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" COMMUTATEUR A AGENT DE CONTACT LIQUIDE " . -
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La présente invention est relative, de façon générale, à des dispositifs de commutation utilisant un liquide élec- triquement conducteur comme agent pour réaliser les contacts; et en particulier à des dispoeitifs de commutation du type dans lequel un film de liquide tel que du mercure ou ana- logue adhère à un élément de contact solide et sert comme surface de contact sur celui-ci. Par commodité, des disposi- tifs de commutation de ce type seront appelés dans la suite, de façon générale, commutateurs à contact liquide ; lorsque cela convient particulièrement, ces dispositifs de commutation seront appelés commutateurs à contact au mercure.
Dans des formes de réalisation typiques du commutateur à contact liquide, de petites quantités d'un liquide élec- triquement conducteur migrent d'une masse importante de ce liquide le long des surfaces d'un élément de contact solide mobile, en raison de la force adhésive entre le liquide et l'élément de contact solide.Pour promouvoir la migration du liquide, des trajets capillaires sont prévus à la surface de l'élément mobile. En conséquence, l'élément mobile se recouvre d'un film de liquide ; réponse à un signal d'actionnement, l'élément de contact recouvert de liquide est déplacé, sé- lectivement, en contact avec un élément de contact sur un élément de contact fixe, appartenant à une multiplicité d'élé- ments de contact fixes , en fermant ainsi un circuit élec- trique.
Bien que le commutateur à contact liquide convienne idéa- lêment pour réaliser des fonctions de commutation, le fonc- tionnement d'un tel commutateur est sérieusement gêné iorsque
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pendant le fonctionnement du commutateur, trop de liquide s'accumule sur les éléments de contact de l'élément à contact fixe ou lorsque trop de liquide s'accumule dans les régions situées entre des éléments de contact fixes au voisinage l'un de l'autre. Cette accumulation de liquide se produit entre autres des manières suivantes : (1) Lorsque l'élément de contact mobile fait contact avec un élément de contact de l'élément à contact fixe, une partie du liquide à l'interface entre l'élément mobile et l'élément de contact est chassé de l'interface à une vitesse relativement grande.
Souvent, de grandes quantités de ce li- quide à grande vitesse s'accumulent entre ces éléments à contact fixes situés l'un près de l'autre. Souvent, aussi, de grandes quantités de ce liquide animées d'une grande vitesse s'accumulent sur les éléments de contact .
(2) Le mouvement rapide de l'élément de contact revêtu de liquide et son choc contre les éléments de contact font que de petites globules de liquide volent en quittant à vitesse relativement grande l'élément revêtu de liquide.
Souvent, beaucoup de ces globules à grande vitesse s'accumu- lent entre des éléments de contact fixes situés l'un près de l'autre. Souvent aussi , beaucoup décès globules s'accumulent sur les éléments de contact.
(3) Lorsque l'élément de contact mobile rompt le contact avec un élément de contact de l'élément à contacts, un filament de liquide maintient un pont entre l'élément mobile et l'élément de contact pendant une courte période de temps.
Finalement, le filament de liquide est séparé et un petit globule de liquide ayant une vitesse relativement faible est alors rejeté et dirigé au hasard. Ce processus est illustré et décrit aux pages 1397, 8 et 9 du volume 32 du "Bell System Technical Journal" ( novembre 1953). Souvent, ces globules projetés au hasard , s'accumulent sur les éléments de contact.
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Quelquefois, ils s'accumulent entre des éléments de contact fixes situés l'un près de l'autre.
(4) Aux éléments de contact fixes sont fixés des élé- ments de contact qui ont sur eux des régions relativement grandes mouillables par le liquide. En conséquence, de grandes quantités de liquide adhèrent aux éléments de contact.
L'accumulation de liquide se produisant des façons décri- tes ici , provaque, parmi d'autres, les inconvénients de fonctionnement suivants : (1) Mauvais fonctionnement du commutateur ; parexemple, dans le commutateur à contact de mercure ,des globules de " mercure se rassemblent entre des éléments de contact fixes situés l'un près de l'autre, des façons qui ont été décrites ci-dessus. Finalement, un court circuit est établi entre les éléments fixes. Souvent, un court circuit e st établi momen- tanément entre un élément fixe et l'élément mobile.
