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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX DISPOSITIFS A DECHARGE
La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux dispositifs à décharge utilisant des cathodes dont la composition est établie en vue d'une émission électronique pratiquement illimitée en présence d'un champ électrique favo- rable.
Le meilleur exemple actuel de telles cathodes est four- ni par la cuve à mercure des redresseurs modernes : cette raison, les cathodes utilisables parles moyens du présent bre- vet seront, dans la suite de son texte, désignées sous le nom de "cathodes à cuve", (étant bien entendu cependant que le mot cuve qui, dans le langage courant, se réfère plus particulière-
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ment aux cathodes liquides, ne saurait exclure l'emploi de cathodes autres que les cathodes à liquide métallique, par exemple des cathodes solides équivalentes). Comme exemple de matières solides pouvant entrer dans la composition de telles cathodes, on se contentera de citer ici le cadmium et le bismuth.
L'invention fournit des moyens perfectionnés d'amorçage d'une décharge entre électrodes principales d'un dispositif à décharge du type défini ci-dessus. Comme exemple d'application tout d'abord aisément réalisable, on peut citer le cas des dis- positifs à anode unique ou celui d'autres dispositifs dans les- quels il est nécessaire de réamorcer la décharge principale à intervalles périodiques.
Un moyen bien connu consiste à maintenir, de façon conti- nue, un arc d'entretien permettant de réamorcer la décharge prin- cipale à intervalles déterminés. On peut reprocher à de tels systèmes, sous leur forme de réalisation actuelle, le fait que là tache cathodique, en se déplaçant, peut atteindre lesperois de l'enveloppe de l'appareil, si on n'a pas pris soin de les isoler d'une manière complètement efficace.
Entre autres avantages importants, l'invention offre celui de permettre un montage satisfaisant de l'arc d'entretien dans le cas même où les parties mécaniques de l'enveloppe sont re- liées électriquement à la cathode.
Un bon moyen d'arriverà ce résultat consiste à envelopper ou protéger la zone de décharge de l'arc d'entretien de telle façon qu'il y ait une séparation pratiquement complète entre elle et la zone de la décharge principale, à l'exception d'un ou plusieurs étroits passages réservés entre ces deux zones.
Des écrans protecteurs appropriés permettent, comme indiqué plus loin, de confiner la tache cathodique de l'arc d'entretien dans une région délimitée de la cathode, en imposant toujours à la décharge principale de partir de cette région. En conséquence,
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alors même qu'une tache cathodique attribuable au courant de la décharge principale, atteindrait la paroi de l'enveloppe pendant une partie d'une période de tension, il y aurait né- cessairement réapparition de cette tache à proximité de l'arc d'entretien au commencement de la période suivante.
Un autre avantage découlant de la protection de l'arc d'en- tretien telle que l'assure l'invention, réside dans le fait que les moyens utilisés protègent efficacement l'ac d'entretien contre toute extinction possible pouvant résulter d'un retour d'arc dans la zone de la décharge principale. C'est un avantage qui présente une importance pratiquement considérable parce qu' il assure une reprise immédiate du fonctionnement de l'appareil à la suite d'un retour d'arc et qu'il devient, grâce à cette circonstance, inutile de prévoir un équipement supplémentaire compliqué destiné à réamorcer automatiquement l'arc d'entretien.
Il est souvent désirable, pour le bon fonctionnement des dispositifs à décharge à " cuve cathodique", de régler le moment où s'amorce la décharge: on verra par la suite que l'invention se prête parfaitement à la combinaison des dispositifs de pro- tection de l'arc d'entretien qu'elle comporte, avec des moyens efficaces permettant d'effectuer le réglage en question.
On comprendra mieux les caractéristiques, nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description sui- vante et aux dessins qui l'accompagnent donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels: la fig. 1 reproduit une vue en coupe d'un dispositif à déchar- ge comportant l'application de l'invention. les fig. 2 à 5 sont des vues de détail d'un dispositif à arc d'entretien conforme à l'invention. les fig. 6 et 7 représentent conjointement une variante possi- ble des dispositifs de maintien de l'arc. la fig. 8 est une autre variante. la fig. 9 représente un dispositif utilisable avec les moyens
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d'amorçage des figures 1 à 8, en vue d'assurer l'amorçage ini- tial de l'arc d'entretien.
La fig. 10 représente la combinaison d'un dispositif proté- geant l'arc d'entretien avec des dispositifs de réglage comman- dant l'instant où commence la décharge.
La fig. 11 représente des connexions appropriées au dispo- sitif de la fig. 10.
Les fig. 12 à 16 montrent deux variantes du dispositif de réglage de la fig. 10.
Dans la fig. 1 on a représenté une enveloppe métallique 10 limitant l'espace fermé où sera la décharge, et on a disposé à l'intérieur de l'enveloppe une cathode 11 et une anode 12 consti- tuant les électrodes de décharge.
L'anode est composée d'une masse de matière résistant à la chaleur, par exemple du graphite, attachée à l'enveloppe et iso- lée d'elle au moyen d'un fourreau deverre 14. Dans certains cas, on peut donner à l'anode d'autres dispositions, par exemple, lui incorpaer une partie même de l'enveloppe. La cathode 11 est Rrmée d'une masse liquide ou solide, par exemple d'un métal à l'état liquide tel que le mercure, ou d'une masse solide telle que le cadmium. Elle est en contact direct avec le corps principal de l'enveloppe métallique et par conséquent en liaison électrique avec cette enveloppe.
