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ELE#ERODES dt.AJi,IOROAGE POUR TUBES A DEaEIàRG2 A OATHODES LIQUIDES.
La présente invention se rapporte aux tubes à décharge dans les- quels l'amorçage est commandé par une électrode plongée dans la cathode de telle façon que sa pointe soit maintenue continuellement au-dessous de la surface de sa substanoe liquide.
'La Société demanderesse a constaté qu'on obtenait des avantages marqués en construisant de telles électrodes avec un corps solide dont la partie active est constituée par des particules de substances semi-conductrices telles que par exemple le carbure de bore complètement dispersé dans une matière non conductrice telle que l'argile par exemple.
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Elle a d'autre part, constaté que la fixation appropriée, décrite dans la suite, de telles électrodes améliorait sensiblement leur fonctionnement que. la forme appropriée de la partie submergée permettait de compenser l'effet nuisible des variations du niveau cathodique et enfin que certains moyens addi- tionnels, relatifs à l'alimentation des dites électrodes, permettaient de réa- liser une commande très précise de la décharge.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avanta- ges de 1'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accoupe@ment, donnes simplement à titre d'exemple non limitatif et dans les- quels :
La Fig.1 représente schématiquement un tube à décharge auquel on a applique l'invention.
La Fig.2 est une élévation, partie en coupe, d'une électrode en cours de mentale.
La Fi.3 représente un stade intermédiaire de la fabrication.
La Fi.4 montre des détails de montage d'une électrode conforme à l'invention et les dispositifsde support de cette électrode.
La Fig.5 représente une variante.
La Fig.6 est une vue schématique d'une autre variante de l'inven- tion.
Les Fig.7, 8 et 9 donnent des courbes mettant en évidence les caractéristiques de l'invention,
Sur la Fig.1, on voit une enveloppe scellée dont l'extrémité in- férieure sert de récipient au liquide constituant la cathode 2. On a désigné en 3 une anode qui peut être en graphite, en molybdène ou en toute autre ma- tière conductrice de l'électricité et résistant à la chaleur. Au-dessus de la cathode liquide, on a représenté une électrode 4 dont la pointe plonge dans le liquide et dont le rôle et la nature seront décrits plus loin. Cette électrode est 'maintenue en place par un conducteur métallique rigide 5 pénétrant dans l'ampoule au travers d'une tubulure transversale 6 qui est rigidement fixéée sur l'électrode d'amorçage par une pièce métallique 7.
Les conducteurs d'amenée 8 et 9, associés à l'anode et à la ca- thode respectivement, sont connectés à la source de courant alternatif. L'élec- trode d'amorçage 4 est reliée à un conducteur.d'amenée 10 et elle reçoit un potentiel réglable qui faitpasser le courant d'amrocage par le corps de l'êle&
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-trode et par le métal de la cathode, le mercure par exemple.
Le fonctionnement de dispositifs de ce type est tel que la dchar- ge puisse n'amorcer uniquement lorsque l'anode 3 est à un potentiel positif par rapport à la cathode 2. Par conséquent, la source destinée à l'amorçage doit être réglée pour n'agir que lorsque cette condition est remplie*
Pour exposer les caractéristiques essentielles d'une électrode immergée, on l'a représentée à plus grande échelle elle est constituée par une pièce cylindrique 4 en matière se?il-conductrice dont la pointe inférieure
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est, conformément à l'invention, concave et de révolution, la partie supLrieu- re étant solidement fixée dans une pièce-support 7 montée sur un conducteur rigide 5.
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On a constaté qu'en utilisant une électrode d'amorçai6 telle que celle décrite et dont la matière semi-conductrice est caractérisée par une résistivité supérieure au moins à cent fois celle de la cathode liquide, en peut obtenir l'amorçage de l'arc entre l'ancde principale et la. cathode par application, d'un sur l'électrode d'amorçage, d'une tension de l'ordre de 100
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volts et même moins, Un avantage très important de ce janre à'z,#tcnça?e est que dans ces conditions fascrables on peut se contenter d'un courant inférieur à 10 ampères dans l'électrode 4, pour amorcer la décharge, La nature de ce phénomène d'amcnçaqe n'est pas co'npiètrment con- nue, mais J, SLEPIAN et .R.
