Appareil oscillatoire électrique. La présente invention concerne un appa reil oscillatoire électrique, ayant des électrodes séparées par un fluide gazeux.
Cette invention est basée sur le contenu du brevet antérieur n 121432.
L'appareil suivait l'invention comporte des moyens produisant entre l'intensité et le voltage du courant un rapport qui change brusquement lorsque l'intensité du courant qui traverse le dispositif atteint une valeur limite, de manière que ce courant se trouve interrompu subitement quand il augmente jusqu'à ladite valeur limite.
Une ampoule de ce genre fonctionne d'une façon toute différente de celle de n'importe quel moyen connu ou utilisé jusqu'ici pour la production de courants oscillatoires. La différence la plus frappante entre le fonction nement de la présente construction et celui des constructions connues précédemment, c'est peut-être L'extrême rapidité avec laquelle et la façon extrêmement complète dont l'am poule suivant la présente construction change d'état pour passer de l'état conducteur à l'état isolant. Sous ce rapport la présente am- poule dépasse de beaucoup tout appareil élec trique connu jusqu'ici et elle constitue une méthode particulièrement efficace pour - pro duire des oscillations de haute fréquence.
De préférence l'appareil est agencé de façon que l'intensité du champ magnétique est telle qu'elle fait que l'ampoule conduit normalement le courant librement dans un sens et isole relativement à une différence de potentiel existant en sens inverse.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre -d'exemple, au dessin annexé, .dans lequel: La fig. 1 est une coupe verticale d'une ampoule, et La fig. 2 représente un schéma d'un cir cuit oscillant typique avec l'ampoule dans ce circuit.
Dans le mode de réalisation de l'inven tion, donné à titre d'exemple, que représente le dessin, une ampoule du type précité est représentée en 10 fig. 2, et munie de moyens indiqués en 11 pour créer un champ magné tique d'intensité sensiblement constante dans la région comprise entre les électrodes et où a lieu la conduction gazeuse. Cette ampoule est montée sur un circuit 13 comportant une génératrice 14 capable de fournir environ quatre dixièmes d'ampère sous 1500 volts. Le circuit comporte aussi une grande inductance 16 en série avec l'ampoule et une capacité 18 relativement faible en dérivation sur l'in ductance.
En plus de l'inductance et de la capacité déjà décrites, une capacité addition nelle 20 est montée en travers du circuit et elle est destinée à fournir un chemin pour le courant qui passe quand l'ampoule ferme le passage dès que le voltage critique est atteint. Le courant de la génératrice est maintenu sensiblement constant et on empêche les os cillations de grande fréquence de passer à travers la génératrice, en utilisant des bobines de réactance 21 et 22 montées sur des bran ches opposées du circuit et fonctionnant de la façon usuelle. Dans ce genre de circuit, lorsqu'on ferme l'interrupteur 23, le courant qui traverse l'ampoule 10 augmente de valeur et provoque une augmentation du voltage aux bornes de l'ampoule.
Le voltage initial au quel le courant traverse l'ampoule peut at teindre environ cent à trois cents volts. Ce voltage appliqué. à l'ampoule augmente à une allure déterminée en grande partie par l'in ductance 16, jusqu'à ce que le voltage cri tique soit atteint; à ce moment l'ampoule refuse subitement de conduire le courant da vantage et devient isolante. Par suite de cette transformation subite de l'ampoule qui passe de l'état conducteur à l'état iso lant, l'énergie déjà emmagasinée dans l'in ductance 16 fait passer un courant à travers la capacité 18 et charge celle-ci à un poten tiel élevé.
L'inductance 16 et la capacité 18 agissent ensemble à la façon d'un circuit de résonance qui, lorsqu'il est isolé du reste du système par la propriété isolante de l'ampoule 10, peut osciller électriquement librement de la façon usuelle, c'est-à-dire que l'énergie du circuit oscillant est d'abord emmagasinée sous forme d'énergie électrostatique dans le condenseur, puis sous forme d'énergie électro magnétique dans l'inductance.