De tels dispositifs sont couramment utilisés comme conduc- teurs asymétriques dans des circuits à courant alternatif et ils peuvent jouer alors le rôle de redresseurs ou d 'alterneurs. Lors- qu'ils sont ainsi utilisés, on doit les pourvoir de dispositifs propres à faciliter l'amorçage de la décharge principale au moment où s'établit une tension favorable entre les électrodes de déchar- ge. C'est pour répondre à ce besoin qu'on a pourvu le dispositif 16 mainteneur d'arc auxiliaire de certains moyens nouveaux et perfectionnés qu'on décrira dans la suite. Avant d'en donner la description complète, il eonvient de rappeler brièvement certains éléments susceptibles d'influencer le fonctionnement des disposi-
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tifs du genre considéré.
Lorsqu'un arc jaillit d'une cathode du type envisagé, il en résulte la création d'une tache cathodique à la surface du liquide. En pratique, cette tache comporte plusieurs taches élémentaires .séparées qui s'accroissent par subdivision à mesure que croit l'intensité de courant, de sorte qu'à chaque intensité de 2 Amps. correspond, à la surface du mercure, une petite tache élémentaire.
Une intensité de 600 Amps. correspond ainsi à 300 taches en- viron qui, généralement, se répartissent d'elles-mêmes en divers groupes de façon que tous les groupes débitent en parallèle. Dans un tube à décharge, comportant une seule électrode principale et une anode de maintien, la tache cathodique comprend une composan- te maintenue de façon continue due à l'arc d'entretien et une composante de caractère intermittent ou cyclique, due à. la déchar- croît ge principale. Cette dernière composante où se développe à partir de la.première en présence d'un champ électrique de poten- tiel favorable suivant le processus de subdivision, qu'on vient d'indiquer.
Avec un arc d'entretien découvert, comme les disposi-' tifs actuels, la tache cathodique composite qui est maintenue de façon continue, bien que de dimensions variables se déplace ra- pidement-d'un endroit à un autre et fréquemment atteint les parois métalliques du tube, à moins qu'on n'ait isolé la cathode par rap- port à ces parois : fois parvenue au métal de l'enveloppe où elle s'accroche, elle tire son émission de ce métal même qui subit de ce fait une désintégration sensible. La tache peut se dépla- cer à nouveau et errer à la surface de la cathode, sans qu'il en résulte de conséquences graves, ou bien elle peut atteindre les joints et les détériorer. C'est pour ces motifsqu'on a, jusqu' ici, isolé la cathode des parois de l'enveloppe dans les disposi- tifs utilisant un arc d'entretien.
Suivant la présente invention, on peut utiliser avec succès un dispositif de maintien en'liaison avec un tube à décharge dans
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lequel les parois métalliques de l'enveloppe sont électrique- ment reliées à la surface dela cathode, pourvu que la composan- te de la tache cathodique due à l'arc d'entretien, soit confinée dans une région restreinte à la surface cathodique. Si cette condition est remplie, le courant principal de décharge s'amorce nécessairement en un point voisin de cette région au commence- ment de chaque période de tension. En conséquence, aucune par- tie de la tache cathodique ne pourra s'établir de façon perma- nente, au moins pour un temps appréciable, sur une autre partie du dispositif que sur la surface cathodique du tube à décharge.
Pour maintenir la tache cathodique de l'arc d'entretien dans la zône qu'indique le paragraphe précédent, l'invention fait appel à des écrans disposés de façon à séparer l'arc d'en- tretien de la zône réservée à la décharge principale en ne lais- sant subsister qu'un ou plusieurs étroits passages entre les deux zones. ci on revient à la fig. 1, on y trouve l'exemple d'un genre d'écran assurant ce résultat, écran qui comporte une enveloppe creuse dont la base est voisine de la surface de la cathode 11 qui entoure les électrodes de maintien 17-18 du dispositif. Cet écran est, de préférence, entièrement composé d'une matière ré- fractaire pouvant résister eux effets d'une décharge en forme d'arc.
Sur les fig. 2 à 5 représentant les détails dusdispositif dont l'ensemble se voit fig. l, on a affecté aux mêmes éléments les mêmes numéros de références. Il est évidemment possible de monter l'ensemble décrit de différentes façons et de l'atta- cher, entre autres moyens de suspension, au somment ou aux pa- rois de l'enveloppe du tubeà décharge.
Les moyens adoptés dans les figures sont ceux qui parais- sent préférables et on remarquera que l'ensemble du dispositif protecteur réalisé est monté sur un support démontable 20 en forme de douille (fig. 2) mis en place à l'intérieur d'un cylin- dre 22 convenablement suspendu au-dessous de l'enveloppe. Le
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support 20 est maintenu en position par un anneau 23 de canposi- tion appropriée pour former un joint efficace (verre ou métal fondu par exemple) cet anneau étant accessible de l'extérieur et, s'il le faut, susceptible dêtre brisé ou coupé pour l'enlèvement ou le remplacement du support 20 lorsque cette opération est nécessaire.
