Relais avec dispositif à décharge luminescente. La présente invention concerne un relais avec dispositif à décharge .luminescente du type à conduction gazeuse, dans lequel la décharge se produit entre des électrodes froides ,dans une -atmosphère gazeuse sous une pression réduite.
Il est bien connu que le voltage néces saire pour amorcer une décharge électrique dans un dispositif à décharge ,luminescente est plus élevé que celui qui est nécessaire pour maintenir la décharge une fois amorc,c. Ainsi, par exemple, dans des régulateurs de voltage, des redresseurs de courant alterna tif, -des lampes, etc.
employant des électrode espacées dans une atmosphère gazeuse et fonctionnant en l'absence d'émission ther- mionique, on peut arriver par un .choix exact de la matière des électrodes, ides espaces entre les électrodes, @de la pression du gaz et d'au tres constantes, à faire amorcer la décharge à un voltage d'environ 7.20 volts, tandis que la décharge une fois amorcée continuera, avec des voltages plus bas de 85 à 90 volts, ce qui dépend un peu du courant passant par le tube.
Cette ,différence entre le vol tage de,démarrage et celui de fonctionnement est ,due en grande partie à la résistance élevée opposée par l'espace sombre de la cathode. Après l'amorçage d'une décharge dans le dispositif, cette couche -de résistance est rompue et permet à la .décharge de con tinuer avec un voltage plus bas que le vol tage d'amorçage ou l'amorçage d'une autre décharge indépendante avec un voltage con- sidéraiblement plus bas.
On a également trouvé qu'il y -a un es pacement défini entre les électrodes pour un gaz particulier et une pression particulière -de celui-ci, auxquels le voltage nécessaire pour amorcer l'arc est un minimum. En outre, tandis que des dispositifs de ce genre peuvent - facilement conduire un courant jusqu'à plusieurs centaines de milliampères, l'intensité -de courant nécessaire à l'amorçage du dispositif peut être excessivement faible, à savoir dans l'ordre de grandeur -de quel ques micro-ampères seulement.
Dans le relais suivant l'invention, on a utilisé les phénomènes susénoncés pour l'éta blissement -d'un relais avec dispositif à dé charge luminescente sensible, ce dispositif comprenant une cathode avec une aire rela tivement grande et urne -anode principale et une anode de réglage. Les anodes sont cons truites et .disposées de façon qu'un voltage considérablement plus bas soit requis pour amorcer la décharge entre l'anode de réglage et la cathode qu'entre l'anode principale et la cathode.
Dans la forme d'exécution décrite dans la suite, l'anode -de réglage est avantageusement placée à la :distance critique de l'anode, à laquelle le" minimum de voltage est requis avec le gaz particulier sous la pression em ployée pour amorcer la décharge de la ca thode. L'anode principale peut être disposée à, une distance suffisante de la cathode pour empêcher l'amorçage d'une .décharge partant de celle-ci, excepté à des voltages considérable- ment plus élevés.
Il résulte de cette con struction que, si un voltage prédéterminé est imprimé entre l'anode principale et la ca- thode qui est au-dessous de celui qui est nécessaire pour y amorcer une décharge, mais suffisamment élevé pour maintenir cette décharge une fois amorcée, et si un second voltage est appliqué entre l'anode de réglage et la cathode qui soit suffisant pour amorcer une décharge entre ces élec trodes en dépendance d'une certaine con dition externe, la décharge principale pourra être amorcée par l'amorçage de la -décharge provenant -de l'anode de réglage.
Etant donné qu'il ne faut qu'un courant très faible pour amorcer cette décharge auxiliaire, comme par exemple celui .obtenu d'une cel lule photoélectrique, on peut -de cette manière utiliser ce faible courant pour ob tenir le passage .d'un courant d'une intensité beaucoup plus grande dans le circuit con tenant l'anode principale et la cathode.
Des formes d'exécution -de l'objet -de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au :dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 montre une élévation, partie en coupe, -d'un tube à électrodes avec des moyens électriques associés pour régler le fonctionnement -de celui-ci; La fig. 2 est une élévation, partie en coupe, d'une autre forme d'exécution de la disposition des électrodes; La fig. 3 est un schéma de couplage élec trique du tube suivant la fig. 1, avec une variante -des moyens de réglage;
La fig. 4 est un schéma similaire à ce lui de la fig. 4 d'une autre forme d'exécution des moyens de réglage, et La fig. 5 est un schéma similaire à celui de la fig. 3 d'une autre forme d'exécution encore des moyens de réglage.