Pour donner un autre exemple, dans un commutateur à contact de mere cure du type à pôle unique et à double position, l'élément de contact mobile est souvent amené à rempre une liaison avec un premier élément de contact fixe avant de réaliser une liaison avec un second élément de contact fixe. Cependant, de grandes quantités de mercure adhérant aux éléments de contact de l'élément à contact fixe empêcheront le commuta- teur de réaliser cette fonction. Au lieu de réaliser la fonc- tion désirée, il p eut se produire un processus de "fermeture avant ouverture " qui se produit parce que le mercure accu- mulé sur les éléments de contact de l'élémemt à contact fixe tend à maintenir un pont de mercure , ou filament, dntre l'élément à contact mobile et le premier élément à contact fixe .
En conséquence, l'élément à contact mobile viendra en contact avec le second élément de contact avant que la connexion entre l'élément à contact mobile et le premier élément de contact soit rompu.
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(2) La réponse du commutateur à un signal de fonctionne- ment est retardée; souvent, ce retard dure pendant un temps intolérable. Par exemple, dans des applications où un commu- tateur à contact de mercure est nécessaire pour ouvrir rapi- dement la connexion d'un circuit, un tel o bjectif sera manqué à cause d'une grande accumulation de mercure sur l'élément de contact de l'élément à contact fixe qui tend à maintenir un pont de mercure ou un filament entre l'élément de contact et l'élément à contact mobile pour une durée relativement longue après le début d'un signal d'ouverture d'un circuit.
(3) Le domaine dans lequel le commutateur à contact liqui- de peut réaliser de façon sûre une fonction de commu- tation donnée, est souvent déduit temporairement. Par exemple, le commutateur à contact de mercure peut fonctionner comme un vibrateur, c'est-à-dire qu'il peut fermer et ouvrir plusieurs fois par seconde une connexion électrique. Cependant, l'accu- mulation de mercure sur les éléments de contact fixes aura pour effet, suivant la quantité de mercure accumulée , de dimi- nuer la fréquence maximum à laquelle le commutateur peut fonc- tionner de façon sûre comme vibrateur à cause de la grande quantité de mercure accumulée sur les éléments de contact fixes qui tend à maintenir un pont de mercure de la façon décrite ci-dessus.
En conséquence, le commutateur fonctionnera de façon sûre comme vibrateur dans un domainede fréquences relativement bas.
(4) L'accumulation de liquide sur les éléments à contact de l'élément à contactsfixes empêche le commutateur de fonc- tionner de façon sûre lorsqu'il sera en position dressée ou à peu près dressée. Par exemple, si un commutateur à contact décrit de mercure du type général/dans d'autres brevets , est incli- né par rapport à sa position dres-sée, une quantité plus grande de mercure migrera vers le haut le long de l'élément à
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contact mobile .
En conséquence, une quantité plus grande de mercure correspondante adhérera à la région relativement grande mouillable par le mercure sur l'élément de contact de l'élénent à contacts fixes qui a été déplacé plus près de la masse de mercure, c'est-à-dire que sa charge, par rapport à la masse de mercure, sera réduite. Lorsque le commutateur est incliné d'angle(progressivement croissants à partir de sa position dressée, sa réponse devient progres- sivement plus mauvaise. Eventuellement, pour un angle critique, une grande quantité de mercure accumulée sur l'élément de contact , provoque un état de court circuit.
Une discussion plus détaillée de c e type de mauvais fonctionnement se t rouve dans les publications suivantes : (1) "Mercury Contact Relays" par J.T.L. Brown et C.E. Pollard dans le volume 66 de "Electri- cal Engineering", novembre 1947, page 1107; (2) "Balanced Polar Mercury Contact Relaya" par J.T.L. Brown et C.E. Pollard dans le volume 32 du "Bell System Technical Journal" (1953), en commençant par lavage 1393.
Par conséquent, les objets de la présente invention comprennent ; le perfectionnement, du point de vue structurel et fonctionnel, des commutateurs à contacts de liquide, la réalisation d'un commutateur à contact liquide qui e st exempt des divers inconvénients de fonctionnement notés ci-dessus, la réalisation d'un commutateur à contact liquide où l'accu- mulation de liquide entré les éléments à contacts fixes est virtuellement, élimihée;la réalisation d'un commutateur à contact liquide dans laquelle.1'accumulation de liquide sur les éléments de contact est maintenue à un minimum ; laréalisation d'un commutateur à contact liquide qui fonctionne ra de façon sûre bien-qu'il soit incliné appréciablement par rapport à sa position dressée ;
et l'obtention de ces @ résultats avec des moyens simples, sûrs et économiques.
