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EMI1.1
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Allumeurs.
Cette invention concerne les ignitrons et leurs dispo- sitifs d'amorçage et plus particulièrement la construction d'élec- trodes d'amorçage du type à haute résistance, dénommées communé- ment allumeurs, ainsi qu'un procède de fabrication de ceux-ci.
Dans la plupart des appareillages électriques, les dis- positifs convenant aux tensions faibles ainsi qu'aux fréquences basses doivent subir d.e nombreuses et importantes transformations pour pouvoir être utilisés avec des tensions ou des fréquences élevées. L'utilisation de tensions et de fréquences élevées dans les ignitrons, proposée suivant la présente invention, exige que l'anode et la cathode soient relativement proches l'une de l'au- tre. Avec l'ignitron à haute tension de la présente invention, il
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faut également que l'allumeur et sa connexion. d'amenée soient convenablement séparés de l'anode afin d'empêcher des claquages de tension ou des amorçages à contre-temps.
Il faut en plus, et cette exigence est plus importante ici que dans les ignitrons à basse tension, oue l'amorçage soit provoqué directement entre l'anode et la cathode sans obstruction provenant ue supports que]conçues de l'allumeur ou de montures qui pourraient;
gêner la propagation de l'arc axnorcé vers 1-'anode ou quipourraient libérer de la matière qui s'amalgamerait avec la matière de la. cathode. Dans la mesure où des gradients élevés de potentiel provoquent des décharges d'aspérités, l'invention prévoit non seulement d'éviter des angles aigus là où des décharges indé- sirables pourraient se produire mais également d'écarter de facon équidistante les surfaces opposées de l'allumeur et de l'anode de façon à répartir uniformément les charges électri- ques sur des surfaces considérables et à réduire ainsi la con- centration des charges et les risques de claquage et de dé- charges indésirables ou court-circuit entre ces électrodes.
Une forme d'exécution choisie de l'invention est re- présentée à. titre d'exemple dans le dessin annexé,
La figure 1 est une coupe verticale diamétrale d'un ignitron conforme à l'invention et représentant l'allumeur de profil.
La figure 2 est une vue agrandie de l'allumeur en coupe longitudinale.
Les figures 3 et 4 sont des sections transversales prises respectivement suivant les lignes III-III et IV-IV de la, figure 2.
Dans le dessin, le chiffre de référence 10 désigne l'enveloppe ou le récipient scellé d'un. ignitron dans lequel une anode 11 est suspendue avec son fond placé à une certaine
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distance au-dessus du fond de l'enveloppe. La position nor- male de l'ignitron en fonctionnement est la position verticale de sorte que le fond de l'enveloppe est pratiquement horizon- tal et soutient une cathode liquide 12 composée d'une certaine substance, telle que le mercure, qui est fluide de préférence et qui constitue une source de vapeur ionisable et qui peut être tour à tour vaporisée et condensée.
L'anode 11 doit être écartée de la surface supérieure de la cathode liquide, mais avec de la haute tension ou de la haute fréquence ou les deux, cet écart doit être réduit au minimum de sorte que le tube puisse résister à la haute tension entre anode et cathode, et qu'un arc amorcé à la cathode puisse se propager rapidement à l'anode. La raison pour laquelle l'anode et la cathode doi- vent être rapprochées pour que le tube puisse résister à des tensions élevées est basée sur le fait que ce tube, aussi bien que des types similaires de tubes à décharge à arc, fonctionne sur la partie basse pression de la courbe de la loi de Paschen bien connue.
Afin de provoquer l'amorçage dans la région voulue au moment voulu, une électrode d'amorçage (allumeur) désignée dans son ensemble par la référence 13, est placée concentrique- ment à l'anode et en partie enfoncée dans la cathode liquide.
Une dépression ou ménisque 14 forme, dans la cathode liquide dans le voisinage de l'électrode d'amorçage et suivant la théorie admise,, le gradient de potentiel, au-dessus du vide formé par le ménisque, entre l'électrode d'amorçage et la cathode liquide, gradient qui provoque une étincelle et une ionisation qui s'étend immédiatement jusqu'à l'anode et forme une trajectoire ionisée allant de l'anode à la cathode et ser- vant à créer l'arc entre les deux.
On a établi jusqu'ici plusieurs types de'dispositifs
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d'amorçage. Dans un de ceux--ci., un fil d'amenée de courant était introduit par au-dessuset un allumeur y était suspendu de façon à plonger dans le mercure. Pour que l'allumeur se trouve à la bonne place entre cathode liquide et anode, on a souventévidé longitudinalement l'anode avec le résultat défectueux que le fil d'amenée de l'allumeur se chargeait électriquement à cause de son couplage capacitif avec le conducteur haute tension d'anode. Cette solution implique également des scellements com- pli,aués et difficiles.
