Dispositif compteur à décharge en milieu gazeux. La présente invention a pour objet un dispositif compteur à décharge en milieu ga zeux.
Dans les dispositifs connus utilisés pour effectuer des calculs sur des nombres, on a reconnu que tout. dispositif présentant une pluralité d'états d'équilibre peut être utilisé pour effectuer les opérations d'emmagasinage des nombres ou de commutation multiple. Dans les dispositifs connus du type à dé charge en milieu gazeux, le problème revient à prévoir des moyens pour produire le trans fert d'une décharge entre ces états d'équilibre. En outre, il est désirable qu'un tel dispositif n'utilise qu'un nombre minimum d'appareils auxiliaires pour effectuer ce transfert.
Dans ce but, il est désirable aussi que les conditions électriques dans chaque état d'équilibre soient similaires, plutôt que progressivement diffé rentes, ce qui évite la nécessité d'un dispositif de remise à zéro pour rendre possible une opération cyclique.
On peut atteindre ces buts au moyen d'une anode commune coopérant avec une pluralité de cathodes, de telle manière que des impul sions envoyées au dispositif produisent un transfert positif de la décharge d'une cathode à la suivante, dans une direction déterminée par les propriétés géométriques de ces ca thodes.
Le principe de ce transfert. repose sur l'observation que lorsqu'une décharge en mi lieu gazeux se fait entre l'une de deux élec trodes s'excluant mutuellement et une troi- sième électrode commune (par exemple en introduisant une résistance commune en série dans le réseau d'alimentation commun), la dé charge est transférée sur l'électrode ayant le potentiel le plus élevé relativement à l'élec trode commune, à la seule condition que des ions appropriés provenant d'une source arti ficielle soient présents dans l'espace de dé charge entre l'électrode commune et l'élec trode à potentiel élevé.
Or, en prévoyant pour chaque cathode une résistance séparée en série, on peut obtenir que les potentiels cathode- anode des cathodes adjacentes à la cathode assurant la décharge soient supérieurs au po tentiel de la cathode assurant la décharge. Ainsi, le courant de décharge, en passant dans la résistance, fait tomber le potentiel de la cathode correspondante, relativement aux cathodes voisines. Cette condition est stable, jusqu'à ce que, pour un choix appro prié des résistances en série, un dispositif quel conque produise une densité ionique dans l'espace relatif à l'une des autres cathodes.
La densité ionique nécessaire au transfert peut être obtenue en utilisant le phénomène de l'extension de la lueur cathodique, en même temps qu'une structure géométrique des ça thodes telle que le point de décharge de chaque cathode se trouve adjacent à un point de l'une des cathodes voisines qui est plus éloi gné de son point de décharge. En d'autres termes, les cathodes (de préférence des ca thodes allongées en forme de tiges) doivent présenter chacune une extrémité libre relative ment proche de l'anode commune, le reste de la cathode présentant une surface qui s'in cline progressivement vers sa racine depuis l'anode.
Par conséquent, l'amorçage de la dé charge se produit à l'extrémité de la cathode, là où l'espace est le phis court, et, pour des pressions et des courants appropriés, la lueur cathodique ainsi formée s'étend progressive ment le long de la surface de la cathode, en s'éloignant de cette extrémité libre, quand le courant augmente. La résistance en série commune limite ordinairement cette exten sion de la lieur à une petite région proche de l'extrémité libre de cette cathode. De plus, chaque extrémité libre de cathode est disposé de manière que son espace anodique se trouve placé entre l'anode et la racine de l'une des cathodes adjacentes.
Par conséquent, si une impulsion de cou rant positive est appliquée au courant de dé charge (par exemple en appliquant une im pulsion de tension à travers la résistance en série), la lueur cathodique de la décharge s'étend le long -de la cathode correspondante vers la racine de celle-ci, jusqu'à ce que la cathode transporte la lueur cathodique à proximité immédiate de l'espace de décharge de la cathode adjacente. Cette circonstance répond aux conditions mentionnées ci-dessus pour le transfert, en établissant une densité ionique dans l'espace à plus haut potentiel, et le transfert de la décharge est effectué dans la. direction déterminée par l'une des cathodes successives adjacentes dont l'extré mité libre se trouve au-dessous de la racine de la cathode assurant la décharge initiale.
