РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА КОНТРОЛЯ МОЩНОСТИ НАКАЛА РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ

Рентгенография является одним из основных методов неразрушающего контроля в промышленной дефектоскопии. Особенно важное место принадлежит данному методу при монтаже магистральных трубопроводов в топливно-энергетическом комплексе, где выполнение рентгеновских снимков сварных соединений входит в обязательную часть технологического процесса. Качество снимка напрямую зависит от технических характеристик схемы генератора, таких как стабильность высокого напряжения на рентгеновской трубке, частота и уровень пульсаций напряжения и тока.  

Отходят в прошлое схемы высоковольтных генераторов анодного питания, где напряжение подается в виде коротких импульсов или разнополярных полуволн. В отличие от схем с постоянным потенциалом, здесь легче обеспечить электрическую прочность высоковольтной конструкции и рентгеновской трубки, однако, широкий спектр излучения в этом варианте ухудшает разрешающую способность, и качество снимка не удовлетворяет современным требованиям.

Некоторое развитие в области разработки и производства переносных аппаратов с постоянным потенциалом в нашей стране наблюдается лишь в последние десять лет. Перечень мощных отечественных рентгеновских трубок на напряжение 250 − 300 кВ крайне мал, кроме того, они давно разрабатывались и не предназначены для работы с постоянным потенциалом.          Разработчикам аппаратуры приходится решать вопросы применения имеющихся трубок в новых условиях, определять их возможности и допустимые электрические режимы, проектировать конструкцию высоковольтного блока. Мощные рентгеновские трубки производятся в двухэлектродном исполнении с термоэмиссионным катодом, где анодный ток определятся накалом. Источник накала должен выполнять функцию регулятора тока анода и ограничения мощности накала трубки. В работе предлагается вариант схемного решения подобного устройства.

В ходе работы было проведено исследование  3 рентгеновских трубок: 0,3БПК25 − 150, 1,2БПК25 − 200, 1,8БПК11 − 300. С помощью вольтметра и амперметра была измерена потребляемая мощность генератора в рабочем диапазоне накала каждой рентгеновской трубки. Также отслеживался характер свечения нити накала рентгеновских трубок.

Данные по исследованию РТ 0,3БПК25 − 150 представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Исследование РТ 0,3БПК25 − 150

Данные по исследованию РТ 1,2БПК25 − 200 представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Исследование РТ 1,2БПК25 − 200

Данные по исследованию РТ 1,8БПК11 − 300 представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Исследование РТ 1,8БПК11 − 300

Проанализировав данные из таблиц, можно сделать вывод, что мощность накала в рабочем режиме меняется слабо. По мере подъема напряжения от 0 до 70...75 % от  установившегося значения, устанавливается  рабочий накал (или ток трубки, если включен аппарат). При 11 − 16  Вт идет рабочий ток в несколько миллиампер (табл. 3). При этом наблюдается незначительное изменение напряжения. Мощность меняется с большей динамикой, при выходе на рабочий режим.

Измерение мощности позволяет получить сигнал с более широким диапазоном изменения и точнее отслеживать режим накала. Если отслеживать только изменение питающего напряжения или ширину рабочего импульса напряжения (на данный момент регулирование организовывается путем изменения ширины рабочего импульса), то отслеживать мощность затруднительно, т. к. при изменении напряжения меняется и ток.

По данным этого исследования предлагается ввести канал измерения мощности с помощью аналогового умножителя, в котором сигнал, соответствующий напряжению, и сигнал, соответствующий току, с помощью операционного усилителя, у которого фиксированный коэффициент передачи, будут перемножаться и образовывать сигнал по мощности.

На рис. 1 представлен вариант блок-схемы  управления током рентгеновской трубки, выполняющий функцию контроля мощности накала.

Контроллер управления выполняет управляющие функции, в зависимости от того, какие данные задал оператор: напряжение на трубке, ток трубки, времени экспозиции,  в зависимости от условий съемки (т. е. это зависит от источника рентгеновского излучения и объекта съемки). С помощью умножителя задается сигнал, который затем обрабатывается в контроллере управления.

Данная блок-схема может быть применима для организации сигнала,  поступающего на контроллер, где будет обработана информация о мощности накала рентгеновской трубки. 

В память контроллера будет введена информация о разных типах рентгеновских трубок, т. е. зафиксированы предельные режимы работы по мощности для каждой трубки, поскольку известен подключаемый моноблок и какого типа в нем установлена трубка.  Контроллер будет отслеживать работу моноблока, выдавать информацию оператору о режиме накала, авариях, отключать моноблок, если мощность накала превысила допустимые значения.

До этого для управления отдельным моноблоком требовались свои собственные БПУ, которые подходили под параметры только установленной в моноблок РТ. Для каждого моноблока производилась настройка режимов блока управления. Данная схема позволяет добиться того, чтобы, в диапазоне мощностей БПУ,  можно было подключать моноблоки с разными типами трубок, например, с панорамным выходом излучения или боковым. Также это позволит не подстраивать моноблок под параметры блока управления.

Рисунок 1. Блок-схема канала управления током рентгеновской трубки с контролем мощности

На рис.1 цифрами обозначены  следующие элементы: 1 − блок питания и управления; 2 − моноблок; 3 − модуль управления        DC−DC-конвертора; 4 − инвертор накала; 5 − операционный усилитель;         6 − аналоговый умножитель; 7 − контроллер с программой управления и обработкой сигналов; 8, 9 − датчики тока; 10 − высоковольтный источник питания (100 − 250 кВ); 11 − потенциальный трансформатор накала; 12 − рентгеновская трубка

Также большим достоинством данного решения является то что, заменить моноблок в полевых условиях будет значительно легче, если он выйдет из строя. Не понадобится производить вскрытие и настройку БПУ, т. к. для осуществления данных работ необходимо наличие специалиста.

Данные о типе трубки будут записаны в контроллере управления, который будет давать команду на включение трубки в соответствии с сигналом по мощности, но это уже программная часть, которая не рассматривалась в данной работе.

Список литературы:

1. Кокарева И., Щелкунов Г. Рентгеновские методы неразрушающего контроля // Электроника: наука, технология, бизнес. 2007, вып. №5. С 84.
2. Каневский И. Н., Сальникова Е. Н. Неразрушающие методы контроля. Владивосток.: ДВГТУ, 2007. 243 с.
3. Рентгеновские аппараты РПД и их применение // СИНТЕЗ НДТ. URL: http://syntezndt.ru/rentgen/rentgenovskie-apparaty-rpd-i-ikh-primenenie/ (дата обращения: 27.04.17)
4. Костиков В. Г., Никитин И. Е. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. М.: Радио и связь, 1986. 200 с.
5. Смоленцев Н. И. Технические средства в системах автоматики и управления: конспект лекций. Челябинск: ЮУрГУ, 2013. 113 с.
6. Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: СОЛОН-Р, 2001. 327 с. 
7. Аппарат рентгеновский переносной для промышленной дефектоскопиии «РПД-250П» с панорамной диаграммой рентгеновского излучения // www.lab-nk.ru. URL: https://lab-nk.ru/uploads/documentations/1044/files/7303/ruk-rpd-250p.pdf (дата обращения: 15.05.17)
8. Ионизирующее излучение // zakonbase.ru. URL: http://zakonbase.ru/content/part/716053?print=1 (дата обращения: 15.05.17)