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"Diviseur de tension réglable pour voltages élevés".
@ Demande de brevet français du 26 Février 1948 en sa faveur.
Dans de nombreux appareils actuellement en usage, il est nécessaire de disposer de plusieurs tensions continues très élevées, de l'ordre de dizaines de kilovolts, réglables séparé- ment. Il en est ainsi dans les convertisseurs électroniques transformant une image portée par des rayons, auxquels l'oeil est insensible, par exemple infra-rouges, ultra-violets ou X, en une image visible, dans le microscopes électroniques élec- trostatiques à grossissement variable, dans les oscillographes cathodiques et dans les appareils analogues.
En raison des tensions élevées utilisées dans de tels appareils, l'emploi de diviseurs de tension à résistances s'est montré peu satisfaisant. Il est nécessaire en effet d'u- tiliser des résistances extrêmement grandes, de l'ordre de dizaines ou de centaines de mégohms pour éviter une dissipation exagérée d'énergie. La fabrication de telles résistances est malaisée, elles évoluent souvent avec le temps et leur emploi est peu commode. Elles permettent difficilement une variation
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continue des tensions partielles obtenues et sont encombran- tes en raison des précautions nécessaires pour éviter les fuites.
La présente invention a pour objet un nouveau divi- seur do tension, applicable aux tensions élevées ou très éla- vées, réglable de façon continue, ayant un faible encombre- ment , peu coûteux, absorbant une puissance électrique très réduite et permettant des réglages de tension qu'il est im- possible de réaliser avec des résistances.
L'invention utilise les phénomènes dionisation qui se produisent dans un gaz au voisinage d'un conducteur forte courbure portée à un potentiel élevée particulièrement à un potentiel négatif, par rapport à un plateau situé en face d'elle. L'invention utilise notamment l'ionisation obtenue dans de semblables conditions lorsque le conducteur précité est une pointe.
Le diviseur conforme à l'invention comporte au moins un appareil à décharge autonome luminescente normale, dans lequel cette décharge s'établit entre un conducteur à forte courbure, de préférence une pointe, et un plateau, ce conduc- teur et ce plateau étant disposés en regard l'un de l'autre à l'intériue d'un tube étanche rempli d'un gaz do nature et sous une pression telles que la décharge luminescente puisse s'établir sous la différence de potentiel désirée, le divi- seur étant caractérisé en cc qu'il comporte des moyens poir faire varier la différence de potentiel sous laquelle s'éta- blit la-décharge luminescente, les dits moyens consistant en des moyens pour faire varier la distance entre le conducteur et le plateau et/ou la pression du gaz remplissant le tube.
Les ions négatifs créés sont attirés par le plateau ct un
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courant s'établit dès que la tension appliquée est suffisante pour produire l'ionisation.
L'expérience montre que la différence de potentiel entre la pointe et le plateau, pour les intensités de cue- rant habituelles (5 à 100 micoroamères environ), dépend cs- senti cils ment de la distance qui sépare la ointe du plateau, ainsi que de la pression et de la nature chimique du gaz remplissant le tube. Far contre, l'intensité du courant a peu. d'influence, alors qui la différence de potentiel aux bornes d'une résistance serait proportionnelle à l'intensité du courant la traversant.
Il est donc très facile de régler la tension de fa- çon continue si le courant reste dans les limites précédentes.
Il suffit de faire varier la distance: pointe-plateau ou la pression du gaz.
Le diviseur d tension, conforme à l'invention peut com- prendre un et., généralement, plusieurs ensembles : poîutc- platcau, reliés en série. Lorsqu'il s'agit de débits impor- tants, supérieurs à 200 microampères, par exemple, on peut grouper plusieurs ensembles pointe-plateau en parallèle.
On a représenté aux dessins annexés différents exme- ples de réalisation du diviseur conforme à l'invention.