Afin de garantir le rétablissement d'une con dition stable de décharge après le transfert, chaque résistance individuelle de cathode pos sède une capacité en parallèle, de façon à em pêcher un comportement oscillatoire. La lon gueur de l'impulsion d'entrée doit être choisie par conséquent selon les constantes de temps des produits R X C des circuits des cathodes.
Ce sont ces considérations qui ont conduit à la présente invention. Le dispositif compteur à. décharge en mi lieu gazeux selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une anode et une pluralité de cathodes allongées présentant chacune une première portion se rapprochant le plus étroitement de l'anode et une seconde portion plus éloignée de l'anode que la première por tion susdites, les cathodes étant disposées de manière que ladite première portion d'une cathode donnée se trouve plus près de ladite seconde portion d'une cathode adjacente que de ladite première portion de cette dernière cathode.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ples, trois formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 est une représentation schéma tique de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une représentation schéma tique de la deuxième forme d'exécution, des tinée à une opération cyclique en cascade.
La fig. 3 est une coupe de la troisième forme d'exécution, faite par la ligne<B>3-3</B> de la fig. 4.
La fig. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fig. 3.
Le tube représenté à. la fig. 1 comprend une enveloppe 1 pour l'atmosphère gazeuse, le gaz étant à une pression réduite propre à l'apparition du phénomène de la lueur catho dique. Le gaz peut être du néon, de l'hydro gène ou tout autre gaz ou mélange de gaz approprié qui ne réagit pas d'une manière notable avec les matériaux constituant les di vers éléments et l'enveloppe. Une anode com mune 2, en forme de tringle, s'étend sur toute la longueur du tube cylindrique et sort du tube, au niveau d'un joint, pour permettre la connexion à une source 7 et à, une résistance de limitation Sen série.
Des cathodes 3, 4, 5 et 6 entrent dans le tube par des tubulures radiales, comme repré senté, elles sont courbées ensuite avec un rayon de courbure appréciable et s'inclinent vers le bas et vers l'anode 1 pour former des espaces anode-cathode 3', 4', 5' et 6' res- pectivement. La forme géométrique de ces électrodes est telle que l'espace de décharge 4' de la cathode 4 soit situé au-dessous ou proche de la courbure ou de la racine de la ca thode 3. De même, les espaces 5' et 6' se trouvent respectivement au-dessous des racines des cathodes 4 et 5. Par conséquent, l'espace de décharge de chaque cathode est situé à proximité de la portion de la cathode adjacente qui présente en dernier lieu la lueur catho dique quand le courant de décharge de cette cathode adjacente est augmenté.
Chacune des cathodes 3, 4, 5 et 6 est associée à une résis tance 10 et à un condensateur 11 en paral lèle. Les extrémités des groupes résistance- condensateur éloignées des cathodes sont nor malement connectées ensemble et à la résis tance de limitation 8. Un interrupteur 12, normalement fermé, est prévu pour l'établis sement initial de la décharge de la cathode 3. Lors du fonctionnement du dispositif, une décharge est produite sur la cathode 3 par ouverture de l'interrupteur 12. Par un choix approprié des résistances 8 et 10, selon la source de tension 7 donnée, la pression et l'espace des électrodes dans le tube, cette dé charge peut être limitée à une lueur catho dique couvrant seulement l'extrémité infé rieure de la cathode 3.
Dans ces conditions, la décharge est stable et se maintient après la fermeture de l'interrupteur 12, la chute de tension dans la résistance 8, produite par le courant de décharge, réduisant les potentiels des autres cathodes au-dessous des potentiels de décharge normaux relativement à l'anode commune. Si, cependant, une impulsion de tension est appliquée à des bornes 9 avec la polarité indiquée, le courant de décharge aug mente et il se produit une extension corres pondante de la limite de la lueur sur la ca thode 3. Tandis que cette lueur étend sa limite, elle transporte avec elle une région de densité ionique jusqu'à ce que l'espace 4' se trouve dans une région présentant en abondance des ions utilisables. Cette condition abaisse effec tivement la tension de rupture de l'espace 4' et, en conséquence, ce dernier capture la dé- charge.