Les électrodes 17 et 18 sont fixées à la surface supérieure du support 20 au moyen de conducteurs d'entrée 25 et 26 relativement rigides traversant le support 20 pour pénétrer dans le tube à dé- charge.. Pour sceller hermétiquement les connexions d'amenée, on peut utiliser une asse de verre 27 fondue au sommet d'un oeillet 28 fait par exemple en "fernico" (alliage fer-nickel-cobalt) ou d'une composition analogue appropriée qu'on assujetti au support 20 par soudure ou pour toute autre manière convenable*
Pour isoler les connexions d'amenée par rapport à la cathode, on peut faire en sorte qu'une partie du scellement s'étende au- dessus du niveau de la surface cathodique comme indiqué par exemple en 30.
Puisque la matière qui constitue le'scellement est, jusqu'à un certain point, exposée à subir l'érosion résultant de l'action dela décharge, on peut protéger le prolongement dece scellement exposé à l'arc en faisant appel à un écran calorifuge, par exemple un manchon 31 en métal, en verre ou en quartz entourant la pièce à protéger. Des manchons analogues en quartz peuvent être utilisés pour protéger les connexions detoutes les électrodes.
Les électrodes de maintien de l'arc elles-mêmes sont établies de préférence en une matière résistant à la chaleur et offrant une forte émission thermique, par exemple le graphite. Quant à leur configuration, elle peut varier suivant les applications. Les élec- trodes 17 et 18 que les figures 2, 3 et 5 représentent sous diffé- rents aspects comportent, dans le cas considéré, des pièces en graphite ayant la forme représentée en élévation et en coupe. Lors- qu'on désire employer le dispositif de maintien sur un réseau à courant alternatif, on peut maintenir l'arc d'entretien en utilisant deux ou plusieurs électrodes disposées de façon à recevoir alterna-
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tivement les demi-ondes du courant. Il est évident qu'avec une alimentation à courant continu, il suffit d'une de ces électrodes.
Pour amorcer l'arc d'entretien lors du fonctionnement ini- tial du dispositif à décharge, on peut employer une électrode de maintien constituée par exemple en une matière semi-conductrice 33 et disposée en contact permanent avec la cpthode. Une telle électrode doit, de préférence offrir une résistivité comprise entre les limites voisines de 10-2 à 10-5 ohms par cm.2, et elle peut être constituée par exemple par une courte tige de forme générale cônique, faite en carbure de silicium par exemple et traitée superficiellement au moyen d'une solution de nitrate de fer suivant le procédé qui fait l'objet du brevet belge 417.962 du 17 octobre 1936 et de ses perfectionnements pris par la Société demanderesse.
Ainsi qu'il est bien connu, le fait de soumettre une électro- de de maintien du type indiqué à une tension positive pendant une alternance de " positivité" d'une des électrodes de maintien par rapport à la cathode 11, entrafne l'amorçage d'un arc sur cette électrode. On a représenté en 34 une connexion terminale permet- tant d'exciter ainsi l'électrode de maintien 33 : on l'a représen- tée avec arrachement partiel de façon à ne pas rendre trop con- fus les autres détails de l'ensemble.
La fig. 1 fournit schématiquement un exemple d'un circuit assurant la coopération appropriée des électrodes de maintien et d'amorçage. Dans le circuit représenté est disposé un transfor- mateur dont le secondaire 35 comporte une prise et se relie aux diverses électrodes.
Les électrodes de maintien sont alternativement rendues po- sitives par rapport à la cathode 11 au moyen d'un circuit symétri- que dans lequel la cathode est reliée, en 35', au point milieu d'une section du transformateur 35, les extrémités de ces sec- tions étant reliées aux électrodes 17 et 18. L'excitation de l'électrode de maintien 33 est réglée par un relais 36 établi de façon à se trouver normalement fermé pendant les périodes de non-
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fonctionnement du dispositif à décharge. Dans ces circonstances, l'application d'une tension d'excitation au transformateur assure le passage du courant à l'électrode 33. Ce courant est envoyé seu- lement dans une direction déterminée, c.à.d. de l'électrode 33 à la cathode 11, par l'action d'un redresseur 37.
Une résistance de limitation 36' est disposée en série avec l'électrode d'amorçage, et des réactances 37' sont en série avec l'électrode d'entretien.
Avec le circuit représenté, l'excitation de l'électrode 33 a pour effet l'établissement d'un arc de décharge sur les électro- des de maintien 17 -.t 18 qui agissent conjointement ensuite pour maintenir l'arc. En outre, une fois le courant amorcé dans le circuit cathodique, le relais 36 agit pour ouvrir le circuit aboutissant à l'électrode 33, de façon à la maintenir désexcitée aussi longtemps que l'arc d'entretien est en service.
Si l'arc d'entretien s'éteint pour une raison quelconque, le relais 36 ferme automatiquement ses contacts et l'opération d'amor- %.age recommence.
Comme indiqué ci-dessus, la tache cathodique maintenue par un arc d'entretien tend à se déplacer librement à la surface de la cathode et à gagner même les parois de l'enveloppe.
