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L'invention concerne des instruments électriques à décharge de vapeur de mercure comportant un tube qui enveloppe une anode et une cathode, entre lesquels s'effectue pendant le fonctionnement une décharge électrique dans une atmosphère, qui contient de la vapeur de mercure, la- quelle est obtenue par vaporisation à l'intérieur du tube de mercure li- quide provenant d'un réservoir alimentaire.
De tels appareils sont utilisés depuis de nombreuses années, et suivant une forme d'exécution habituelle la cathode est formée par un bain de mercure liquide et la décharge se produit entre la masse de mer- cure et l'anode. La décharge ne se produit qu'à partir d'une petite frac- tion de la surface de la masse de mercure, fraction qui est habituellement désignée sous l'expression de tàche cathodique. La surface de la tache cathodique dépend du courant fourni et la densité de courant au-dessus de la tache cathodique est de l'ordre de grandeur de 4000 ampères par cen- timètre carré. La chaleur dégagée à l'endroit de la tache cathodique est ainsi considérable et donne lieu, comme il est bien connu, à une forte émis- sion de vapeur de mercure.
La pression élevée qui se produit à la suite de cette émission de vapeur fait en sorte que la tache se déplace rapidement au-dessus de la surface supérieure de la masse de mercure.
L'émission de fortes quantités de vapeur exige l'emploi de grandes surfaces réfrigérentes, sur lesquelles la vapeur de mercure peut se condenser et d'où le mercure précipité retourne alors à la cathode mercurielle.
En outre, l'apparition de jets de vapeur irréguliers extrarapides (effet Tanberg) à partir de la tache cathodique rend nécessaire la formation de trajets d'arc brisés entre la cathode'et la ou les anodes.
Ceci a pour résultat que la chute de tension le long de l'arc augmente et que par suite le rendement de l'instrument diminue.
Même dans le cas des instrument modernes à cuve en acier à refroidissement par air et fonctionnant sans pompe la contenance électrique active de l'instrument, c'est-à-dire la capacité de l'espace dans lequel s'opère la décharge ne comprend que 20% environ de l'espace totale, qui est délimité par la douille.
Par suite, la forte émission de vapeur provenant de la tache cathodique a une grande importance sur les dimensions de la douille et par conséquent aussi sur le coût total et les dimensions de l'installation comprenant un instrument de ce genre, ce qui a imposé des limitations importantes à l'emploi d'appareils électriques à décharge de vapeur de mercure dans les applications où ces considérations ont de l'importance.
Depuis longtemps on a cherché à réaliser une disposition de cathode, qui ne donne pas lieu à une forte émission de vapeur de mercure, et un résultat important de ces essais consiste dans le développement du redresseur diode à vapeur de mercure et de la triode à vapeur de mercure, grâce à l'utilisation d'une cathode à couche d'oxyde émissive d'électrons, laquelle est échauffée à l'aide d'un appareil de chauffage, qui est alimen- té à partir d'une source de courant extérieure. Les avantages qui peuvent être obtenus par la suppression de la vaporisation de mercure de la cathode et les jets de vapeur ultra rapides correspondants proviennent indubitablement de l'emploi de ces cathodes à recouvrement d'oxydes.
Malheureusement, les instruments électriques à décharge de vapeur à cathodes recouverts d'oxydes présentent ces inconvénients qu'ils sont limités à des courants de faible ampérage, qu'ils ne sont pas en état de supporter des surcharges dans une mesure égale à celle qui est rendue possible dans des instruments qui employent des cathodes à bain de mercure, que leur durée d'emploi est limitée par la durée de la cathode à recouvrement d'oxydes et enfin qu'un temps important est nécessaire pour les préchauffer avant qu'ils ne puissent fonctionner.
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Dans les essais de stabilisation de la décharge dans les instruments à décharge de vapeur comportant -une cathode à mercure liquide,on a proposé de prévoir une tige ou broche en métal capable de résister à l'arc,qui fait saillie au-dessus de la surface du dépôt de mercure. Sous l'action d'une décharge électrique le mercure est susceptible d'humecter la tige suivant une ligne de contact entre mercure et tige, d'en formation d'un ménisque concave à la ligne de contact. Dans les conditions d'exploitation d'un courant de décharge relativement faible, la décharge peut s'ancrer, respectivement se fixer au ménisque concave.