Cette capture est favorisée par les condensateurs 11 associés aux cathodes 4 et 3, puisque le premier tend à maintenir le haut potentiel de la cathode 4, et le dernier à main tenir le potentiel abaissé de la cathode 3. Ainsi, le courant instantané dans la résistance 8, pendant le temps très bref où les deux ca thodes 3 et 4 sont conductrices, est suffisant pour abaisser le potentiel de la cathode 3 jus qu'au point d'extinction, alors que la cathode 4 est encore à un potentiel permettant, en vertu de son condensateur 11, de soutenir la décharge.
Par conséquent, l'impulsion d'en trée ayant subsisté jusqu'à maintenant, la décharge reste stable sur la cathode 4 puisque l'espace anode-cathode de la cathode 3 proche de sa racine a une tension de rupture très élevée, et puisque l'extrémité inférieure de la cathode 5 est éloignée de l'extrémité inférieure de la cathode 4, qui est le siège de la lueur dans la condition prévalant en l'absence d'une impulsion. Des impulsions d'entrée subsé quentes sur les bornes 9 transfèrent de même la décharge aux cathodes 5 et 6 successive ment, assurant ainsi une opération de comp tage. Il est évident que l'impulsion d'entrée doit être d'une forme appropriée, en ampli tude et en durée, puisqu'une seule impulsion étendue peut obliger la décharge à se déplacer successivement sur toutes les cathodes.
Le dispositif représenté à la fia. 2 est constitué par un tube en forme de tore. Il fonctionne d'une manière identique au dispo sitif de la fig. 1 et représente simplement une extension d'un tube linéaire sous forme cycli que. Il comprend une enveloppe 14 en verre, renfermant une anode circulaire commune 15 et dix cathodes 16 à 25, toutes scellées sur l'en veloppe, dans les positions représentées. Les fonctions des résistances 10, des condensateurs 11, de la source 7, de la résistance de limita tion 8 et de l'interrupteur 12 sont identiques à celles des parties correspondantes du dispo sitif de la fig. 1. L'ouverture et la fermeture de l'interrup teur 12 conditionne le tube pour la décharge sur la cathode 16.
Des impulsions subséquentes de la polarité représentée, envoyées sur les bornes d'entrée 16', produisent le transfert de la. décharge sur les diverses cathodes, pour chaque impulsion successivement, dans le sens des aiguilles d'une montre, juqu'à ce que la décharge, lors de la dixième impulsion, retourne sur la cathode 16. Ce retour du cou rant de décharge par la résistance 10 associée à la cathode 16 produit une impulsion de ten sion momentanée qui passe dans un condensa teur de couplage 38 et qui apparaît sur les bornes de sortie 17. Cette impulsion de sortie peut être appliquée à un second compteur à décade, comme impulsion d'entrée, en vue d'une opération en cascade.
Le tube représenté aux fig. 3 et 4 est des tiné à une production massive et son exécu tion est plus compacte que celle des tubes selon les fig. 1 et 2, bien que les principes du fonc tionnement soient les mêmes. Ce tube com prend une enveloppe cylindrique 39, en verre, remplie d'un gaz à une pression appropriée, à travers la. base de laquelle passent dix ca thodes 28 à 37, en forme d'aiguille, et un conducteur 26 supportant, à son extrémité, une anode 27 en forme de disque. Les dix cathodes 28 à 37 parallèles sont de préférence en tungstène, et sont courbées en un point constituant la racine de chaque cathode.
L'extrémité de chaque cathode est le point de la cathode le plus rapproché de l'anode coun- mune. En outre, l'extrémité de chaque cathode se trouve approximativement sur la plus courte ligne reliant la racine de la cathode précédente à l'anode commune. Cette struc ture géométrique assure les conditions néces saires au fonctionnement du tube, c'est-à-dire que cette structure est telle que l'extension de la lueur cathodique d'une cathode produise une région de densité ionique embrassant l'espace de décharge de la cathode adjacente suivante.
Gas discharge meter device. The present invention relates to a counter device with discharge in a gas medium.
In the known devices used to perform calculations on numbers, it has been recognized that everything. A device having a plurality of equilibrium states can be used to perform the number storage or multiple switching operations. In known devices of the gas discharge type, the problem amounts to providing means for producing the transfer of a discharge between these states of equilibrium. In addition, it is desirable that such a device uses only a minimum number of auxiliary devices to effect this transfer.
For this purpose, it is also desirable that the electrical conditions in each equilibrium state be similar, rather than gradually different, which obviates the need for a reset device to make cyclical operation possible.
