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TUBE A DECHARGE ELECTRONIQUE.
La présente invention se rapporte aux tubes à décharge électro- nique et plus spécialement aux tubes à cathode liquide, en mercure par exem- pleo
Il est d'usage d'intercaler, entre 1?anode et la cathode liqui- de de ces tubes, des électrodes de commande ou grilles, pour contrôler élec- trostatiquement l'amorçage du courant cathodique à chaque périodeo L'utili- sation de ces tubes comme redresseurs a pris une grande extension dans l'in- dustrie, par suite des courants très intenses qu'ils peuvent fournir pen- dant des temps très courts, grâce au pouvoir émissif élevé des cathodes li- quideso Cependant,
Inexistence d'arcs en retour limite l'emploi de tels tubes et il faut prévoir un dispositif de désionisation rapide de l'atmos- phere au moment du changement de polarité de la tension anodique.
La grille est percée d'ouvertures dont la taille est détermi- née par deux facteurs. La grille, jouant le rôle d'électrode de commande., ne peut avoir des ouvertures dépassant une certaine taille sous peine de ne pouvoir définir l'amorçage du courant d'anode. Mais cette taille ne peut être trop petite sans limiter le courant maximum disponible sur l'anode, surtout si la grille est portée à haute température. Il est nécessaire dans ces tubes de prévoir un dispositif de désionisation par refroidissement pour condenser la vapeur de mercure. Il consiste en une chemise d'eau métallique, servant de paroi au tube, et maintenue au potentiel de la cathode.
Par ailleurs, l'amorgage de l'arc à basse température, sans préchauffage de la cathode., ni surtension anodique, est difficile dans ces tubes. En effet, par suite de la faible pression de vapeur, l'ionisation
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est insuffisante aux basses températureso Lorsque la température ambiante est basse, avant fonctionnement, la pression de vapeur està peu près celle qui règne dans un tube à vide et le libre parcours moyen des ions est grand.
Si les ouvertures des grilles sont trop petites, la vapeur diffuse trop len- tement et il ne peut y avoir un renouvellement suffisant des ions, donc amorçage de l'arc; l'arc étant amorcé, peu d'électrons atteignent l'anode, même si elle est portée à un potentiel élevéo
Ces difficultés sont encore accrues quand le courant demandé et la taille du tube sont plus grands,la longueur de l'arc et la durée de désionisation augmentanto
La présente invention concerne les moyens de réaliser des tubes à décharge à cathode liquide, dans lesquels l'arc s'amorce à basse tempéra- ture, et qui sont susceptibles de fonctionner dans une large gamme de pres- sions de vapeur.
Elle est essentiellement caractérisée en ce que la grille pos- sède un fond circulaire percé d'une première série de trous., relativement grands, situés vers la périphérie, en plus d'une série de trous centraux plus petits, en nombre suffisant pour permettre le passage-du courant maxi- mum d'anodeo Les trous de plus grand diamètre permettent l'amorçage de l'arc à des pressions de vapeur correspondant à des températures basses, sans toutefois que la grille perde la commande de l'amorçage aux plus hau- tes températureso Cette propriété est due à la proximité de la paroi con- ductrice et de l'arc passant à travers les ouvertures périphériques, la paroi désionisant rapidement l'atmosphère d'ions, à la fin de la période de conductiono Une telle structure ne modifie pas toutefois la température maximum de fonctionnement, ni le débit du tube.
L'objet et les avantages de la présente invention seront com- pris plus clairement si l'on se reporte aux figures ci-jointes données à titre d'exemple non limitatif et dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du tube.
- les figures 2 & 3, sont une vue agrandie du fond de la grille représentée sur la figure 1, et d'une de ses variantes.
- la figure 4 est une coupe longitudinale d'une structure de tube à décharge multigrille.
Plus précisément, la figure 1 représente un tube à décharge 1.
