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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY DISPOSITIFS DE MESURE D'ENERGIE RADIANTE
La présente invention se rapporte à des dispositifs de mesure d'énergie radiante et, en particulier, mais non exclusivement, à un appareil d'essai et de contrôle destiné à indiquer ou à mesurer l'énergie d'ondes électriques développées à l'intérieur d'un résonateur creux, ou d'ondes se propageant à travers un guide d'ondes, une ligne de transmission coaxiale, ou organes analogues.
Dans les cas intéressants de ce genre, les ondes dont on désire mesurer l'énergie sont contenues à l'intérieur d'une enveloppe conductrice pratiquement close et l'un des objets de l'invention est la constitution d'un dispositif ou appareil d'essai thermo-électrique, destiné à indiquer l'énergie de l'onde, ledit dispositif pouvant être introduit à travers un petit trou de l'enveloppe et, en même temps, fer-
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mant ce trou, quand il est en position, de ièr ',i! 3, ne se pro- -T' :,
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duise aucune fuite des ondes.
Conformément à, certaines caractéristiques de l'invention, les dispositifs thermo-électriques comprennent une enveloppe de verre, ou d'autre matière fusible, scellée à. une pièce métallique qui ferme l'enveloppe, ladite enveloppe contenant un élément sensible à la chaleur connecté entre la pièce métallique et un conducteur isolé traversant l'élément métallique.
Sous un autre a,spect de l'invention, l'enveloppe contient un cadre récepteur connecté à la partie métallique, en série avec un élément thermo-sensible. Un conducteur isolé faisant partie du cadre passe au dehors à travers ladite partie méta,llique de l'enveloppe.
L'invention sera mieux comprise à. la lecture de la description suivant et à l'examen des dessins joints, qui en représentent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réalisation et une variante.
La figure 1 est une vue latérale d'un appareil d'essai thermique conforme à l'invention.
Les figures 2 et 3 représentent à plus grande échelle les parties internes, de manière à en mieux montrer les détails.
La figure 2 est une coupe suivant la droite 2-2 de la figure 3 .
La figure 3 est une coupe suivant la droite 3-3 de la, fi- gure 2
La figure 4 est une vue latérale d'une va,riante de l'appareil d'essai comportant certaines caractéristiques de l'invention.
L'appareil d'essai représenté aux figures 1 à 3 comporte un disque métallique 10, de préférence en cuivre, auquel est scellé, d'un côté, un tube de verre 11 et, de l'autre côté, une calotte de verre 12 Le disque 10 comporte un trou central 13 et un tube à paroi mince 14, en cuivre, ou autre métal convenable, comportant un flasque 32, et soudé, ou fixé d'autre manière, à la fa.ce intérieure
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dudit disque, coaxialement par rapport au trou.
Le tube 14 est de diamètre légèrement inférieur à celui du trou 13 et, à son intérieur, se trouvent deux pièces 15 et 16, en cuivre, de section approximativement semi-circulaire, serrant étroitement entre elles un conducteur plat de cuivre 17, entouré de deux feuilles minces de mica 18 et 19 de part et d'autre, servant d'isolateurs. La pièce 17 est un peu moins large que le diamètre intérieur du tube 14, de sorte qu'elle ne touche nulle part ledit tube. Les pièces 15 et 16 sont, de préférence, soudées par points en un ou deux endroits, au tube 14, ou solidement fixées d'autre manière audit tube. Les pièces 15 à 19 se prolongent légèrement, à travers le disque 10, dans l'intérieur de la calotte 12 . Un fil 20 est soudé par points en 21 au tube 14 et traverse une fente 22, dans le disque 10, pour pénétrer dans la calotte 12 .
Un second fil 23 est soudé par point en 24 au conducteur plat 17 . Un couple thermo-électrique 25 est soudé par points en 26 et 27 aux fils 20 et 23, respectivement. A l'extrémité inférieure du conducteur 17 est soudé par points en 28 un conducteur de sortie 29, qui traverse le tube 11 par le scellement 30 . L'enveloppe est, de préférence, vidée et scellée au moyen du queusot 31 .