Le tube à décharge du relais représentée, à la fig. 1 comporte une enveloppe 1 con tenant une cathode 2, une anode principale 3 et une anode de réglage 4. Les électrodes 2, 3 et 4 sont supportées par un socle 5 et sont raccordées à des fils d'amenée 6, 7 et 8 respectivement. Une saillie métallique 9 de la cathode 2 est dirigée vers l'intérieur jus qu'à proximité de l'anode de réglage 4. L'espace entre ,l'anode -de réglage et 2'extré- mité ide la saillie 9 doit .avoir une grandeur telle qu'on obtient le minimum de voltage pour l'amorçage de la décharge entre les électrodes 2 et 4.
Cette distance entre l'anode @de réglage et -la cathode dépend du gaz particulier employé et ide sa pression. Par exemple, avec de ,l'argon sous une pres sion de 5 à 8 mm -de colonne de mercure, on .a trouvé qu'un écartement d'environ 1 mm permet d'atteindre la condition requise pour l'amorçage avec un voltage faible. .Si l'on utilise d'autres pressions ou d'autres gaz, il peut être nécessaire -de modifier l'écartement de l'anode de réglage de la cathode.
L'anode principale 3 est placée à une plus grande distance de la cathode que l'anode de réglage. Dans la. forme d'exécution em ployant la pression de gaz susmentionnée, on -a obtenu d'excellentes caractéristiques de fonctionnement avec une cathode cylindrique 2 de 25 mm -de diamètre et avec l'anode prin cipale placée suivant l'axe -de celle-ci.
Afin de réduire les voltages d'amorçage et de fonctionnement -du dispositif, un métal élec tropositif, comme par exemple un des mé taux alcalins ou alcalino-terreux ou un -mé tal moins volatil tel que -du métal mixte (Misehmetall)peut être vaporisé sur la ca thode afin :d'y former une couche superfi cielle. Le métal mixte est satisfaisant pour des dispositifs branchés sur un voltage de ligne de 110 volts, mais pour des voltages de ligne plus - lias, les métaux alcalins seront plus avantageux.
L'anode principale 3 est raccordée à un pôle d'une ligne à courant alternatif 10 par un conducteur 11 et la cathode 2 est rac- cordée à l'autre pôle de ladite ligne par le conducteur 12. Un relais éleetro-magnétique 13 est intercalé dans .la ligne 11 de façon à être actionné lorsqu'une décharge est créée entre les électrodes 2 et 3 du dispositif. La résistance entre l'anode 3 et la cathode 2 est telle qu'il ne s'y produise point de décharge au voltage fourni par la ligne 10.
L'anode de réglage 4 est également raccordée à un pôle @de la ligne 10 opposé au pôle de la cathode par un ,conduc teur 14, à travers une résistance éle vée 15 et un interrupteur 16. Cette ré sistance limite le courant qui peut passer entre les électrodes 4- et 2 à une faible valeur. Le voltage -de la ligne 10 est tel que lorsque l'interrupteur 16 est fermé, le faible courant traversant ,la résistance 15 à basse tension amorcera une décharge partant de l'anode de réglage à la cathode en ionisant ainsi le gaz et en annihilant ainsi la résistance de la cathode.
Immédiate ment lorsque ceci se produit, la résistance entre l'anode principale 3 et @la cathode se trouve suffisamment réduite pour y amor cer une décharge de façon qu'un courant re lativement fort peut passer par la ligne 10 et le relais 13. De cette manière, l'interrupteur 17 est actionné et le circuit 18 est alimenté pour tout emploi désiré.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, l'interrupteur 16 peut avoir la forme d'un élément thermostatique -bi-métal- lique lequel, ,après avoir :atteint une tempé rature prédéterminée, se ferme ou s'ouvre en amorçant ou en arrêtant ainsi la décharge entre les électrodes principales et en rendant disponibles des courants relativement forts pour :actionner le relais 18 sans qu'il soit nécessaire que ces courants relativement forts passent directement par l'interrupteur 16.