Dans ces dessins : fig. 1 est une vue en coupe schématique d'un diviseur de tension à deux pointes et deux plateaux ; fige 2 montre schématiquement l'application d'un di- viseur de tension, formé d'un ensemble pointe-plateau et d'un résistance, à l'alimentation d'un convertisseur électronique d'images.
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fig. 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 dans le cas où le diviseur do tension est formé do deux cn- -' semblés pointe-plateau montés en série, fig. 4 est une vue cn (Dupe longitudinale d'un mod de licatin du disur conforme à l'invention. tion du conforme, l'inberion
Le diviseur de tension représenté à la fig.
1 est formé par un tub, en matière isolante 1 dans lequel est pla- cé un premier plateau conducteur mobile 2 relié au pôle posi- tif 3 d'un générateur 4, une pièce centrale conductrice 5 formée d'un plateau 6 et d'une points 7, einfi une pointe con- ductrice mobile 8 reliée au pôle négatif 9 du générateur 4.
En faisant varier la position du plateau mobile 2 et/ou de la pointe mobile 8, on peut donner tout' valeur dsi- r .u prot, des différences de potentiel entre les organes- 2 et 5 d'une part, et 5 et 8 d'autre part, ainsi qu'à ces dif- férences de potentiel elles-mêmes.
Pour que le diviseur de tension fonctionne de façon satisfaisante, il convient que le passage du courant n'y en- traîne, 2 la longue, aucune modification ou altération nuisi- ble. Il est avantageux, dans cebut, de limiter, par des mo- yens connus en eux-mêmes et. pour cette raison, non représen- tés, le débit du générateur 4 à une valeur raisonnable par exempe à une valeur inférieure à 200 microampères, de fa- çon que la puissance dissipée dans le diviseur soit modérée.
Il faut également que le gaz remplissant le diviseur ne donne pas, sous l'action de l'effluve existant sur les pointes, des produits attaquant les isolants ou les conducteurs de l'appa- reil. Il convient d'éviter, pour cette raison, les gaz capables do libérer de lioxygènc, du fluor, du chlore ou des halogènes en général et d'utiliser un gaz comme, par exemple, l'azote ou l'hydrogène.
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Pour que le diviseur d tension soit stable et d'un encombrement réduit il faut que le débit du générateur soit
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supérieur à un ou deux mîcroampércs. La pression du gaz ne doit pas être trop faible afin d'éviter tout risque de dé- charge dioruptive; elle ne doit pas non plus être trop forte car les ions négatifs ne pourraient atteindre le plateau. Lors- que la tension est supérieure à 6 ou 7 kilovolts, on opère d., préférence à la pression atmosphétique; lorsque la tension est plus faible, il est avantageux d'opérer sous pression ré- duite.
L'encombrement d'un diviseur établi conformément à l'invention, est de l'ordre de un centimètre de longueur par 10 kilovolts. Si le courante qui le traverse, est constant à quelques centièmes près, ce qui est pratiquement très facile à réaliser, chaque tension partielle sera elle-même constante, à moins de 1% près.
Le mode de réalisation qui vient d'être décrit sc rapporte au cas où une tension globale est divisée on deux tensions partielles, mais il cst bien évident que l'on peut monter en série un grand nombre d'ensembles pointe-plateau; il suffit que les conditions de différence do potentiel, de nature et pression du gaz indiquées ci-dessus soient satis- faites pour chaque ensemble.
Le diviseur peut également être constitué par une combinaison d'éléments pointe-plateau et de résistances pla- cés cn série.
Tel qu'il est représenté à la fige 2 le diviseur comprend un plateau mobile 9, une pointe fixe 10 reliée à une extrémité d'une résistance fixe 11 dont l'autre extrémité est connectée au pôle négatif 12 d'un générateur 13. Ce géné-
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T conii(,ctéc p8lL négatif d'un c'n-'ratcur gélné-
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râleur peut être; par exemple, un., machine électrostatique auto-excitatrice donnant à ses bornes 12 et 14 deux tensions -de signes opposés par ra-oport au sol.
