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Circuit à temps
Cette invention porte sur un circuit électronique à temps destiné à être utilisé notamment avec une alimentation en tension alternative.
Les appareils de soudure par résistance utilisent fréquemment un circuit électronique à temps pour déterminer la durée de certaines opérations successives. un utilise actuellement à cette fin et pour d'autres usages, un certain nombre de circuits à temps différents comportant une valve électrique qui devient con- ductiice à la fin de l'intervalle de temps. Toutefois, autant que l'on sache, ces circuits antérieurs ont un fonctionnement assez irrégulier dans certaines circonstances, ou bien ils comportent un trop grand nombre d'éléments pour être économiquement pratiques dans de nombreuses applications.
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Les plus pratiques de ces circuits à temps antérieurs sont pourvus d'une connexion entre le circuit de commande de la valve et la source de tension alternative. Il en résulte que le circuit de commande de la valve subit les à-coups de tension qui peuvent se produire dans les lignes d'alimentation, par le fonc- tionnement d'autres appareils branchés sur ces mêmes lignes, par exemple . Par conséquent, une surtention, d'une certaine polarité et de valeur suffisante peut rendre la valve conductrice indépen- damment du temps., et le fonctionnement de l'installation peut s'en ressentir sérieusement.
La présente invention a par conséquent pour but d'offrir: - Un nouveau circuit électronique à temps perfectionné.
-Un nouveau circuit à temps de construction pratique évitant sensiblement toute variation de l'intervalle de temps ayant pour origines les surtensions d'alimentation.
- Un nouveau circuit à temps comportant,une valve électrique qui est rendue conductrice au bout d'un intervalle de temps de durée préalablement déterminée et mesuré avec pré- cision.
- Un nouveau circuit à temps comportant une valve élec- trique qui est rendue conductrice au bout d'un intervalle de temps de durée préalablement déterminée et mesuré avec précision, et évitant sensiblement toute variation de l'intervalle de temps ayant pour origine les surtensions d'alimentation.
L'invention elle-même, ainsi que ses autres buts et avantages, ressortiront mieux de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée en référence au dessin annexé, dont la figure unique est un schéma d'un montage préféré de l'invention.
Si l'on considère le dessin, un transformateur d'alimen- tation 3 présente un enroulement primaire 5 alimenté par une paire
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de lignes d'alimentation tension alternative 7 et 9, et un enrou- lement secondaire 11 pourvu d'une paire de bornes d'extrémités 13 et 15 et d'une borne internédiaire 17. La borne de l'extrémité de droite, 15, de l'enroulement secondaire 11 est connectée au moyen de la bobine d'excitation 19 d'un relais 21 et d'une résistance 23 à l'anode 25 d'une valve électrique 27, de préférence du type à arc, un thyratron par exemple. La cathode 29 du tube 27 est connectée par une résistance 31 à la même borne d'extrémité 15 de l'enroulement secondaire 11.
Cette cathode 29 est également con- nectée à la borne intermédiaire 17 de l'enroulement secondaire 11 par l'interrupteur de démarrage normalement ouvert 33. L'inter- rupteur 33 est shunté par le contact normalement ouvert 35 d'un relais de réalisation 37, dont la bobine d'excitation 39 est connectée entre la cathode 29 et la borne de droite 15 du secon- daire 11 au moyen d'un interrupteur d'arrêt normalement fermé 41.
Une première capacité 43 et une résistance 45 sont con- nectées en série, dans l'ordre cité, de la borne intermédiaire 17 de l'enroulement secondaire 11 à la borne de l'extrémité gauche 13. L'électrode de commande 47 du tube 27 est connectée par une résistance de grille 49 et une seconde capacité 51 à un point 53 situé entre la première capacité 43 et sa résistance associée 45. Une résistance variable 55, qui peut être graduée en unités de temps dans la gamme de fonctionnement pour laquelle le circuit est construit, est montée en dérivation sur la se- conde capacité 51.