Lors d'une mise en oeuvre de cette technique, on a utilisé une spirale constituée par une bande de molybdène et il a été ainsi possible d'obtenir un ancrage ou une fixation jusqu'à un courant de décharge d'environ 100 ampères. Par suite, l'emploi de cette technique est limitée à des instruments susceptibles de fournir un faible débit de courant. En outre, par suite de l'apparition occasionnelle de jets de vapeurs ultra rapides, dans le cas de cette technique, il a paru impossible d'obtenir une diminution importante des dimensions de la douille.
Dans le brevet anglais 670.416 est encore décrit une autre variante d'exécution de cette technique dans laquelle la cathode est formée par un bain de mercure et la "tache" cathodique a la forme d'une ligne qui s'étend circulairement autour du bord périphérique supérieur du bain de mercure et s'y trouve maintenue du fait que le réservoir contenant le bain de mercure est constitué en un métal capable de résister à l'arc, métal qui est humecté par le mercure liquide pour former un ménisque concave, ce qui ne donne pas lieu à crépitements à cause du bombardement d'ions pendant le fonctionnement.
Un court trajet de haute conductibilité de transmission de chaleur est créé par le métal du réservoir capable de résister à l'arc sur les bords périphériques précités et une surface de répartition de chaleur est prévue en dehors du réservoir contenant le bain de mercure et en contact avec un agent frigorifique.
L'invention conforme au brevet anglais N 670.416 a en outre démontré la possibilité de diminuer considérablement-les dimensions du tube par rapport à celle des instruments déjà connus, et cela grâce à la diminution de la vaporisation du mercure comparée à celle qui se présente dans les instruments électriques à décharge de vapeur de mercure. Cependant, à cause de l'apparition éventuelle de jets ultra rapides, le contenu du tube est plus grand qu'il ne serait nécessaire dans le cas de suppression totale des jets de vapeur précités. Le courant maximum qu'il est possible d'obtenir avec des instruments de ce type n'est de nouveau pas supérieur à 100 ampères.
Cette limitation est une conséquence du chauffage exagérément fort des parois de la chappe du réservoir contenant la cathode, lorsqu'il est traversé par des courants relativement élevés. Il est alors difficile de refroidir suffisamment la chappe pour assurer un ancrage ou une fixation. La fabrication de chappes de plus grands diamètres en vue de supprimer cet inconvénient est malaisé et coûteux.
Un objet de l'invention consiste dans la création d'instruments électriques perfectionnés à décharge de vapeur de mercure, dans lesquels des jets de vapeur ultra-rapides peuvent être totalement évités, de telle sorte que la capacité du tube peut être abaissée à une valeur qui est beau,,:, coup plus petite que celle des instruments de ce genre connus, où l'on em- ploie comme cathode du mercure liquide.
Un autre objet de l'invention consiste dans la création d'instruments électriques perfectionnés à décharge de vapeur de mercure comportant une cathode de mercure, dans laquelle la masse de mercure nécessaire dans le réservoir est beaucoup moindre que celle qui est requise dans les instruments électriques à décharge de vapeur de mercure connus comprenant des cathodes de mercure.
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Un autre objet de l'invention consiste dans la création d'une cathode perfectionnée utilisable dans les instruments électriques à déchar- ge de vapeur de mercure, ainsi que dans les instruments, dans lesquels la cathode perfectionnée est employée.
L'invention se base sur les découvertes suivantes : a) que sous l'influence d'une décharge électrique une surface importante - et si c'est nécessaire la surface entière - d'un organe de construction se trouvant à l'intérieur du tube et constituée en un métal capable de résister à l'arc, comme par exemple en molybdène ou wolfram peut être humectée par du mercure afin de former ainsi sur elle un mince film de mercure;
b) lorsqu'une décharge électrique entre une anode et un point sur le film de mercure, celle-ci servant de cathode, se produit, alors la tache cathodique s'étend rapidement au-dessus d'une région considérable- ou même sur toute surface-du film et demeure en cet état aussi longtemps que le film persiste, grâce à quoi la densité du courant peut être maintenue beaucoup plus petite que dans les dispositifs connus, et c) du fait que la cathode de mercure présente la forme d'un mince film et que la densité du courant est diminuée, le refroidissement de la cathode est facilité, et l'on peut maintenir les conditions de températures pour lesquelles la vapeur de mercure se dépose sur l'organe de construction précité, en vue de maintenir le film et par suite la décharge.
Conformément à l'invention, dans les instruments électriques à décharge de vapeur de mercure du type précité, la cathode présente la forme d'un mince film de mercure sur un organe, tige ou autre, en métal résistant à l'arc, tandis que l'instrument est construit de façon que lors de son fonctionnement se maintient sur toute l'étendue du courant de l'instrument le film de mercure grâce à la précipitation de vapeur de mercure provenant, de l'atmosphère de travail de la vapeur de mercure sur le susdit organe.
