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Condensateur électrique composé de matière isolante garnie d'armatures.
L'invention concerne un condensateur électrique composé de matière isolante garnie d'armatures.
Diverses applications, en particulier en technique haute fréquence requièrent des condensateurs à capacité très constante et à très faibles pertes. En général, les condensateurs sont sensibles aux influences atmosphériques et mécaniques ainsi qu'aux fluctuations de la température. Les influences atmosphériques telles que le degré hygrométrique de l'air et l'effet oxydant de l'oxygène de l'air sur les armatures augmentent les pertes, parfois de façon inadmissible. De plus, elles provoquent des variations incontrôlables de la capacité. Les influences mécaniques provoquent de grandes variations inadmissibles de la capacité.
Il existe des condensateurs dont les armatures et le diélectrique sont protégés contre les influences atmosphériques par une couche de vernis, de laque ou d'un produit analogue. Bien souvent, ces couches augmentent l'angle des pertes. De plus, elles provoquent généralement une augmentation de la capacité. Le vieillissement ou l'endommagement de ces couches entraine une variation de la capacité.
On a aussi proposé de loger le condensateur dans une enveloppe hermétique, vide d'air. Ceci conduit à des constructions très coûteuses et, bien souvent, très fragiles. De plus, dans le vide, la chaleur se communique difficilement à l'ambiance, de sorte que, d'une part, la puissance est très faible, et d'autre part, le temps requis pour obtenir l'équilibre thermique est très long, ce qui peut provoquer une lente variation indésirable de la capacité lors de la mise en circuit. Pour éliminer les influences mécaniques, on a souvent proposé de soustraire le condensateur à ces influences en garnissant le diélectrique d'armatures constituées soit par des feuilles y laminées ou collées, soit par du métal y déposé par vaporisation, par pulvérisation ou par un procédé chimique.
De plus, on connait le procédé consistant à renforcer par des nervures les plaques diélectriques d'un tel condensateur.
La combinaison des constructions mentionnées ne permet pas d'obtenir un condensateur insensible à la fois aux influences atmosphériques et aux influences mécaniques. L'invention est basée sur l'idée qu'il faut tenir compte de toutes les conditions lors de l'étude d'un condensateur. On évite ainsi le danger que l'ap-
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plication d'une méthode connue pour obtenir l'une des propriétés désirées annihile les autres conditions avantageuses. Suivant l'invention, l'insensibilité désirée aux influences mécaniques et atmosphériques s'obtient en disposant les armatures sur les parois de cavités pratiquées dans la matière isolante. Ceci présente aussi d'autres avantages. En général, les cavités internes ne communiquent avec l'air extérieur que par des pores très étroits.
Il va de soi que par temps humide l'infiltration d'air humide dans ces cavités et l'oxydation seront très lentes. De plus, comparativement aux déformations que subiraient dans les mêmes conditions les condensateurs connus à armatures extérieures les déformations des cavités internes sous l'effet de heurts ou par des chocs sont très petites. Dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention, le condensateur est rendu pratiquement insensible aux influences atmosphériques du fait que les cavités internes sont hermétiquement fermées et empêchent l'infiltration de l'air et de l'humidité.
L'invention permet de construire un condensateur dont la matière isolante ne comporte qu'une seule cavité. Pour autant qu'il ne s'agisse pas de capacites extrêmement petites, l'utilisation de plusieurs cavités permet de réduire l'encombrement et de réaliser une economie de matière. La paroi de chaque cavité peut alors être garnie d'une armature en une seule pièce. Ces armatures sont alors interconnectées de manière que des cavités voisines soient, dans la mesure du possible, de polarités différentes.
Suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, chaque paroi de la cavité comporte cependant deux armatures séparées électriquement. Ces armatures sont ensuite connectées de manière que les armatures placées de part et d'autre de la paroi séparant deux cavités consécutives soient de même polarité. On obtient ainsi un condensateur dont le diélectrique n'est pratiquement constitué que par l'air. De ce fait, le choix de la matière isolante du condensateur, n'est guidé que par les propriétés mécaniques désirées.
Comme cette matière n'est pratiquement pas le siège de lignes de force électriques, les pertes diélectriques n'influenceront pas le choix de la matière. On obtient ainsi un condensateur très robuste, à très faibles pertes.