Puisque le relais 21 doit être alimenté par le tube 27, une capacité appropriée 57 peut être connectée en shunt avec sa bobine d'excitation 19 afin de le maintenir dans sa position d'excitation pendant chaque demi-période négative de courant alternatif suivant une demi-période positive pour laquelle le tube 27 est conducteur. Un entend par demi-période positive, une
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demi-période pendant laquelle l'anode du tube 27 est positive par rapport à la cathode.
Une charge appropriée 59 est connectée entre les bornes d'extrémité 13 et 15 de l'enroulement secondaire 11 par le con- tact normalement ouvert 61 du relais 21.
Pour faire fonctionner l'appareil, on peut fermer l'in- terrupteur de démarrage 33 pour faire commencer l'intervalle de temps. Avant la manoeuvre de l'interrupteur de démarrage 33, la seconde capacité 51 est chargée à une valeur maximum préala- blement déterminée par la tension apparaissant dans la partie de l'enroulement secondaire 11 comprise entre la borne de droite 15 et la borne intermédiaire 17, plus la tension apparaissant aux bornes de la première capacité 43. Lorsque la tension sur l'en- roulement secondaire Il donne à sa borne d'extrémité gauche 13 une polarité positive par rapport à la borne d'extrémité droite 15, le courant passe du point 53 situé entre la première capacité 43 et sa résistance associée 45, par la seconde capacité 51, la résistance de grille 49,
l'électrode de commande 47 et la ca- thode 29 du tube 27 .et, par la résistance 31,à la borne de droite 15 du secondaire. Puisque le circuit électrode de commande- ca.thode à l'intérieur de la valve 27 forme effectivement un re- dresseur, il n'y passe pratiquement aucun courant lorsque l'élec- trode de commande est négative par rapport à la cathode. Par conséquent, pendant qu'un voltage alternatif apparaît aux bornes de la première capacité 43, la seconde capacité 51 se maximum charge à une valeur/ préalablement choisie. Le voltage sur la pre- mière capacité 43 est, naturellement décalé en arrière du voltage existant entre les bornes 13 et 17, le retard dans le montage pré- féré étant de l'ordre de 80 degrés.
Lorsque l'interrupteur de démarrage 33 est fermée il complète un circuit passant par la bobine d'excitation 39 du re-
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lais de réalimentation 37. Par suite, le contact 35 du relais se ferme afin d'assurer un circuit de réalimentation en déri- vation de l'interrupteur de démarrage. Un circuit allant de la cathode 29 à la borne intermédiaire 17 de l'enroulement secon- daire 11 se trouve ainsi fermé. Lorsque ce circuit de la cathode 29 à la borne intermédiaire 17 est fermé, toute charge de la seconde capacité 51 est empêchée et ne peut se produire avant que le voltage sur la seconde capacité 51 soit inférieur au voltage de la première capacité 43, ce qui ne se produit, comme on le verra plus loin, qu'après l'expiration de l'intervalle de temps.
Lorsque l'interrupteur de démarrage 33 est fermé, la première et la seconde capacités 43 et 51 sont connectées en série entre l'électrode de commande 47 et la cathode 29. Les caractéristiques du tube 27 exigent naturellement qu'un voltage plus positif qu'une valeur déterminée soit appliqué entre l'électrode de commande 47 et la cathode 29 pendant une demi- période positive pour que le tube devienne conducteur. Pour un tube)approprié, tel qu'un thyratron RCA-2050, la tension criti- que est de l'ordre de moins 6 volts.
La tension apparaissant alors entre l'électrode de commande 47 et la cathode 29 après fermeture de l'interrupteur de démarrage 33 est essentiellement à tout instant la sonme algébrique du voltage de la seconde capacité 51 et du voltage de la première capacité 43. La charge de la seconde capacité 51 est de polarité tendant à rendre l'électrode de commande 47 fortement négative par rapport à la cathode 29. Le voltage al- ternatif de la première capacité 43, tout en étant déphasé en arrière par rapport au voltage existant entre les bornes 13 et 17, est, en ce qui concerne son application entre l'électrode de commande et la cathode, déphasé en avant d'environ 80 degrés
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par rapport à la tension anode-cathode du tube.