These goals can be achieved by means of a common anode cooperating with a plurality of cathodes, so that pulses sent to the device produce a positive transfer of the discharge from one cathode to the next, in a direction determined by the geometric properties of these ca thodes.
The principle of this transfer. is based on the observation that when a discharge in a gas medium takes place between one of two mutually exclusive electrodes and a third common electrode (for example by introducing a common resistance in series into the network of common supply), the discharge is transferred to the electrode with the highest potential relative to the common electrode, only on the condition that suitable ions from an artificial source are present in the discharge space. charge between the common electrode and the high potential electrode.
Now, by providing for each cathode a separate resistor in series, it is possible to obtain that the cathode-anode potentials of the cathodes adjacent to the cathode ensuring the discharge are greater than the potential of the cathode ensuring the discharge. Thus, the discharge current, passing through the resistor, drops the potential of the corresponding cathode, relative to the neighboring cathodes. This condition is stable, until, for an appropriate choice of series resistors, some device produces an ionic density in space relative to one of the other cathodes.
The ionic density necessary for the transfer can be obtained by using the phenomenon of the extension of the cathodic glow, together with a geometric structure of the idthodes such that the discharge point of each cathode is located adjacent to a point of l one of the neighboring cathodes which is farther from its point of discharge. In other words, the cathodes (preferably elongated rod-shaped cathodes) should each have a free end relatively close to the common anode, the remainder of the cathode having a surface which gradually tapers towards. its root from the anode.
Consequently, the initiation of the discharge occurs at the end of the cathode, where the gap is short, and, at the appropriate pressures and currents, the cathodic glow thus formed gradually expands. along the surface of the cathode, away from this free end, as the current increases. The common series resistor usually limits this extension of the linker to a small region near the free end of this cathode. In addition, each free cathode end is arranged so that its anode space is placed between the anode and the root of one of the adjacent cathodes.
Therefore, if a positive current pulse is applied to the discharge current (for example by applying a voltage pulse across the series resistor), the cathodic glow of the discharge extends along the cathode. corresponding to the root thereof, until the cathode carries the cathode glow in close proximity to the discharge space of the adjacent cathode. This circumstance meets the above-mentioned conditions for the transfer, by establishing an ionic density in the space at higher potential, and the transfer of the discharge is carried out in the. direction determined by one of the successive adjacent cathodes, the free end of which is located below the root of the cathode ensuring the initial discharge.
In order to ensure the reestablishment of a stable discharge condition after the transfer, each individual cathode resistor has a capacitance in parallel, so as to prevent oscillatory behavior. The length of the input pulse must therefore be chosen according to the time constants of the products R X C of the cathode circuits.
It is these considerations which have led to the present invention. The counter device at. mid-gas discharge according to the invention is characterized in that it comprises an anode and a plurality of elongated cathodes each having a first portion closest to the anode and a second portion further away from the anode than the aforesaid first portion, the cathodes being arranged so that said first portion of a given cathode is located closer to said second portion of an adjacent cathode than to said first portion of the latter cathode.
The appended drawing represents, by way of example, three embodiments of the device which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a tick diagram representation of the first embodiment.
Fig. 2 is a schematic representation of the second embodiment, linked to a cyclic cascade operation.
Fig. 3 is a section of the third embodiment, taken along the line <B> 3-3 </B> of FIG. 4.
Fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG. 3.
The tube shown at. fig. 1 comprises an envelope 1 for the gaseous atmosphere, the gas being at a reduced pressure suitable for the appearance of the phenomenon of cathodic glow. The gas can be neon, hydrogen or any other suitable gas or mixture of gases which does not react in a noticeable manner with the materials constituting the various elements and the envelope. A common anode 2, in the form of a rod, extends over the entire length of the cylindrical tube and comes out of the tube, at a joint, to allow connection to a source 7 and to a limiting resistor Sen series. .
Cathodes 3, 4, 5 and 6 enter the tube through radial tubes, as shown, they are then bent with an appreciable radius of curvature and tilt downward and towards the anode 1 to form anode spaces -cathode 3 ', 4', 5 'and 6' respectively. The geometric shape of these electrodes is such that the discharge space 4 'of the cathode 4 is located below or close to the curvature or the root of the cathode 3. Likewise, the spaces 5' and 6 ' lie below the roots of cathodes 4 and 5, respectively. Therefore, the discharge space of each cathode is located near that portion of the adjacent cathode which last exhibits the cathode glow when the discharge current of this adjacent cathode is increased.