Pour éviter de fonctionner dans ces conditions qui ne sont pas sans danger, l'invention prévoit des dispositifs protecteurs agissant pour confiner la tache cathodique de l'arc d'entretien dans une certaine région de la surface cathodique. Les moyens appropriés prévus comportent de préférence des dispositifs conçus de manière à séparer pratiquement la zone affectée à l'arc d'entre- tien, de la zone de la décharge principale, en ne laissant subsis- ter qu'une faible communication entre ces deux zônes. Ainsi, avec le système d'électrodes décrit, ces moyens peuvent comporter une enveloppe allant du voisinage de la surface de la cathode jusqu' au sommet des électrodes de maintien 17 et 18 qu'elles enveloppent, en même temps que de préférence elles enveloppent l'électrode 33 d'amorçage.
Une telle enveloppe comportant des organes qu'on va décrire peut être supportée de diverses manières et, dans le dispo-
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sitif particulier représenté, on l'a montée sur des supports relativement rigides 38 partant de la surface supérieure du support 20.
L'écran est, de préférence, constitué en une matière ré- fractaire, métallique ou céramique, par exemple, apte à résis- ter à l'action destructive de l'arc. On peut l'établir en une seule pièce de même matière, ou bien en un assemblage de divers ses parties composées de matières différentes. Toutefois, il convient de donner la préférence, au moins pour la partie supé- rieure de l'enceinte 21, à un isolant réfractaire tel que le quartz ou l'alumine offrant une supériorité marquée par résis- tance à l'action de la chaleur. On a reconnu cependant que, si l'isolateur descend au-dessous de la surface de la cathode, de manière à être fréquemment en contact avec la tache cathodi- que, il manifeste des tendances à l'érosion sous l'effet de l'arc à la tache cathodique.
Pour cette raison, il y a lieu de construire la partie inférieure 40 du dispositif - écran en un métal réfractaire tel que le molybdène ou le tungstène. Ces mé- taux sont particulièrement appropriés parce qu'ils offrent l'a- vante supplémentaire d'ancrer en quelque sorte la tache catho- dique plutôt que d'en permettre le libre déplacement sur toute la partie close de la surface cathodique.
Pour que la tache cathodique maintenue par l'arc d'entre- tien amorce efficacement la décharge lorsqu'une différence de potentiel favorable est appliquée entre l'anode principale et la cathode, il doit exister au moins une voie de communication entre la zone de l'arc d'entretien et celle de la décharge prin- cipale. Suivant l'invention, cette voie de communication est limitée à un ou plusieurs passages de dimensions assez petites pour que, traversés par un courant de l'ordre de celui de l'arc d'entretien, ils donnent lieu à une chute de tension notable.
On comprendra mieux le sens' et la portée de cette recom- mand ation si on considère un exemple particulier d'application
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comme celui des fig.2 et 3. Dans le dispositif représenté, le passage entre la zone de l'arc d'entretien et celle de la déchar- ge principale, comporte plusieurs échancrures 41 pratiquées ou ménagées dans l'écran métallique 40. Ces ouvertures 41 s'étendent de préférence mormalement à la surface cathodique jusqu'à un point situé sensiblement au-dessus de cette surface.
Pendant la phase d'inactivité du dispositif à décharge, c'est-à-dire lorsqu'il n'est appliqué aucune tension positive entre l'anode principale et la cathode, la tache cathodique,, due à l'arc d'en- tretien est parfaitement confinée à l'intérieur de l'espace ehclos par l'enveloppe 40.Quand, au contraire, l'anode princi- pale de la fige 1 devient très positive par rapport à la cathode, une décharge principale s'amorce en dérivant tout d'abord des électrons à cette tache cathodique. Quand l'intensité de cette d'écharge principale tend à augmenter, la section limitée des ouvertures 41 gène le passage du courant et il en résulte que la tache cathodique tend à être chassée hors de l'enveloppe 40.
C'est une tendance qui se trouve cependant contrariée par le fait que le courant demandé par les électrodes de maintien elles-mêmes, subit si on suppose une aire assez faible des ouvertures, une chute de tension relativement élevée dans ces ouvertures, si la tache cathodique cherche à quitter la zone entourée par l'enve- loppe. Cette chute de tension due à l'étranglement de l'arc est bien connue; elle est comparable à beaucoup 9-'égards à la chute de pression requise pour forcer le passage d'un liquide à grande vitesse, dans un orifice ou un tube de section réduite.
Sous l'influence de ces forces opposées, la tache cathodi- que suit la seule voie qui reste ouverte et elle est amenée à se subdiviser. La composante correspondant à l'arc d'entretien res- te à l'intérieur de l'enveloppe 40, tandis que la composante correspondant à la décharge principale peut errer sur toute l'é- tendue libre de la cathode hors de l'enveloppe. Il est à noter que cette dernière composante s'éteint à la fin de chaque demi-
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période positive de tension et qu'il faut la réamorcer par l'ac- tion de l'arc d'entretien au commencement de l'alternance posi- tive suivante.
De cette façon, la tache cathodique est toujours rétablie en un certain point de la surface de la cathode 11 et elle n'est pas laissée libre de se fixer sur un élément du tube à décharge susceptible d'en subir les effets destructifs, par exemple, la paroi de l'enveloppe de l'appareil.
La section d'ouverture requise pour donner les résultats exposés ci-dessus, varie suivant l'intensité du courant de l'arc @ d'entretien, mais elle doit être assez faible par rapport à l'intensité de courant employée, de sorte que l'effet d' "étran- glement" exposé plus haut empêche la partie de la tache catho- dique correspondant à l'arc d'entretien, de quitter l'enveloppe de protection.Ce rapport de grandeur ne se prête pas à une dé- termination mathématique facile, mais on le détermine aisément par des essais. On remarquera que, si l'aire d'ouverture est trop grande, la chute de tension due à la contraction peut être inap- préciable et ne pas empêcher la tache de quitter l'enveloppe- écran.