Comme on voit, la tension totale fournie par la machine sc repartit entre los borncs de la résistance d'une part, et la pointe 10 et le plateau 9 d'autre part. la ma- chine électrostatique est entrainée par un moteur électrique
15 alimenté par une batterie- 16 et dont la vitesse peut être réglée par un rhéostat 17 inséré dans le circuit d'alimenta- tion du moteur. La borne positive 14 de la machine clecrros- tatique est reliée à l'écran fluorescent 18 d'un convertisseur d'images, tandis que l'électrode médiane 10 de cc convertisseur est électriquement polié au sol.
La pjotocatocd 20 du conver- tisseur est reliée à la pointe fixe 10. uand la vitesse du moteur et la différence du poten- tiel aux bornes du convertisseur- cette dernière étant fonc- tion de la distance pointe-plateau., sont tcls que la pointe
10 soit négative par rapport au sol, la photocathode émet des électrons sous l'action de la lumière et l'écran fluorescent 18 s'illumine. En agissant sur la vitesse du moteur au moyen du rhéostat 17, on fait varier l'intensité du courant fourni par la machine 13 ce qui modifie la chute de tension dans la ré- sistance 11.
La chute de tension entre la pointe 10 et le plateau 9 cst au contraire peu influancée par la variation de cette intensité de courant. Le rapport entre les potentiels de l'écran fluorescent 18 et de la photocathode 20 par rapport au sol p ut être modifié à volonté par le réglage de 1- tcnsion appliquée aux bornes de l'ensemble résistance, convertisseur, divisour, c'est dire la tension aux bornes 12-14 de la ma- chine 13. Cc réglage pout être effectuée par exemple cn agissant @
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sur la vitesse du moteur 15 au moyen du rhéostat 17.
En parti- culîcr, on peut, si l'appareil est correctement calculé,. "mener les deux potentiels à être dans un rapport voulu pour focaliser sur l'écran fluorescent les électrons émis par la photoacatode.
En modifiant la distance pointe-plateau, par exemple en déplaçant axialement celui-ci, on agit. au contraire, sur la chute de tension entre la peinte 10 et le plateau 9. Si la machina 13 est telle que le courant fourni reste proportion- ne 1 à la différence de potentiel entre ses pôles le rapport cntrc les potentiels de l'écran 18 et de la photo cathode 10 n'est pas modifié par le déplacement du plateau, mais les va- leurs de ces potentiels sont augmentées ou diminuées; on peut donc agir sur la luminosité de l'imago visible sur l'écran sans en -altérer la focalisation.
On peut aussi alimenter le convertisseur d'images au moyçn d'un diviseur de tension constitué non plus par un nson- blc pointe-plateau et une résistance mais par ceux ensembles en série, comme cela est représenté à la fig 3, Aux fig 2 et 3 les marnes éléments ont été désignés par les mêmes numéros.. La résistance 11 a été remplacée par un élément formé d'un plateau conducteur 21 solidaire de la pointe 10 et d'une pointe 22, relié au pôle négatif 12 de la machiune 13.
Comme la chute de tension dans les deux parties du diviseur dépend peu du courante la focalisation des électrons et la luminosité de l'écran sont peu influencées par le débit de la machine, contrairement à cc qui sc passe'dans l'exemple précédent. La focalisation des élec- trons et la luminosité de l'écarn peuvent être réglés 'Il dépla- çant la pointe mobile 22 et/ou le plateau molils 9.
Si l'iso- lement du diviseur de tension et du convertisseur est correcte- ment réalisée on peut ne demander à la machine 13 qu'une très faible puissance et réduire à 1' extrême , en conséquence, l'en-
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c ombre ment; ic poids et la consommation d;
énergie de tout le dispositif d'alimentation du convertisseur
Le dispositif représenté à la fig. 4 comprend un tube 23 pouvant être relie à la masse et obturé à chacune de ses extrémités par des pièces 24 et 25 maintenues par des chapeaux 26 et 27 se vissant sur le tube 23 . Des joints d'étanchéité 46 sont interposés entre les pièces 24 et 25 d'une part et le tube 23 d'aure part.