LUDWIG, dans le Journal de Juin 193S tt.A.':1erican Instituts Eleotrical Engineerstt, l'attribuent d'une part à. la nature du con- tact entre l'électrode d'amorçage et la cathode liquide, et d'autre part à l'établissement d'un .7,radient de tension suffisant sur la surface du corps de l'électrode pour provoquer par l'effet éle6tro6tatique,l'émiBsion aisctronique à partir de la cathode,
On a constaté qu'il était extrêmement difficile de trouver pour
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l'électrode d'amorçage une matière dont les caractéristiques de surface répon- dent aux nécessités ci-dessus, Avant tout, elle ne doit donner lieu à aucune réaction chimique avec le mercure, même en présence de l'arc. D'autre part, elle ne doit pas être mouillée par le mercure et par conséquent offrir une
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résistance de contact appropriée..
On a d6jà s1JTér( l'emploi du carbure de silicium et du graphitée, mais bien qu'on puisse utiliser ces substances, elles ne donnent pas toutefois entière satisfaction du fait qu'elles nécessitent un
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courant d'amorçage trop élevé et qu'elles ont tendance à être nouillecs par le mercure.
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Jonforné.nent à l'invention, en prévoit une électrode d'amorçage dent la partie active est es sentie constituée par des particules de carbure de bore complètement dispersées dans une matière céramique, de l'ar- aile par exemple, le rapport du carbure de bore à l'argile étant choisi de -manière à réaliser une résistivité comprise entre 100 et 100.000 fois celle du mercure.
Pour préparer une électrcde de ce type on peut par exemple procé- der de la façon suivante :une certaine quantité de carbure de bore est pulvé- risée très finement et correctement tamisée dans le tamis africain n 600.
On ajoute alors une certaine quantité d'un diluant approprié non conducteur. en utilisant dans ce but des substances céramiques ou minérales divisées et
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clectriquêtent isolantes telles que le feldspath, le talc, l*argile ou des ccm;binaiscns de ces matières, En général, ces substances doivent de préférence être capables de se vitrifier sous l'action de la chaleur.
Aux matières vitri- fiables, en peut ajouter d'autres substances telles que le quartz ou l'alumine
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afin de diluer davantage le.imatériau semi-aonducteurt
On préfère toutefois employer un diluant constitué essentiellement par de l'argile plastique du fait de sa nature très divisée, de sa faculté
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de se disperser co:npl3te:aent dans l'eau, se sa plasticité au cours de la for- mation de la pièce par écoulement sous pression et de la possibilité de le vitrifier et de le lier à d'autres substances par traitement thermique* La
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cpr:,ntit du diluant à ajouter est déterminée par la résistance spécifique désirée; d'une façon nérale elle ne doit de préférence pas tomber au-dessous de 10%.
Le mélange de carbure et d'argile est ensuite converti en une
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Ù±r.4sicn dans l'eau et ccmplètement malaxe dans un moulin à billes, après quoi il est expose à l'air et ramène par dessication à l'état plastique, la masse ;;;tant transformée par écoulement sous pression en une cylindre allongé représenté en 11 sur la Fig.3. On peut également dessécher complètement la Basse plastique en lui conférant la plasticité voulue pour le meulage par
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addition d'un liant organique tel que 3.fempis d'amidon* Après dessication, la tige obtenue peut être mise en forme par
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usinage ou meulage par exemple et se prêsenteicomne on le voit Fig.2.
Elle est alors cuite dans le vide ou dans une atmosphère d'tydrogènef Bien que la t:;prature de la cuisson ne ?oit pas critique, on a.toutefois obtenu des
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résultats satisfaisants pour des températures comprises entre 900 et 1.100 C. pendant environ une demi-heure , Apres cuisson le corps de l'électrode peut être monté dans l'enveloppe du tube à décharge, comme décrit précédemment ou comme il sera indique dans la suite.