Deux cylindres métalliques coaxiaux 2 & 3 définissent entre eux une chemise d'eau et constituent l'enveloppe du tube. L'entrée d'eau se trouve en 4 et la sortie en 5. La chemise d'eau est fermée par deux bagues 6, alors que l'enveloppe est délimitée par deux disques terminaux 7 & 8 dont les bords sont hermétiquement soudés au cylindre 20
Une cathode liquide 9, soit en mercure, soit en tout autre pro- duit convenable, se trouve à la partie inférieure du tube en contact avec le fond 8 qui est soudé, sur sa face externe, à un bloc 10 qui forme la bor- ne d'entrée du courant d'alimentation de la cathode; il supporte, d'autre part, une électrode d'amorçage 11 du type ignitor, et une anode d'entretien 13, dont la sortie est en 14; elles sont toutes deux isolées de la cathode.
A la partie supérieure du tube, se trouve l'anode 15,consti- tuée par un cylindre de graphite monté sur une tige conductrice 16; elle est isolée du disque supérieur 7 par un passage isolant comprenant une colle- rette métallique 17, un manchon de verre 18 et une partie supérieure métal- lique 19. Un bloc de métal 20 est soudé à 19 et à une connexion de cuivre flexible 21 servant de sortie de courant d'anodeo
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Une grille perforée, en graphite, entoure l'anode 15 et se trou- ve ainsi sur le passage de tout arc allant de la cathode 9 à l'anode 15.
Cette grille a la forme d'une nacelle à fond plat 23. Elle est isolée de l'anode et la distance entre la périphérie de la grille et la paroi est re- lativement faible ; se trouve donc dans la région de désionisation rapi- deo La partie latérale cylindrique pleine 24, ou collet de la grillefor- mant une seule pièce avec le fond 23, est reliée à la paroi supérieure par plusieurs pièces isolantes élastiques, et une sortie isolée de grille 26 est assurée à travers 70
Un écran de protection 27 se trouve entre la cathode et l'ano- de afin d'empêcher les gouttelettes de mercure cathodique d'atteindre l'ano- deo Il a la forme d'un disque se trouvant sur le trajet de tous les arcs rectilignes allant de la cathode à l'anodeo
Comme le montrent les figures 1 & 2,
la grille est perforée de façon à assurer la commande de l'amorçage de 1-'arc. De plus, selon la pré- sente invention, le diamètre des trous périphériques est plus grand que celui des ouvertures centraleso Ces trous peuvent être circulaires pour faciliter la fabrication des grilles. L'écran de protection 27 coupe tous les trajets des arcs en ligne droite, le plus court trajet de l'arc vers l'anode passe donc autour de 1-'écran puis à travers les trous périphériques de la grille.
Malgré la taille relativement grande de ces trous,, le danger de nombreux arcs en retour est atténué par l'effet de désionisation rapide due à la pa- roi métallique froide. Le processus de désionisation est connu; la paroi est au potentiel de la cathode de façon à décharger les ions et, par sa bas- se température, elle condense la vapeur.
L'avantage des trous de grand diamètre 28 joue surtout aux basses pressions de vapeur, quand le libre parcours moyen des ions est re- lativement'grand et que l'ionisation requise nécessite des tensions élevées.
La grille ainsi perforée fait subir à l'arc la plus faible déformation pos- ' sible et, par conséquente le flux d'électrons vers l'anode augmente. De mêmes la vapeur diffuse plus facilement vers l'anode et assure l'entretien de la concentration d'ions dans l'espace grille-anode.
Cet avantage est important surtout dans les tubes de grand dé- bit et de volume important ayant des arcs longs. On a pu observer,que, sans les modifications dues à la présente invention, il arrive qu'il y ait aux basses pressions, par suite des déformations de l'arc insuffisance d'ion pour neutraliser la charge d'espace entraînant une réduction de courant, le fonctionnement devenant analogue à celui d'un tube à vide, ce qui occa- sionne des variations brusques de tension dans les circuits associés.
Dans les tubes de plus grand volume et de plus grands trajets d'arc, il est important d'éviter le resserrement de l'arc; la grille doit être d'épaisseur suffisante, pour avoir la résistance mécanique nécessaire.