Afin de réduire l'encombrement et de réaliser une importante économie de matière, il est avantageux, dans l'application de l'invention, de porter au maximum la charge électrique du diélectrique. Suivant l'invention, ce résultat s'obtient de façon très simple par le fait que les cavités sont limitées par au moins une paire de surfaces parallèles recouvertes, au moins partiellement, par les armatures.
Pour réduire le danger de percement, ou pour agir plus efficacement encore sur les pertes ou sur le coefficient de température du condensateur, la cavité peut être remplie d'un fluide approprié. On peut aussi y pratiquer le vide ce qui augmente notablement la tension de percement.
L'invention permet de réduire l'encombrement par le fait que les parties planes des parois d'au moins deux cavités consécutives sont parallèles. Dans le cas d'une charge électrique et d'une sollicitation mécanique homogènes, on peut donc loger, dans un volume donné, un nombre maximum de cavités, ce qui augmente la capacité par unité de volume.
Comme il n'est pas possible sans plus de garnir de l'extérieur, les parois des cavités internes d'armatures, le condensateur décrit est de préférence, en plusieurs parties. Dans une forme d'exécution avantageuse conforme à l'invention, le condensateur est constitué par des plaques planes empilées dont une sur deux comporte
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une grande ouverture; ces plaques sont reliées rigidement entre elles. Chaque cavité est alors limitée par la paroi interne d'une ouverture d'une plaque et par les surfaces planes en vis à vis des plaques placées de part et d'autre de la première.
Par suite de sa grande symétrie, le condensateur mentionné constitue une combinaison très robuste et peu aoûteuse.
Les cavités sont donc limitées par des plaques et des bagues alternées, empilées, reliées rigidement entre elles.
Dans une autre forme d'exécution avantageuse de l'invention, les cavités sont limitées par des plaques planes comportant, au moins sur l'une de leurs faces, un creux n'atteignant pas le bord de la plaque. Cette construction présente l'avantage que le condensateur peut être constitué d'organes identiques.
Pour éviter les tensions thermiques indésirables, dans une forme d'exécution avantageuse d'un condensateur conforme à l'invention, les parties isolantes sont de même composition.
Les avantages des constructions mentionnées plus haut sont particulièrement intéressants lorsque les parties isolantes du condensateur sont en matière céramique. Les propriétés avantageuses de cette matière permettent en effet de construire d'excellents condensateurs étalons à très bas prix de revient.
L'assemblage des diverses parties constitutives du condensateur peut s'effectuer de diverses manières. Il est possible d'enclaver ces organes à l'aide d'une construction auxiliaire. Ils peuvent aussi comporter une couche métallique soudable et être soudés l'un à l'autre. La meilleure solution consiste cependant en une forme d'exécution de l'invention dans laquelle les parties isolantes sont assemblées par émaillage. Cette solution réduit au minimum le danger de tensions thermiques indésirable et de plus, elle ne requiert pas d'organes accessoires.
Les liaisons électriques entre des armatures de même polarité peuvent être réalisées de diverses manières. Dans une forme d'exécution particulièrement avantageuse du condensateur conforme à l'invention, ces liaisons sont constituées par des conducteurs guidés au travers d'ouvertures pratiquées dans les parties planes des parois séparant les cavités. Ceci assure un montage très simple. De plus, cette réalisation fournit une résistance électrique très faible. Dans une autre forme d'exécution avantageuse, de l'invention, les liaisons électriques entre les armatures de même polarité sont constituées par des bandes d'armature s'étendant sur des surfaces adjacentes de parties voisines constituant le condensateur. Cette réalisation rend superflu le percement des parois limitant les cavités.
Outre les formes d'exécution avantageuses décrites du condensateur conformes à l'invention, dans lesquelles les armatures disposées de part et d'autre de la paroi séparant deux cavités successives sont de même polarité, il existe encore une forme d'exécution avantageuse dans laquelle les armatures, disposées de part et d'autre de la paroi séparant deux cavités successives, sont de polarités différentes. Dans cette réalisation, le rapport de l'épaisseur de la couche d'air dans les cavités à celle de la paroi séparant les cavités est adapté au coefficient de dilatation thermique et au coefficient de la température de la constante diélectrique de la matière isolante de manière que le coefficient de la température de la capacité du condensateur soit nul.
Ceci constitue un avantage particulièrement intéressant pour les condensateurs étalons.
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La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularites qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Les figures 1 et 2 représentent des exemples d'exécution de condensateurs conformes à l'invention.