Les corps semi-conducteurs produits suivant la méthode indiquée ci-dessus présentent'certaines qualités qui les rendent particulièrement apprô- priés à la fabrication des électrodes à immersion: elles nécessitent notamment un courant d'amorçage deux à cinq âois moindre qu'avec les électrodes utilisées jusqu'ici;
leur surface n'est nullemtn mouillée par le mercure, même après plu- sieurs centaines d'heures de fonctionnement*
D'autre part, en modifiant les proportions du diluant non conduc- teur dans le mélange avec le carbure de bore, il est possible de faire varier la résistivité des électrodes de manière désirée, et les constantes du circuit d'amorçage suivant l'utilisation. On*-peut facilement dégazer le carbure.de bore et le mélange d'argile; leur mélange est chimiquement stable par rapport au mercure, même dans les plus mauvaises conditions.
Du fait que les matériaux utilisés à la fabrication des électro- des d'amorçage sont semi-conducteurs, il est extrêmement difficile d'effectuer un joint convenable sur le conducteur d'amenée, étant donné les différences de coefficients de dilatation de ces deux cotps. Par suite de l'imperfection du joint, il peut apparaître dans le montage de la Fig.2 de petits arcs qui peu- vent devenir la cause d'un fonctionnement défectueux après une courte période d'utilisation,
Conformément à, l'invention, on surmonte ces difficultés en em- ployant suivant la Fi.4 une pièce intermédiaire qui consiste en un bloc de graphitue 26 par exemple monté sur l'électrode 24 et autour du conducteur d'a- menée 25.
Une partie de ce blcc de graphite est fileté et se monte sur l'élec- trode d'amorçage* L'ensemble est chauffé dans un four à hvdrogène ou à, vide à environ 1.000 C., cette opération assurant une contraction de la matière 24 et un contact parfait entre les deux pièces. L'extrémité du conducteur 25 (en fer ou autre métal) peut être vissée dans le bloc de graphite.
Par suite de l'analogie des coefficients de dilatation de la matière constituant les électrodes et du graphita, le joint entre ces deux subs- tances ne peut être détruit par les Alternatives de chauffage et de refr@odis- sement. De plus, il n'y a pas dens ce monta-le du métal susceptible de s'amalga- @
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-mar avec le mercure ou de se volatiliser à la température de fonctionnement du
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t;:bt, Une aAtre cractgristiqa très importante consiste en ce fait que la pièce 6 qui, pendant la période dtamora3e,, fonctionne temporairement comme anode, reste relativeùwnt froide par suite du ?rand coefficient d'émission thermique du graphite.
De cette manire, le conducteur 25 est protégé contre les tempéra- t@res excessives susceptibles de provoquer sa fusion ou simplement sa déforma- ticn.
Dans la variante de la Fig.5, l'électrode d'amorçage 28 est étroi-
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texent T.aintenue dans un logement prévu dans le bloc de graphitée 29. La liai- scn pernanente est assurée entre les deux pièces par un ciment représenté en 30 qui consiste par exemple en un mélange de fer et de carbone dont les proportions scnt telles que le mélange soit au voisinage du point eutectique du fer. Gomme cette condition implique que le fer conserve environ 4,3 % de carbone, de telle scrte que sen point de fusion soit aussi bas que possible (environ 1.140 C.@), l'absorption ultérieure d'une certaine quantité de carbone provenant, soit de
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r'.icctrcde, soit du bloc 9, accroît nÉCessairement le point de fusion du ci- ont.
Pc-zr cette raison, dès que l'ensemble a subi la cuisson, le seul effet sw:,pl2entaire consécutif au chauffage au cours de l'utilisation du tube, pro- duit une au Tientation de la résistance à la chaleur du ciment disposé entre la partie charbonneuse de la monture et l'électrode 28.