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L'invention, incorporée à titre d'exemple dans le commutateur à contact de mercure décrit ci-après , réalise les objets mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres qui appa- raîtront dans la suite , en prévoyant un commutateur à con- tact liquide qui comprend : un élément de contact fixe ayant des régions de contact mouillables par liquide relati- vement petites ; élément de contact revêtu de liquide propre à être déplacé en coopération avec la région de contact de l'élément de contact fixe ;et des moyens d'interception pour empêcher la partie mobile du liquide de court circuiter le commutateur.
Par suite, un commutateur à contact liquide comprenant les particularités suivantes a été réalisé: (1) A un élément de contact fixe , est fixé un élément de contact qui a un certain nombre de surfaces de contact écartées les unes des autres. Sauf en ce qui concerne les surfaces de contact relativement petites sur chaque élément de contact ,le liquide n'adhérera pas bien aux surfaces de l'élément de contact fixe; ni aux éléments de contact .
Avantageusement, de très petites quantités de liquide adhèrent à chacune des surfaces de contact.
(2) A l'élément de contact mobile revêtu de liquide est fixé un élément déflecteur qui intercepte le liquide chassé ainsi que les globules de liquide. Avantageusement, du liquide ne s'accumulera pas dans la région entre les éléments de contacts fixes pour produire les défauts de fonctionnement notés ci-dessus.
.(3) L'élément de contact fixe présente une partie en forme d'auge ou partie évidée qui en fait partie ; etcelui- ci est situé de façon qu'il fait face à l'élément déflecteur.
La fonction de l'auge décrite en détail ci-après est d'attra- per ou de dévier le liquide chassé et les globules de liquide.
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Avantageusement, du liquide ne s'accumulera pas dans la région comprise entre les éléments de contacts fixes ,en causant les inconvénients de fonctionnement qui ont été notés ci-avant.
D'autres objets et particularités ,ainsi qu'une compréhen- sion plus complète de l'invention ressortiront de la descrip- tion suivante et des revendications en les associant aux dessins annexés dans lesquels :
Figure 1 est une vue d'une coupe longitudinale d'un commutateur à contact au mercure réalisant l'invention.
Figure 2 est une vue agrandie d'une partie de l'élément de contact mobile , ou armature,et des éléments de contact fixe ou pièces polaires.
Figure 3 est une vue en bout de l'une des pièces polai- res montrées à la figure 2, prise suivant les lignes 3-3, montrant l'agencement d'un élément de contact sur la pièce polaire.
Figures 4, 4A et 4B sont des vues en coupe longitudinale, montrant le commutateur au mercure de la figure 1 dans les étapes de son assemblage.
Figure 5 est une vue partielle d'un commutateur à contact de mercure désigné par commutateur A, ayant le genre d'éléments de contact qui sont typiques pour la construction suivant l'ancienne technique.
Figure 5A est une représentation graphique montrant l'activité du commutateur 1 , représenté à la figure 5, en fonc- tion du t emps.
Figure 5B est une représentation graphique montrant l'éctivité du commutateur A montré à la figure 5 , en fonc- tion du déplacement angulaire du commutateur.
Figure 6 est une vue partielle d'un commutateur à contact au mercure , appelé commutateur B, possédant les éléments de contact suivant l'invention.
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Figure 6A est une représentation graphique montrant l'activité du commutateur B montré, à la figure 6 , en fonction du temps et
Figure oB est une représentation graphique montrant l'activité du commutateur B, montré à la figure 6 , en fonc- tion du déplacement angulaire du commutateur.
En se reportant à présent aux dessins et spécialement à la figure 1, on y voit un commutateur à contact au mercure comprenant : une enveloppe 10, une masse de mercure 14, demeurant dans l'enveloppe; une paire de pièces polaires 11 et 12, scellée dans l'enveloppe et faisant saillie à travers elle ; une tige de montage tubulaire 13 , scellée dans l'en- veloppe et faisant saillie à travers elle, et une armature du genre d'une lame 15 , fixée à la tige monture. L'armature 15 a, à l'une de ses extrémàtés , une partie bouclée qui est adaptée et fixée à une partie évasée 13a de la tige 13.