Le diamètre des trous périphériques doit être grand par rapport à l'épais- seur de la grille, ces deux dimensions étant dans un rapport de 4 à 1 en- viron, afin que le passage des électrons à travers les trous se fasse sans risque de capture par les bordso
Pour permettre le passage du courant maximum, la grille est per- cée de trous circulaires 29 au centre du disque 23. Quand la demande de¯cou- rant dépasse la quantité fournie par le passage de l'arc dans les trous 28, l'arc suit un trajet plus long et passe par les trous centraux.
La petite taille des trous centraux aide à limiter la fréquen- ce des arcs en retour se produisant à haute température, d'autant plus faci- lement que, dans la partie centrale du tube, le temps de désionisation est plus long.
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Selon la présente invention, et comme le montrent les-figures 1 & 2, le fond de grille est perforé d'une autre série de trous 30, placés en- tre les trous 29 & 28 et de taille intermédiaireo L'augmentation du diamè- tre des trous du centre vers la périphérie compense la différence des vites- ses de désionisation en différents points de l'enceinte du tube; les carac- téristiques de fonctionnement dudit tube en sont amélioréeso
La paroi cylindrique de la grille est également percée de trous, de taille uniforme, ces trous permettant le passage direct des ions vers la paroi., et augmente la dissipation de la chaleur rayonnée par l'ano- deo
La figure 3 représente une variante du fond 32 de la grille.
Il est percé d'une seule série d'ouvertures périphériques 33 qui permettent l'amorçage de l'arc à basse température. La partie centrale du fond est pleine ; la forme de ces ouvertures est approximativement triangulaire, le sommet du triangle se trouvant dirigé vers le centre, ce qui assure une désionisation uniformeo On voit que, sans se départir de l'esprit de l'in- vention, on peut fabriquer des grilles à fond perforé de trous de formes différentes et de dispositions variées selon les conditions de fonctionnement (courant et température d'amorçage).
La figure 4 montre un tube multigrille à cathode liquide. L'ano- de 35 est entourée de plusieurs grilles, la grille intérieure 36, la grille intermédiaire 37 et la grille extérieure 38. La chemise d'eau 39 est un cylindre métallique à double paroi, du même type que celle de la figure 1, et jouant le même rôle dans la désionisation. Chaque grille est perforée d'ouvertures centrales 40 puis, comme dans le tube de la figure 1, d'une série 41 de trous périphériques de plus grand diamètre.
Comme la vitesse de désionisation à la périphérie des grilles intermédiaire et interne est moins grande que cette vitesse à la périphérie de la grille externe, les tailles des trous périphériques de ces grilles intérieure et intermédiaire doivent être plus grandes relativement, afin qu'il n'y ait pas déformation de l'arc, ni suppression de l'avantage résultant du diamètre important des trous périphériques de la grille externe.
Les trous périphériques des dif- férentes grilles sont, de préférence, alignés afin de permettre aux électrons d'atteindre l'anode et d'amorcer l'arco
On voit donc que la présente invention est particulièrement utile dans le cas d'un tube multigrille car la difficulté accrue de passage de l'arc à travers les différentes grilles et, par suite, la plus haute ten- sion de vapeur requise pour l'amorçage, rendent nécessaire la présence d'ou- vertures de plus grande taille.
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ELECTRONIC DISCHARGE TUBE.
The present invention relates to electronic discharge tubes and more especially to liquid cathode tubes, made of mercury for example.
It is customary to interpose, between the anode and the liquid cathode of these tubes, control electrodes or grids, in order to electrostatically control the initiation of the cathode current at each period. these tubes as rectifiers has taken a great extension in the industry, owing to the very intense currents which they can supply during very short times, thanks to the high emissivity of the liquid cathodes.
The absence of return arcs limits the use of such tubes and it is necessary to provide a device for rapid deionization of the atmosphere when the polarity of the anode voltage changes.