On décrira maintenant les propriétés d'un tube à décharge compor- tant une électrode du type indiqué ci-dessus, et on insistera sur ce fait qu'on a constaté que, si la partie de l'électrode qui plonge dans le mercure a une forme conique convenable, les variations de niveau du mercure consécutives à des vibrations ou aux effets de la décharge ne produisent aucun effet sur la tension
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dtaorÇae, alors que dans les dispositifs antérieurement connus ces variations de niveau peuvent, CC!!1.'))e on le sait, apporter des modifications Importantes des caractéristiques d'a.orça;e, Avec les électrodes conformes à l'invention, le tube peut fonc- tionner par exemple suivant la Fig.6.
On a représenté sur cette figure en 57 un conducteur relis d'une part à une source de courant alternatif et au conduc- teur d'amenée 45 en connexion avec le mercure. L'autre conducteur de la ligne d'alimentation est relié, par un conducteur'58, à l'anode en série avec une résistance d'utilisation 59. Cette derni-ère est représentée sous forme d'une résistance, mais elle peut être constituée par un-appareil d'utilisation quel- @
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-conque, On a prévu un condensateur de filtrage 60 en dérivation sur la résis- tance 59, de façon à réduire les ondulations du courant.
L'électrode d'amorçage 50 est connectée à la 'borne d'anode par l'intermédiaire d'une résistance 62 et par un dispositif 63 à conductibilité unidirectionnelle, par exemple un tube à, deux électrodes ou un redresseur à oxyde, ou tout autre élément équivalent susceptible de laisser passer seulement le courant lorsque la cathode de mercure du tube principal est négative par rap- port à l'anode.
Les constantes du tube 41 et du circuit d'amorça ':8 sont telles que, lorsque le potentiel alternatif atteint une certaine valeur limite, l'anode étant positive, le courant qui traverse l'électrode d'amorçage 50 provoque l'a- morçage de la de charge
L'intensité du courant nécessaire à l'établissement de cette dé- charge varie dans les conditions exposées plus loin. Cette variation n'a cepen- dant pas une importance critique, car des variations considérables dans l'in- tensité du courant d'amorçage le provoquent aucune conséquence fâcheuse.
Le potentiel nécessaire pour provoquer doit âtre main- tenu dans certains cas pratiquement constant, par exemple lcrsque le circuit d'utilisation est une machine à souder. Il est alors extrêmement important que la décharge s'amorce seulement lorsque le potentiel de la li;ne à courant alter- natif et par conséquent le potentiel d'amorçge, ont atteint une certaine valeur positive prédéterminée. Dans ce cas seulement, on peut régler de manière précise la durée de l'impulsion transmise à la machine à souder. @ote variation autour de cette valeur provoque des défauts dans la soudure qui devient alcrs trop chaude ou insuffisamment chaude.
Du fait que l'électrode 50 est faiblement conductrice, elle se comporte comme une résistance en s4rie avec le circuit d'emcrçage, la valeur de cette résistance variant avec la longueurd'électrode au-dessus de la surface du mercure, Par conséquent, si on utilise des électrodes d'amerçage de diamètre constant, les variations du niveau du mercure font varier le pctntiel d'amor- çage de façon correspondante* Ce phénomène est représenté graphiquement par la courbe A de la Fi.7 qui montre les variations de potentiel d'amorçage obtenues avec une électrode à section constante,
en fonction des variations du niveau du mercure à partir d'une origine erbitrairement choisie* 3..tant drnné que les variations du potentiel d'amerçme provoquent des irrégularités du fonctionne- ment signalées plus haut, il y a lieu de les éliminer autant que possible.