Les pièces polaires 11 et 12 sont alignées parallèlement et un écarteur 19 de matière céramique est placé entre elles.
Comme montré à la figure 1, les pièces polaires sont scellées à travers une extrémité 10a de l'enveloppe; l'espaceur 19 étant situé entre ces pièces et butant contre la surface inté- rieure de l'extrémité de l'enveloppe 10a. L'enveloppe 10 est formée d'une tubulure d'une matière non conductrice électriquement et non aimantable telle que le verre ou une substance analogue. Sans l'expaceur céramique 19, la surface intérieure de l'extrémité 10a de l'enveloppe de verre tendrait, lorsque de la chaleur y est appliquée, dans le but de fermer l'enveloppe, à former un canal ou une rainure dans laquelle du mercure pourrait se recueillir et établir un court circuit entre les pièces polaires. Avantageusement, l'espaceur céramique 19 a un coefficient de dilatation thermique qui équilibre exactement celui de l'enveloppe de verre.
Les pièces polaires sont faites d'une matière aimantable ayant des surfaces qui ne sont pas mouillées par le mercure, -
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c'est-à-dire que le mercure n'y adhérera pas bien. Par exemple, un alliage comprenant essentiellement 52% de nickel et 48% de fer possède des caractéristiques magnétiques convenables ; et , lorsque les surfaces de l'alliage sont finies par un placage d'oxyde de chrome , le mercure n'y adhérera pas facilement.
En plus, chaque pièce polaire possède une auge ou une partie évidée qui y est formée ; lapièce polaire 11 ayant une auge désignée de façon générale par le signe de référence lla et la pièce polaire 12 ayant une auge désignée de façon générale par le signe de référence 12a. Ces auges sont uti- lisées pour attraper et dévier le mercure chassé et les globules de mercure. Ces fonctions d'attraper le mercure et de le dévier seront discutées plus en détail ci-après.
En se reportant à présent aux figures 2 et 3 des dessins, où les pièces polaires sont illustrées convenablement à plus grande échelle, on voit, fixé à chaque pièce polaire, un élément de contact désigné de façon générale par le signe de référence 17. Chaque élément de contact 17 présente plusieurs petites surfaces de contact plates 18 avec la lame d'arma- ture 15. Bien que trois surfaces de contact 18 soient montrées aux figures 2 et 3 desdessins, on doit comprendre que plus de trois surfaces de contact ou moins de trois surfaces de contact peuvent être employées.
Chaque élément de contact 17 est formé d'une matière ayant parmi d'autres les propriétés préférées suivantes: une dureté suffisante pour qu'elle résis- te à l'usure; une résistance électrique relativement faible et, sauf en ce qui concerne les surfaces de contact plates 18 qui s'y trouvent, ses autres surfaces doivent être relles que le mercure n'y adhère pas très bien. Par exemple, chaque élément de contact 17 peut être conformé de la manière repré- sentée aux dessins à partir d'un petit fil d'alliage de platine
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et d e nickel. Un alliage comprenant essentiellement 80% de platine et 15% de nickel aura les prorpiétés voulues de résistance électrique et de dureté; un tel alliage étant plus dur que la matière préférée proposée ci-après pour la fabrication de l'armature 15.
Pour réaliser des surfaces qui ne sont pas mouillées par le mercure, le fil de nickel platine est plaqué d'une matière qui n'est pas mouillable par le mercure. Par exemple, un placage d'oxyde de chrome ou ana- logue est convenàble. Ensuite, les surfaces 18 plaquées d'oxy- de de chrome sont seules soumises à une opération de meulage de la surface. Cette opération de meulage apporte deux résultats avantageux, à savoir : (1) le placage d'oxyde de chrome sur les surfaces de contact 18 est enlevé, en sorte que l'alliage de nickel et de platine est exposé, ce qui donne une surface à laquelle le mercure adhérera bien ; et (2), les surfaces de contact 18 acquièrent un fini plat uni- forme , ce qui permet à l'armature en forme de lame 15 de réaliser avec les surfaces 18 un bon contact de surface à surface.
Avantageusement, les éléments de contact 17 qui possèdent la surface plate , lisse, mouillable par le ²mercure ,18, ne retiendront qu'une quantité minimum de mercure.
