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DISPOSITIFS A DECHARGE ELECTRIQUE
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La présente invention est relative à des dispositifs à décharge électrique et plus particulièrement à des appareils de ce genre, du type à cathode froide.
Des objets spécifiques de cette invention sont d'aug- menter la capacité conductrice de tels appareils, d'obtenir des courants intenses avec simultanément des tensions de départ relativement faibles, de réaliser de grandes diffé- rences entre les tension d'amorçage et de régime, d'augmen- ter la vie de l'appareil et d'en simplifier le projet et la construction.
Dans une forme de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple, un appareil à décharge gazeuse comprend une cathode froide et une anode principale ou de travail et une anode auxiliaire ou de commande coopérant avec la cathode.
La cathode est construite en ou formée d'une paire ou de plusieurs paires de parties de métal réfractaire, tel que le molybdène ou le tantale , disposées de manière à définir un chenal ou un groupe de chenaux et écartées de telle ma- nière que lors du fonctionnement du dispositif, les régions de lueur négative se recouvrent,pour la ou les paires de parties. Les deux parties de cathode sont des plaques en relation telle qu'elles définissent un chenal en forme de V de faible largeur comparativement à sa profondeur. L'anode auxiliaire ou de contrôle peut être un fil ou une tige au faisant face/ou se trouvant au voisinage du côté ouvert du chenal et l'anode principale ou de travail peut également être un fil ou une tige disposée relativement loin de la cathode .
L'invention et ses particularités relevées ci-dessus et d'autres seront comprises plus clairement et plus com- plètement d'après la description détaillée subséquente en se
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référant au dessin ci-annexé, où : - la figure 1 est pour partie une vue en perspective d'un dispositif à décharge électrique illustrant une forme de réalisation de l'invention, et pour partie un schéma de câblage montrant une manière dont le dispositif peut être employé; - la figure 2 est une vue partielle à grande échelle de la cathode et de l'anode auxiliaire de l'appareil illustré par la figure 1, montrant la forme et la situa- tion relative de ces électrodes; - la figure 3 est un graphique illustrant les caractéristiques typiques du fonctionnement d'un appareil de la construction montrée à la figure 1;
- les figures 4 et 5 sont des vues en élévation et de dessus, respectivement, l'enveloppe le contenant ayant été brisée, d'un dispositif à décharge électrique illus- trant une autre forme de réalisation de l'appareil de cette invention et comprenant des électrodes définissant un intervalle de démarrage; -la figure 6 est pour partie une vue en élévation de l'appareil montré aux'figures 4 et 5 et pour partie un schéma de câblage indiquant un mode d'usage du disposi- tif;
- las figures 7 et 8 sont des vues en élévation et de dessus, respectivement, d'un dispositif à décharge électrique illustrant encore une autre forme de réalisa- tion de l'invention, l'enveloppe la contenant ayant été brisée, et - les figures 9 et 10 sont des vues en élévation et de dessus, respectivement, d'un dispositif à décharge électrique dont l'enveloppe est brisée, illustrant une autre forme de réalisation de l'invention et conve- nant particulièrement à l'emploi au cas où l'on désire des courants très intenses.
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En se référant maintenant au dessin,le dispositif illustré aux figures 1 et 2 comprend une enceinte vitreuse 20 jouant le rôle d'enveloppe ayant une base ou culot 21 et contenant un remplissage gazeux. Ce dernier peut être par exemple de l'argon à.:une pression de l'ordre de 15 mm. de mercure ou un mélange de gaz tel que 99 pour cent de néon et 1 pour cent d'argon à une pression de l'or- dre de 65 millimètres de mercure. A l'intérieur de l'en- ceinte sont montées une cathode 22, une anode principale ou de travail 23 et une anode auxiliaire ou de commande 24.
La cathode 22 comprend (': deux feuilles ou plaques 25 d'un métal réfractaire , par exemple de molybdène ou de tantale qui sont reliées,par exemple par soudure, par une de leurs extrémités et portées par un fil ou tige rigide 26 scellé dans le culot 21. Les feuilles ou plaques de ca- thode 25 ont des parties qui s'écartent l'une de l'autre en définissant un chenal 27 en forme de V. L'anode princi- pale ou de travail 23 est une courte tige métallique ,par exemple de nickel,scellée dans la base ou culot 31.