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On a constaté que la valeur du courant d'amorçage nécessaire pour amcrcer la décharge entre les électrodes principales d'un tube à cathode liquide dépend 'beaucoup du diamètre de l'électrode d'amorçage au niveau de la surface du mercure. L'expérience a montre qu'une diminution ou une augmentation de ce dia- mètre provoque une réduction ou une aumgementation correspondante de la valeur du corrant d'amcréage. Sur la Fig.8, on a représenta une courbe relevée avec la même matière que pour la caractéristique de la Fig.7. Cette courbe B montre les variations du courant d'anorqage avec le diamètre de l'électrode au niveau du mercure, d'autres variables étant oonstantes.
On peut de ce fait calculer la forme de la pointe de l'électrode d'amerçage, de telle scrte que l'effet des variations du niveau du mercure soit atte @atiquement compensé. En d'autres termes, un accroissement ou une diminution du courant d'eemorçage peuvent être équilibres par une variation correspondante de la résistance en série, de manière que la chute totale de tension reste cons- tante.
La forme de l'électrode fournissant de tels résultats peut être fonction non seulement de la caractéristique du courant d'amorçage, mais aussi des constantes du circuit extérieur&de la résistance spécifique de la matière ccnstituant l'électrode. Elle peut être en outre déterminée empiriquement pour un matériau donné. On peut d'autre part exprimer mathématiquement la relation entre le courant d'amorçage et le diamètre de l'électrode au niveau du mercure, et il en résulte que la section de l'électrode correspondante peut être déter- minée exactement par la solution des équations définissant les conditions vou- lues.
Pour les sabstances décrites plus haut, on adopte de préférence la forme d'une surface conique concave de révolution,
Sur la Fig.9, on a donné à titre d'exemple la courbe préférée pour la pointe d'une électrode dont la caractéristique d'amorçage est représentée Fig.8. L'électrode a été choisie de façon à avoir une résistance spécifique égale à. celle de l'électrode utilisée pour relever la courbe A de la Fig.7. Si on cas:pare les Fig. 8 et 9, on voit qu'un accroissement du niveau du mercure produit à la surface dudit mercure une augmentation du diamètre de l'électrode dans des conditions telles qu'un plus grand courant d'amorçage est nécessaire.
D'autre part, la résistance ohmique de l'électrode 50 diminue obligatoirement en conformité avec la variation des dimensions de la décharge. Ces deux effets
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se compensent de telle sorte que le potentiel d'amorçage reste constant. La courbe 0 de la Fig.7 représente ces résultats et fournit une comparaison avec la caractéristique tension-niveau¯du mercure obtenue avec une électrode recti- ligne,
Ltinvention est particulièrement applicable aux tubes à cathode liquide, et on peut évidemment utiliser, au lieu du mercure, du gallium par exemple ainsi que d'autres substances appropriées.
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ELE # ERODES dt.AJi, IOROAGE FOR TUBES A DEaEIàRG2 A LIQUID OATHODES.
The present invention relates to discharge tubes in which the initiation is controlled by an electrode immersed in the cathode such that its tip is kept continuously below the surface of its liquid substance.
'The Applicant Company has observed that marked advantages are obtained by constructing such electrodes with a solid body, the active part of which consists of particles of semiconducting substances such as, for example, boron carbide completely dispersed in a material not conductive such as clay for example.
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On the other hand, it found that the appropriate fixation, described below, of such electrodes significantly improved their operation. the appropriate shape of the submerged part made it possible to compensate for the harmful effect of the variations in the cathodic level and finally that certain additional means, relating to the supply of said electrodes, made it possible to carry out very precise control of the discharge.
The novel features and advantages of the invention will be better understood by reference to the following description and to the accompanying drawings, given merely by way of non-limiting example and in which:
Fig.1 schematically shows a discharge tube to which the invention has been applied.
Fig. 2 is an elevation, partly in section, of an electrode in progress.
Fi.3 represents an intermediate stage of manufacture.
Fi.4 shows mounting details of an electrode according to the invention and the support devices for this electrode.
Fig. 5 shows a variant.
Fig. 6 is a schematic view of another variant of the invention.