Le condensateur représenté sur la fig.l est constitué par des plaques circulaires planes 1 identiques, en matière isolante céramique. Sur une face, elles comportent un creux concentrique de sorte que l'on obtient un bord annulaire 2. L'empilement des plaques 1 fournit ainsi entre chaque paire de plaques une cavité interne 3. Les plaques sont reliées entre elles par un émaillage recouvrant la surface des bords 2. La cavité 3 est limitée par deux surfaces parallèles 4 et 5. Les parties planes 5 et 6 des cavités consécutives 5 et 7 sont parallèles. Les parties planes des parois de chaque cavité sont garnies d'armatures 8,9, 10 etc.
La liaison électrique avec les armatures est constituée par les conducteurs 11 et 12 introduits par les ouvertures 13 et 14 pratiquées dans les parties planes des parois limitant la cavité.
Comme le montre la figure, chaque plaque comporte une petite ouverture 14 dont le diamètre ne diffère que très légèrement de celui des conducteurs 11 et 12 et une plus grande ouverture 13.
Les ouvertures 13 et 14 se trouvent à même distance du centre des plaques. Ceci permet d'utiliser des plaques identiques. Les armatures sont assemblées de manière que celles disposées de part et d'autre d'une paroi séparant deux cavités consécutives soient de même polarité. C'est ainsi que le conducteur 11 relie les armatures 9 et 10 disposées de part et d'autre d'une même paroi de séparation. De ce fait, pratiquement aucune ligne de force ne traverse la matière céramique. Les cavités sont hermétique.sent fermées tant à l'air qu'à l'humidité. Pour le conducteur 11, on a soudé à cet effet, à la partie supérieure de l'ouverture 16, une plaque métallique 15 sur la matière céramique et sur le conducteur. La partie inférieure du conducteur 12 montre une autre solution.
Une plaque en matière céramique comporte deux ouvertures étroites: celle servant au passage du conducteur 12 est évasée à sa partie supérieure. Cette partie conique n'est pas garnie d'armature' On prévient ainsi le court circuit entre les conducteurs 11 et 12.
Le condensateur décrit n'est pas sensible aux influences atmosphériques et mécaniques et son angle de perte est très petit pour une grande dissipation de puissance sous forme de chaleur, de sorte qu'il peut absorber une grande puissance réactive.
Dans le condensateur représenté sur la fig. 2, les cavités 30, 31, 32 etc. sont limitées par des plaques 33, 34, 35, 36 etc. et par des bagues 37, 38, 39 etc., toutes en matière céramique à faibles pertes. Ces pièces sont empilées de manière que les plaques alternent avec les bagues. Elles sont assemblées par émaillage. Les deux faces planes de chaque plaque comportent des arma- tures 41 et 42. Les plaques terminales ne sont garnies d'armatures que sur les faces intérieures. Ces armatures s'étendent sur les surfaces adjacentes 43, 44, 45 de parties successives constituant le condensateur et, de plus, sur une partie des parois extérieures des plaques garnies de ces armatures.
Les parties d'armature s'étendant sur la périphérie sont reliées électriquement par une armature 46 qui, dans le sens de la largeur s'étend sur une certaine partie de la face extérieure et recouvre toute la hauteur du condensateur. Les bandes d'armatures peuvent aussi être reliées par un conducteur 47. Les liaisons électriques mentionnées peuvent aussi faire office d'amenée de courant du condensateur. Comrne le montre la figure, la liaison entre les armatures est telle que les armatures disposées de part et d'autre de la paroi séparant deux cavités successives sont de polarités différentes. C'est ainsi que les deux armatures 41 et 42 disposées de part et d'autre de la
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plaque 34 sont reliées respectivement à la bande d'armature 46 et au conducteur 47, de polarités différentes.
En même temps, le rapport de l'épaisseur de la couche d'air dans les cavités à celle de la paroi séparant deux cavités est adapté au coefficient de dilatation thermique et au coefficient de température des constantes diélectriques de la matière isolante utilisée, de manière que le coefficient de température de la capacité du condensateur soi#iul.
Outre ses grandes stabilités électrique et mécanique, ce condensateur présente l'avantage d'être indépendant des fluctuations de la température, ce qui est particulièrement important dans les condensateurs étalons.
L'invention permet de construire des condensateurs stables,; exempts de perte, adaptés aux conditions tropicales, et de faible prix de revient.