The grid is pierced with openings, the size of which is determined by two factors. The grid, playing the role of control electrode, cannot have openings exceeding a certain size, otherwise it will not be possible to define the initiation of the anode current. But this size cannot be too small without limiting the maximum current available on the anode, especially if the grid is brought to high temperature. It is necessary in these tubes to provide a device for deionization by cooling to condense the mercury vapor. It consists of a metallic water jacket, serving as a wall for the tube, and maintained at the potential of the cathode.
Moreover, the arcing of the arc at low temperature, without preheating the cathode, or anode overvoltage, is difficult in these tubes. Indeed, due to the low vapor pressure, ionization
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is insufficient at low temperatures o When the ambient temperature is low, before operation, the vapor pressure is approximately that which prevails in a vacuum tube and the mean free path of the ions is large.
If the openings of the grids are too small, the steam diffuses too slowly and there cannot be sufficient renewal of the ions, and therefore ignition of the arc; the arc being struck, few electrons reach the anode, even if it is brought to a high potential.
These difficulties are further increased when the current demanded and the size of the tube are greater, the length of the arc and the duration of deionization increase.
The present invention relates to the means of producing liquid cathode discharge tubes, in which the arc starts at low temperature, and which are capable of operating in a wide range of vapor pressures.
It is essentially characterized in that the grid has a circular bottom pierced with a first series of relatively large holes, located towards the periphery, in addition to a series of smaller central holes, in sufficient number to allow the passage of the maximum anode current The larger diameter holes allow the arc to be struck at vapor pressures corresponding to low temperatures, without, however, the grid losing control of the ignition at higher temperatures. high temperatures This property is due to the proximity of the conducting wall and the arc passing through the peripheral openings, the wall rapidly deionizing the ionic atmosphere at the end of the conduction period. However, the structure does not modify the maximum operating temperature, nor the flow rate of the tube.
The object and the advantages of the present invention will be understood more clearly if one refers to the accompanying figures given by way of non-limiting example and in which: FIG. 1 represents a view in longitudinal section of the FIG. tube.
- Figures 2 & 3 are an enlarged view of the bottom of the grid shown in Figure 1, and one of its variants.
- Figure 4 is a longitudinal section of a multi-grid discharge tube structure.
More precisely, FIG. 1 represents a discharge tube 1.
Two coaxial metal cylinders 2 & 3 define between them a water jacket and constitute the casing of the tube. The water inlet is at 4 and the outlet at 5. The water jacket is closed by two rings 6, while the casing is delimited by two terminal discs 7 & 8, the edges of which are hermetically welded to the cylinder. 20
A liquid cathode 9, either of mercury or of any other suitable product, is located at the lower part of the tube in contact with the bottom 8 which is welded, on its external face, to a block 10 which forms the terminal. input of the supply current of the cathode; it supports, on the other hand, an ignition electrode 11 of the ignitor type, and a maintenance anode 13, the output of which is at 14; they are both isolated from the cathode.
At the top of the tube is the anode 15, constituted by a graphite cylinder mounted on a conductive rod 16; it is isolated from the upper disc 7 by an insulating passage comprising a metal collar 17, a glass sleeve 18 and a metal upper part 19. A metal block 20 is welded to 19 and to a flexible copper connection 21 serving as anode current output
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A perforated graphite grid surrounds the anode 15 and thus lies in the passage of any arc going from cathode 9 to anode 15.
This grid has the shape of a nacelle with a flat bottom 23. It is insulated from the anode and the distance between the periphery of the grid and the wall is relatively small; is therefore in the region of rapid deionization. The solid cylindrical side part 24, or collar of the grid forming a single piece with the bottom 23, is connected to the upper wall by several elastic insulating parts, and an isolated outlet of grid 26 is ensured through 70
A protective screen 27 is located between the cathode and the anode to prevent droplets of cathodic mercury from reaching the anode. It has the shape of a disc lying in the path of all the arcs. straight from the cathode to the anode
As shown in Figures 1 & 2,
the grid is perforated so as to ensure the control of the initiation of 1-'arc. In addition, according to the present invention, the diameter of the peripheral holes is greater than that of the central openings. These holes can be circular to facilitate the manufacture of the screens. The protective screen 27 cuts all the paths of the arcs in a straight line, the shortest path of the arc towards the anode therefore passes around the screen and then through the peripheral holes of the grid.