Figs. 7, 8 and 9 give curves showing the characteristics of the invention,
In FIG. 1, we see a sealed envelope, the lower end of which serves as a receptacle for the liquid constituting the cathode 2. At 3, an anode has been designated which can be made of graphite, molybdenum or any other material. electrically conductive and heat resistant. Above the liquid cathode, there is shown an electrode 4, the tip of which is immersed in the liquid and the role and nature of which will be described below. This electrode is' held in place by a rigid metallic conductor 5 penetrating into the bulb through a transverse tube 6 which is rigidly fixed to the starting electrode by a metallic part 7.
The supply conductors 8 and 9, associated with the anode and the cathode respectively, are connected to the alternating current source. The ignition electrode 4 is connected to a lead conductor 10 and receives an adjustable potential which causes the ignition current to pass through the body of the bowel.
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-trode and by the metal of the cathode, mercury for example.
The operation of devices of this type is such that the discharge can only initiate when the anode 3 is at a positive potential with respect to the cathode 2. Therefore, the source intended for the initiation must be set to. only act when this condition is met *
To explain the essential characteristics of an immersed electrode, it has been shown on a larger scale.It consists of a cylindrical part 4 made of a conductive material, the lower tip of which
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is, in accordance with the invention, concave and of revolution, the upper part being firmly fixed in a support piece 7 mounted on a rigid conductor 5.
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It has been found that by using a starting electrode such as that described and whose semiconductor material is characterized by a resistivity greater than at least one hundred times that of the liquid cathode, it is possible to obtain the ignition of the arc. between the main anchor and the. cathode by application, of one on the starting electrode, of a voltage of the order of 100
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volts and even less, A very important advantage of this janre à'z, # tcnça? e is that under these fascinating conditions one can be satisfied with a current of less than 10 amperes in the electrode 4, to initiate the discharge, The The nature of this amcnçaqe phenomenon is not fully known, but J, SLEPIAN et .R.
LUDWIG, in the Journal of June 193S tt.A. ': 1erican Instituts Eleotrical Engineerstt, attribute it on the one hand to. the nature of the contact between the firing electrode and the liquid cathode, and on the other hand to the establishment of a .7, voltage radient sufficient on the surface of the body of the electrode to cause by the the electro-static effect, the electronic emission from the cathode,
It was found to be extremely difficult to find for
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the ignition electrode a material whose surface characteristics meet the above requirements. Above all, it must not give rise to any chemical reaction with the mercury, even in the presence of the arc. On the other hand, it must not be wetted by mercury and therefore offer a
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suitable contact resistance.
The use of silicon carbide and graphite has already been discussed, but although these substances can be used, they are not however entirely satisfactory because they require a
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too high starting current and tend to be blocked by mercury.
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In keeping with the invention, there is provided a starting electrode where the active part is felt to consist of particles of boron carbide completely dispersed in a ceramic material, for example the wing, the ratio of the carbide boron clay being chosen -maniere to achieve a resistivity between 100 and 100,000 times that of mercury.
To prepare an electrode of this type, it is possible, for example, to proceed as follows: a certain quantity of boron carbide is pulverized very finely and correctly sieved in the African sieve No. 600.
A quantity of a suitable non-conductive diluent is then added. using for this purpose divided ceramic or mineral substances and
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Electrifying insulators such as feldspar, talc, clay, or ccms; but all of these materials. In general, these substances should preferably be capable of vitrifying under the action of heat.
Other substances such as quartz or alumina may be added to vitrifiable materials.
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in order to further dilute the semiconductor material
However, it is preferred to use a diluent consisting essentially of plastic clay because of its very divided nature, its ability
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to disperse co: npl3te: aent in water, its plasticity during the formation of the part by flow under pressure and the possibility of vitrifying it and binding it to other substances by heat treatment * The
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cpr:, the amount of diluent to be added is determined by the desired specific resistance; in general, it should preferably not fall below 10%.