Each of the cathodes 3, 4, 5 and 6 is associated with a resistor 10 and with a capacitor 11 in parallel. The ends of the resistor-capacitor groups remote from the cathodes are normally connected together and to the limiting resistor 8. A switch 12, normally closed, is provided for the initial establishment of the discharge of the cathode 3. During operation of the device, a discharge is produced on the cathode 3 by opening the switch 12. By an appropriate choice of resistors 8 and 10, according to the given voltage source 7, the pressure and the space of the electrodes in the tube, this The discharge can be limited to a cathodic glow covering only the lower end of the cathode 3.
Under these conditions, the discharge is stable and is maintained after closing the switch 12, the voltage drop across resistor 8, produced by the discharge current, reducing the potentials of the other cathodes below the normal discharge potentials. relative to the common anode. If, however, a voltage pulse is applied to terminals 9 with the indicated polarity, the discharge current increases and there is a corresponding extension of the glow limit on electrode 3. As this glow expands. At its boundary, it carries with it a region of ionic density until the space 4 'is in a region with abundant usable ions. This condition effectively lowers the breakdown voltage of the space 4 'and, consequently, the latter captures the discharge.
This capture is favored by the capacitors 11 associated with the cathodes 4 and 3, since the first tends to maintain the high potential of the cathode 4, and the last to maintain the lowered potential of the cathode 3. Thus, the instantaneous current in the resistance 8, during the very short time when the two cathodes 3 and 4 are conducting, is sufficient to lower the potential of the cathode 3 to the point of extinction, while the cathode 4 is still at a potential allowing, by virtue of its capacitor 11, to support the discharge.
Consequently, the input pulse having remained until now, the discharge remains stable on cathode 4 since the anode-cathode space of cathode 3 close to its root has a very high breakdown voltage, and since the lower end of cathode 5 is remote from the lower end of cathode 4, which is the seat of the glow under the condition prevailing in the absence of a pulse. Subsequent input pulses on terminals 9 likewise transfer the discharge to cathodes 5 and 6 successively, thus ensuring a counting operation. Obviously, the input pulse must be of an appropriate shape, in amplitude and duration, since a single extended pulse can cause the discharge to move successively across all cathodes.
The device shown in fia. 2 consists of a torus-shaped tube. It operates in an identical manner to the device in fig. 1 and simply represents an extension of a linear tube in cyclic form. It comprises a glass envelope 14, enclosing a common circular anode 15 and ten cathodes 16 to 25, all sealed to the envelope, in the positions shown. The functions of the resistors 10, the capacitors 11, the source 7, the limiting resistor 8 and the switch 12 are identical to those of the corresponding parts of the device of FIG. 1. Opening and closing switch 12 conditions the tube for discharge on cathode 16.
Subsequent pulses of the shown polarity, sent to input terminals 16 ', produce the transfer of the. discharge on the various cathodes, for each pulse successively, in the direction of clockwise, until the discharge, during the tenth pulse, returns to the cathode 16. This return of the discharge current by the resistance 10 associated with cathode 16 produces a momentary voltage pulse which passes through a coupling capacitor 38 and which appears at output terminals 17. This output pulse can be applied to a second decade counter, as a pulse of input, for a cascade operation.
The tube shown in Figs. 3 and 4 are designed for mass production and its execution is more compact than that of the tubes according to fig. 1 and 2, although the principles of operation are the same. This com tube takes a cylindrical envelope 39, glass, filled with a gas at an appropriate pressure, through the. base of which pass ten ca thodes 28 to 37, in the form of a needle, and a conductor 26 supporting, at its end, an anode 27 in the form of a disc. The ten parallel cathodes 28 to 37 are preferably made of tungsten, and are curved at a point constituting the root of each cathode.
The end of each cathode is the point of the cathode closest to the common anode. Also, the end of each cathode is approximately on the shorter line from the root of the previous cathode to the common anode. This geometrical structure ensures the conditions necessary for the operation of the tube, that is to say that this structure is such that the extension of the cathodic glow of a cathode produces a region of ionic density embracing the discharge space. of the next adjacent cathode.