护电路
电路如图4所示，由摄影限时和限时保护两套电路组成。
当按下SW2曝光按钮时，一路继电器J6工作，继电器J6常开触点闭合，曝光开始。另一路电流通过电阻RX1（RX2、RX3）向电容器C22充电，当充到电压一定值时,单结晶体管BG92导通。晶闸管BG97控制极得到一触发脉冲（触发脉冲信号电压400mV左右），使BG97导通，继电器J7工作，J7的2-8常闭触点断开， 继电器J6失电，同时，继电器J6闭合触点打开，曝光限时结束。由于J7的工作，J7另一个常开触点闭合，25V电源电压对电容C21快速充电， BG93、BG98导通，继电器J8工作，继电器J8的2-4闭合触点断开，使J6继电器线圈再次断电，从而起到曝光限时的保护作用。

3．主可控硅触发电路
电路如图5所示，利用三极管BG82的开关特性控制电路的通断。当J6常闭触点闭合时，BG82导通，电路输出直流触发信号，此时，开始曝光，曝光指示灯ZD2亮。当J6常闭触点打开时，BG82截止，电路没有触发信号输出，此时，曝光结束，指示灯ZD2灭。

【方法及步骤】
1．通电，打开电源开关。
2．按下阳极启动按钮，阳极旋转正常后，J4工作，ZD1指示灯亮。由于JC4工作，JC4的5-6常闭触点打开，7-8常开触点闭合，为限时电路工作做准备。在稳压电路及零信号发生电路中，由于J4的闭合，J13工作，J13的2-8触点闭合使CH14-2和CH14-9、CH14-6接通直流电压25～32V，为限时电路提供直流电压。
3．按下曝光按钮，限时器输入25～32V直流电压，观察J6工作，ZD2指示灯亮。（意味着X线开始发生）同时25～32V直流电向C22充电，当电容器C22两端电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管BG92导通，BG97可控硅导通，J7工作，J6失电，ZD2指示灯灭。（意味着X线曝光结束）。大约2S后，J8工作，J8的2-4触点打开。此时可以松开曝光按钮。
4．抬起阳极启动按钮时，继电器JC4失电、切断阳极运转电路。随之J4、J13失电，切断限时电路提供直流电压25V，同时J7、J8失电，限时电路中的C22经电阻R52和继电器J7（2、8）触点，将电容C22残余电荷泄放，恢复到电路的原始工作状态。
5．数据测量：①测量BG14的AC30V、BG16的AC22V、BG12的AC15V交流电压。②测量稳压电路及零信号发生电路的+25～32V直流电压（CH14-2—CH14-6），在未按下曝光按钮时或按下曝光按钮时，分别测量CH14-2对CH14-6的电压，CH14-9对CH14-6的电压。③测量电容C22电压，BG92的b1对地电压，测量电容C21电压，BG93的b1对地电压。
6．限时时间的调整：调整限时调节旋钮，按下曝光按钮，观察J7、J8的工作时间和曝光指示灯ZD2点亮时间。
【思考题】
1．限时器在X线机中起什么作用？
2．限时器不工作是由哪些原因造成的？
3．摄影时间不准确是由哪几种原因造成的？
【注意事项】：
1．实验时，应先按下实验箱阳极启动按钮（相当曝光手闸Ⅰ档），阳极旋转正常后，再按下曝光按钮，进行限时曝光。曝光结束后，要抬起阳极启动按钮，阳极停止转动。
2．进行下次曝光时，重新按下阳极启动按钮，再按下曝光按钮，进行曝光限时的观察。

实验五 X线机灯丝逆变电路实验

【实验目的】
X线机灯丝逆变电路采用交流逆变技术，能自动稳定X线管灯丝的加热电流，当选择不同的mA时，产生一个与mA值相对应的控制信号来控制灯丝加热脉冲宽度，以达到稳定控制灯丝电压，提供合适的曝光量、以满足诊断需要。通过实验熟悉电路的工作原理，理解灯丝逆变的过程及工作特性。
【实验器材】
X线机灯丝变频电路实验箱，示波器一台，数字万用表一块
【实验原理】

电源
开关
曝光
开关
大小焦点模拟

5V电源模块

±9V电源模块

电流、频率显示及控制电路

信号发生电路

灯丝逆变电路

信号处理电路

图1 实验板结构及原理图
实验原理如图1所示，主要由电源电路、信号发生电路、信号处理电路、灯丝逆变电路和电流、频率显示及控制电路五个部分组成。
1． 电源电路
电源电路分成两部分，一路为±9V电源模块，220V交流电经过整流滤波输出直流±12V电压，两电压相位相差180º，加至灯丝逆变电路中三极管Q3、Q4的发射极上。
另一路为5V电源模块，220V交流电经过整流滤波，通过7805生成5V直流电供给信号发生电路、电流频率显示及控制电路、信号处理电路和一部分灯丝逆变电路。
2．信号发生电路
信号发生电路由CPU控制，通过调整电流、频率显示及控制电路中加减电流和频率的按钮，信号发生电路将根据输入的输入的相关参数产生逆变电路所需要的频率控制信号（占空比为1:1的方波信号，见图2 ①）和电流控制信号（根据电流的大小，对同频率的方波信号经过占空比调制的信号，见图2②）。