The mixture of carbide and clay is then converted into a
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Ù ± r.4sicn in water and completely kneaded in a ball mill, after which it is exposed to air and reduced by desiccation to the plastic state, the mass ;;; both transformed by flow under pressure into a elongated cylinder shown at 11 in Fig.3. You can also completely dry out the Plastic Bass, giving it the desired plasticity for grinding by
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addition of an organic binder such as starch empis * After desiccation, the stem obtained can be shaped by
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machining or grinding for example and is presented in Fig.2.
It is then fired in a vacuum or in a hydrogen atmosphere. Although the temperature of the firing is not critical, we have, however, obtained
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satisfactory results for temperatures between 900 and 1,100 C. for about half an hour, After firing the body of the electrode can be mounted in the casing of the discharge tube, as described previously or as will be indicated below. .
The semiconductor bodies produced according to the method indicated above exhibit certain qualities which make them particularly suitable for the manufacture of immersion electrodes: in particular they require a starting current two to five years less than with electrodes. used so far;
their surface is not wetted by mercury, even after several hundred hours of operation *
On the other hand, by modifying the proportions of the non-conductive diluent in the mixture with the boron carbide, it is possible to vary the resistivity of the electrodes as desired, and the constants of the ignition circuit according to the use. . The boron carbide and the clay mixture can easily be degassed; their mixture is chemically stable with respect to mercury, even under the worst conditions.
Due to the fact that the materials used in the manufacture of the starting electrodes are semiconductors, it is extremely difficult to make a suitable seal on the supply conductor, given the differences in the coefficients of expansion of these two coefficients. . Due to the imperfection of the seal, small arcs may appear in the assembly of Fig. 2 which may become the cause of faulty operation after a short period of use,
In accordance with the invention, these difficulties are overcome by employing according to Fi.4 an intermediate piece which consists of a block of graphite 26, for example mounted on the electrode 24 and around the lead conductor 25.
A part of this graphite blcc is threaded and is mounted on the starting electrode * The whole is heated in a hydrogen or vacuum furnace at about 1000 C., this operation ensuring a contraction of the material. 24 and perfect contact between the two parts. The end of the conductor 25 (made of iron or other metal) can be screwed into the block of graphite.
Owing to the analogy of the coefficients of expansion of the material constituting the electrodes and of the graphite, the joint between these two substances cannot be destroyed by the heating and cooling alternatives. In addition, there is no dens this mounted metal susceptible to amalgam- @
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-mar with mercury or to volatilize at the operating temperature of the
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t;: bt, A very important feature is that the part 6 which, during the development period, temporarily functions as anode, remains relatively cold due to the high thermal emission coefficient of the graphite.
In this way, the conductor 25 is protected against excessive temperatures which could cause its melting or simply its deformation.
In the variant of Fig. 5, the starting electrode 28 is narrow.
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Texent T. held in a housing provided in the graphite block 29. The permanent bond is ensured between the two parts by a cement represented at 30 which consists for example of a mixture of iron and carbon, the proportions of which are such as the mixture is in the vicinity of the eutectic point of the iron. Since this condition implies that the iron retains about 4.3% of carbon, so that its melting point is as low as possible (about 1.140 C. @), the subsequent absorption of a certain quantity of carbon coming from, either
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r'.icctrcde, or block 9, necessarily increases the melting point of ci- ont.
For this reason, as soon as the assembly has undergone baking, the only pl2ental effect following heating during the use of the tube, produces an orientation of the heat resistance of the placed cement. between the carbonaceous part of the frame and the electrode 28.
The properties of a discharge tube comprising an electrode of the type indicated above will now be described, and it will be emphasized that it has been found that, if the part of the electrode which immerses in mercury has a suitably conical shape, variations in mercury level due to vibrations or the effects of discharge have no effect on the voltage
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dtaorÇae, while in the previously known devices these level variations can, CC !! 1. ')) As we know, bring important modifications of the characteristics of a.orça; e, With the electrodes according to the invention , the tube can function for example according to Fig.6.