On voit que les éléments portés par le tube 14 forment un ensemble complet, fabriqué séparément, et fixé en position après que les deux pièces de verre 11 et 12 de l'enveloppe ont été scellées au disque 10 . Le scellement doit d'ordinaire être exécuté en premier lieu, car la température élevée employée endommagerait les délicates pièces internes, si elles étaient en position avant ledit scellement.
De plus, les scellements du disque sont fortement oxydés en cours de fabrication et le métal à l'air libre nécessite ultérieurement un nettoyage chimique. Ainsi, après que les scellements du disque ont été faits, on met en place le système interne par l'extrémité ouverte du tube 11, la fente de passage 22 ayant été ménagée pour le fil 20, de manière à permettre cette introduction. Le scellement
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30 est alors fait, maintenant les organes à. la position convenable et le flasque 32 du tube 14 est finalement fixé au disque 10 au moyen d'un anneau de soudure à l'étain qui fond et s'écoule pendant le traitement final du tube, par exemple quand il est passé au four au cours de son vidage.
On comprendra que les pièces 15, 16 et 17 constituent, avec les feuilles de mica 18 et 19, un condensateur fonctionnant en shunt aux très hautes fréquences, de sorte qu'il est formé en fait, un cadre récepteur fermé, 20, 25, 23, 17 et 15, 16, pour ces fréquences. Quand la calotte 12 du dispositif est introduite, à, travers un trou, dans un résonateur, ( ou organe analogue ) contenant des ondes, un courant de circulation est induit dans le cadre cidessus mentionné et échauffe le contact thermo-électrique 25, produisant une force électro-motrice à la manière connue.Cette force électro-motrice, étant continue, peut être mesurée au moyen d'un millivoltmètre ou autre appareil convenable, connecté entre le disque 10 et le conducteur de sortie 29 et, de cette manière, on peut mesurer l'énergie à l'intérieur du résonateur.
Quand la calotte 12 est introduite dans le résonateur, le disque 10 est amené en contact avec l'extérieur de l'enveloppe dudit résonateur entourant immédiatement le trou d'introduction et elle peut être fixée en position au moyen d'une bague de serrage convenable, ou organe analogue, de manière à ce que la paroi du résonateur soit complétée par le disque et le condensateur et à ce que les ondes ne puissent s'en échapper. Le trou ne doit pas être plus grand qu'il n'est nécessaire pour permettre l'insertion de la calotte 12 .
Il n'est pas essentiel que les organes de passage de la. connexion isolée du couple 25 à travers le disque soit combinés au condensateur shunt, bien que cette disposition donne lieu à, un arrangement simple et peu encombrant. Par exemple, le fil 23 pourrait avoir été d'une seule pièce avec le fil 29 et ne traverser
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qu'un disque de mica, ou une petite perle de verre, au centre du disque 10 . Dans ce cas, un condensateur shunt séparé pourrait avoir été prévu à l'intérieur de l'enveloppe de verre, pour relier le disque 10 et le fil 23 . Toutefois, la disposition ci-dessus décrite est préférable, en particulier aux très hautes fréquences.
Il n'est pas non plus essentiel que le dispositif détecteur soit un couple thermo-électrique. Ainsi, au lieu du couple 25, on pourrait tendre un fil fin, ou un filament de platine, d'acier, ou de toute autre matière résistante convenable, entre les fils 20 et 23 et la variation de résistance en courant continu résultant de l'échauffement par le courant qui circule dans le cadre, mesurée d'une manière quelconque convenable entre le disque 10 et le fil 29, est alors une mesure de l'énergie de l'onde.
Un élément particulièrement convenable dans ce but serait constitué par un thermistor à chauffage direct connecté entre les fils 20'et 23 ' Par le terme de " thermistor " on entend un élément à résistance sensible à la température dont le coefficient de température de résistance est très élevé par rapport à celui des métaux, ou des alliages ou du carbone et qui peut être en sulfate d'argent, ou en certains oxydes métalliques, ou encore en mélange de tels oxydes.