En outre, conformément à l'invention, dans les instruments électriques à décharge de vapeur de mercure du type précité, la cathode présente un mince film de mercure sur une surface plane convexe d'un organe en métal capable de résister à l'arc; le mode de fabrication dé l'instrument est en outre tel que lors du fonctionnement le film de mercure est maintenu par condensation de vapeur de mercure provenant de la susdite atmosphère sur la surface précitée plane ou convexe sur toute l'étendue de courant de l'ins- trument.
De plus, il est proposé suivant l'invention pour réaliser une cathode, qui présente un mince film de mercure sur une surface d'un organe en métal résistant à l'arc, en vue de son utilisation dans des instruments électriques à décharge de vapeur de mercure du type précité, de passer par les phases de fabrication suivantes : l'organe en métal résistant à l'arc est monté dans un tube ;
en même temps qu'une anode'et une quantité de mercure liquide, qui est en contact avec ledit organe de construction, on fait le vide dans le tube, une décharge électrique est réalisée entre anode et mercure et la température d'au moins une fraction de la surface du susdit organe est maintenue à l'intérieur du tube en-dessous de la température de saturation de la vapeur de mercure, qui est obtenue par la décharge, en vue d'obtenir ainsi la formation d'un film mince de mercure sur la surface précitée. L'invention concerne en outre des cathodes fabriquées de cette manière,ainsi que des instruments électriques à décharge de vapeur, qui contiennent de telles cathodes.
L'invention sera maintenant décrite en détail avec référence aux dessins annexés qui en donnent une forme d'exécution à titre d'exemple.
Dans ce dessin :
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Fig. 1 à 6 donnent une coupe longitudinale dans six formes d'exé- cution de l'invention,;
Fig. 7 à 10 donnent des vues schématiques destinées à la compréhension des diverses formes d'exécution du procédé conforme à l'invention, tandis que,
Fig. 11 à 12 représentent deux appareils de démarrage pour le désamorçage d'un instrument électrique à décharge conforme à l'invention.
La forme d'exécution de l'invention représentée à titre d'exemple en fig. 1 convient à des courants de 3 à 10 ampères. Un tube de verre 10 présente une partie inférieure en forme de calotte, qui contient le bain de mercure 11. Une tige 12 en métal résistant à l'arc, par exemple en molybdène ou wolfram, traverse de manière étanche au vide la base du tube, et la tête 13 de la tige 12 fait saillie au-dessus du niveau supérieur du bain de mercure. L'extrémité 14 de la tige 12 située à l'extérieur du'tube est pourvue d'ailettes de refroidissement 15. En général, il n'est pas nécessaire de souffler de l'air sur les ailettes de refroidissement 15. Une circulation par convexion suffit normalement en général.
Une anode 16 est disposée à la partie supérieure du tube 10, tandis qu'une tige de connexion d'anode 17 traverse de manière étanche au vide le dôme du tube. Une électrode de contrôle 18 est prévue entre l'anode 16 et la surface supérieure 13 de la tige 12; elle est portée par deux tiges d'entrée 19, 20, qui traversent de manière étanche au vide le dôme du tube.
Une électrode d'amorçage 21 repose sur un ressort 22, par lequel il est en relation avec une tige d'entrée 23, qui traverse de manière étanche au vide l'extrémité d'un bras latéral 24 du tube: Un électro-aimant (non représenté) est prévu en vue de pouvoir soulever et abaisser de manière connue l'électrode d'amorçage 21. Le tube 10 est dans sa totalité, à l'exception de sa base, enveloppé par une chemise 25. Pendant la fabrication , il se forme un film de mercure sur la face supérieure de la tige 12, ainsi qu'il est décrit ci-après.
Pour l'amorçage du tube représenté en Fig. l, on dispose une source de tension d'allumage entre l'électrode de démarrage et la tige de cathode 12, et l'électrode d'amorçage est amené en contact intime avec le film de mercure sur la surface supérieure de la tige 12. Ceci provoque la décharge, qui peut être transmise de la manière habituelle à l'anode 16 par application d'un potentiel approprié sur l'électrode de contrôle 18.
La décharge s'étend rapidement au-dessus du film entièr de mercure sur la face supérieure 13 de la tige 12.