Dans une autre solutionla connexion de l'allumeur est introduite par dessous à travers la cathode liquide et elle a à sa partie supérieure une traverse ou languette à laquelle l'allumeur est suspendu de façon à plonger dans la cathode liquide. Une telle solution exige un trop grand écartement entre anode et cathode pour disposer l'allumeur, et l'allumeur et ses connexions d'amenée présentent plusieurs angles aigus et d'au- tres points semblables de décharge anormale. Pour les raisons énumérées ci-dessus ces deux solutions antérieures sont tout-à- fait inapplicables à des ignitrons à haute tension ou haute fré- quence du type considéré ici, et de même aucun autre des dispo- sitifs connus ne peut être utilisé avec les valeurs élevées de tension et de fréquence envisagées ici.
L'électrode d'amorçage 13 de la présente invention comprend un fil d'amenée rigide ou noyau 15 en tungstène ou en une autre matière convenable, qui pénètre pa.r le fond de l'en- veloppe ou du récipient 10 en son centre. La partie supérieure du fil d'amenée 15 est munied'un bouchon 16 de forme générale cylindrique garni de filets 17 sur toute la hauteur de sa sur- face cylindrique. Ce bouchon est percé axialement, est glissé à. frottement dur sur l'extrémité supérieure du fil d'amenée et y est fixé par soudure.
Comme on peut le voir, ce bouchon a un
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trou radial 18 dans lequel on peut introduire temporairement une électrode de soudure, ce qui permet de souder sur une surface 19 écartée, vers l'intérieur, de l'extrémité du fil et du bouchon sans qu'il y ait projection de'métal sur les.faces extérieures du bouchon et ce qui permet aussi de mettre le bouchon en place sur le fil d'amenée avant soudure. En-dessous du bouchon, le fil d'amenée est maintenu de préférence dans un tube 20 isolant scellé sur lui, la matière du tube étant de préférence un verre ayant approximativement le même coëfficient de dilatation que le noyau. Il existe également sur le marché un alliage fer, nickel, cobalt convenant comme matière pour le conducteur 15.
A une distance appropriée en-dessous du bouchon, ce tube isolant 20 s'épanouit ou s'arrondit, comme en 21, formant ainsi un épau- lement vers le haut. Il est clair cependant que l'on peut ob- tenir cet épaulement par d'autres moyens, l'épanouissement 21 étant représenté comme un exemple convenable et satisfaisant.
Une autre partie essentielle de l'électrode d'amor- çage 13 est l'allumeur 22. Comme on peut le voir, celui-ci com- prend une partie creuse allongée 23 d'une résistance suffisam- ment élevée ou en matière semi-conductrice telle qu'un mélange de carbure de bore, nitrure de bore et carbone convenablement raffermi de façon à former une pièce rigide. L'allumeur com- porte également une tête 24 formant bloc avec le corps 23 et caractérisée par une conductivité électrique supérieure à celle du corps de, façon à.répartir la tension appliquée sur la section transversale totale du corps. Cette tête-24- est de préférence en graphite, elle est taraudée à l'intérieur et reçoit en partie le bouchon fileté.
Le rebord 30 formant la base de l'allumeur ne sert qu'à consolider mécaniquement et ne joue pas de rôle élec- trique dans le fonctionnement de l'allumeur.
En ce qui concerne le montage de l'électrode d'amor-
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cage;, le tube isolant 20 avec son épanouissement 21 est appliqué tout d'abord au fil d'amenée 15. Ensuite, l'allumeur 22,.compre- nant la partie centrale 23 et la tête 24 est glisse sur le bout supérieur du tube isolant, l'extrémité supérieure du fil d'amenée 15 dépassant au-dessus de la tête. Le bouchon 16 est alors glissé sur la partie dépassante du fil d'amenée 15 jusque contre la tête et est ensuite vissé dans la tête jusqu'à ser- rage à bloc. L'ordre des opérations peut évidemment être modi- fié si on trouve cela plus expéditif, en faisant particulière- ment remarquer -que le bouchon peut être vissé dans la tête de l'allumeur avant l'application de l'allumeur et du bouchon sur le fil d'amenée.
Il suffit de remarquer que l'allumeur repose par son extrémité inférieure sur l'épaulement formé par l'épanouissement 21 et que le bouchon empêche l'allumeur de se déplacer en étant soudé par après sur le fil d'amenée.