Le mercure retenu étant limité aux surfaces 18 ne tend pas à former des filaments avec l'un ou l'autre des éléments de con- tact 17 ou avec l'armature 15. La tendance du mercure à for- mer de ces filaments permet à des quantités de mercure trop grandes de s'accumuler sur les éléments de contact.
La tige tubulaire évasée 13 à laquelle est fixée la lame d'armature 15 , comme montré, est scellée à l'extrémité
10b de l'enveloppe et. fait saillie à travers celle-ci.
La lame d'armature 15 est formée d'une matière aimantable et ses surfaces sont telles qu'elles soient mouillées par le mercure. Par exemple, un alliage comprenant essentiellement
78% de nickel et 22% de fer a d es caractéristiques magnétiques
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convenables. Les surfaces de la lame de fer et d e nickel ont un certain nombre de rainures capillaires disposées longi- tudinalement sur elles, comme montré à la figure 2. Ensuite, la lame est plaquée d'une matière à laquelle le mercure adhère facilement, telle que le nickel ou analogue ; lerésul- tat est une lame plaquée de nickel portant à sa surface des rainures capillaires pour aider à la migration du mercure le long des surfaces de la lame.
Semblablement, la tige 13 est formée d'une tubulure de matière aimantable; par exemple, un alliage de nickel et de fer comprenant 52% de nickel et 48% defer est convenable.
A l'extrémité de la lame d'armature 15 est fixée une paire de déflecteurs 16 ; un sur chaque face de la lame 15, comme montré aux figures 1 et 2 du dessin. Par exemple, un fil de nickel massif ou d'alliage de nickel et de fer plaqué de nickel est une matière convenable. Comme montré à la figure 1, les déflecteurs sont situés sur l'armature 15 en une position voisine des auges lla et 12a. Lorsque l'armature 15 se déplace en contact avec les surfaces de contact 18 sur l'un des éléments de contact 17, le déflecteur est "logé" dans l'auge près de l'élément de contact. L'interaction des déflecteurs et d es auges a pour effet de saisir et de renvoyer le mercure chassé et les globules de mercure. Ceci sera discuté plus en détail ci-après.
En se reportant à présent aux figures 4, 4A et 4B ,mon- trant l'ensemble du commutateur à contact à mercure de la figure 1 dans certains stades de son assemblage, il y appa- rait un avantage supplémentaire d'utiliser des éléments de contact 17 ayant des surfaces de contact multiples 18. En bref, à la figure 4, on voit deux sous-ensembles , à savoir : l'un est le sous ensemble comprenant l'enveloppe de verre 10 et les pièces polaires 11 et 12 scellées à travers l'extrémité 10a de l'enveloppe ; second est le sous ensemble tige et armature 13 et 15. @
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Un problème important rencontré dans l'assemblage de ces sous ensembles réside dans la difficulté à réussir un alignement précis , dans l'enveloppe, entre l'armature et les éléments de contact.
Naturellement, dans les commutateurs dits miniaturisés, il est très difficile de réaliser un aligne- ment correct. A la figure 4A, on a montré sous forme simpli- fiée un appareil pour aligner l'armature avec les éléments de contact de façon rapide et précise. La tige 13 repose sur un support 23 ayant une partie terminale en forme de coupe
23a ; la partie évasée 13a de la tige et L'armature 15 étant situées dans l'enveloppe 10. Deux électro aimants 21 et 22 sont placés à l'extérieur de l'enveloppe près des pièces polaires 11 et 12, comme montré. Les électro aimants sont ali- mentés alternativement. En conséquence, l'armature 15, ainsi que la tige 13, vibrent dans un sens et dans l'autre, à partir de l'élément de contact 17 sur une pièce polaire jusqu'à l'élément de contact 17 sur l'autre pièce polaire.
Le résul- tat de la vibration induite électromagnétiquement de la tige et de l'armature est telle que les surfaces de contact de l'ar- mature 15 sont alignées en situation face à face avec les surfaces de contact planes 18. Léarmature 15 s'aligne prati- quement d'elle-même lorsqu'elle est mise en vibration élec- tromagnétique suivant la technique décrite ci-dessus, c'est-à- dire que l'armature 15 prendra finalement une position qui est équidistante des deux surfaces de contact 18 et les surfaces de contact de l'armature seront en alignement parallè le avec les surfaces de contact planes 18. Par suite, l'armatu- re 15, pendant son fonctionnement dans le commutateur fini de la figure 1 fera contact avec toutes les surfaces de con- tact simultanmément sur l'un des éléments de contact 17.