A ]!intérieur de la pièce 24 se trouve un élément
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isolant 2G a3.D lequel passe un conducteur 2 pouvant être relié à la haute tt9:n, "#. espace existant entre la pièce 24 et l'élément 2J a:"':1sj,,(''..tc celui-ci existant entre le dit élément et le conducteur 29 est rempli par un compound 30.
Le CCr::LlCtG' :'' 29 est relié à une électrode SI munie d'une pointe 32 et supportée par un flasque isolant 33.
A la pièce 25 est fixé un palier 34 réuni par des
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entre toises 35 au flasque 3, Dans ':¯1 GTLj":"lT1cat annulaire de ce palier est fixé un manchon fileté 6 dans lequel est vis- sée une vis 37 solidaire c¯ .nc 1 :trodc: 38 en forme de plateau. L'extrémité de la pièce 25 comporte un presse-étoupe 39 à bain d'huile maintenu par un chapeau o et à l'intérieur
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duquel passe une tir>, de cc..Y:^.c 41 vendue solidaire de la vis 37 par une clavette 42.
Un ressert de rattrapage de jeu 43 est interposé entre 1:¯W , â U. i C, T(l., tl ï. 37a de la vis 3 7 et lo palier 34, Une valve de remplissage 44 rbturable par un bou- chon 45 est ménagée dans la pièjc 25,
Le dispositif est rempli, par exemple,, d'azote et l'on voit que l'en peut faire varier 23 distance entre le plateau 38 et la pointe 32 en imprimant un mouvement de rota- tion à la tige 41.
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"Adjustable voltage divider for high voltages".
@ French patent application dated February 26, 1948 in its favor.
In many devices currently in use, it is necessary to have several very high DC voltages, of the order of tens of kilovolts, which can be adjusted separately. This is the case in electronic converters transforming an image carried by rays, to which the eye is insensitive, for example infra-red, ultra-violet or X, into a visible image, in electrostatic electron microscopes with variable magnification , in cathode-ray oscillographs and similar devices.
Owing to the high voltages used in such apparatus, the use of voltage dividers with resistors has proved unsatisfactory. It is in fact necessary to use extremely large resistors, of the order of tens or hundreds of megohms to avoid an exaggerated dissipation of energy. The manufacture of such resistors is difficult, they often change over time and their use is inconvenient. They hardly allow a variation
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continuous partial voltages obtained and are cumbersome due to the precautions necessary to avoid leaks.
The present invention relates to a novel voltage divider, applicable to high or very high voltages, continuously adjustable, having a small footprint, inexpensive, absorbing a very small electric power and allowing adjustments of the voltage. voltage that cannot be achieved with resistors.
The invention uses the ionization phenomena which occur in a gas in the vicinity of a strong curvature conductor brought to a high potential, particularly to a negative potential, with respect to a plate situated in front of it. The invention uses in particular the ionization obtained under similar conditions when the aforementioned conductor is a tip.
The divider according to the invention comprises at least one apparatus with normal self-contained glow discharge, in which this discharge is established between a conductor with a strong curvature, preferably a tip, and a plate, this conductor and this plate being arranged. facing each other inside a sealed tube filled with a natural gas and under a pressure such that the glow discharge can be established under the desired potential difference, the divider being characterized in that it comprises means for varying the potential difference under which the glow discharge is established, said means consisting of means for varying the distance between the conductor and the plate and / or the gas pressure filling the tube.
The negative ions created are attracted to the plate next to a
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current is established as soon as the applied voltage is sufficient to produce ionization.
Experience shows that the potential difference between the tip and the plateau, for the usual heat intensities (about 5 to 100 micoroamers), depends on the distance between the anoint and the plateau, as well as the pressure and the chemical nature of the gas filling the tube. Far against, the intensity of the current has little. influence, while the potential difference across a resistor would be proportional to the intensity of the current flowing through it.
