Dispositif électrique à vide imparfait. La présente invention se. rapporte à un dispositif électrique à vide imparfait, .c'est- à.-dire comportant un récipient contenant un gaz très raréfié. Comme l'on sait, un disposi tif électrique à vide imparfait peut être par exemple une valve thermionique, un appareil à arc à vapeurs -die mercure, ou autre disposi tif à décharge électrique à travers un gaz ionisé, un condensateur @à vide etc.
Le but de l'invention est d'empêcher la formation de décharges électriques indésira bles à travers le (raz du récipient, telles qu'el les peuvent se produire dans ce genre de dis positifs, par exemple entre les conducteurs d'entrée.
Prenons par exemple un dispositif élec trique à vide dans lequel deux électrodes sont plongées dans un milieu gazeux et dans le quel la décharge est confinée à l'espace entre les électrodes: le voltage qui peut être appli qué entre les électrodes avant qu'une<B>dé-</B> charge disruptive ne se manifeste augmente rapidement à mesure que la distance entre les électrodes est diminuée quand la longueur de l'intervalle est au-dessous d'une certaine valeur minimum qui dépend de la nature du gaz et de sa pression.
Il en résulte qu'une décharge à travers le gaz entre les deux élec trodes dans un dispositif évacué peut être évitée en rendant la -distance entre les élec- troCtes suffisamment petite.
Jusqu'à présent, dans les expériences fai tes dans ce domaine, la décharge a été con finée à l'espace entre les ëlectro,des au moyen d'une pièce en matière isolante convenable ment disposée. Cette disposition présente plusieurs inconvénients. Premièrement, la pièce isolante, en raison de la petitesse de celle de ses dimensions qui @corr:espond à la distance entre les électrodes, est soumise à des efforts diélectriques importants, de sorte que bien des effets indésirables se manifes tent.
Par exemple, on citera les fuites super ficielles, le chargement .de la pièce isolante et les émissions secondaires de celle-ci. Il y a par suite une limite au voltage qui peut être,appliqué à un pareil dispositif. Deuxième ment, l'intervalle à l'extérieur .du . dispositif évacué devra être long afin d'empêcher des crachements; par suite, les -efforts à la sur- face extérieure de la paroi du récipient iso lant ne correspondent pas aux efforts à la sur face intérieure de ladite paroi et il en résulte des efforts transversaux indésirables.
En tenant compte de ces circonstances et pour atteindre le but énoncé plus haut,: le dis positif électrique à vide suivant l'invention est établi de façon que l'espace à travers le quel une décharge indésirable à travers le gaz pourrait se manifester, est divisé en plu sieurs intervalles élémentaires en série l'un avec l'autre, par exemple au moyen d'écrans conducteurs séparateurs.
En employant de pareils écrans, par exem ple, ceux-ci acquièrent un -certain état de charge électrique par le passage d'un faible courant dû à l'ionisation initiale se manifes tant dans le gaz. En supposant que les con ditions soient telles que la différence de po tentiel totale soit distribuée d'une manière sensiblement uniforme, le voltage en travers de chaque intervalle élémentaire sera. réduit; de plus, la longueur de chaque intervalle élé mentaire sera diminuée, @de sorte que non seulement chaque intervalle individuel sera capable de résister à un voltage plus élevé, mais aussi le voltage appliqué en travers de chaque intervalle individuel est rendu moin dre.
Par exemple, dans un tube dans lequel le voltage total en travers du dispositif est de V, si l'on emploie N .écrans, on aura, N -f-1 intervalles élémentaires et le v oltage. en travers de chacun d'eux sera. de
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D'autre part, le voltage de décharge disrup- tive pour chaque intervalle élémentaire sera augmenté. Il en résulte qu'en établissant un nombre suffisant d'intervalles élémentaires en série, il devient possible d'isoler le dispositif pour tout voltage pratiquement en usage.
Le dessin schématique annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécu tion de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre partie en coupe, partie en élévation la première de ces formes. d'ex- - cution; Les fi-. 2 et 3 représentent, en coupe, deux variantes de détail; La fi-. .1 montre moitié en coupe, moitié en élévation latérale, une autre forme d'exé cution; La, fig. 5 représente un schéma, de circuits électriques pour faire comprendre l'effet d'une disposition d'écrans dans le cas de courants alternatifs;
Les fig. 6, 7 et 8 donnent diverses disposi tions de bagues protectrices.
En se référant à la fi-. 1, le dispositif électrique à vide qu'elle représente comporte une anode 1 et une cathode 2 ayant un fai ble intervalle entre elles. L'anode 1 consiste d'un tube métallique fermé, par exemple en cuivre, qui est scellé au tube de verre 6 en 5. ce scellement étant établi de préférence de fa çon que la partie du tube métallique se trou vant à l'endroit du scellement présente un coefficient de dilatation égal à celui du verre employé. Le tube de verre 6 comporte, d'une pièce avec 1l11, une partie tubulaire intérieure 7 qui porte un tube métallique 9 et un culot de scellement 8 pour les fils d'entrée.