Pendant l'os cillation l'amplitude de la différence de po- tentiel aux bornes de l'inductance 16 subit une variation sinusoïdale et on conçoit qu'a près une fraction de période la différence de potentiel entre les électrodes de l'ampoule 10, telle qu'elle est déterminée par le voltage de la génératrice 14 et le voltage aux bornes de l'inductance 16 sera suffisamment faible pour permettre de nouveau la conduction gazeuse, et le même jeu que ci-dessus recommence. L'ampoule 10 agit donc à la façon d'un dis positif de distribution automatique, et elle a pour but de distribuer de l'énergie périodi quement au circuit de résonnance 16, 18 et d'entretenir les oscillations. La fréquence des oscillations est déterminée par les valeurs de l'inductance 16 et de la capacité 18.
Ces os cillations peuvent être utilisées de toute façon appropriée comme par exemple par un circuit de charge comme celui qui est indiqué en 26 et qui est couplé. inductivement avec le cir cuit 13, comme on le voit sur la fig. 2.
.Avec ce type de circuit et une généra trice à courant continu débitant environ quatre dixièmes d'ampère sous 1500 volts, on a pro duit des fréquences déterminées principale ment par la période naturelle du circuit 16, 18 et variant entre 10 et<B>100000</B> périodes par seconde. Le voltage critique auquel l'am poule devient isolante varie à peu près sui vant le carré de l'intensité du champ magné tique appliqué à l'ampoule et on peut en con séquence le faire varier en modifiant de façon appropriée l'intensité de ce champ.
L'ampoule fig. 1 utilisée dans le présent cas dans le but d'obtenir des oscillations a déjà été appliquée aux redresseurs. Cette am poule se compose d'un vase clos 30 servant de réceptacle et contenant des électrodes cy lindriques concentriques 31 et 32 en matière non magnétique, telle que le molybdène. La conduction a lieu dans la région séparant les surfaces des deux électrodes qui se font face, ces électrodes étant soumises à une différence de potentiel et ces surfaces étant suffisam ment rapprochées pour empêcher normalement la conduction gazeuse à travers l'espace qui les sépare, même sous des potentiels exces sivement élevés.
Un champ magnétique dont les lignes de force sont sensiblement paral lèles à l'axe des électrodes peut être créé par un aimant permanent 34 placé par rapport à l'ampoule dans la position représentée par le dessin. Quant au voltage critique auquel l'ampoule devient isolante, on peut le faire varier commodément en réglant le champ magnétique. On peut effectuer facilement ce réglage du champ magnétique en déplaçant l'aimant permanent 34 de façon à le rappro cher ou à l'écarter du récipient 30. Avec l'aimant permanent coopèrent des tubes ou cylindres 37 et 38 en matière magnétique en contact avec les extrémités opposées du cy lindre d'électrode 32. Ces cylindres sont re liés entre eux par l'électrode 32 et par un manchon 39 en cuivre ou autre matière sem blable non magnétique.
On remarquera que l'électrode extérieure 32 est constituée par un cylindre métallique mince dont les extrémités opposées entrent dans des rainures ménagées sur les faces voisines des cylindres 37 et 38. Pour que la chaleur puisse s'échapper libre ment de la région qui entoure l'électrode ex térieure 32, le manchon connecteur 39 com porte de préférence des ouvertures ou fentes 44, comme le montre le dessin. L'électrode intérieure 31 est reliée, à ses extrémités op posées, à des tiges en fer 45 et 46, la tige 46 comportant une tête 48 faisant corps avec elle, et la tige 45 ayant son extrémité filetée en 49. L'électrode est de préférence réunie aux tiges par fusion ou par soudure, de façon à former une tige continue dont la partie centrale est en matière non magnétique, comme cela vient d'être dit.
Les extrémités extérieures des tiges 45 et 46 sont entourées par des cylindres isolants 50 et 51, en verre ou en matière semblable logés dans des évi dements 52 prévus dans les cylindres 37 et 38 respectivement. Les cylindres isolants peu vent être maintenus en place par des colliers 54 et 55 en cuivre ou autre matière non magnétique, comportant chacun un col 56 pénétrant dans l'espace compris entre les tiges et les cylindres isolants 50 et 51 qui les entourent. Les différents éléments sont maintenus dans leurs positions relatives par un écrou 58 vissé sur l'extrémité filetée 49 et servant à serrer les colliers 54 et 55 sur les extrémités des cylindres 50 et 51.