TP4与GND

TP7与GND
TP6与GND
TP5与GND
TP8与G
①

②

③

④

⑤
图2电路各点波形

3．信号处理电路
信号处理电路主要由40106、4024、4093三种集成电路组成。两路输入信号先经过40106（U11）整形之后，频率控制信号输入4024（U14），4024的输出信号一路直接输入4093（U15），另一路经过40106（U11）反向后输入4093（U15），汇同电流控制信号，经过两个与非门电路的运算，输出最终的逆变控制信号（见图2 ③），以上两组信号分别送入灯丝逆变电路，经逆变后产生一个交流电压（见图2 ④），供给灯丝供电电路。
4．灯丝逆变电路
经信号处理电路处理后生成两组逆变控制信号（见图2 ③），经过隔离器件后送Q1、Q3逆变，产生一个交流电压，供给灯丝供电电路。
5．电流、频率显示及控制电路
用于设定和显示系统的电流强度和电流的频率。
详细实验电路见本节实验教程后的图3所示。
【方法及步骤】
1．接通电源：给X线灯丝逆变实验箱接入220V电源，打开电源开关，观察D10、D11指示灯亮，说明电源调整电路供给灯丝逆变的正负电压正常；观察PWR指示灯亮，说明供给信号发生器的电压正常。
2．频率显示：开机后，电源工作正常可以看到显示频率的数码管显示200Hz，可以使用数码管旁边的频率+和频率-按钮在200Hz～500Hz范围内上下调节频率的大小。
3．MA调节：开机后，电源工作正常可以看到显示MA的数码管显示50mA，可以使用数码管旁边的MA+和MA-按钮在50mA～500mA范围内上下调节MA的大小。当数码管显示为50、100mA时，为小焦点灯丝加热，可以看到小焦点指示灯亮；当数码管显示为200、300、400、500mA时，继电器K2切换工作电路，为大焦点灯丝加热，可以看到大焦点指示灯亮。
4．灯丝加热：调节好大小焦点后，按下加热开关，控制电路的继电器K1闭合，可以看到对应大小焦点的灯丝开始加热，随着电流的大小由发红逐渐变亮。
5．数据测量：分别测量TP2与G点电压、TP3与G点电压，测量TP1与GND点电压，观察电压是否正常。
6．电压波形测量：在测量波形前
①调节频率为200Hz，MA为50mA。②注意波形测试时各测试点不共地，每次测量波形时，要先关断电源开关，再放探头输入线测量波形。
7．测量各点电压波形
测量TP4与GND的电压波形； TP5与GND的电压波形；TP6与GND电压波形；TP7与GND电压波形；TP8与G的电压波形。
8．分别调整电流值为50、100、200、300、400、500mA时，观察大小焦点的灯丝的转换及亮度，并测量TP8与G之间的电压，并观察各测试点波形的变化情况。
9．调整频率旋钮，观察大小焦点的灯丝的转换及亮度，并测量电压，并使用示波器观察TP8与G点之间的波形变化情况。
【思考题】
1．分析实验电路工作原理。
2．信号处理电路是如何产生逆变控制信号的。
3．频率信号的大小是否影响灯丝的加热电压。
【注意事项】
1．因本电路接地点不共地，在测试波形和电压时要看好每个接地点，再进行测试。
2．示波器测量波形时，不要使用示波器电源插头的公共地，最好采用单通道测量波形，以免由于示波器的测试点连接不当造成仪器短路损坏。
3．每次测量波形时，首先要关断电源开关，再放探头输入端进行波形测量。
4．用万用表测量直流电压时，注意表笔的测量极性。
5．实验过程中请勿用手触摸散热片，以免引起短路、烫伤现象的出现。
X线机磁饱和稳压电路实验
实验六 谐振式磁饱和稳压器的特性实验
【实验目的】
理解和掌握交流谐振式磁饱和稳压器工作原理和基本电路，认识稳压器的输出特性。
【实验器材】
X线机磁饱和稳压电路实验箱、示波器
【实验原理】
磁饱合稳压电路如图1所示。主要部分为一个饱和变压器，初级线圈L1铁芯截面积大为非饱和线圈，次级线圈L2铁芯截面积小为饱和线圈，当次级线圈内的铁芯达到磁饱和时，电源电压再增加，铁芯的磁通基本不变，于是次级线圈所产生的输出电压基本不变，从而达到稳压的目的。要使线圈达到磁饱和，需要很大的磁化电流，为此，与在L2并联电容C，组成LC并联谐振电路，利用谐振电路震荡时产生的巨大电流，使线圈达到饱和。