L'en semble des parties 1, 6 et 7 avec le culot 8 forme le récipient ou enveloppe évacuée da -dispositif. La, cathode 2 consiste de préfé rence d'un tube (le tungstène supporté par des tringles 3 montées dans une pièce de support métallique 4 supportée par le tube métalli que 9, lequel s'ajuste bien sur la partie tubu laire isolante 7. L'extrémité supérieure du tube métallique 9 est en contact électrique avec un. écran annulaire 10.
On remarquera. dans la figure que les décharges électi-ique5 entre les électrodes sont confinées à l'espace compris entre l'écran conducteur annulaire 10 et l'éera.n conducteur annulaire 11, dont le premier est électriquement relié à la cathode et le second à l'anode.
La. connexion électri que de l'écran 11 avec l'anode 1 s'obtient au moyen d'une partie tronconique 12, formant écran, faite d'une pièce avec l'écran 1.1 et conformée de manière à protéger le scelle ment 5 contre le; effets électrotatique#:. Comme l'intervalle entre les écrans 10 et 11 est grand, une décharge éleeti-ique se mani festerait normlement, si on ne la. combattait pas suivant l'invention.
En effet, cette dé- charge est ici empêchée de se produire par le moyen de plusieurs écrans conducteurs inter calaires séparateurs 13 divisant l'espace entre les écrans 10 et 11 en plusieurs intervalles élémentaires en série les uns avec les autres. En prévoyant pour l'espace entre les écrans 10 et<B>11.</B> le nombre requis d'écrans séparateurs pour empêcher la. décharge, le tube peut être amené à résister à un voltage très élevé.
Des bagues ou anneaux protecteurs ou de garde 18, 19 sont disposées à l'extérieur du tube et électriquement reliés .aLux écrans. 10, 11 afin d'amener les effets électrostatiques ,à l'exté rieur du tube à correspondre à ceux de l'in tériour du tube et de protéger le scellement précité contre les efforts électrostatiques. Les écrans séparateurs 13 de même que les écrans extrêmes 10, 11 sont recourbés ou pourvus de rebords convenables pour capter efficace ment les électrons; leur section transversale est donnée .au dessin.
Pour faciliter le montage, les écrans an nulaires 13 ainsi que les écrans annulaires extrêmes 10, 11 sont rigidement reliés, les uns aux autres par le moyen de tiges d'assem blage en verre 14 et de tubes d'écartement 15. Les tiges d'assemblage 14 sont pourvues d'un grain<B>H</B> à leur extrémité inférieure et les écrans, avec leurs tubes d'écartement, sont so lidement maintenus au moyen de têtes métal liques 17 fixées à l'extrémité supérieure des tiges 14.
Tout cet ensemble est alors glissé à l'intérieur -de l'enveloppe avant le scellement de la, partie tubulaire 7 au tube extérieur et poussé en bas de façon que l'écran 11 vienne en communication électrique par sa partie 12 avec l'anoide 1, après quoi la partie tubulaire 7 sera soudée au tube extérieur.
La forme d'exécution de la fig. 2 convient pour les cas on l'évacuation de l'enveloppe est maintenue d'une façon continue à l'aide d'une pompe à vide. L'extrémité inférieure de l'anode 1 et destinée à être reliée à une pompe de ce genre, tandis que la cathode 2 est combinée avec un écran 24 pour réduire l'ionisation, comme d'écrit dans le brevet suisse no 102853.
Un anneau 22 est relié à un dis- que 21 au moyen de pieds 28, cette combinai son des parties formant un écran qui empêche efficacement la formation de ,décharges, à tra vers le gaz, tout en permettant l'évacuation de gaz par la pompe. Cet écran est en con tact électrique avec l'anode 1 et est supporté par une tige 25 supportée à son tour par une bague 26 vissée dans un taraudage d'un pro iongement 28 de l'anode 1 et figée en place par une bague de blocage 27. Bien entendu, les bagues 26, 27 sont munies d'orifices pour permettre le pompage du gaz.
A titre<B>dé</B> variante, l'écran !à l'extrémité de l'anode - peut avoir une construction en forme de grille ou être formé d'un tôle percée de nombreux trous fins. Deux ou plusieurs de ces écrans ou grilles peuvent être employés et avoir leurs ouvertures ou à-jours disposés en quinconce. C'est ainsi que la fig. 3 mon tre l'emploi de deux grilles 30, 31 dans les; quelles1es à-jours de l'une sont déplacés par rapport à ceux de l'autre.
Dans la forme d'exécution de la fig. 4, l'anode est représentée en 1 et le tube ou en veloppe de verre en 6 comme dans le premier exemple. L'écran tubulaire tronconique 34 protège de nouveau le scellement 5 contre des effets électrostatiques et est en contact électrique avec l'anode 1, l'intervalle entre l'écran 34 et :le tube métallique 9 est suffi samment faille pour empêcher la formation d'une décharge indésirable à travers le gaz.