Pour que tous les trajets à travers le diélectrique de support soumis à une différence de poten tiel soient longs et que tous les trajets à travers le gaz soient courts, les extrémités extérieures des cylindres 37 et 38 sont évi dées en 60 de façon que le point de contact entre les cylindres magnétiques et les cylin dres isolants soit suffisamment écarté des colliers 54 et 55 qui sont en contact avec la tige formant électrode centrale. En outre, chaque collier est muni d'un rebord annu laire 62 parallèle aux parois du récipient, mais écarté de celles-ci. On conçoit, par la seule inspection du dessin, que les cylindres extérieurs ne sont pas en contact direct avec le récipient, mais qu'ils sont centrés à l'inté rieur de celui-ci et écartés de ses parois par des anneaux ou rondelles d'écartement 65.
L'un des fils d'entrée, le fil 66, peut être utilement relié à la tête 48, en passant à l'extérieur à travers l'extrémité de l'ampoule, et l'autre, le fil 67, peut être relié au man chon 39, en passant à l'extérieur à travers la paroi latérale de l'ampoule en 68.
On utilisera de préférence de l'hélium pour former dans l'ampoule l'agent par le quel a lieu la conduction gazeuse, les Molé cules petites et légères de ce gaz ayant cer tains avantages distincts. En premier lieu les petites molécules d'héliûm ont un par cours libre moyen relativement long sous une pression donnée quelconque, ce. qui fait qu'il est pratiquement possible d'utiliser une pression de gaz plus élevée que celle qui pourrait être utilisée avec un gaz dont les molécules seraient plus grandes. En outre, le faible poids des molécules permet à l'am poule de changer d'état et de passer de l'état conducteur à l'état isolant, et réciproquement, plus rapidement- que cela ne serait possible si l'on utilisait un gaz plus lourd.
Quant à la théorie suivant laquelle cette ampoule arrête subitement le passage du courant dés qu'on atteint un voltage critique, on croit qu'elle est sensiblement la suivante En plaçant deux électrodes à l'intérieur d'un récipient rempli de gaz et en réglant con venablement leur position dans ce récipient, on empêche la conduction gazeuse entre les surfaces des électrodes, même lorsque ces électrodes sont soumises à des potentiels ex trêmement élevés. Ceci est dû au fait que la distance qui sépare les surfaces actives des électrodes est petite et de l'ordre de grandeur du parcours libre moyen des élec trons.
Par suite, en raison de la faible distance que parcourent les électrons, en passant d'une électrode à l'autre, il n'y a pas de possibilité de collision suffisante entre les électrons et les atomes pour amorcer une décharge électrique. Toutefois, lorsqu'un champ magnétique est interposé dans la région coin- prise entre les électrodes, le chemin parcouru par ces électrons peut être suffisamment déformé pour provoquer des collisions entre les électrons et les atomes en nombres suffi sants pour amorcer la conduction gazeuse, c'est-à-dire pour produire une ionisation sen sible. Avec un champ magnétique constant, suffisant pour rendre l'ampoule conductrice, et avec un faible courant traversant cette ampoule, celle-ci sera conductrice.
Toutefois, si le courant qui traverse l'ampoule augmente, le voltage croit, du fait que l'ampoule a une caractéristique de voltage à courant crois sant. Ce voltage plus élevé tend à redresser les trajets courbes des électrons jusqu'à un point tel que ces trajets sont de nouveau assez courts pour empêcher une ionisation sensible, ce quia pour effet d'interrompre la conduction gazeuse, de sorte que l'ampoule devient subitement isolante et reste dans cet état jusqu'à ce que le voltage qui y est ap pliqué retombe au-dessous du point critique.
Electric oscillatory apparatus. The present invention relates to an electrical oscillatory apparatus, having electrodes separated by a gaseous fluid.
This invention is based on the content of earlier patent no.121432.
The apparatus followed the invention comprises means producing between the intensity and the voltage of the current a ratio which changes abruptly when the intensity of the current which passes through the device reaches a limit value, so that this current is suddenly interrupted when it increases up to said limit value.