It is therefore very easy to adjust the voltage continuously if the current remains within the previous limits.
It suffices to vary the distance: tip-plateau or gas pressure.
The voltage divider according to the invention can comprise one and, generally, several assemblies: poîutc-platcau, connected in series. When it comes to large flows, greater than 200 microamperes, for example, several tip-plate assemblies can be grouped in parallel.
Various embodiments of the divider according to the invention have been shown in the accompanying drawings.
In these drawings: fig. 1 is a schematic sectional view of a voltage divider with two tips and two plates; Fig. 2 schematically shows the application of a voltage divider, formed of a tip-plate assembly and a resistor, to the power supply of an electronic image converter.
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fig. 3 is a view similar to that of FIG. 2 in the case where the voltage divider is formed of two tip-plate appearances mounted in series, FIG. 4 is a cn view (longitudinal Dupe of a licatin mod of the disur in accordance with the invention. Tion of the conformant, the inberion
The voltage divider shown in fig.
1 is formed by a tub, of insulating material 1 in which is placed a first movable conductive plate 2 connected to the positive pole 3 of a generator 4, a central conductive part 5 formed of a plate 6 and of a point 7, einfi a movable conducting tip 8 connected to the negative pole 9 of the generator 4.
By varying the position of the movable plate 2 and / or of the movable tip 8, it is possible to give any value dsi- u prot, potential differences between the members 2 and 5 on the one hand, and 5 and 8 on the other hand, as well as to these potential differences themselves.
In order for the voltage divider to function satisfactorily, the passage of current should in the long run not result in any harmful modification or alteration. It is advantageous, for this purpose, to limit, by means known per se and. for this reason, not shown, the flow rate of generator 4 at a reasonable value, for example at a value less than 200 microamperes, so that the power dissipated in the divider is moderate.
It is also necessary that the gas filling the divider does not give, under the action of the effluvium existing on the tips, products attacking the insulators or the conductors of the apparatus. It is therefore advisable to avoid gases capable of liberating oxygen, fluorine, chlorine or halogens in general and to use a gas such as, for example, nitrogen or hydrogen.
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For the voltage divider to be stable and compact, the generator output must be
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greater than one or two microampercs. The gas pressure must not be too low in order to avoid any risk of dioruptive discharge; it should not be too strong either because the negative ions could not reach the plateau. When the voltage is greater than 6 or 7 kilovolts, one operates d., Preferably at atmospheric pressure; when the voltage is lower, it is advantageous to operate under reduced pressure.
The size of a divider established in accordance with the invention is of the order of one centimeter in length per 10 kilovolts. If the current flowing through it is constant to within a few hundredths, which is practically very easy to achieve, each partial voltage will itself be constant, to within 1%.
The embodiment which has just been described relates to the case where an overall voltage is divided into two partial voltages, but it is quite obvious that a large number of tip-plate assemblies can be connected in series; it suffices that the conditions of potential difference, of the nature and pressure of the gas indicated above, are satisfied for each assembly.
The divider can also be made up of a combination of tip-plate elements and series-placed resistors.
As shown in fig 2, the divider comprises a movable plate 9, a fixed point 10 connected to one end of a fixed resistor 11, the other end of which is connected to the negative pole 12 of a generator 13. This uncomfortable-
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T conii (, ctéc p8lL negative of a gelled c'n-'ratcur-
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grumbler can be; for example, a., self-exciting electrostatic machine giving at its terminals 12 and 14 two voltages -de opposite signs by ra-oport to the ground.
As can be seen, the total voltage supplied by the machine sc is distributed between the resistance terminals on the one hand, and the tip 10 and the plate 9 on the other hand. the electrostatic machine is driven by an electric motor
15 powered by a battery 16 and the speed of which can be regulated by a rheostat 17 inserted in the motor supply circuit. The positive terminal 14 of the crosstatic machine is connected to the fluorescent screen 18 of an image converter, while the middle electrode 10 of the converter is electrically polished to the ground.