Des écrans 33 formés <B>(le</B> tubes à rebord sont disposés concentriquement à l'intérieur de l'enveloppe autour du tube métallique 9,, ces tubes ayant des diamètres différents et étant maintenus écartés par des tubes de verre in tercalaires 39.- Un autre écran, 36, est main tenu en contact électrique avec le tube métal lique 9 par l'intermédiaire d'une partie re courbée faisant ressort 37 s'adaptant contre ledit tube,
cette disposition permettant un assemblage facile des parties. L'ensemble des écrans, avec leur tubes intercalaires 39, est maintenu en place par le moyen d'une bague de serrage 38 qui le serre vers la partie tron conique 34, soutenue elle-même par la partie tronconique de l'enveloppe 6. Cette bague de serrage peut, par exemple, consister en une bague extensible faisant ressort s'appliquant contre la paroi intérieure de l'enveloppe 6.
On remarquera par ce qui précède qu'une ionisation du gaz est empêchée dans l'espace par la disposition des écrans. Si l'on emploie suffisamment d'écrans, la distribution du champ électrique clans le dispositif n'est pas sensiblement altérée par rapport à celle qui résulterait s'il n'y avait pas d'écrans pare décharge.
On comprendra que les écrans employés dans le tube évacué prendront un certain po tentiel. Par des moyens appropriés, la dis tribution de la différence de potentiel totale peut être rendue uniforme de façon à procu rer le meilleur effet pour les écrans au point de vue de l'empêchement de décharges à tra vers le gaz. Pour des potentiels constants, la. distribution de la différence de potentiel pourra. devenir automatiquement à peu près uniforme grâce à des courants de fuite pas sant dans le tube par suite de la présence initiale de ions.
Les écrans, peuvent aussi être reliés à des prises de courant sur une ré sistance élevée reliée aux deux électrodes de manière qu'ils soient chargés à un potentiel défini. Cette résistance élevée peut être cons tituée par un dépôt de matière conductrice sur un support isolant, tel que du verre par exemple. Le dépôt peut être formé de char bon au d'or, de tungstène, de molybdène, de nif-kel ou autre métal et peut être précipité sur un support de verre prévu à cet effet ou il peut être déposé sur les parois isolantes du dispositif à vide et les écrans peuvent être disposés de façon à être en contact électrique avec lesdites parois.
Dans le cas où le dépôt est produit sur un support de verre distinct, les écrans seront en contact électrique avec ce support.
On voit que l'effet de cette disposition est de donner a. chacun des écrans un poten tiel défini par le moyen desdites prises de courant sur une résistance reliée aux deux électrodes du dispositif. Quand clés couranf-s alternatifs sont employés, d'autres méthodes peuvent être employées pour fixer le poten- tiel de chacun des écrans, par exemple par une prise de courant sur une inductance re liée en travers des électrodes ou par une prise de courant sur un transformateur.
Dans le cas de courants alternatifs, la distri bution uniforme de la différence de potentiel totale pourra être obtenue en donnant aux écrans clés capacités électriques convenables. Ces dispositions sont représentées dans le schéma de la fig. 5, où les deux électrodes et leurs bagues de garde sont représentées en a et b. Les écrans sont représentés par les cercles 1 à 6. Les capacités des écrans les uns par rapport aux autres sont indiquées par la lettre C avec des index correspondant aux chiffres de référence des écrans respec tifs.
Leurs -capacités par rapport à l'élec trode a sont indiquées par le chiffre 1 et cel les entre les écrans et l'électrode b par le chiffre 2, suivis de la lettre C avec le chif fre de référence de l'écran en index. En fai sant varier les capacités entre les écrans, l'é tat de charge de ces derniers peut être altéré comme désiré et la distribution des potentiels être rendue uniforme.
La distribution sensiblement uniforme de la différence de potentiel totale peut être fa cilement obtenue en employant un bien plus grand nombre d'écrans que cela, n'est requis pour empêcher clés décharges, afin que les capacités entre les écrans puissent évincer les autres capacités. Les écrans peuvent aussi être amenés aux potentiels voulus par couplage capacitif avec une série de bague de garde e montées à l'extérieur du tube comme montré en fig. 7.
Dans la, fig. 6, par contre, on n'emploie que deux bagues de garde<I>c et d</I> qui ont été reconnues suffisan tes à cet effet dans un dispositif à vide du genre décrit. Les dimensions des bagues de garde peuvent largement varier, même pour le même dispositif, suivant que les électrodes sont à un potentiel élevé ou bas par rapport a.
la terre. En fim. 7, des bagues de garde e sont fixées < i l'extérieur du tube et contri- buent par leur couplage capacitif avec les cérans intérieurs, à une meilleure distribution des potentiels clé ces écrans, Le tube à vide peut être pourvu de ron delles, colliers ou cloches isolantes à sa sur face extérieure afin d'augmenter le chemin de fuite en dehors du tube. La fi-. 8 montre une disposition de ce genre.
Le tube, cons truit d'ailleurs comme décrit plus haut, est garni de rondelles ou colliers en verre ou porcelaine f interconnectés par des anneaux g et cimentés les uns aux autres et aussi en <B>le</B> au tube. L'espace j à l'intérieur de ces colliers est rempli d'huile.