This figure shows at 57 a conductor connected on the one hand to an alternating current source and to the supply conductor 45 in connection with the mercury. The other conductor of the supply line is connected, by a conductor '58, to the anode in series with a resistance of use 59. The latter is represented in the form of a resistor, but it can be constituted by a device of use some- @
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In any case, a filter capacitor 60 is provided in bypass on resistor 59, so as to reduce the current ripples.
The firing electrode 50 is connected to the anode terminal through a resistor 62 and through a unidirectional conductive device 63, for example a tube with two electrodes or an oxide rectifier, or all. another equivalent element capable of allowing current to pass only when the mercury cathode of the main tube is negative with respect to the anode.
The constants of the tube 41 and of the starting circuit ': 8 are such that, when the alternating potential reaches a certain limit value, the anode being positive, the current which passes through the starting electrode 50 causes a- load breaking
The intensity of the current necessary to establish this discharge varies under the conditions explained below. This variation is, however, not of critical importance, since considerable variations in the intensity of the starting current do not cause it to be adversely affected.
The potential required to provoke must in some cases be kept nearly constant, for example when the user circuit is a welding machine. It is then extremely important that the discharge is initiated only when the potential of the AC line, and therefore the ignition potential, has reached a certain predetermined positive value. Only in this case can the duration of the pulse transmitted to the welding machine be precisely adjusted. @ote variation around this value causes defects in the weld which becomes too hot or insufficiently hot.
Because the electrode 50 is weakly conductive, it behaves like a resistor in series with the locking circuit, the value of this resistance varying with the length of the electrode above the surface of the mercury. constant diameter starting electrodes are used, the variations in the mercury level cause the starting material to vary correspondingly * This phenomenon is represented graphically by curve A in Fig. 7 which shows the variations in potential ignition obtained with a constant section electrode,
depending on the variations in the level of mercury starting from an arbitrarily chosen origin * 3 .. since the variations in the bitter potential cause the irregularities in the operation indicated above, they should be eliminated as much as possible.
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It has been found that the magnitude of the initiating current required to initiate the discharge between the main electrodes of a liquid cathode tube is very dependent on the diameter of the initiating electrode at the surface of the mercury. Experience has shown that a decrease or an increase in this diameter causes a corresponding reduction or increase in the value of the anchor corrant. In Fig. 8, a curve is shown with the same material as for the characteristic of Fig. 7. This curve B shows the variations of the anorqage current with the diameter of the electrode at mercury level, other variables being constant.
It is therefore possible to calculate the shape of the tip of the firing electrode, such that the effect of variations in the level of mercury is attainably compensated for. In other words, an increase or decrease in the starting current can be balanced by a corresponding variation of the series resistance, so that the total voltage drop remains constant.
The shape of the electrode providing such results may be a function not only of the characteristic of the starting current, but also of the constants of the external circuit and of the specific resistance of the material constituting the electrode. It can also be determined empirically for a given material. On the other hand, we can express mathematically the relation between the starting current and the diameter of the electrode at the mercury level, and it follows that the section of the corresponding electrode can be determined exactly by the solution of equations defining the desired conditions.
For the cases described above, the shape of a concave conical surface of revolution is preferably adopted,
In Fig.9, the preferred curve for the tip of an electrode, the ignition characteristic of which is shown in Fig.8, has been given as an example. The electrode was chosen so as to have a specific resistance equal to. that of the electrode used to record curve A in Fig. 7. If we case: par Figs. 8 and 9, it can be seen that an increase in the level of mercury produces at the surface of said mercury an increase in the diameter of the electrode under conditions such that a greater starting current is required.
On the other hand, the ohmic resistance of the electrode 50 necessarily decreases in accordance with the variation of the dimensions of the discharge. These two effects
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compensate each other so that the ignition potential remains constant. Curve 0 in Fig. 7 represents these results and provides a comparison with the voltage-level characteristic of mercury obtained with a straight electrode,
The invention is particularly applicable to liquid cathode tubes, and it is of course possible to use, instead of mercury, gallium for example as well as other suitable substances.