The converter pjotocatocd 20 is connected to the fixed tip 10. where the speed of the motor and the difference in potential across the converter terminals - the latter being a function of the tip-to-plate distance, are such that the point
10 is negative with respect to the ground, the photocathode emits electrons under the action of light and the fluorescent screen 18 lights up. By acting on the speed of the motor by means of the rheostat 17, the intensity of the current supplied by the machine 13 is varied, which modifies the voltage drop in the resistor 11.
The voltage drop between the tip 10 and the plate 9 cst, on the contrary, little influenced by the variation of this current intensity. The ratio between the potentials of the fluorescent screen 18 and of the photocathode 20 with respect to the ground can be modified at will by the adjustment of 1- tcnsion applied to the terminals of the resistor, converter, divisour assembly, that is to say the voltage at terminals 12-14 of machine 13. This adjustment can be carried out for example by acting @
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on the speed of the motor 15 by means of the rheostat 17.
In particular, if the apparatus is correctly calculated, it is possible to. "to bring the two potentials to be in a desired ratio to focus on the fluorescent screen the electrons emitted by the photoacatode.
By modifying the tip-plate distance, for example by axially moving the latter, we act. on the contrary, on the voltage drop between the painted 10 and the plate 9. If the machine 13 is such that the supplied current remains proportional 1 to the potential difference between its poles the ratio cntrc the potentials of the screen 18 and of the photo cathode 10 is not modified by the displacement of the plate, but the values of these potentials are increased or decreased; it is therefore possible to act on the brightness of the imago visible on the screen without altering the focusing.
It is also possible to power the image converter by means of a voltage divider consisting no longer of a tip-plate nsonblc and a resistor but by those together in series, as shown in fig 3, Aux fig 2 and 3 the marl elements have been designated by the same numbers. The resistor 11 has been replaced by an element formed of a conductive plate 21 integral with the tip 10 and a tip 22, connected to the negative pole 12 of the machine 13.
As the voltage drop in the two parts of the divider depends little on the current, the focusing of the electrons and the brightness of the screen are little influenced by the output of the machine, unlike the cc which passes in the previous example. The focus of the electrons and the brightness of the shell can be adjusted by moving the movable tip 22 and / or the molils plate 9.
If the isolation of the voltage divider and the converter is carried out correctly, it is possible to ask the machine 13 only a very low power and, consequently, reduce the input to an extreme.
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c shade lies; ic weight and consumption of;
energy of the entire converter power supply
The device shown in FIG. 4 comprises a tube 23 which can be connected to the mass and closed at each of its ends by parts 24 and 25 held by caps 26 and 27 which are screwed onto the tube 23. Seals 46 are interposed between the parts 24 and 25 on the one hand and the tube 23 on the other hand.
A]! Inside room 24 is an element
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2G insulator a3.D which passes a conductor 2 which can be connected to the high tt9: n, "#. space between part 24 and element 2J a:" ': 1sj ,, (' '.. tc this one ci existing between said element and conductor 29 is filled with a compound 30.
The CCr :: LlCtG ':' '29 is connected to an SI electrode provided with a tip 32 and supported by an insulating flange 33.
To the part 25 is fixed a bearing 34 joined by
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between gauges 35 on the flange 3, In ': ¯1 GTLj ":" the annular cat of this bearing is fixed a threaded sleeve 6 into which is screwed a screw 37 integral c¯ .nc 1: trodc: 38 in the form of a plate . The end of part 25 has a gland 39 in an oil bath held by a cap o and inside
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from which passes a shot>, of cc..Y: ^. c 41 sold integral with the screw 37 by a key 42.
A play take-up spring 43 is interposed between 1: ¯W, â U. i C, T (l., Tl ï. 37a of screw 37 and bearing 34, A filling valve 44 which can be closed by a plug. chon 45 is housed in room 25,
The device is filled, for example, with nitrogen and it can be seen that the distance between the plate 38 and the tip 32 can be varied by imparting a rotational movement to the rod 41.