La chemise 25 sert à garantir que la température de la douille est maintenue dans l'appareil au-dessus de la température de saturation de la vapeur de mercure. Le refroidissement du film de mercure sur la face supérieure 13 de la tige est réglé de manière à garantir que la température du film se trouve en-dessous de la température de saturation de la vapeur de mercure. En conséquence, la vapeur de mercure se dépose sur la face supérieure 13 de la tige 12 et maintient ainsi le film en place.
Il suffit en général de prendre soin que la température du film sur la face supérieure 13 de la tige 12 soit environ inférieure de 10 à la température du tube 10. La température du bain de mercure 11 doit naturellement être comprise entre les valeurs limites connues, qui dépendent de la tension envisagée dans le but de maintenir la pression de vapeur requise à l'intérieur du tube.
L'emploi de la chemise 25 est dans la forme d'exécution de la f ig. 1 d'importance essentielle, car sans la chemise les conditions de fonctionnement peuvent se modifier si rapidement que la température d'une partie
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du tube 10 tombe sous celle de la face supérieure 13 de la tige 12. Lors- que cela arrive, la condensation de la vapeur sur la face supérieure 13 cesse, ce qui met fin au fonctionnement de l'instrument. L'électrode de contrôle 18 peut aussi être utilisé comme électrode excitatrice.
Comme il ressort de la fig. 2, celle-ci donne une coupe longi- tudinale schématique au travers d'une deuxième forme d'exécution de l'in- vention,laquelle convient pour des applications où le courant est compris entre 3 et 150 ampères, et dans laquelle la partie principale du tube est formée par un cylindre en acier 16, dont la face intérieure constitue l'a- node. La tige 12 est en cuivre et présente par suite une bonne conductibili- té calorifique. A sa partie supérieure, ladite tige est montée de manière étanche au vide dans un manchon en acier 26, qui à son tour est monté dans une pièce en verre 27 de manière étanche au vide. La pièce en verre 27 est elle-même insérée de manière étanche au vide dans une buselure en acier 28, qui est en relation avec l'extrémité inférieure du cylindre anodique 16.
Une coiffe 13 en métal résistant à l'arc repose sur le sommet aussi bien de la tige 12 que du manchon 26. La coiffe 13 en métal capable de résister à l'arc peut prendre toute forme désirée au-dessus du sommet des organes
12 et 26, par exemple être conformée comme elle est décrite dans la Revue "Transactions of the Electro-Chemical Society", volume 96, 1949, page 389 sous le titre :"Vapour phase déposition of refractory materials".
Une bague en porcelaine 29 entoure la coiffe 13 à une certaine distance de celle-ci pour former,ainsi un réservoir annulaire contenantle mercure 11. Les tiges d'entrée 19 et 20 de l'électrode de contrôle 18 traversent de manière étanche au vide un isolateur en verre 30, dont l'enveloppe extérieure est en relation de manière étanche au vide avec une bu-- selure en acier 31, qui de son côté est en relation avec l'extrêmité supérieure du cylindre anodique 16. Un cylindre 32 réalisé en acier inoxydable dont le bout supérieur est obturé traverse de maniore étanche au vide par son milieu l'isolateur 30 et est entouré par le bobinage 33 d''un électroaimant. L'électrode d'amorçage 21 est supportée par une tige 34, dont le sommet porte un induit en fer doux 35.
La tige 34 est reliée par l'intermédiaire d'un ressort 22 à l'extrêmité supérieure obturée du cylindre 32, en vue de pouvoir porter l'électrode d'amorçage au potentiel d'allumage.
La partie principale du cylindre anodique est entourée par une buselure 36 en métal bon conducteur (comme par exemple en cuivre), laquelle comporte des ailettes de refroidissement 37 rapportées ou venues avec elle.
La partie centrale de la buselure 36 comprise entre les bords internes des deux buselures 28 et 31 est séparée du cylindre anodique 16 de quelques centièmes de millimetres par un petit espace d'air, grâce à quoi la transmission de chaleur du cylindre anodique à la buselure 36 est normalement mauvaise.
Pendant la fabrication du tube sur la coiffe 13, il se produit un mince film de mercure de la manière décrite ci-apres.
Lors du fonctionnement, l'allumage résulte de ce qu'une tension d'allumage approprié est appliquée entre l'électrode d'amorçage 21 et la coiffe cathodique 13 et 1'électro-aimant 33 est excité, en vue d'écarter en la relevant l'électrode d'amorçage 21 du film de mercure et ainsi provo quer la décharge. La décharge s'étend tres rapidement au-dessus du film sur la coiffe 13 et elle peut être dirigée vers l'anode 16 de manière con nue en appliquant un potentiel approprié à l'électrode d'amorçage.