Si alors on réduit suffisamment l'aire d'ouverture, on élève cette chute de tension à une valeur suffisante pour entra- ner la subdivision de la tache, dont une composante reste confi- née à l'intérieur de l'écran, tandis que l'autre fournit le courant de charge. En général, cette subdivision se produit quand la chute de tension( nécessaire pour faire passer dans les ouver- tures 41 un courant ayant l'intensité du courant de l'arc d'en- tretien) atteint une fraction appréciable ( par exemple 30 à 50 %) de la tension totale normalement requise pour maintenir l'arc d' entretien.
En se référant plus particulièrement à la construction re- présentée à la fig.2, il a été trouvé qu'avec un courant modéré d'arc d'entretient tel que 5 à 7 ampères, huit encoches procurent un effet d'écran trop petit quand chaque encoche a une largeur de 1 mm. et s'étend à 6 mm. au-dessus de la surface de la cathode,
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ou bien quand chaque encoche a une largeur de 0 mm.635 et s'étend à 9 mm.5 au-dessus de la surface de la cathode. Il en résulte qu'il ne se produit pas un rétrécissement suffisant et l'anode principale a tendance à prendre une trop grande partie de son courant de la partie intérieure de l'écran d'où il résulte un échauffement excessif.
En outre, le rétrécissement est insuffisant pour provoquer une division de la tache cathodique, de-telle sorte que cette dernière quitte fréquemment l'écran pendant la période de conduc tibilité. Dans ces conditions, la tache cathodique rentre quel- quefois sous l'écran lorsque le courant de charge cesse, mais beaucoup plus souvent elle s'éteint. Toutefois, les encoches de 1,1 mm. ont été trouvées satisfaisantes si elles sont limi- tées à une longueur d'environ 1,5 mm. alors que des encoches de 0 mm.635 fonctionnent d'une manière satisfaisante si elles sont limitées à une longueur d'environ 6 mm 35. Il doit cependant être entendu que les chiffres ci-dessus, donnés à titre d'exem- ple, se réfèrent à une construction particulière, du dispositif- écran & à une valeur particulière du courant de l'arc d'entre- tien.
Des dimensions très différentes peuvent s'avérer convena- bles avec des dispositifs de formes différentes et avec des matériaux ou des dispositifs d'électrodes différents.
La forme de réalisation représentée sur les fig. 2 et 3 n'est pas du tout essentielle pour atteindre le but de la présente invention; dans les fig. 6 et 7 on a donc représenté en variante une autre forme que l'écran peut présenter. Dans ce cas comme dans celui décrit plus haut, la partie supérieure de l'enve- loppe 50 est de préférence en matière isolante telle que le quartz, l'alumine ou le verre, alors que la partie inférieure 51 est en métal réfractaire comme le molybdène, avec des encoches 52 fige 7). La partie inférieure, et en particulier la partie en contact avec la surface de la cathode, possède une configu- ration relativement rétrécie dans un but qui va être expliqué ci-dessous.
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Cette configuration est représentée plus clairement sur la Fig. 7 dans laquelle on voit que la partie 51 de l'écran métalli- que comporte une enceinte sensiblement continue et ayant un contour long et étroit. Un avantage particulier de ce-tte cons- truction réside dans le fait que la tache cathodique de l'arc d'entretien, bien qu'elle puisse à l'occasion échapper à une fixation sur la surface interne de la partie 51, n'est jamais beaucoup éloignée de l'une des encoches 52. Pour cette raison, on obtient un amorçage plus uniforme qu'il ne serait possible si la tache cathodique pouvait se trouver à une distance relati- vement grande des ouvertures d'encoches.
Le dispositif de la Fig. 6 représente aussi une autre va- riante de la construction décrite ci-dessus, en ce sens que les fonctions d'amorçage et d'entretien sont combinées dans un dispo- sitif à électrode unique. Cette construction comprend un élément conducteur 53 résistant à la chaleur, par exemple,, en tungstène, coopérant avec une électrode 54 d'amorçage semi-conductrice en contact avec la surface de la cathode. Pendant la période initiale d'amorçage du dispositif un potentiel positif est appliqué sur l'élément 53 par le conducteur d'amenée 55. Le courant qui passe à travers l'électrode 54 semi-conductrice, amorce un arc dont l'extrémité positive sera immédiatement transférée à l'élément conducteur 53 ou à une partie de ce conducteur.
En raison de la grande résistance de l'élément 54, ce dernier sera effectivement shunté par l'arc d'entretien et ne jouera plus aucun rôle dans le fonctionnement du di sp os i tif . L'arc d'entretien lui-même peut être maintenu entre l'élément 53 et la surface de la matière cons- tituant la cathode, par le maintien entre eux d'une différence de potentiel provenant d'un courant continu.