Les thermistors peuvent être faits avec des dimensions extrêmement faibles, ( par exemple à peu près de la dimension d'une tête d'épingle ) et l'un de ces organes peut être connecté, au moyen de fil fin, aux connexions 20 et 23 ' Il est à noter que, si un vide très poussé est nécessaire, un getter convenable ( non représenté ) peut être disposé dans le tube 11 . L'élément thermique dans la calotte 12 est alors protégé par le disque du getter, de sorte que, lorsque ce dernier est vaporisé, il n'y a aucun danger d'endommagement de l'élément thermique. De plus, le getter est à l'extérieur du champ électrique dont l'énergie est à mesurer, de sorte qu'il n'a aucune influence sur ledit champ.
La figure 4 représente une variante d'appareil d'essai
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thermique. Dans ce cas, une calotte de verre 40 est scellée d'un côté d'un disque annulaire de métal 41 . Un fil 42 est soudé par points,ou fixé d'autre manière en 43 sur un disque de métal séparé 51 et un second fil 44 est scellé à travers le disque 51, à l'aide d'une perle de verre 45 ' Le couple thermo-électrique, le thermis- tor, ou le fil résistant 46 est soudé par points a.ux fils 42 et 44, de la même manière que précédemment décrite.
Le disque 51 sur lequel sont montés le dispositif thermique et ses connexions, est alors soudé, tout autour de son bord en 52, au disque 41, ce qui ferme l'enveloppe, laquelle est vidée en 53 .
L'appareil d'essai tel que décrit jusqu'à présent peut être introduit à travers un trou dans un guide d'ondes, ou organe analogue, et fixé tout autour des bords des disques 41 et 51, au moyen d'un anneau de serrage convenable. Toutefois, avec ce type d'appareil d'essai, un condensateur shunt très simple peut être formé, au moment du serrage, en prévoyant un autre disque métallique 47, serré sur le disque 51, avec interposition d'une feuille isolante de mica 48, entre les deux . Des trous de passage convenables pour la perle 45 sont prévus en 49 . Un ressort 50, fixé en 54 au disque 47, assure le contact avec le fil 44 . De cette manière, le condensateur formé entre les disques 47 et 51 est connecté aux bornes de l'élément thermique.
La matière du disque 41 peut être l'un des alliages nickel-fer adapté au scellement sur du verre d'un côté seulement.
Un alliage préféré est celui ayant la, composition suivante
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<tb>
<tb> Fer <SEP> 53,8 <SEP> % <SEP>
<tb> Nickel <SEP> 29 <SEP> %
<tb> Cobalt <SEP> 17 <SEP> %
<tb> Manganèse <SEP> 0,2 <SEP> %
<tb>
L'appareil d'essai thermique, sous l'une quelconque des formes qui ont été décrites, est particulièrement adapté aux mesures
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de comparaison, mais il nécessite un étalonnage dans les conditions réelles de mesure, lorsque des mesures absolues sont nécessaires.
Il est néanmoins très utile, pour indiquer la présence, ou la constance, d'ondes électriques dans un guide ou dans un résonateur et, même sans un étalonnage soigné, il permet souvent d'obtenir une idée approximative de l'énergie présente.
Il peut être intéressant d'indiquer que, dans le cas d'un appareil d'essai particulier réalisé conformément aux figures 1 à 3, l'enveloppe de verre avait environ 9,5 mm. de diamètre et environ 43 mm. de longueur, le diamètre du disque de cuivre étant d'environ 22 mm .
On remarquera que, bien que des matières particulières telles que le cuivre et le verre aient été spécifiées, d'autres matières convenables pourraient être utilisées. Par exemple, le disque et une ou plusieurs parties de l'enveloppe pourraient être en un métal convenable et en une matière fusible susceptible d'assurer entre eux un scellement satisfaisant. De même, les détails de construction et la manière de fixer ensemble les éléments sont susceptibles de multiples variantes sans sortir de la portée de l'invention.
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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY RADIANT ENERGY MEASURING DEVICES
The present invention relates to devices for measuring radiant energy and, in particular, but not exclusively, to a test and control apparatus for indicating or measuring the energy of electric waves developed therein. of a hollow resonator, or of waves propagating through a waveguide, a coaxial transmission line, or the like.
In interesting cases of this kind, the waves whose energy is to be measured are contained inside a practically closed conductive envelope and one of the objects of the invention is the constitution of a device or apparatus for 'thermoelectric test, intended to indicate the energy of the wave, said device being able to be introduced through a small hole in the envelope and, at the same time, to close
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mant this hole, when it is in position, from ièr ', i! 3, does not pro- -T ':,
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no leakage of waves.