Comme l'espace entre le cylindre anodique 16 et la buselure 36 empêche une transmission efficace de la chaleur vers la buselure 36, le refroidissement du cylindre anodique 16 est suffisamment petit pour garantir qu'une condensation de vapeur n'a lieu que sur la coiffe 13. Lorsque la température du cylindre anodique 16 monte, alors l'intervalle entre le cylindre anodique 16 et la buselure 36 devient toujours plus étroit, jusqu'à ce
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que les deux organes entrent en contact commun. La transmission de chaleur devient alors meilleure et empêche on sur chauffage de l'anode cylindrique.
Un refroidissement est réalisé au moyen d'un courant d'air, qui circule entre les ailettes 15 et 37 en direction vers le haut. Comme dans la forme d'exécution de la fig. l, l'électrode de contrôle 18 peut servir d'électro- de excitatrice.
Fig. 3 représente un instrument à refroidissement par air comportant un.tube en verre pour des charges de 30 à 100 ampères. La coiffe 13 en molybdène présente une collerette 38, qui s'étent vers le bord inférieur 39 du tube 10 et est relié à celui de maniere étanche au vide. La coiffe 13 est refroidie par un bloc de cuivre 12, qui possède des ailettes de refroidissement 15, sur lesquelles est soufflé un courant d'air au moyen d'un ventilateur approprié (non représenté). Dans cette forme d'exécution, le tube de verre 10 ne possède pas de chemise.
En vue de garantir que le travail de l'instrument n'est pas influencé nuisiblement par le dépôt de vapeur mercurielle sur le tube 10 à proximité de la décharge, la chambre de vapeur est rétrécie au moyen d'un écran 40, qui s'étend au-dessus de l'anode 16 et de l'électrode d'amorçage 12. L'intervelle entre l'écran 40 et la paroi du tube 10 est maintenu étroit grâce à quoi la quantité de vapeur, qui s'échappe dans la partie supérieure du tube est trop petite pour-avoir une influence sur le fonctionnement de l'instrument.
La température de cette partie du tube 10, qui s'étend vers le bas à partir du bord inférieur de l'écran 40 est déterminée par la décharge et la température de la coiffe 13 peut être aisément maintenue suffisamment inférieure à celle de la susdite partie du tube 10, afin de garantir qu'il se produit une condensation de vapeur de mer-cure sur la face supérieure de la coiffe 13. Pour réaliser les conditions de température requises pour la condensation sur la face supérieure de la coiffe 13 déjà pendant le démarrage, on a prévu un dispositif de chauffage 41 pour chauffer la partie supérieure de l'instrument.
L'électrode d'amorçage présente dans cette forme d'exécution la conformation d'un clapet articulé 21., dont l'extrémité libre est norme,lement en contact avec le film de mercure réalisé sur la face supérieure du clapet et qui peut être écarté du film de mercure par l'électro-aimant 33 pendant la mise en marche. On a prévu des écrans ou barrages 61 en vue d'intercepter un rayonnement de chaleur de l'électrode de contrôle 18 et de l'anode 16 sur la.coiffe 13. On a prévu une électrode excitatrice 62.
Fig. 4 représente une forme d'exécution de l'invention comportant un ballon en verre à refroidissement par air et une cathode à refroidissement par eau pour fonctionner avec des courants de 50 à 100 ampères.
La coiffe 13 en molybdène est placée au-dessous de l'extrémité supérieure obturée d'un cylindre en acier 42, qui est scellé dans le ballon en verre.
De l'eau ou un autre agent de refroidissement est amené à la partie supérieure du cylindre 42 par un conduit 43 et, après qu'il a arrosé la surface intérieure de l'extrémité supérieure obturée du cylindre 42, est évacué à l'extérieur par un orifice de sortie 44. Le ballon en verre 10 n'est pas chemisé et peut par suite être refroidi par l'air ambiant,qui entoure l'instrument. Une condensation de vapeur de morsure sur la face supérieure de la coiffe 13 peut être assurée du fait que la température de l'agent de refroidissement, qui est utilisé pour refroidir la cathode est suffisamment inférieure à la température de l'air qui entoure le ballon 10, afin d'obtenir ainsi la différence de température requise entre le ballon 10 et laface supérieure de la coiffe 13.
En fig. 5 est représentée une forme d'exécution de l'invention en vue de l'utilisation de courants de 100 à 600 ampères. Le tube 10 est en acier et possède un réservoir à mercure annulaire 45, lequel entoure une partie verticale 46 qui est recouverte d'une coiffe 13 en molybdène.