Cependant, la valeur instantanée de crête du voltage de la première capacité est considérablement inférieur à la charge de la seconde capacité 51 lorsque l'on ferme l'interrupteur 33, de sorte que le tube 27 reste non conducteur.
La seconde capacité 51 ne se chargeant plus après fermeture de l'interrupteur de démarrage 33, elle commence à se décharger dans la résistance variable 55 en shunt avec elle à un taux préalablement choisi par le réglage de cette résistance.
Au bout d'un temps préalablement choisi déterminé par le réglage de la résistance 55, le voltage de la seconde capacité 51 est réduit à tel point que la somme alg/ébrique des voltages des pre- mière et seconde capacités devient plus positive que la valeur critique de conductibilité du tube 27. un préfère que le degré de déphasage en avant du voltage de la première capacité par rapport à la tension anode-cathode du tube, soit de l'ordre de 80 degrés car le voltage de la première capacité atteint alors sa valeur de crête dans le sens positif approximativement au même instant de la période de la tension d'alimentation auquel la ten- sion anode-cathode devient positive pour permettre la conducti- bilité du tube.
Par conséquent, si le tube doit être rendu conduc- teur pendant une demi-période, cette conductibilité se produira au début ou au voisinage du début de la demi-période.
Lorsque le tube 27 devient conducteur, le courant passe de la borne d'extrémité droite 15 de l'enroulement secondaire 11, par la bobine d'excitation 19 du relais 21, la résistance 23, l'anode 25 et la cathode 29 du tube 27, le contact fermé 35 du relais)de réalimentation 37, à la borne intermédiaire 17. Le relais 21 est ainsi excité pour compléter le circuit passant par la charge 59 et le tube 27 devenant conducteur au début ou presque d'une demi-période assure le fonctionnement bien déterminé' du relais.
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Par la suite, on peut ouvrir à volonté l'interrupteur d'arrêt 41 pour faire cesser l'excitation du relais de réalimen- tation 37 et rendre ainsi le tube 27 non conducteur. Il en résulte la cessation de l'excitation du relais 21 et l'ouverture du cir- cuit de charge. On peut amorcer à nouveau le fonctionnement du circuit à temps en refermant l'interrupteur de démarrage 33 après un court intervalle de temps pendant lequel la seconde capacité 51 se recharge.
Il est évident que l'instant particulier d'une période du voltage de la première capacité auquel le tube devient conduc- teur dépend du degré de déphasage de ce voltage par rapport à la tension anode-cathode. De plus, pour n'importe quel déphasage donné, le tube devient toujours conducteur aux cours des opérations successives approximativement au même instant relatif de la pé- riode du voltage de la première capacité, même pour des intervalles de temps différents compris dans une gamme pratique. Or, la condi- tion optimum pour le temps de décharge de la capacité exige que l'intervalle de temps expire 'lorsque le voltage restant encore dans la capacité en décharge, dans ce cas la seconde capacité 51, ait approximativement 37% de sa valeur primitive.
La condition opti- mum peut être représentée par les équations suivantes dans lesquel- les Ec est le voltage de la capacité, t représente le temps, R représente la résistance du circuit de décharge, C est la valeur de la capacité, et Eo est le voltage initial de la capacité. Les rapports de voltages pour une capacité en décharge peuvent être
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exprimés par : RC Ec = Eo (1 - e (1) = t E 0 e (2) dt RC Eo
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Or, dans la condition optimum selon laquelle une valve électrique doit être rendue conductrice par décharge d'une capacité, comme représenté, la variation du voltage de la capacité avec le temps est maximum lorsque la valve devient conductrice. On trouve cette condition avec la valeur maximum de l'équation (2).
En substituant la valeur de t ainsi trouvé dans l'équation (1), il ressort que :
Ec = 0,37 Eo
Pour obtenir cette condition optimum, il est donc nécessaire que le voltage instantané de la première capacité 43 à l'instant de la période auquel le tube 27 doit être rendu conducteur, soit approximativement 37% de la charge maximum primi- tive de la seconde capacité 51.