L'utilisation de l'appareil d'alignement de la manière décrite ici est spécialement avantageuse, en ce sens que l'armature 15
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quelque grand que puisse être son écart initial par rapport à l'alignement, s'alignera convenablement, comme dit ci-dessus en raison des forces exercées par les champs magnétiques présents alternativement sur l'armature 15. Alors que l'en- semble de l'armature et de la tige vibre, la bobine chauf- fante 20 est alimentée, et en conséquence, le verre deviendra lentement fluide et s'écoulera autour de la tige 13. Ensuite, la bobine chauffante 20 est désalimentée et le verre est autorisé à se r efroidir. Pendant la période de refroidissement, l'ensemble de la tige et de l'armature t end à vibrer.
Fina- lement, le verre se solidifie et ancre la tige, en sorte que l'alignement de l'armature devient.fixe; l'armature ayant pris une position normale qui e st sensiblement équidistante de chacun des éléments de contact. Le résultat est la structure montrée à la figure 4B. La masse nécessaire de mercure est introduite alors dans l'enveloppe à travers l'ouverture de la tige tubulaire 13. En outre, l'enveloppe peut être remplie de gaz, par exemple d'hydrogène sec sous pression, ce qui fournit une atmosphère convenable.
Bien que le mode de fonctionnement du commutateur à contacts à mercure soit bien connu des spécialistes, on le décrit brièvement dans le paragraphe suivant pour illustrer les avantages ressortant de l'utilisation des déflecteurs 16 , des auges 11a et 12a et des éléments de contact 17.
Le commutateur à contacts de mercure est utilisé communé- ment en association avec une bobine de commande ( non montrée à la figure 1) , disposée autour de l'enveloppe 10 et avec une paire d'aimants permanents ( non montrée à la figure 1) accouplée aux pièces polaires 11 et 12, respectivement..Cette combinaison structurelle est une forme de réalisation typique de ce que l'on appelle un relqis polarisé; les aimants per- manents créant des-p8les magnétiques s'opposant mutuellement
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dans les pièces polaires 11 et 12, respectivement.
Comme illus- tré à la figure 1, le commutateur est dans son état normal ou non actionné; c'est-à-dire que la bobine ( non montrée) n'est pas alimentée et que l'armature 15 est maintenue en contact avec ltélément de contact sur la pièce polaire 12 parce que le pôle magnétique créé dans la pièce polaire 12 est assez fort pour attirer l'armature 15 et magnétiquement plus fort que le pôle magnétique créé dans la pièce polaire 11.
En bref, un tel relais est un relais polarisé sollicité magné- tiquement. Lorsque la bobine est alimentée en sorte qu'un courant suffisant qui la traverse crée une position telle que l'armature 15 et la pièce polaire 12 présentent les mêmes pales magnétiques l'un à l'autre , l'armature 15 se déplacera en contact avec l'élément de contact 17 sur la pièce polaire 11; la pièce polaire 11 et l'armature 15 présentant des pales magnétiques différents l'un à l'autre. Lorsque la bobine est désalimentée, l'armature 15 revient à sa position normale, c'est-à-dire en contact avec l'élément de contact 17 sur la pièce polaire 12.
Naturellement, les spécialistes comprendront que le com- mutateur à contact de mercure peut être utilisé dans beaucoup de dispositifs et de bien des f açons. Par exemple, on peut l'u- tiliser dans un relais polaire se bloquant magnétiquement; c'est-à-dire que les aimants permanents sont d'une force magnétique sensiblement égale et, en plus, suffisamment forts pour verrouiller ou maintenir l'armature sur une pièce polai- re quelconque où elle se trouve lorsque la bobine est désa- limentée.
Avantageusement, des impulsions de courant de cour- te durée ainsi que de polarités magnétique convenable per- mettront à l'armature 15 de passer d'une pièce polaire à une autre et de se verrouiller magnétiquement sur la dernière pièce polaire. ,
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L'impact de l'armature 15 revêtue de mercure contre les surfaces de contact 18 de l'un des élénmts de contact 17 fait que le mercure est chassé de l'interface entre l'arma- ture et les surfaces de contact 18 et les globules de mercure sont rejetés d es surfaces de l'armature. Une grande partie du mercure chassé e st dirigée vers la région comprise entre les pièces polaires 11 et 12 à l'extrémité 10a de l'enveloppe.