A bulb of this kind works in a very different way from that of any means known or used heretofore for the production of oscillatory currents. Perhaps the most striking difference between the operation of the present construction and that of the previously known constructions is the extreme rapidity with which and the extremely complete way in which the bulb according to the present construction changes state. to change from the conductive state to the insulating state. In this respect, the present bulb goes far beyond any electrical apparatus known hitherto and it constitutes a particularly effective method for producing high frequency oscillations.
Preferably the apparatus is arranged so that the intensity of the magnetic field is such that it causes the bulb to conduct current normally freely in one direction and to isolate relative to a potential difference existing in the opposite direction.
One embodiment of the object of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawing, .in which: FIG. 1 is a vertical section of an ampoule, and FIG. 2 is a diagram of a typical oscillating circuit with the bulb in that circuit.
In the embodiment of the invention, given by way of example, shown in the drawing, a bulb of the aforementioned type is shown in 10 FIG. 2, and provided with means indicated at 11 for creating a magnetic field of substantially constant intensity in the region between the electrodes and where gas conduction takes place. This bulb is mounted on a circuit 13 comprising a generator 14 capable of supplying about four tenths of an ampere at 1500 volts. The circuit also has a large inductance 16 in series with the bulb and a relatively low capacitance 18 in shunt on the inductance.
In addition to the inductance and capacitance already described, an additional capacitor 20 is mounted across the circuit and is intended to provide a path for the current which passes when the bulb closes the passage as soon as the critical voltage is reached. achieved. The generator current is kept substantially constant and high frequency bone cillations are prevented from passing through the generator, using reactance coils 21 and 22 mounted on opposite branches of the circuit and operating in the usual manner. In this type of circuit, when the switch 23 is closed, the current flowing through the bulb 10 increases in value and causes an increase in the voltage at the terminals of the bulb.
The initial voltage at which current flows through the bulb can reach about one hundred to three hundred volts. This applied voltage. at the bulb increases at a rate determined largely by inductance 16, until the critical voltage is reached; at this moment the bulb suddenly refuses to conduct further current and becomes insulating. As a result of this sudden transformation of the bulb which passes from the conducting state to the insulating state, the energy already stored in the inductance 16 causes a current to pass through the capacitor 18 and charges the latter to high potential.
The inductor 16 and the capacitor 18 act together like a resonance circuit which, when isolated from the rest of the system by the insulating property of the bulb 10, can oscillate electrically freely in the usual way. That is, the energy of the oscillating circuit is first stored as electrostatic energy in the condenser, then as electromagnetic energy in the inductor.
During the oscillation the amplitude of the difference in potential at the terminals of the inductor 16 undergoes a sinusoidal variation and it is understood that at about a fraction of a period the difference in potential between the electrodes of the bulb 10, as determined by the voltage of generator 14 and the voltage across inductor 16 will be low enough to allow gas conduction again, and the same game as above begins again. The bulb 10 therefore acts in the manner of a positive automatic distribution device, and its aim is to distribute energy periodically to the resonance circuit 16, 18 and to maintain the oscillations. The frequency of the oscillations is determined by the values of inductance 16 and capacitor 18.
These os cillations can be used in any suitable way such as for example by a load circuit like that indicated at 26 and which is coupled. inductively with the cooked circuit 13, as seen in FIG. 2.
.With this type of circuit and a direct current generator delivering about four tenths of an ampere under 1500 volts, frequencies determined mainly by the natural period of circuit 16, 18 and varying between 10 and <B> have been produced. 100,000 </B> periods per second. The critical voltage at which the bulb becomes insulating varies roughly with the square of the strength of the magnetic field applied to the bulb and can therefore be varied by appropriately modifying the intensity of this. field.
The bulb fig. 1 used in this case in order to obtain oscillations has already been applied to rectifiers. This am poule consists of a closed vessel 30 serving as a receptacle and containing concentric cylindrical electrodes 31 and 32 made of non-magnetic material, such as molybdenum. Conduction takes place in the region between the surfaces of the two facing electrodes, these electrodes being subjected to a potential difference and these surfaces being sufficiently close together to normally prevent gas conduction through the space between them, even. under excessively high potentials.