On peut faire varier énormément la forme et les caractéristi- ques du passage rétréci et, sur la Fig. 8 on a représenté une telle variante. Dans ce cas, le dispositif d'écran est constitué par un élément en forme de coupelle renversée 60, par exemple en quartz, ayant un rebord aplati 61 disposé parallèlement à la surface de la cathode 62. A l'intérieur de cet écran 60, on a
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prévu des électrodes de maintien 64 et 65 et une électrode
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d'amorçage 66 correspondant, d'une façon générale, aux éléments analogues qui ont été décrits dans ce qui précède.
Le passage 63 ( de préférence de l'ordre de grandeur de 0,8 mm. de hauteur existant sous le rebord 61) sert, par effet de rétrécissement, à maintenir la tache cathodique de l'arc d'entretien à l'intérieur de la région qui se trouve sous l'élément 60, d'accord avec les principes exposés précédemment. Toutefois, il est clair que si le passage 63 est défini seulement par la surface de la cathode et par la surface opposée du rebord 61, de petites variations dans le niveau de la cathode produiront des variations relative- ment grandes dans le fonctionnement du dispositif d'arc d'entre- tien.
Pour cette raison, en vue d'utiliser d'une façon satisfai- sante la construction représentée sur la fig. 8 avec une cathode liquide telle que le mercure, particulièrement dans des redres- seurs pour courants élevés, on a reconnu nécessaire de prévoir des moyens pour stabiliser la cathode dans la région rétrécie.
Un tel moyen peut comporter, par exemple, un élément annulaire 68 constitué par une substance poreuse, analogue à une mèche et pouvant être mouillée par le liquide de la cathode. Une telle substance appropriée à l'usage avec le mercure peut comporter à titre d'exemple, une masse frittée de particules cohérentes de molybdène carburé.
L'élément annulaire 68 peut dépasser légèrement la surface nor' male; malgré cela:, par capillarité sa surface supérieure reste recouverte par la matière constituant la cathode, de telle sorte qu'il fonctionne en réalité comme une partie surélevée de la cathode. Bans ces conditions, les dimensions du passage existant entre le rebord 61 et l'élément stabilisateur 68 restent sensible- ment constantes et indépendantes des variations du niveau de la cathode. Un autre moyen évitant l'agitation excessive ou les vagues se produisant sur la cathode, dans la région qui entoure directe- ment le dispositif d'arc d'entretien, est représenté sous forme d'un écran annulaire en matière appropriée 70, monté autour de la périphérie' extérieure de l'élément 68 et disposé légèrement au-dessous de la surface de la cathode.
On doit également remar-
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quer que,dans beaucoup de cas, un écran de cette nature peut
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avantageusement être associé avec un écran d'arc d'entretien autre que celui représenté en particulier dans la Fig.8. Des supports 71 servent à maintenir l'élément 60 au-dessus de la surface supérieure de l'écran 70.
Dans la Fig.9, on a représenté une autre variante qui dif- fère des dispositifs décrits ci-dessus principalement en ce qui concerne les moyens destinés à amorcer l'arc d'entretien. Dans cette figure, un tel moyen est représenté sous la forme d'une électrode 75 à étincelles bien qu'elle puisse en variante compor- ter un dispositif d'amorçage à capacité.
Pendant l'amorçage initial du dispositif un potentiel élevé peut être appliqué entre la cathode 76 et l'électrode 75, par exemple au moyen d'un transformateur 77 dit " d'allumage". La dé- charge à étincelle ainsi produite amorcera un arc d'entretien en- tre la cathode et les électrodes de maintien 78 et 79. Ces der- nières électrodes sont alimentées au moyen d'un transformateur 80 qui possède un point milieu relié à la cathode 76 et qui est con- necté, par ses extrémités, aux électrodes de maintien par l'inter- médiaire de réactances stabilisatrices 81. Un relais série 82, dans le circuit de l'arc d'entretien, agit de manière à couper les connexions à l'électrode d'amorçage dès que l'arc d'entretien est amorcé.
Sur la Fig. 9 on a représenté un autre dispositif, un écran 84 en métal approprié, interposé entre les électrodes de maintien 78 et 79. Un tel écran peut être utilisé avantageusement avec tout dispositif d'arc d'entretien dans lequel on emploie plusieurs électrodes de maintien, et il sert à éviter des courants de court- circuit entre les diverses électrodes pendant les périodes où il existe une différence de potentiel entre elles.
Les différentes caractéristiques de l'invention, qui ont été décrites, sont applicables d'abord pour faciliter ou assurer l'amorçage d'une décharge lors de l'application d'un potentiel approprié entre les électrodes de décharge principales. Les moyens de la présente invention peuvent aussi être appliqués comme
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moyens de contrôle pour déterminer l'amorçage ou l'absence d'a- morçage d'une décharge sur une anode principale,, lors de l'éta- blissement de conditions favorables à une telle décharge, ou pour faire varier le moment de l'amorçage de la décharge de toute manière désirée.
Pour comprendre cet aspect de l'invention, il est préférable de rappeler brièvement quelques-uns des principes qui régissent la présence d'une décharge dans un dispositif à arc dans une vapeur du type considéré ici.
Quand un potentiel positif est appliqué entre une anode et une cathode à cuve sur laquelle existe une tache cathodique, la présence d'un arc de décharge sur une telle anode dépend largement de la présence dans l'espace de décharge d'une quan- tité d'électrons suffisants pour produire l'ionisation de la vapeur existant dans le dit espace. C'est la fonction habituelle d'un arc d'entretien et de sa tache cathodique qae de produire et de maintenir une telle aLimentation en électrons dans l'es- pace principal de décharge. Toutefois, ceci n'est pas nécessaire- ment vrai avec les dispositifs d'arc d'entretien à écran, tels que ceux décrits ici.