Une partie du mercure chassé se plaque sur la pièce polaire et son élément de contact. Les globules de mercure éjectés sont dirigés au hasard : beaucoup de ces globules sont dirigés vers la région comprise entre les pièces polaires 11 et 12 à l'extrémité 10a de l'enveloppe ; certains des globules de mercure s'écrasent sur la pièce polaire et sur son élément de contact.
Une partie du mercure chassé et quelques'uns des globules de mercure qui sont dirigés vers la région comprise entre les nt @ pièces polaires se trouvent interceptées par le déflecteur lé;
Une partie du mercure chassé et une partie des globules de mercure sont attrapées dans l'auge 11a ou 12a; et une partie du mercure rejeté et une partie du mercure sous forme de gllbules sont renvoyées sur l'armature lorsque le déflecteur s'insère dans l'auge lorsque l'armature 15 fait contact avec les surfaces de contact 18. En conséquence, le mercure ne ten- dra pas à se rassembler entre autres places, entre les pièces polaires pour abuser un état de court circuit.
Le mercure rejeté et les globules demercure qui s'écra- sent sur la pièce polaire et sur son élément de contact 17 tendvont à s'écouler et à tomber dans la masse de mercure 14 à cause des surfaces revêtues d'oxyde de chrome relativement grandes sur la pièce polaire et son élément de contact 17.
Les forces de cohésion sur le mercure sont relativement dominan- tes par r&pport aux forces d'adhésion entre le mercure et les surfaces revêtues d'oxyde de chrome. Par suite, le mercure
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chassé et les globules de mercure tendront à quitter ces surfaces. Comme les surfaces de contact 18 mouillées par le mercure , telativement petites, sont capables de retenir une petite quantité de mercure seulement et comme les surfaces revêtues d'oxyde de chrome favorisent la chute du mercure, le mercure ne tendra pas à s e réunir en grande masse sur les éléments de contact 17 pour provoquer les défauts de fonctionnement dont il a été question plus haut.
En résumé, par conséquent, les déflecteurs, les pièces polaires qui ont des auges incorporées en elles et les aimants de contact qui ont une multiplicité de surfaces de contact de petite dimension mouillables par le mercuredon- nent un commutateur à contact au mercure qui est exempt des troubles fonctionnels décrits jusqu'à présent à titre illus- tratif. Par exemple, l'interception, la déviation et la cap- ture du mercure rejeté et des globules de mercure par les déflecteurs et les auges empêchent un état de court circuit.
La chute du mercure et la commands de la quantité minimum de mercure sur les surfaces de contact permet un effet de rup- ture brusque du circuit , élimine le mauvais fonctionnement de fermeture avant ouverture, élimine le retard intolérablement long en réponse à un signal d'actionnement, élimine l'atté- nuation aux fréquences maxima auxquelles le commutateur peut fonctionner de façon sûre , et , comme décrit plus complètement dans les paragraphes suivants, le commutateur peut fonc- tionner de façon sûre , même s'il est appréciablement incliné par rapport à sa position normale ou dressée.
En se reportant à p résent aux figures 5,5A,5B,6, 6A et 6B des dessina annexés, l'activité des commutateur:! à deux contacts à mercure est comparée par voie graphique.
(1) comme fonction d'un déplacement angulaire ou inclinaison à partir de la position normale ou dressée à zéro degré
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d'inclinaison ( figures 5B et 6B) et (2) comme fonction du temps ( figures 5A et 5B).
A la figure 5 et à la figure 6, le film de mercure 32 couvre les surfaces opposées de l'armature.
Le commutateur A a, comme montré à la figure 5, des éléments de contact ICA e t IICA du type utilisé dans les commu- tateurs àcontact au mercure de la technique antérieure, c'est- à-dire que chaque élément de contact est, de façon générale en forme de bille et que sa surface entière est mouillable par lenercure. Ainsi, une quantité relativement grande de mercure adhère à chaque élément de contact en forme de bille.