【方法及步骤】
1．把单相调压器调到零电压处。
2．接通实验箱的电源。
3．空载输出特性
不加负载，调整单相调压器使实验箱的输入电压Ui为10、20、30、40、50、60、70、80、100、120、140、160、180、200、220V时，测量与其相对应的实验箱空载输出电压Uo值，填入表1，画出空载时Ui与Uo的关系曲线，并找出稳压范围.
表1 空载输出特性
输入电压Ui∕V
10
20
30
40
50
60
80
100
120
140
160
180
200
220
 输出电压Uo∕V

3.有载输出特性
按下负载接通开关，加上负载，调整单相调压器使实验箱输入电压Ui为10、20、30、40、50、60、70、80、100、120、140、160、180、200、220V时，测量与其相对应的有载输出电压Uo和输出电流Io值，填入表2，画出有载时Ui与Uo的关系曲线，并找出稳压范围。
表2 有载输出特性
输入电压Ui∕V
10
20
30
40
50
60
80
100
120
140
160
180
200
220
 输出电压Uo∕V

输出电流Io∕A

【思考题】
1．当输入电压急剧变化时，用示波器观察谐振式磁饱和稳压器的输出电压稳定性是怎样变化的。
2．谐振式磁饱和稳压器虽能使电压稳定，但输出电压的波形却有些失真，解释产生的原因。
【注意事项】：
1．通电前，要把单相调压器调到零位。
2．输出电流值较小，要仔细分辨表盘刻度。

实验七 X线机接地电阻测量实验
【实验目的】 掌握X线机接地电阻的测量方法，了解接地电阻测量仪的基本工作原理。
【实验器材】 X线机接地电阻测量仪（实验箱）、ZC29B-2型接地电阻测量仪
【仪器结构】 接地电阻测量仪由手摇发动机、电流互感器、滑线电阻器及检流计等组成。全部构件装于铝合金铸造的携带式外壳内，附件有辅助接地电极及连接线等，装于附件袋内。
【工作原理】 型接地电阻测量仪的工作原理和外型如图1、图2所示。

图-1 接地电阻测量仪工作原理图

图2 型接地电阻测量仪外型图
接地电阻测量仪根据电位计的工作原理设计，当仪表发电机的摇把以120r/min以上的速率转动时，便产生约110～115Hz的交流电流。仪表接线端钮E（或C2、P2）连接于接地电极E′，另外两端P和C（或P1和C1）连接到相应的接地电位探测针P′和接地电流探测针C′，电位和电流探测针沿接地电极E′按适当的距离插入土壤中。手摇发电机产生的交流I1经电流互感器C.T.的一次绕组，接地电极E′，大地和电流探测针C′回到发电机，在电流互感器二次绕组产生的I2接于电位器RS。当检流计指针偏转时，调节电位器RS的接触点B以使其达到平衡。在E和P之间的电位差与电位器RS的0和B之间的电位差是相等的。
如果刻度盘满刻度为10，读数为N，则
Rx=I2•RS•N/10I1
【方法及步骤】
1．用导线将实验箱上E′、P′和C′连接到仪表相应的端钮上。
2．将仪表放置于水平位置，检查检流计指针是否指示在中心线上，否则调整调零钮将其指示中心线。
3．将“倍率标度”置于最大倍数，慢慢转动发电机的摇把，同时转动“测量标度盘”使检流计指针指于中心线。
4．当检流计指针接近平衡时，加快发电机摇把的转速，使其达到120r/min以上，调整“测量标度盘”使指针指于中心线上。
5．如“测量标度盘”的读数＜1时，应将倍率标度开关置于较小的倍数，再重新调整“测量标度盘”以得到正确读数。
6．用“测量标度盘”的读数乘以倍率标度的倍数，即为所测量的接地电阻值。
【注意事项】
1．实地测量时，当检流计灵敏度过高时，可将电位探测针插入土壤的深度浅一些，当检流计灵敏度不够时，可沿电位探测针和电流探测针注水使土壤湿润。
2．实地测量时，当接地电极E′和电流探测针C′之间的距离＞20m，电位探测针P′的位置插在离开E′和C′之间的直线几米以外时，其测量的误差可忽略不计。但当E′和C′间的距离＜20m时，则应将电位探测针P′插在E′和C′的直线中间。
3．当用0-1/10/100Ω规格的仪表测量＜1Ω的接地电阻时，应将C2、P2间连接片打开，分别用导线连接到被测接地体上，以消除测量时连接导线的电阻所附加的误差。
【思考题】
1．我国规定X线机接地电阻应为多少欧姆？
2．当接地电阻过大时，会产生什么后果，为什么？
3．X线机的接地线能否直接连接到电源配电箱的接地端？

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