Pour éviter les effets indésirables des surtensions d'alimentation, selon l'invention, la relation entre la première capacité 43 et la résistance 45 est agencée de manière à former effectivement un filtre pour les surtensions que l'on rencontre habituellement. Ainsi, une surtension d'alimentation n'apparaît pas avec une valeur appréciable dans le voltage alternatif de la capacité 43, de sorte que tout effet indésirable sur le fonctionne- ment du tube 27 est pratiquement évité. En même temps, l'agence- ment doit être tel que le voltage de la première capacité 43 à un instant d'une demi-période de celui-ci correspondant à l'instant auquel le tubè doit devenir conducteur soit approxima- tivement 37% de la charge maximum de la seconde capacité 51.
Pour obtenir ces conditions,on choisit la résistance 45 et la capacité 43 pour former le filtre par rapport aux surtensions. On choisit la position de la borne intermédiaire 17 de manière à assurer le rapport de voltage désiré.
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On remarquera que la première capacité 43 forme non seulement partie du filtre pour les à-coups de voltage mais elle fournit également un voltage alternatif au circuit de commande du tube pour assurer le fonctionnement positif et permet en outre l'établissement de la condition optimum de temps de décharge de la capacité pour le fonctionnement du tube sur toute la gamme de réglage de temps.
Bien que l'on ait représenté et décrit une forme préférée de réalisation de l'invention, il est bien entendu,que l'on peut y apporter de nombreuses modifications sans sortir de son esprit.
Elle ne se limite donc pas au montage particulièrement décrit.
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Circuit in time
This invention relates to an electronic timing circuit intended for use in particular with an alternating voltage supply.
Resistance welding devices frequently use an electronic circuit in time to determine the duration of certain successive operations. One currently uses for this and other purposes a number of different time circuits having an electric valve which becomes conductive at the end of the time interval. However, to the best of our knowledge, these prior circuits either operate quite erratically in some circumstances, or they have too many elements to be economically practical in many applications.
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The most practical of these earlier time circuits are provided with a connection between the valve control circuit and the AC voltage source. As a result, the valve control circuit is subjected to the voltage surges which can occur in the supply lines, by the operation of other devices connected to these same lines, for example. Consequently, an overvoltage, of a certain polarity and of sufficient value can make the valve conductive regardless of time, and the operation of the installation can be seriously affected.
The object of the present invention is therefore to offer: - A new electronic circuit with improved time.
-A new circuit with practical construction time substantially avoiding any variation of the time interval having for origin the supply overvoltages.
- A new time circuit comprising an electric valve which is made conductive at the end of a time interval of predetermined duration and measured with precision.
- A new time circuit comprising an electric valve which is made conductive at the end of a time interval of duration previously determined and measured with precision, and substantially avoiding any variation of the time interval originating from overvoltages d 'food.
The invention itself, as well as its other objects and advantages, will emerge better from the following description of a particular embodiment given with reference to the accompanying drawing, the single figure of which is a diagram of a preferred assembly of the invention.
Considering the drawing, a supply transformer 3 has a primary winding 5 supplied by a pair.
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AC voltage supply lines 7 and 9, and a secondary winding 11 provided with a pair of end terminals 13 and 15 and an intermediate terminal 17. The terminal at the right end, 15, of the secondary winding 11 is connected by means of the excitation coil 19 of a relay 21 and of a resistor 23 to the anode 25 of an electric valve 27, preferably of the arc type, a thyratron per example. The cathode 29 of the tube 27 is connected by a resistor 31 to the same end terminal 15 of the secondary winding 11.
This cathode 29 is also connected to the intermediate terminal 17 of the secondary winding 11 by the normally open start switch 33. The switch 33 is bypassed by the normally open contact 35 of an embodiment relay 37. , the excitation coil 39 of which is connected between the cathode 29 and the right terminal 15 of the secondary 11 by means of a normally closed stop switch 41.