La cathode est refroidie par un courant d'eau, comme dans la variante de
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Fig. 4. En outre l'organe 13 est constitué dans la forme représentée de façon à empêcher l'eau de refroidissement de s'écouler au-dessus de la moi- tié inférieure du réservoir annulaire 45. L'électrode d'amorçage 21 a la même forme qu'en Fig. 2 et elle est actionnée par l'électro-aimant 33.
Afin de permettre un mouvement vertical de la tige,qui supporte l'électro- de d'amorçage 21, l'extrémité supérieure de cotte tige est fixée à un souf- flet métallique 46.
Le refroidissement du tube résulte de ce que l'eau de refroidis- sement, qui afflue par l'orifice de sortie 44 du dispositif de refroidisse- ment de la cathode, traverse une chemise de réfrigération 47, lorsque la température de l'eau dans celle-ci dépasse une valeur prédéterminée, ce qui est établi par un thermostat qui est indiqué schématiquement en 48.
L'orifice de sortie 44 est relié par une soupape 49 à une tubulure d'entrée 50 de la chemise de réfrigération 47 et l'eau de refroidissement qui traverse la dite chemise s'évacue par une tubulure de sortie 50a.
La soupape 49 est normalement fermée et elle est ensuite ouverte par le thermostat lorsque la température de l'eau dans la chemise 47 atteint la valeur prédéterminée . La tige de commande 51 de la soupape 49 est en outre en relation avec une autre soupape 52, de telle sorte que, quand l'une des soupapes 49 ou 52 est ouverte, l'autre est fermée, de façon que l'eau, qui sort par l'orifice d'évacuation 44 du dispositif de refroidissement de la cathode, peut s'écouler au travers de la soupape 49 ou de la soupapé 52.
De cette façon on a la possibilité de régler exactement les conditions de température du tube et' de la cathode, afin de garantir qu'une condensation de la vapeur de mercure s'effectue seulement sur la coiffe 13 et non sur le tube 10.
Il ressort de la Fig. 5 que la quantité de mercure contenue dais le réservoir peut être très réduite. Des essais de fonctionnement de l'instrument conforme à l'invention ont fait constater qu'une émissiond'électrons est manifestement limitée aux parties les plus froides du film de mercure existant sur la face supérieure de l'organe 13. Cet effet est utilisé dans la construction de la Fig. 5 pour éloigner l'eau de refroidissement de la moitié inférieure du réservoir annulaire 45. Ainsi, dans la forme d'exécution de la Fig. 5, il est possible d'abaisser la quantité de mercure du réservoir à quelques gouttes, - ou même à une goutte d'environ un centimètre cube.
L'anode 16 est en graphite, tandis que l'électrode de contrôle 18 est constituée par six éléments en forme de cône tronqué, qui sont disposés l'un dans l'autre, comme il est représenté, afin de créer un écran, qui intercepte directement le rayonnement de chaleur de l'anode 16 vers la coiffe 13.
La Fig. 6 (en-dessous de Fig. 3) représente une forme d'exécution de l'invention, dans laquelle la cathode présente une forme cylindrique et est constituée par un cylindre en acier 53, qui est recouvert d'une couche 13 de molybdène ou d'un métal quelconque capable de résister à l'arc.
Celle-ci est entourée par un autre cylindre en acier 16, dont la surface interne forme l'anode de l'instrument, tandis que l'électrode de contrôle 18 entoure également la cathode. Les intervalles entre les deux extrémités du cylindre cathodique 53 et les extrémités correspondantes du cylindre anodique sont obturées par les deux joints en verre 54 et 55. Le joint en verre 55 présente une forme telle qu'autour de l'extrémité inférieure de la cathede est constitué un réservoir annulaire concentrique qui contient le mercure 11.
Comme dans les formes d'exécution déjà décrites, il se forme lors du fonctionnement à la surface du métal capable de résister à l'arc un film de mercure et l'électrode d'amorçage 21 peut être amené en contact avec le mince film de mercure pendant la mise en marche pour être écarté ensuite du film de mercure au moyen d'un dispositif approprié (non représen-
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té) en vue de provoquer la décharge.
Pour amener la température de la cathode suffisamment en-dessous de celle de l'anode 16 et des joints en verre 54 et 55 et ainsi réaliser une condensation de vapeur mercurielle sur la cathode pour maintenir le film, un courant d'air ou d'eau de refroidissement, comme par exemple de l'eau, traverse le forage de la cathode et la. température de l'air ou du liquide de refroidissement est maintenu dans la mesure requise inférieure à la température de l'air entourant l'instrument.