Au contraire, avec de tels dispositifs, l'amorçage d'une décharge principale lors de l'application d'un potentiel positif à l'anode principale, dépend en partie de la possibilité, pour le champ électrostatique de l'anode, d'attein- dre l'espace protégé par les écrans et d'entrafner un courant d'électrons à partir de la tache cathodique de l'arc d'entretien.
On peut donc ainsi, conformément à la présente invention, faire fonctionner dans le voisinage du passage rétréci entre l'arc d'entretien et lespace principal de décharge, des moyens électrostatiques pouvant contrôler la pénétration du champ de l'anode dans l'espace protégé par les écrans.
Sur la fig. 10 en particulier, on a représenté un dispositif à arc d'entretien comprenant une seule électrode de maintien 90 ( alimentée par une source à courant continu) et une électrode d'amorçage 91. Ces électrodes sont contenues dans un élément creux qui sert d'étran et comprend une partie supérieure isolante 93
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et une partie inférieure 94 en métal perforé. Outre les éléments déjà décrits, on a prévu un élément de contrôle électrostatique ayant la forme d'une bande conductrice 96, par exemple, faite en métal et montée sur la surface externe de l'élément isolant 93 et qui fonctionne en liaison avec les ouvertures de l'élément métallique 94.
Les connexions électriques du circuit d'un appareil tel que décrit précédemment sont représentées schématiquement sur la fig. 11 qui montre aussi un dispositif à décharge comportant une cathode 97, une anode 99 et une enveloppe 100. L'électrode d'a- morçage 91 peut être alimentée pour amorcer au début l'arc d'en- tretien au moyen d'une source de potentiel à courant continu 102 contrôlée par un interrupteur 103; l'arc d'entretien peut être maintenu par une connexion entre une telle source et l'électrode de maintien 90 . Dès que l'arc d'entretien est amorcé, la présence de la décharge principale dépend d'une part de l'application d'une différence de potentiel favorable entre l'anode 99 et lacathode 97, et d'autre part, du potentiel appliqué à l'élément de contrôle 96.
Si l'élément 96 est fortement polarisé négativement, il peut être impossible au champ positif de l'anode 99 d'entraîner des électrons depuis l'intérieur de l'écran en quantité suffisante pour amorcer une décharge principale. La grandeur du potentiel négatif qui doit être appliquée à l'élément 96 pour obtenir ce résultat dépendra, en partie, de la forme géométrique du disposi- tif à décharge et de la conformation des écrans et en partie de la grandeur du potentiel positif appliquée à l'anode 99.
En supposant que l'électrode 96 de contrôle soit assez pola- risée négativement au moyen d'une source 106, de telle sorte que la présence d'une décharge principale soit normalement impossible, une telle décharge peut néanmoins être produite par l'application additionnelle à l'élément de contrôle d'un autre potentiel d'une nature telle qu'il surmonte sa polarisation.
Un tel potentiel peut être produit par exemple au moyen d'un transformateur 107 à courant alternatif et ayant son primaire relié à une source 108,
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son secondaire étant en circuit avec l'électrode de contrôle à travers une résistance en série 109,
Entre la source et le transformateur, on peut interposer un dispositif de déphasage représenté schématiquement en 110 et qui est destiné à régler la relation de phase entre le poten" tiel de contrôle appliqué à l'électrode 96 et le potentiel de la décharge principale appliqué entre l'anode 99 et la cathode 98.
En choisissant convenablement cette relation de phase par le réglage du dispositif de contrôle 110, la décharge principale peut être, en ce qui concerne sa durée, à une fraction voulue de chaque demi-onde positive du potentiel principal. On peut, bien entendu, utiliser d'autres moyens connus par tout homme de l'art.
Il est important de noter que l'élément de contrôle du dispositif décrit ci-dessus agit seulement sur l'arc d'entretien et n'exerce aucune influence directe sur le courant de la décharge principale.
Par conséquent, il n'a aucune tendance à augmenter la chute de lamprincipal, point particulier sur lequel ,il diffère d'une façon fondamentale des dispositifs variés à grille et autres moyens de contrôle électrostatiques qui ont été jusqu'ici em- ployés pour le réglage des dispositifs à décharge à cuve.
Pour diminuer quelque peu le potentiel qui doit être appliqué à l'élément de contrôle pour un contrôle effectif du fonctionne- ment, et en vue de diminuer la consommation de puissance néces- saire au circuit de contrôle, on peut également prévoir des moyens pour préserver davantage la tache cathodique de l'arc d'entretien de l'action du champ de l'électrode positive princi- pale ou anode.
Un tel moyen est représenté sur la figure 12 dans laquelle le dispositif à arc d'entretien lui-même ressemble beaucoup à celui qui a été décrit à propos de la fig'. 2. Dans cette fig.12, des écrans électrostatiques ayant la forme d'une paire de grilles cylindriques 113 et 114 sont prévus dans une région qui entoure
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de très près le passage existant entre l'espace de l'arc d'entre- tien et 1'-espace de la décharge principale.