A magnetic field whose lines of force are substantially parallel to the axis of the electrodes can be created by a permanent magnet 34 placed relative to the bulb in the position shown in the drawing. As for the critical voltage at which the bulb becomes insulating, it can be varied conveniently by adjusting the magnetic field. This adjustment of the magnetic field can easily be carried out by moving the permanent magnet 34 so as to bring it closer to or away from the container 30. With the permanent magnet, tubes or cylinders 37 and 38 of magnetic material cooperate in contact with it. the opposite ends of the electrode cylinder 32. These cylinders are interconnected by the electrode 32 and by a sleeve 39 of copper or other similar non-magnetic material.
It will be noted that the outer electrode 32 is constituted by a thin metal cylinder, the opposite ends of which enter into grooves formed on the neighboring faces of the cylinders 37 and 38. So that the heat can escape freely from the region which surrounds the The outer electrode 32, the connector sleeve 39 preferably has openings or slots 44, as shown in the drawing. The inner electrode 31 is connected, at its op posed ends, to iron rods 45 and 46, the rod 46 having a head 48 integral with it, and the rod 45 having its end threaded at 49. The electrode is preferably joined to the rods by fusion or by welding, so as to form a continuous rod, the central part of which is made of non-magnetic material, as has just been said.
The outer ends of the rods 45 and 46 are surrounded by insulating cylinders 50 and 51, of glass or similar material housed in recesses 52 provided in the cylinders 37 and 38 respectively. The insulating cylinders can be held in place by collars 54 and 55 made of copper or other non-magnetic material, each comprising a neck 56 penetrating into the space between the rods and the insulating cylinders 50 and 51 which surround them. The various elements are held in their relative positions by a nut 58 screwed onto the threaded end 49 and serving to tighten the collars 54 and 55 on the ends of the cylinders 50 and 51.
So that all paths through the supporting dielectric subjected to a potential difference are long and all paths through the gas are short, the outer ends of cylinders 37 and 38 are recessed at 60 so that the point contact between the magnetic cylinders and the insulating cylinders is sufficiently spaced from the collars 54 and 55 which are in contact with the rod forming the central electrode. In addition, each collar is provided with an annular rim 62 parallel to the walls of the container, but spaced from them. It will be seen, by only inspecting the drawing, that the outer cylinders are not in direct contact with the container, but that they are centered inside the latter and separated from its walls by rings or washers. 'gauge 65.
One of the input wires, wire 66, can be usefully connected to head 48, passing out through the end of the bulb, and the other, wire 67, can be connected. at man chon 39, passing outside through the side wall of the bulb at 68.
Helium will preferably be used to form in the ampoule the agent through which gas conduction takes place, the small and light molecules of this gas having certain distinct advantages. In the first place, the small molecules of helium have a relatively long mean free course under any given pressure, this. which makes it practically possible to use a higher gas pressure than that which could be used with a gas whose molecules would be larger. In addition, the low weight of the molecules allows the bulb to change state and pass from the conductive state to the insulating state, and vice versa, more quickly than would be possible if one used a heavier gas.
As for the theory according to which this bulb suddenly stops the passage of the current as soon as one reaches a critical voltage, one believes that it is approximately the following By placing two electrodes inside a container filled with gas and by adjusting suitably their position in this container, gas conduction between the surfaces of the electrodes is prevented, even when these electrodes are subjected to extremely high potentials. This is due to the fact that the distance which separates the active surfaces of the electrodes is small and of the order of magnitude of the mean free path of the electrons.
As a result, due to the small distance that electrons travel, passing from one electrode to another, there is no possibility of sufficient collision between the electrons and the atoms to initiate an electric discharge. However, when a magnetic field is interposed in the region wedged between the electrodes, the path taken by these electrons can be sufficiently distorted to cause collisions between electrons and atoms in sufficient numbers to initiate gas conduction, ie that is, to produce a sensitive ionization. With a constant magnetic field, sufficient to make the bulb conductive, and with a low current flowing through this bulb, it will be conductive.
However, if the current flowing through the bulb increases, the voltage increases, because the bulb has a voltage-to-rising characteristic. This higher voltage tends to straighten the curved paths of the electrons to such a point that these paths are again short enough to prevent substantial ionization, which has the effect of interrupting the gas conduction, so that the bulb becomes suddenly insulating and remains in this state until the voltage applied to it drops below the critical point.