Despite the relatively large size of these holes, the danger of many return arcs is mitigated by the rapid deionization effect due to the cold metallic wall. The process of deionization is well known; the wall is at the potential of the cathode so as to discharge the ions and, by its low temperature, it condenses the vapor.
The advantage of large diameter holes 28 is especially at low vapor pressures, when the mean free path of ions is relatively large and the required ionization requires high voltages.
The thus perforated grid causes the arc to undergo the smallest possible deformation and, consequently, the flow of electrons towards the anode increases. Likewise, the vapor diffuses more easily towards the anode and maintains the ion concentration in the grid-anode space.
This advantage is especially important in tubes of large flow and large volume having long arcs. It has been observed that, without the modifications due to the present invention, it happens that at low pressures, as a result of the deformations of the arc, there is insufficient ion to neutralize the space charge resulting in a reduction of current, the operation becoming analogous to that of a vacuum tube, which causes sudden variations in voltage in the associated circuits.
In tubes of larger volume and longer arc paths, it is important to avoid arc tightening; the grid must be of sufficient thickness to have the necessary mechanical resistance.
The diameter of the peripheral holes must be large in relation to the thickness of the grid, these two dimensions being in a ratio of approximately 4 to 1, so that the passage of electrons through the holes takes place without risk of interference. capture by the bordso
To allow the passage of the maximum current, the grid is drilled with circular holes 29 in the center of the disc 23. When the current demand exceeds the quantity supplied by the passage of the arc in the holes 28, the arc follows a longer path and passes through the central holes.
The small size of the central holes helps to limit the frequency of return arcs occurring at high temperature, all the more easily as, in the central part of the tube, the deionization time is longer.
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According to the present invention, and as shown in Figures 1 & 2, the grid bottom is perforated with another series of holes 30, placed between holes 29 & 28 and of intermediate size. The increase in diameter Being holes from the center to the periphery compensates for the difference in the deionization rates at different points of the chamber of the tube; the operating characteristics of said tube are improved.
The cylindrical wall of the grid is also pierced with holes, of uniform size, these holes allowing the direct passage of the ions towards the wall., And increases the dissipation of the heat radiated by the anodeo
FIG. 3 represents a variant of the bottom 32 of the grid.
It is pierced with a single series of peripheral openings 33 which allow the initiation of the arc at low temperature. The central part of the bottom is full; the shape of these openings is approximately triangular, the vertex of the triangle being directed towards the center, which ensures a uniform deionization. It can be seen that, without departing from the spirit of the invention, it is possible to manufacture grids with bottom perforated with holes of different shapes and various arrangements according to the operating conditions (current and starting temperature).
Figure 4 shows a liquid cathode multigrid tube. The anode 35 is surrounded by several grids, the inner grid 36, the intermediate grid 37 and the outer grid 38. The water jacket 39 is a double-walled metal cylinder, of the same type as that of Figure 1. , and playing the same role in deionization. Each grid is perforated with central openings 40 then, as in the tube of FIG. 1, a series 41 of peripheral holes of larger diameter.
Since the rate of deionization at the periphery of the middle and inner gates is less than this rate at the periphery of the outer grid, the sizes of the peripheral holes of these inner and middle grids must be relatively larger, so that they do not there is no deformation of the arc, nor elimination of the advantage resulting from the large diameter of the peripheral holes of the external grid.
The peripheral holes of the different grids are preferably aligned to allow electrons to reach the anode and ignite the arco.
It can therefore be seen that the present invention is particularly useful in the case of a multigrid tube because the increased difficulty of passing the arc through the various grids and, consequently, the higher vapor voltage required for the arc. priming, necessitate the presence of larger openings.