Ces écrans ont de pré- férence une dimension suffisante pour entourer aussi l'élément de contrôle 111; ils sont représentés comme étant en contact avec la partie inférieure de l'enveloppe de décharge et par conséquent avec la matière qui constitue la cathode(représentée par la ligne en poin- tillé 112), mais ils peuvent être isolés en variante et chargés à des potentiels différents. Dans les conditions représentées,ils tendent à maintenir, dans la région qui entoure l'écran de l'arc d'entretien, une zone équipotentielle ayant le même potentiel que la cathode. Il est donc ainsi relativement difficile au champ posi- tif de l'anode principale d'effectuer d'aucune façon le champ à l'in- térieur de l'écran de l'arc d'entretien.
Pour cette raison, la présen- ce d'une décharge principale est plus directement sous le contrôle de l'élément de contrôle 111 et peut être réglée par l'usage d'un potentiel de contrôle de valeur relativement faible appliqué, par exem- ple, au moyen d'un transformateur 118 en liaison avec un dispositif changeur de phase 119.
Sur les fig. 14, 15 et 16, on a représenté une autre variante de réalisation du dispositif contrôlable pour l'amorce de la décharge.
Dans ce dispositif, il n'y a qu'une seule électrode de maintien 130 et une électrode d'amorçage 131 supportée d'une manière appropriée au-dessus de la surface d'une cathode 132 à cuve. Un écran est prévu sous la forme d'une coupelle renversée 134, en quartz ou analogue, en- tourant l'électrode de maintien 130 et réuni, à sa partie inférieure, à une monture 136 en matière réfractaire convenable telle que le graphite ou l'alumine. La monture 136 a une configuration telle que la matière constituant la cathode à l'intérieur de l'écran, est con- finée vers une cavité relativement rétrécie 137 (fig.16) communiquant avec un étroit conduit radial 138. Le canal lui-même est sensiblement fermé au moyen de parois 140 et 141, de préférence en métal réfrac- taire tel que le molybdène, chacun ayant une ou plusieurs encoches.
Avec ce dispositif, la tache cathodique à l'intérieur de l'écran sera
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confinée vers une portion très limitée de la surface de la cathode.
Ordinairement,elle sera accrochée sur la face interne de la paroi 140, de façon à être tout près d'une ouverture 143 en forme d'en- coche, prévue dans une telle paroi. Dans quelques cas, on a trouvé qu'il était avantageux de favoriser cette fixation au moyen de dispositifs (non représentés) produisant un champ magnétique trans- versal à l'arc d'entretien et dans une direction convenable pour obliger la tache cathodique à rester contre la paroi, de manière à la localiser. Au moyen d'un tel arrangement, on peut obtenir des résultats très sûrs quant à l'allumage du dispositif à décharge.
Pour protéger la tache cathodique de l'arc d'entretien d'une façon très efficace du champ de l'anode principale, la seconde paroi 141 possède une ouverture 145 qui est en quinconce par rapport à l'ouverture 143 de la paroi 140 (voir fig.15 et 16). Pour contrôler l'amorçage de la décharge une électrode de contrôle électrostati- que 146 est disposée pour fonctionneriez, liaison avec le canal 138.
Cette électrode de contrôle peut être alimentée de toute manière désirée, comme on l'a expliqué auparavant, et lorsqu'elle est char- gée convenablement, elle s'opposera à l'amorçage du dispositif à décharge en dépit de la présence d'une différence de potentiel favorable entre les électrodes de la décharge principale, Quand elle est au contraire chargée différemment, elle peut permettre un tel amorçage. Il doit être bien entendu que le dispositif particulier de l'électrode 146 de la fig. 14 n'est pas essentiel.
Dans quelques cas, l'élément de contrôle peut être placé avantageusement entre les parois 140 et 141, ou même à l'intérieur de l'écran.Avec ce dernier dispositif, il peut agir sur la grandeur du courant de l'arc d'entretien et, de cette façon, contrôler le nombre d'électrons fournis à l'espace de décharge principale.
D'après ce qui précède, on voit qu'il a été prévu avec un dis- positif à décharge avec cathode à cuve, un dispositif perfectionné d'amorçage de décharge au moyen duquel la tache cathodique peut être réellement confinée à la surface de la cathode. De plus, une
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telle fixation est accomplie sans l'usage continu d'une élec- trode en contact avec la surface de la cathode, de telle sorte que les limitations de durée existant ordinairement pour de telles électrodes ne sont pas à considérer.
En protégeant par écran le dispositif d'arc d'entretien tel qu'il vient d'être décrit, on obtient également le résultat que le fonctionnement de l'arc d'entretien est sensiblement indépendant de ce qui peut se passer dans l'espace de décharge principale. En particulier, il y a peu de chances ou même pas de chance du tout que l'arc d'entretien soit éteint par un retour d'arf ou des courants excessifs entre les électrodes principales. Pour cette raison, on peut employer d'une façon satisfaisante, un courant d'arc d'entretien extrêmement fai- ble, de l'ordre de quelques ampères. De même, en raison des propriétés des dispositifs perfectionnés faisant l'objet de la présente invention, on n'a besoin que d'un équipement au- xiliaire et de contrôle excessivement réduit.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières ,données simplement à titre d'exemple non limitatif et sans aucun caractère res- trictif et que par conséquent toutes les variantes ayant mê- me principe et même objet que les dispositions indiquées'ci- dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.