L'extrémité supérieure du bouchon 16 s'étend au-delà!de la tête de 1-'allumeur et un chapeau 25 en forme de coupole est vissé sur cette extrémité. Ce chapeau 25, également en graphite de préférence, a une forme et des dimensions appropriées pour constituer une continuation de la surface cylindrique extérieure de l'allumeur et former ainsi un ensemble sans arêtes ou pointes et par conséquent sans concentration de gradients de potentiel pouvant provoquer des décharges anormales.
L'anode 11 peut être évidée à sa face inférieure, comme en 26, de façon à se trouver à une distance convenable de l'électrode d'amorçage tout en présentant une surface infé- rieure opposée et parallèle à la surface cathodique à une dis- tance de celle-ci appropriée à la décharge principale. La par- tie évidée de l'anode est pratiquement hémisphérique et se trouve donc, dans toutes les directions radiales, à une dis- tance égale de l'extrémité en forme de coupole de l'électrode d'amorçage. On peut remarquer en plus que l'électrode d'amor-
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çage doit émerger d'une certaine quantité au-dessus de la ca- thode pour empêcher que cette électrode ne soit couverte d'é- claboussur,es de mercure pendant le fonctionnement.
De plus, il est bon de prévoir un certain espacement entre l'allumeur et le tube isolant sur lequel il est monté et d'empêcher que le mercure ne puisse pénétrer dans cet espace, ce qui peut s'obte- nir en posant l'extrémité de l'allumeur sur l'épanouissement ou l'épaulement du tube isolant et en maintenant cette extrémité posée contre l'épaulement. Cependant, si l'écart entre l'allu- meur et le tube isolant est suffisamment mince pour que le mercure ne puisse y pénétrer., cet épaulement peut être omis.
L'électrode d'amorçage est assemblée comme un tout et montée dans l'ignitron par une ouverture 27 pratiquée dans le fond de celui-ci. Un scellement en verre 28 entre une collerette appropriée 29 entourant cette ouverture et le tube isolant sert de fermeture hermétique et de support à l'électrode précitée.
Il est parfois indiqué d'employer un scellement de verre "à gradations" entre la collerette 29 et le tube isolant 20, par exemple, si le noyau d'amenée 15 est en une matière ayant un coëfficient de dilatation très différent de celui de la collerette 29. On scelle alors à chacun d'eux une pièce de verre à coëfficient de dilatation approprié et entre les deux on scelle un troisième morceau de verre à coefficient de dilata- ' tion intermédiaire, réalisant ainsi un scellement complet.
La construction de l'allumeur peut se faire convenable- ment par le procédé de "compression à haute température" .qui, -en bref, consiste dans les opérations suivantes : un mélange approprié d'ingrédients dans un moule de forme et lui appliquer simultanément une pression et une chaleur suffisantes pour transformer les ingrédients en une masse homogène rigide ayant les caractéristiques électriques désirées. La tête 24 est
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rendue aussi partie intégrante de l'allumeur pendant l'applica- tion de la chaleur et de la pression. Ceci se réalise de pré- férence en insérant la tête 24 dans le moule de forme du côté du poinçon servant à appliquer la pression.
La paroi de la tête côté mélange s'amalgame avec les ingrédients sous les effets de la pression et de la chaleur et il n'y a plus de'ligne de démarca- tion définie entre la tête et le corps. De préférence la tête et le chapeau 25 sont en graphite. L'allumeur brut peut alors être façonné sous sa forme définitive au moyen d'opérations d'usinage courantes telles que forage, rognage et polissage.
Un critère des caractères électriques d'un allumeur est défini par la soi-disant "résistance à froid!! qui est la valeur de la résistance existant entre la tête de l'allumeur et un bain de mercure lorsque le bout inférieur de l'allumeur est plongé jusqu'à une certaine profondeur dans ce bain de mercure; la mesure de la résistance à froid se fait à. la tempé- rature ambiante.
Un ordre de grandeur souhaitable de la résistance à froid pour le type d'allumeur décrit ici est 100 ohms pour l'é- bauche brute, ce qui donne une résistance à froid d'environ 500 ohms après la mise en forme et la finition. La résistance de 1'allumeur est une fonction du mélange, de la pression et de la chaleur utilisés pendant la fabrication de l'allumeur brut.
Les valeurs de résistance susmentionnées ont été jugées bonnes pour des allumeurs utilisés dans des circuits d'allumage à haute tension. Cependant des valeurs de résistance d'allumeurs très différentes peuvent être trouvées convenables, lorsque ces allu- meurs sont employésdans des types différents de circuits d'al- lumage, et pour des matières d'allumeur ayant d'autres composi- tions.