A first capacitor 43 and a resistor 45 are connected in series, in the order cited, from the intermediate terminal 17 of the secondary winding 11 to the terminal at the left end 13. The control electrode 47 of the tube 27 is connected by a gate resistor 49 and a second capacitor 51 to a point 53 located between the first capacitor 43 and its associated resistor 45. A variable resistor 55, which can be graduated in units of time in the operating range for which the circuit is built, is mounted as a bypass on the second capacitor 51.
Since the relay 21 must be powered by the tube 27, an appropriate capacitor 57 can be shunted with its excitation coil 19 in order to maintain it in its excitation position during each negative half-period of alternating current following one half. -positive period for which the tube 27 is conductive. One means by positive half-period, one
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half-period during which the anode of tube 27 is positive with respect to the cathode.
A suitable load 59 is connected between end terminals 13 and 15 of secondary winding 11 through normally open contact 61 of relay 21.
To operate the device, the start switch 33 can be closed to start the time interval. Before the start switch 33 is operated, the second capacitor 51 is charged to a maximum value previously determined by the voltage appearing in the part of the secondary winding 11 between the right terminal 15 and the intermediate terminal 17. , plus the voltage appearing at the terminals of the first capacitor 43. When the voltage on the secondary winding II gives its left end terminal 13 a positive polarity with respect to the right end terminal 15, current flows from the point 53 located between the first capacitor 43 and its associated resistance 45, through the second capacitor 51, the gate resistor 49,
the control electrode 47 and the cathode 29 of the tube 27 and, by the resistor 31, to the right terminal 15 of the secondary. Since the control electrode-cathode circuit within valve 27 effectively forms a rectifier, virtually no current passes through it when the control electrode is negative with respect to the cathode. Therefore, while an alternating voltage appears across the first capacitor 43, the second capacitor 51 is maximum charged to a pre-selected value /. The voltage on the first capacitor 43 is naturally shifted back from the voltage existing between terminals 13 and 17, the delay in the preferred assembly being of the order of 80 degrees.
When the start switch 33 is closed it completes a circuit passing through the excitation coil 39 of the re-
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Make-up line 37. As a result, relay contact 35 closes in order to provide a make-up circuit bypassing the start switch. A circuit going from the cathode 29 to the intermediate terminal 17 of the secondary winding 11 is thus closed. When this circuit from cathode 29 to intermediate terminal 17 is closed, any charging of second capacitor 51 is prevented and cannot occur until the voltage on second capacitor 51 is lower than voltage for first capacitor 43, which only occurs, as will be seen later, after the expiration of the time interval.
When the start switch 33 is closed, the first and second capacitors 43 and 51 are connected in series between the control electrode 47 and the cathode 29. The characteristics of the tube 27 naturally require that a voltage more positive than a determined value is applied between the control electrode 47 and the cathode 29 for a positive half-period so that the tube becomes conductive. For a suitable tube, such as an RCA-2050 thyratron, the critical voltage is on the order of minus 6 volts.
The voltage then appearing between the control electrode 47 and the cathode 29 after closing the start switch 33 is essentially at all times the algebraic sound of the voltage of the second capacitor 51 and the voltage of the first capacitor 43. The load of the second capacitor 51 is of polarity tending to make the control electrode 47 strongly negative with respect to the cathode 29. The alternating voltage of the first capacitor 43, while being out of phase back with respect to the voltage existing between them. terminals 13 and 17, is, as regards its application between the control electrode and the cathode, out of phase forward by about 80 degrees
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relative to the anode-cathode voltage of the tube.
However, the instantaneous peak value of the voltage of the first capacitor is considerably less than the charge of the second capacitor 51 when the switch 33 is turned on, so that the tube 27 remains non-conductive.
The second capacitor 51 no longer charging after closing the start switch 33, it begins to discharge in the variable resistor 55 by shunt with it at a rate previously chosen by the adjustment of this resistor.