L'anode auxiliaire ou de commande 24 est un fil droit ou une tige par exemple en molybdène, se trouvant en face du côté ouvert du chenal 27 parallèlement et à égale distance des extrémités des plaques de cathode 25 qui. en sont voisines . Elle est portée par un fil rigide en une tige 28 scellée dans le culot ou base 21.
La cathode est dimensionnée de telle manière qu'en conrs de fonctionnement de l'appareil les régions de lueur négative . des surfaces de cathode limitant le chenal 27 se recouvrent Dans un appareil spécifique destiné à fonctionner avec des potentiels d'un ordre de grandeur indiqué ci-après, les feuilles ou plaques 25 peuvent avoir une largeur de 1,27 cm et le chenal 27 peut avoir une pro- fondeur de 9,5 mm. et une largeur de 1,6 mm à son côté
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ouvert. L'anode principale peut avoir 6,35 mm de longeur et 1,3 mm de diamètre et l'anode auxiliaire ou de commande peut avoir 1,5 mm de diamètre et être écartée de 1,6 mm du côté ouvert. La nature et la pression des gaz peuvent être celles indiquées plus haut. La distance entre l'anode principale et le côté ouvert du chenal 27 peut être d'envi- ron 1,91 cm.
Un circuit typique de redresseur comportant ce dis- positif est montré à la fig. 1. La source d'alimentation en courant alternatif 29, en série avec la charge à courant continu 30, représentée comme une résistance, est montée entre la cathode 22 et l'anode principale 23. L'anode auxiliaire 24 est reliée à l'anode principale 23 par une forte résistance 31, par exemple de l'ordre de 50.000 ohms, et est employée comme électrode de démarrage.
En cours de fonctionnement, l'anode auxiliaire 24 commence à rendre l'appareil conducteur pendant le demi- cycle où l'anode principale 23 est positive par rapport à la cathode , le courant vers l'anode 24 étant limité à une faible valeur par la résistance 31. Dès que la décharge est établie entre la cathode 22 et l'anode 24, l'intervalle entre la cathode et l'anode principale 23 devient conduc- teur et le décharge est transférée à l'anode principale .
La résistance de charge 30 est avantageusement petite, de sor te qu'un courant intense peut s'écouler dans le circuit principal. La décharge d'intervalle principal prend naissan- ce aux surfaces intérieures de cathode- limitant le chenal 27.
Pendant le demi-cycle inverse, c'est-à-dire lorsque la cathode est positive par rapport aux anodes, une décharge peut se produire entre l'anode 24 et la cathode, avec la première agissant comme la cathode. Si la tension appliquée par la source 29 est petite, le transfert de la
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décharge au circuit de travail anode-cathode peut ne pas se produire,de telle sorte que le courant en sens inverse est faible, particulièrement en raison de l'action limita- trice de la résistance 31. Si cette tension est assez élevée, pendant le cycle inverse, l'anode principale peut fonctionner comme une cathode et un courant en sens in- verse s'écoulera à travers la charge. Toutefois, en raison des caractéristiques de l'appareil, ainsi qu'il sera discu- té à présent, le courant de retour est petit même dans ce cas.
Par conséquent on obtient un grand rapport de redressement.
Des caractéristiques de fonctionnement pour un appa- reil de la construction montrée aux figures 1 et 2 et dé- crite ci-dessus sont illustrées à la figure 3 où on a porté en abscisse les courants d'anode principale et en ordonnées les tensions d'anode principale comme indiqué (F.A. intensi té en ampères du courant direct, RA intensité du courant de retour, F.V. tension du courant direct, RV. tension du courant de retour). On remarquera spécialement la grandeur considérable du courant direct et la faible' grandeur du courant inverse même pour des tensions plu- sieurs fois supérieures à celles pour lesquelles on obtient le courant direct; important. On remarquera aussi particulièrement la tension relativement basse pour la- quelle on obtient l'important courant direct.
Spéciale- ment , en ce qui concerne le courant, on remarquera que pour un courant direct de 1,5 ampères et une cathode des dimensions données ci-dessus, le courant est d'environ 0,7 ampères par centimètre carré de surface de cathode. On a même obtenu des valeurs plus grandes . En ce qui concerne la tension, on remarquera que le courant intense est obtenu pour une tension de l'ordre de 130 volts. Ceci peut être comparé avec un dispositif similaire ayant une cathode
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plane du même matériau et de même surface , pour lequel on a trouvé qu'une tension supérieure à 130 volts était néces- saire pour obtenir un courant de 0,1 ampère.