In accordance with certain features of the invention, the thermoelectric devices comprise a casing of glass, or other fusible material, sealed to. a metal part which closes the envelope, said envelope containing a heat sensitive element connected between the metal part and an insulated conductor passing through the metal element.
Under another aspect of the invention, the envelope contains a receiving frame connected to the metal part, in series with a heat-sensitive element. An insulated conductor forming part of the frame passes outside through said metal part of the casing.
The invention will be better understood at. reading the following description and examining the accompanying drawings, which schematically represent, by way of nonlimiting examples, an embodiment and a variant.
Figure 1 is a side view of a thermal testing apparatus according to the invention.
Figures 2 and 3 show the internal parts on a larger scale, so as to better show the details.
Figure 2 is a section on the line 2-2 of Figure 3.
Figure 3 is a section on the line 3-3 of the, Figure 2
Figure 4 is a side view of a side view of the testing apparatus incorporating certain features of the invention.
The test apparatus shown in Figures 1 to 3 comprises a metal disc 10, preferably copper, to which is sealed, on one side, a glass tube 11 and, on the other side, a glass cap 12 The disc 10 has a central hole 13 and a thin-walled tube 14, made of copper, or other suitable metal, having a flange 32, and welded, or otherwise fixed, to the interior face.
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of said disc, coaxially with respect to the hole.
The tube 14 is slightly smaller in diameter than the hole 13, and inside it there are two pieces 15 and 16, made of copper, of approximately semicircular section, tightly clamping between them a flat copper conductor 17, surrounded by two thin sheets of mica 18 and 19 on either side, serving as insulators. The part 17 is a little less wide than the internal diameter of the tube 14, so that it does not touch said tube anywhere. The parts 15 and 16 are preferably spot welded in one or two places to the tube 14, or otherwise securely fixed to said tube. The parts 15 to 19 extend slightly, through the disc 10, into the interior of the cap 12. A wire 20 is spot-welded at 21 to the tube 14 and passes through a slot 22, in the disc 10, to enter the cap 12.
A second wire 23 is spot welded at 24 to the flat conductor 17. A thermoelectric couple 25 is spot welded at 26 and 27 to the wires 20 and 23, respectively. At the lower end of the conductor 17 is spot welded at 28 an output conductor 29, which passes through the tube 11 by the seal 30. The envelope is preferably emptied and sealed by means of the stopper 31.
It can be seen that the elements carried by the tube 14 form a complete assembly, manufactured separately, and fixed in position after the two pieces of glass 11 and 12 of the envelope have been sealed to the disc 10. Sealing should usually be done first, as the high temperature employed would damage the delicate internal parts, if they were in position prior to said sealing.
In addition, the disc seals are strongly oxidized during manufacture and the metal in the open air subsequently requires chemical cleaning. Thus, after the disc seals have been made, the internal system is put in place via the open end of the tube 11, the passage slot 22 having been made for the wire 20, so as to allow this introduction. Sealing
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30 is then done, now the organs at. the proper position and the flange 32 of the tube 14 is finally secured to the disc 10 by means of a tin solder ring which melts and flows during the final processing of the tube, for example when it is fired in the oven. during its emptying.
It will be understood that the parts 15, 16 and 17 constitute, with the mica sheets 18 and 19, a capacitor operating in shunt at very high frequencies, so that it is in fact formed a closed receiving frame, 20, 25, 23, 17 and 15, 16, for these frequencies. When the cap 12 of the device is introduced, through, through a hole, into a resonator (or the like) containing waves, a circulating current is induced in the above-mentioned frame and heats the thermoelectric contact 25, producing a electro-motive force in the known manner. This electro-motive force, being continuous, can be measured by means of a millivoltmeter or other suitable device, connected between the disc 10 and the output conductor 29 and, in this way, one can measure the energy inside the resonator.
When the cap 12 is introduced into the resonator, the disc 10 is brought into contact with the exterior of the casing of said resonator immediately surrounding the introduction hole and it can be fixed in position by means of a suitable clamping ring. , or similar member, so that the wall of the resonator is completed by the disk and the capacitor and that the waves cannot escape. The hole should not be larger than necessary to allow the insertion of the cap 12.