La Fig. 7 est une représentation schématique destinée à l'explication d'un procédé de travail, grâce auquel un film mince de mercure peut être obtenu sur un organe en métal capable de résister à l'arc pendant la fabrication de l'instrument à décharge de vapeur de mercure. La surface sur laquellé,un film de mercure sera réalisé est la face frontale d'une coiffe cathodique 13 en matériau capable de résister à l'arc, comme par exemple en molybdène ou wolfram.
Le réservoir à mercure est de forme annulaire dans cette forme d'exécution et une masse suffisante de mercure 11 y est contenue pour déborder la face frontale de la coiffe 13. Le tube 10 est raccordé à une pompe à vide 56, qui au début sert à évacuer l'air hors du tube 10. Lorsque ceci est terminé, un courant de liquide de refroidissement est envoyé au travers du système de refroidissement de la cathode, comme il est indiqué par les flèches 57 et 58, et l'électrode d'amorçage 21 est actionnée, en vue de provoquer une décharge entre les surfaces du mercure liquide et de l'électrode d'amorçage. Grâce à l'application d'un potentiel convenable à l'électrode de contrôle 18, la décharge est transmise sur l'anode 16.
Le pompage est continué en vue d'aspirer les gaz, qui peuvent être cédés par les différents métaux à l'intérieur du tube et en vue d'évacuer plus tard la vapeur de mercure hors du tube. La vapeur de mercure aspirée est condensée dans un condensateur 59. Le courant de début est maintenu faible, par exemple à 3 ou 4 ampères.
Lorsque la vapeur de mercure est aspirée hors du tube 10, le niveau du mercure liquide tombe alors jusqu'à ce qu'il atteigne la facefrontale de la coiffe cathodique 13. Sous l'influence de la décharge une petite tache sur la coiffe 13 est humectée par le mercure. Une extension de cette tache est provoquée par l'augmentation progressive du courant; si c'est nécessaire, il peut se faire que la tache recouvre la face frontale totale de la coiffe 13. Le temps qui est employé pour humecter toute la face frontale peut s'étendre entre 4 et 12 heures suivant la grandeur de la surface à humecter. Pour des instruments de 60 ampères la coiffe cathodiq# peut présenter un diamètre d'environ 100 mm, et il faut attendre environ 8 heures avant que toute la surface soit humectée.
Le pompage est continué jusqu'à ce que la masse de mercure 11 dans le réservoir annulaire soit abaissée à la quantité désirée. Pendant l'humectage, il est essentiel que la température de la coiffe 13, ou celle de la partie de la coiffe 13,,qui doit être humectée par le mercure, soit maintenue suffisamment basse pour que la condensation de vapeur de mercure ne se produise que sur la coiffe 13.
Un autre procédé de travail consiste à provoquer une décharge entre une petite goutte de mercure se trouvant à la surface supérieure de la cathode à humecter et une anode; ce procédé est illustré en Fig. 8. Il n'est alors pas nécessaire d'aspirer la vapeur de mercure.
Eventuellement, on peut prévoir une cavité dans la surface à humecter pour recevoir la goutte de mercure 11, comme il est montré en Fig.9.
La Fig. 10 représente un autre procédé de travail en vue de 1' obtention du film de mercure liquide sur la surface du corps 13. Ici aussi la cathode est refroidie et une décharge est réalisée à une anode sur la surface du corps liquide 11 constitué par du mercure, lequel est en contact avec l'organe 13. Sous l'influence de la décharge le mercure humecte la bordure de l'organe 13 et la surface humectée s'étend sur toute la face frontale
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de l'organe 13. Le refroidissement de l'organe 13 doit garantir que la condensation de vapeur de mercure se continue.
Il est compréhensible que la présente invention permet de pou- voir diminuer considérablement les dimensions des instruments électriques à décharge de vapeur de mercure, qui comportent des cathodes mercurielles.
En outre, la quantité de mercure utilisée dans des instruments de ce genre peut être amenée à ne constituer qu'un faille pourcentage des quantités nécessaires actuellement.
Dans les instruments conformes à l'invention, la décharge est ancrée pendant le fonctionnement, mais contrairement aux procédés connus comportant un tel ancrage la tache cathodique s'étend au-dessus d'une sur- face et ne se propage pas seulement le long d'une ligne d'humectation entre une masse de mercure et une tige ou une coiffe d'ancrage. Il existe dif- férentes variantes de construction de tels instruments à décharge, dans les- quels la décharge part de la surface humectée de mercure de l'organe 13.