Outre le courant intense, et le courant intense qu'il est possible d'obtenir pour une faible tension, la cathode en métal réfractaire en forme de V a d'autres avantages très désirable . L'un de ceux-ci est une longue vie.Ceci peut être attribué en partie au fait que l'activité de la surface de cathode n'est pas rapidement affectée par l'émis- sion d'étincelles ou l'enlèvement de la matière enùsurface et en partie au fait qu'en raison de la proximité de surfaces de cathode actives, la matière arrachée à l'une se dépose sur l'autre . Un autre avantage est que les courants intenses peuvent être obtenus avec des gaz et des pressions variables en sorte que l'on peut contrôler les impédances et les temps de désionisation .
En outre , l'emploi de pressions gazeuses relativement élevées est rendu possible, grâce à quoi on peut réaliser une grande différence entre les tensions d'amorçage et de régime pour l'intervalle principal ou de travail. De même, en raison des fortes densités de courant qui peuvent être employées, la dimension et le prix des appareils pour avoir un degré de transport de courant donné, peuvent être ré- duits, Inversément, des courants intenses peuvent être obtenus avec de petits appareils.
Un appareil de dimensions relativement faibles et de de- gré de courant intense, et particulièrement convenable pour des applications à des dispositifs de commande ou de commu- tation est illustré aux figures 4,5 et 6. La cathode 22 est de la construction décrite ci-avant. L'appareil comprend deux anodes principales 230, qui peuvent être employées sépa- rément ou ensemble chacune ayant la forme d'une tige ou d'un fil scellé dans le culot 21 et enchâssé sur la majeure partie de sa longueur dans un manchon ou étui isolant 32, par
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exemple en céramique .
En face du côté ouvert du chenal de cathode 27 se trouvent des anodes auxiliaires sensible- ment identiques 240 ayant chacun la forme d'un court fil ou tige supporté par un fil ou tige rigide 280 qui est scellé dans le culot 21 et enfermé sur la majeure partie de sa longueur dans un manchon isolant 33. Bans l'aligne- ment de chacune des anodes auxiliaires 240 se trouve une cathode auxiliaire ou de démarrage 34, avantageusement en un métal réfractaire tel que le Molybdène, et de dia- mètre inférieur à celui des anodes 240. Dans un appareil type,les anodes auxiliaires peuvent être des fils de nickel d'un diamètre de 1,3 mm et les cathodes de démarrage avoir un diamètre de 0,3 mm et être écartées chacune de bout en bout de 0,25 mm de l'anode respective 240 .
Les cathodes auxiliaires ou de démarrage 34 sont portées par des tiges ou fils rigides 35 scellés dans le culot 21 et enchâssés dans des manchons isolants 36..
Le gaz de remplissage de l'enceinte 20 peut être de l'argon à une pression de l'ordre de 15 mm de mercure,bien que des pressions supérieures, par exemple de l'ordre de 30 mm de mercure,puissent être employées si l'on peut tolérer de plus hautes tensions d'allumage et des courants plus intenses aux éléments de démarrage pour transférer la décharge aux anodes principales. D'autres gaz tels que le néon ou des mélanges de néon et d'argon peuvent être employés.
Une façon dont l'appareil peut être employé est illus- tré par la figure 6. Pour simplifier l'illustration, on n'a représenté que les connexions à un jeu d'électrodes doubles, à savoir à celles des anodes principales, anodes auxiliaires et cathodes de démarrage, étant entendu que des électrodes correspondantes peuvent être montées en parallèle ou que les anodes auxiliaires ou cathodes peuvent être actionnées
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indépendamment . Une tension de courant continu, infé- rieure à la tension d'allumage,de l'intervalle principal, c'est-à-dire de l'intervalle anode principale-cathode prin- cipale, est appliquée ..entre l'anode 230 et la cathode 22, à partir d'une source 36, une charge telle qu'un re- lais 37 étant comprise dans le circuit comme indiqué.
La cathode de démarrage 34 est reliée au côté négatif de la source au travers d'une résistance 38, qui peut être de l'ordre de 10. 000 ohms. Des impulsions pour amorcer une décharge dans l'appareil sont appliquées)à l'anode auxiliai- re 240 à partir d'une source convenable 39 à travers une résistance élevée 40 qui peut être de l'ordre de 50.000 ohms.