It is not essential that the passing organs of the. Isolated connection of torque 25 through the disk is combined with the shunt capacitor, although this arrangement gives rise to a simple, space-saving arrangement. For example, wire 23 could have been in one piece with wire 29 and not pass through
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a disc of mica, or a small glass bead, in the center of the disc 10. In this case, a separate shunt capacitor could have been provided inside the glass casing, to connect the disc 10 and the wire 23. However, the arrangement described above is preferable, in particular at very high frequencies.
It is also not essential that the sensing device be a thermoelectric couple. Thus, instead of the couple 25, one could stretch a fine wire, or a filament of platinum, steel, or any other suitable resistant material, between the wires 20 and 23 and the variation in DC resistance resulting from the The temperature rise by the current flowing through the frame, measured in any suitable way between disc 10 and wire 29, is then a measure of the energy of the wave.
A particularly suitable element for this purpose would be constituted by a thermistor with direct heating connected between the wires 20 'and 23'. By the term "thermistor" is meant a resistance element sensitive to temperature whose temperature coefficient of resistance is very. high relative to that of metals, or alloys or carbon and which may be silver sulfate, or certain metal oxides, or a mixture of such oxides.
Thermistors can be made with extremely small dimensions, (e.g. about the size of a pinhead) and one of these members can be connected, by means of fine wire, to connections 20 and 23 Note that if a very high vacuum is required a suitable getter (not shown) can be placed in tube 11. The thermal element in the cap 12 is then protected by the getter disk, so that, when the latter is vaporized, there is no danger of damaging the thermal element. In addition, the getter is outside the electric field whose energy is to be measured, so that it has no influence on said field.
Figure 4 shows a variant of the test apparatus
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thermal. In this case, a glass cap 40 is sealed on one side of an annular metal disc 41. A wire 42 is spot welded, or otherwise secured at 43 to a separate metal disc 51 and a second wire 44 is sealed through the disc 51, using a glass bead 45 '. thermoelectric, thermistor, or resist wire 46 is spot welded to wires 42 and 44, in the same manner as previously described.
The disc 51 on which the thermal device and its connections are mounted is then welded, all around its edge at 52, to the disc 41, which closes the envelope, which is emptied at 53.
The testing apparatus as described so far can be introduced through a hole in a waveguide, or the like, and fixed all around the edges of the discs 41 and 51, by means of a ring of proper tightening. However, with this type of test apparatus, a very simple shunt capacitor can be formed, at the time of tightening, by providing another metal disc 47, clamped on the disc 51, with the interposition of an insulating sheet of mica 48. , between the two . Suitable through holes for the bead 45 are provided at 49. A spring 50, fixed at 54 to the disc 47, ensures contact with the wire 44. In this way, the capacitor formed between the discs 47 and 51 is connected to the terminals of the thermal element.
The material of the disc 41 can be one of the nickel-iron alloys suitable for sealing to glass on one side only.
A preferred alloy is one having the following composition
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<tb>
<tb> Iron <SEP> 53.8 <SEP>% <SEP>
<tb> Nickel <SEP> 29 <SEP>%
<tb> Cobalt <SEP> 17 <SEP>%
<tb> Manganese <SEP> 0.2 <SEP>%
<tb>
The thermal test apparatus, in any of the forms which have been described, is particularly suitable for measurements
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comparison, but it requires calibration under actual measurement conditions, when absolute measurements are required.
It is nonetheless very useful for indicating the presence, or constancy, of electric waves in a guide or resonator and, even without careful calibration, it often gives a rough idea of the energy present.
It may be of interest to indicate that in the case of a particular test apparatus made in accordance with Figures 1 to 3, the glass casing was approximately 9.5 mm. in diameter and approximately 43 mm. in length, the diameter of the copper disc being about 22 mm.
It will be appreciated that although particular materials such as copper and glass have been specified, other suitable materials could be used. For example, the disc and one or more parts of the casing could be of a suitable metal and of a fusible material capable of ensuring a satisfactory seal between them. Likewise, the details of construction and the manner of securing the elements together are susceptible of many variations without departing from the scope of the invention.