Si des instruments conformes à l'invention doivent être utilisés dans des véhicules, spécialement dans des avions, dans lesquels les instru-ments sont secoués ou même renversés tête en bas, on peut aussi obtenir dans ces cas un travail satisfaisant pour autant que le réservoir à mercure ne contienne qu'une minime quantité de mercure, par exemple rien qu'une goutte et que l'instrument soit construit de telle manière que, quand le mercure quitte sa position normale, il ne se produise pas de court-circuitage d'électrodes ou d'autres organes, lesquels doivent être isolés l'un par rapport à l'autre.
En cas d'emploi normale, la décharge doit toujours partir du mince film de mercure. Bien que l'on ait représenté et décrit les procédés de mise en marche les plus habituels, il faut remarquer que l'on pourrait aussi employer d'autres procédés. Par exemple on peut utiliser une mise en marche capacitive. Suivant ce procédé de démarrage une électrode est disposée à une distance réduite de mince film'liquide et une courte Impulsion tensionnelle est appliquée pour provoquer ainsi la décharge.
Ce procédé de démarrage est connu en ce qui concerne les instruments électriques à décharge de vapeur de mercure, qui utilisent une masse de mercure comme cathode ; cependant il faut remarquer que la réaction sur l'électrode d'amor- çage dans le cas d'un instrument conforme à l'invention est considérablement plus petite que dans les appareils connus, d'où résulte une augmentation de la durée d'emploi de l'électrode d'amorçage. Cet avantage est de grande importance, car l'électrode d'amorçage est généralement le premier organe qui doit être remplacé.
La Fig. 11 représente un appareil de démarrage capacitif, dans lequel l'électrode d'amorçage 21 est profilée en forme de coupe à sa partie inférieure, dont le rayon de courbure est un peu plus petit que le rayon de courbure d'une cavité semi-circulaire ménagée dans la coiffe 13. L'in tervalle entre l'extrémité en forme de coupe de l'électrode 21 et le mince film de mercure surmontant la coiffe 13 est égal à une fraction de milli mètre. Pendant le démarrage et le fonctionnement, l'électrode 21 conserve la position représentée.
Un autre procédé d'amorçage repose sur l'emploi du procédé de "l'ignitron". Dans le procédé de l'ignitmn, un semi conducteur est maintenu en contact avec le film de mercure de la coiffe 13. Une forme d'exécution d'un tel instrument est représenté en Fig. 12; on y voit que le semi-conducteur 21 est rétréci, son extrémité de petit diamètre saillant dans une cavité de la coiffe 13.
Il est visible que dans la disposition suivant Fig. 11, l'élec- trode de démarrage est très rapprochée du film de mercure de la coiffe 13, tandis que dans la disposition suivant Fig. 12, l'électrode d'amorçage est en contact avec le film de mercure de la coiffe 13. Il en résulte que lors de l'amorçage, la décharge se produit immédiatement à partir du film de mer-
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cure et elle s'étend alors immédiatement sur la surface humectée. Il est essentiellement avantageux de prévoir une électrode excitatrice 62 (Fig.
11 et 12) qui entoure de très près l'électrode d'amorçage dans le tut d'oltenir un allumage aisé et de protéger l'électrode d'amorçage dans une cer taine mesure avant la décharge principale. La décharge principale peut être écartée de l'électrode d'amorçage, comme il est décrit dans le brevet anglais 70.417. La durée de l'électrode d'amorçage 21 de la Fig. 12 peut être plus longue que ce n'est le cas des "ignitrons" habituels.
Bien que l'on a décrit des formes d'exécution dans lesquelles la surface frontale de la cathode est plane, respectivement unie, on comprend aisément que ladite surface peut aussi former une surface convexe.
REVENDICATIONS.
1. Perfectionnement aux instruments à décharge de vapeur de mercure comportant un tube, qui enveloppe une anode et une cathode, entre lesquelles lors du fonctionnement, une décharge électrique se produit dans une atmosphère (atmosphère de travail), qui contient de la vapeur de mercure qui est obtenue par vaporisation du mercure liquide contenu dans un réservoir (coupelle) logé dans ce but dans le tube, caractérisé en ce que la cathode présente un mince film de mercure sur un organe en métal capable de résister à l'arc, et en ce que l'instrument est construit de manière telle que lors de son fonctionnement il maintient le film de mercure obtenu par condensation de vapeur de mercure prise hors de l'atmosphère de travail sur le susdit organe pendant toute l'étendue de courant de l'instrument.