Après application d'une impulsion d'amplitude convena- ble à l'anode auxiliaire 240, l'intervalle entre cette anode et la cathode de démarrage 34 s'allume, le courant étant limité par la résistance 40. Dès que cet allumage se produit, la décharge se transfère à l'intervalle entre l'anode principale et la cathode auxiliaire. Le courant de cette décharge n'est pas limité par la résistance 40 de sorte qu'une chute de tension sensible se produit aux bornes de la résistance 3$. Par suite, la décharge se trans- fère à l'intervalle anode principale-cathode principale, et le circuit de charge est excité, par exemple, le relais 37 est actionné.
La forme de réalisation de l'invention illustrée aux figures 7 et $ est semblable à celle que montrent les figures 4, 5 et 6 et décrites ci-avant, et est particulièrement avantageuse du point de vue de faibles dimensions vis-à-vis de la capacité de transport de courant. La cathode 220 est pourvue d'une flasque 41 fixée, par soudure par exemple, à la tige ou fil de support 260 et est montée avec le chenal de cathode 270 sensiblement parallèle à l'axe longitudinal
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de l'enceinte 20 qui l'entoure . L'anode principale 230A et l'anode auxiliaire 240A sont des fils ou tiges en forme dé L scellés dans le culot 21 et ayant leur majeure partie entourée de tubes isolants 320 et 330, par exemple en quartz, comme montré, auxquelles ils sont scellés par un ciment isolant 42.
La cathode de démarrage 340 est un fil ou tige qui s'étend à partir du culot à travers le manchon de quartz 43 et se termine à proximité de l'extrémité intérieure de l'anode auxiliaire 240A. Le dis- positif des figures 7 et $ peut être utilisé de la manière illustrée à la figure 6 comme décrit ci-avant.
La forme de réalisation de l'invention illustrée aux figures 9 et 10 est particulièrement avantageuse dans des cas où on désire des courants très intenses .La cathode, qui peut être usinée dans un bloc de métal réfractaire tel que du molybdène ou du tantale, ou construite en pla- ques d'un tel métal, présente à une de ses extrémités plusieurs parties telles que des plaques parallèles 250 limitant plusieurs chenaux 270 qui sont de faible largeur telle que pendant le fonctionnement de l'appareil,les régions de lueur négative des parois latérales de chaque chenal se recouvrent. Elle est supportée de manière rigi- de, à partir du culot 210 de l'enceinte à remplissage gazeux 20, par des supports en fil rigide 260.
L'anode principale ou de travail 23A est une plaque de métal, par exemple de molybdène , faisant face à l'extrémité en chenal ou fendue de la cathode, parallèle à celle-ci et soutenue à partir du culot 210 par un fil ou tige rigide 45. L'anode auxiliaire ou de commande 24A qui est aussi supportée à partir du culot 210, est un fil en forme d'L, par exemple en molybdène et se termine à proximité de l'extrémité fen- due ou en chenal de la cathode . Le remplissage gazeux peut être de la nature et aux pressions indiquées préala- blement ici.
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La construction de la cathode prévoit, en fait, plu- sieurs surfaces de cathode en chenaux reliées électrique- ment en parallèle, grâce à quoi on obtient des courants très intenses. Dans un appareil donné à titre illustratif, une cathode dans laquelle les dimensions de l'extrémité en chenal étaient de 19,1 mm sur 8,2 mm et dans laquelle les chenaux 270 étaient de 6,3 mm de profondeur et de 0,7 mm de largeur, on a obtenu des courants de 100 ampères pour une tension dé régime inférieure à 135 volts, avec un gazeux remplissage/de 99 pour cent de néon , 1 pour cent d'argon à une pression de 70 millimètres de mercure.
Le dispositif à- décharge montré aux figures 9 et 10 peut être employé comme redresseur dans un circuit tel que celui qui est illustré à la figure 1 ou pour produire des impulsions de courant intense dans un circuit analogue à celui qu'illustre la figure 6.
Bien que diverses formes de réalisation spécifiques de l'invention aient été montrées et décrites, on compren- dra qu'elles ne sont qu'illustratives et que diverses modifications peuvent y être faites sans s'écarter du ca- dre et de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Appareil à décharge dans un gaz ayant une cathode, une anode de commande et une anode principale, caractérisé en ce que la cathode comporte des surfaces étroitement voisines en métal réfractaire limitant un chenal , l'anode de commande étant à proximité du côté ouvert du chenal et l'anode principale étant relativement écartée du côté ouvert du chenal.
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