Le mercure formant des filaments avec les éléments de contact, comme montré. Le commutateur B présente, comme montré à la figure 6, des éléments de contact ICB et IICB du type réa- lisant la présente invention. C'est-à-dire que chaque élément de contact a une surface de contact plane relativement petite et que la surface de contact seule est mouillable par le mer- cure. Ainsi* une quantité relativement petite demercure adhère aux éléments de contact de la présente invention; le mercure ne forme pas de filaments avec les éléments de contact.
Sauf en ce qui concerne les différences relatives à la configuration des éléments de contact et à l'étendue des surfaces mouillables par le mercure qui s'y trouvent, le commutateur A et le commutateur B sont sensiblement semblables, dimensionnellement aussi bien que sous d'autres rapports.
Mais le fonctionnement du commutateur B, aussi bien que son fonctionnement en réponse au déplacement angulaire , à partir de sa position dressée , est nettement différent du commuta-
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C'est-à-dire, lorsque l'armature quitte l'élément de contact ICA à l'instant T1 ( figure 5A) et s'écarte de l'élément de contact ICA pour passer à l'élément de contact IICA, le @
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filament de mercure est étiréientretl'armature mobile et l'élément de contact ICA. Ce filament se soutient de lui- même pendant un certain temps jusqu'à l'instant Tb ,ensuite l'armature fait contact avec l'élément de contact IICA à l'instant Tx. Comme montré à la figure 5A, le filament de mer- cure dure pendant un intervalle de temps représenté par Tb -
T1,mathématiquement; et les éléments de contact ICA et IICA sont court circuitJs pour une durée de temps de 30 représen- tée par Tb - Tx , mathématiquement.
Comme montré à la figure
5B dans laquelle l'ordonnée représente la durée du court cir- cuit Tb - Tx en unité de temps écoulé et où l'abscisse représente le déplacement angulaire ou l'inclinaison du commutateur par rapport à la position dressée en degrés, l'effet de l'inclinaison du commutateur A, progressivement, à partir de sa position dressée ou normale , est d'augmenter la durée du temps de court circuit Tb - Tx, la durée du court circuit devenant beaucoup plus grande lorsque l'attitude du commutateur s'approche d'une inclinaison de 90 à partir de sa position normale.
Le commutateur B, à cause de s a quantité de mercure rela- tivement petite qui adhère à ses éléments de contact réalise un fonctionnement"d'ouverture avant fermeture: C'est-à-dire que, lorsque l'armature quitte l'élément de contact ICB à l'instant Tl et se déplace vers l'élément de contact IICB, un filament de mercure est étiré entre les l'armature mobile et l'élément de contact IICB. Contrairement à l'activité du commutateur A, cependant, ce filament de mercure ne se main- tient pas de lui-même jusqu'après que l'armature ait fait contact Avec l'élément de contact II. Le filament se rompt à l'instant Tb. Ensuite, à l'instant Tx, l'armature fait contact avec l'élément de contact IICB.
Comme montré à la figure 6A, le mercure maintient la forme de filament pendant une durée représentée mathématiquement par Tb - T1, et le commutateur est en circuit ouvert pour une durée représentée - 19 -
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en 3', comme Tx-Tb' mathématiquement. Comme montré à la figure
6B, dans laquelle l'abscisse représente le déplacement angu- laire comme à la figure 5B, mais où l'ordonnée représente la durée du circuit ouvert Tx -Tb en unité de temps écoulé l'inclinaison du commutateur B, progressivement depuis sa position dressée ou normale , est virtuellement sans effet sur la durée du temps de circuit ouvert Tx - Tb. La durée de l'ouverture du circuit n'est pas troublée, c'est-à-dire qu'elle est stable dans une grande partie du domaine allant de zéro à nonante degrés.
Par suite, une comparaison des schémas des figures 5A et 5B avec les schémas des figures 6A et 6B respectivement indique entre autres , les différences suivantes de fonctionne- ment (1) le temps écoulé Tb-T1, pendant lequel un filament de mercure est maintenu est plus court dans le commutateur B que d ans le commutateur A.
(2) le temps écoulé Tb - Tl pendant lequel le filament de mercure est entretenu dans le commutateur B, est relative- ment constant pendant tout le domaine de déplacement angulai- re de 0 90 , tandis que le temps écoulé Tb -6l pour le commutateur A augmente rapidement dans ce domaine et un état de court circuit se présente éventuellement pour un angle notablement plus petit que dans le commutateur B.
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