At the end of a pre-chosen time determined by the adjustment of resistor 55, the voltage of the second capacitor 51 is reduced to such an extent that the alg / eric sum of the voltages of the first and second capacitors becomes more positive than the value. conductivity review of the tube 27. One prefers that the degree of phase shift in front of the voltage of the first capacitor with respect to the anode-cathode voltage of the tube, be of the order of 80 degrees because the voltage of the first capacitor then reaches its peak value in the positive direction at approximately the same time of the period of the supply voltage at which the anode-cathode voltage becomes positive to allow conductivity of the tube.
Therefore, if the tube is to be made conductive for half a period, this conductivity will occur at the start of or near the start of the half period.
When the tube 27 becomes conductive, current flows from the right end terminal 15 of the secondary winding 11, through the excitation coil 19 of the relay 21, the resistor 23, the anode 25 and the cathode 29 of the tube. 27, the closed contact 35 of the make-up relay 37, to the intermediate terminal 17. The relay 21 is thus energized to complete the circuit passing through the load 59 and the tube 27 becoming conductive at the beginning or almost of a half-period ensures the well-defined operation of the relay.
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Thereafter, the stop switch 41 can be opened at will to stop the energization of the resupply relay 37 and thus render the tube 27 non-conductive. This results in the cessation of energization of relay 21 and the opening of the charging circuit. The operation of the circuit can be started again in time by closing the start switch 33 again after a short time interval during which the second capacitor 51 is recharged.
It is evident that the particular instant of a period of the voltage of the first capacitor at which the tube becomes a conductor depends on the degree of phase shift of this voltage with respect to the anode-cathode voltage. Moreover, for any given phase shift, the tube always becomes conductive during successive operations at approximately the same relative instant of the period of the voltage of the first capacitor, even for different time intervals within a practical range. . Now, the optimum condition for the discharge time of the capacitor requires that the time interval expire when the voltage still remaining in the discharging capacitor, in this case the second capacitor 51, is approximately 37% of its value. primitive.
The optimum condition can be represented by the following equations in which Ec is the voltage of the capacitor, t represents the time, R represents the resistance of the discharge circuit, C is the value of the capacitance, and Eo is the initial voltage of the capacitor. The voltage ratios for a discharge capacity can be
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expressed by: RC Ec = Eo (1 - e (1) = t E 0 e (2) dt RC Eo
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Now, under the optimum condition that an electric valve must be made conductive by discharging a capacitor, as shown, the variation in the voltage of the capacitor with time is maximum when the valve becomes conductive. We find this condition with the maximum value of equation (2).
By substituting the value of t thus found in equation (1), it emerges that:
Ec = 0.37 Eo
To obtain this optimum condition, it is therefore necessary that the instantaneous voltage of the first capacitor 43 at the instant of the period at which the tube 27 is to be made conductive, be approximately 37% of the initial maximum charge of the second capacitor. 51.
To avoid the undesirable effects of supply overvoltages, according to the invention, the relationship between the first capacitor 43 and the resistor 45 is arranged so as to effectively form a filter for the overvoltages which are usually encountered. Thus, a supply overvoltage does not occur with appreciable value in the AC voltage of capacitor 43, so that any undesirable effect on the operation of tube 27 is practically avoided. At the same time, the arrangement must be such that the voltage of the first capacitor 43 at an instant of half a period thereof corresponding to the instant at which the tube is to become conductive is approximately 37%. of the maximum load of the second capacity 51.
To obtain these conditions, the resistor 45 and the capacitor 43 are chosen to form the filter with respect to the overvoltages. The position of the intermediate terminal 17 is chosen so as to ensure the desired voltage ratio.
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Note that the first capacitor 43 not only forms part of the voltage surge filter but also supplies an alternating voltage to the control circuit of the tube to ensure positive operation and further allows the establishment of the optimum condition of. capacity discharge time for tube operation over the entire time setting range.
Although a preferred embodiment of the invention has been shown and described, it is understood that numerous modifications can be made to it without going out of mind.
It is therefore not limited to the assembly particularly described.