La fig. 2 représente une forme -d'exécu tion d'un relais dans lequel l'anode de ré glage 4 est munie d'une tête 19 en une ma tière qui est plus active que celle de l'6lec- trode 3. Par exemple, l'électrode 3 peut être composée de nickel et la tête -d'.anod'e -de thorium, titanium ou uranium, qui ont la propriété de réduire encore davantage le vol tage nécessaire pour .amorcer @la décharge.
De cette manière, la différence -des voltages nécessaires pour amorcer la .décharge pTinCi- pale et & réglage ou -de déclanchement se trouve encore ,augmentée. La matière active constituant la tête 19 @de l'anode @de réglage exerce également un effet de .nettoyage ou d'épuration du gaz pour maintenir le gaz de remplissage dans une condition plus pure.
Si l'on :désire, la tête d'anode peut être recou verte d'oxyde de baryum qui est réduit par le thorium ou .autre matière active afin -de libé rer du baryum métallique. Le baryum métal lique se vaporise et se dégage sur la surface de la cathode 2 et sert à maintenir la chute de potentiel cathodique de cette électrode à une valeur plus petite.
Dans le relais représenté à la fig. 1, la décharge principale est réglée à l'aide de va- riations de température. A la fig. 3, on a re présenté une disposition, :dans laquelle ce ré glage est effectué par des variations -de l'in tensité d'une source de lumière. Dans cette dernière figure, l'électrode de réglage 4 est reliée à 1a ligne 10 par un .conducteur 20 à travers une cellule photoélectrique ou un autre dispositif sensible à la lumière 21.
L'anode principale 3 est reliée à la ligne 10 à travers le relais 13, comme à .la fig. 1, et la cathode est reliée au pôle opposé :de la ligne. De la ,lumière tombant sur la cellule photoélectrique 21 permet à une petite dé charge @d'y passer à partir de la ligne 10 de façon à amorcer la :décharge ,de réglage ou -de décla-nchement et en effectuant ainsi l'a morçage de la décharge principale.
Une bat terie 22 est mise en circuit avec la cellule photoélectrique 21 pour augmenter le vol tage de la ligne 10 et faciliter ainsi l'amor çage -de la décharge.
A la fig. 4, on a représenté un condensa teur 23 comme moyen -de limitation du cou rant entre la cligne 10 et l'électrode de réglage 4. Un interrupteur 24 qui peut être du type thermostatique représenté à la fig. 1 ou Ide tout autre type approprié et être commandé à la main ou :
automatiquement, est prévu pour régler 'la décharge de déclan- chement et par conséquent la décharge principale, ou la .décharge dans le circuit -de réglage peut être amorcée en changeant simplement la capacité @du condensateur 2'3, en rapprochant l'une -de ses plaques @de l'autre.
A la fig. 5, on a représenté une disposi tion dans laquelle l'électrode de réglage 4 est reliée à un condensateur 25 qui peut con sister en une plaque de verre 216 qui est re vêtue d'un côté d'une matière métallique 27, par exemple d'une feuille :d'étain. L'autre côté .du condensateur peut être établie en plaçant la main sur le côté opposé gydin verre 26 .au revêtement 27 de façon à compléter ainsi<B>lé</B> circuit vers le conducteur -de ligne 28 _ qui est mis .à la terre.
L'effet de capacité produit à l'anode -de réglage en mettant la main ou une .autre partie -du corps sur la plaque 26 provoque le passage d'un courant suffisant pour amorcer la décharge. Ce -cou rant peut toutefois être augmenté par une résistance élevée 2$' intercalée entre l'anode principale 3 et l'anàae -de réglage 4.
La ré sistance<B>28'</B> doit être suffisamment @élevée pour assurer qu'un courant suffisant passe à l'anode Ide réglage pour opérer la décharge de réglage en l'absence -du courant produit par l'effet de capacité produit en -approchant -un objet :mis à la terre de la plaque isolante 26.
Après l'amorçage ide ila -décharge td'e dé- clanchement, la décharge principale se pro -duit, excitant ainsi le relais polarisé sensible 29 pour fermer l'interrupteur 30 et pour ex citer ainsi le relais d'énergie 31 à travers l'enroulement secondaire 32 d'un transforma- teur 33 alimenté par @la ligne 10. Le relais d'énergie 31 .actionne un bras d'interrupteur 34 pour fermer le circuit de tout appareil électrique voulu 35.
Relay with glow discharge device. The present invention relates to a relay with a gas conduction type luminescent discharge device, in which the discharge occurs between cold electrodes in a gaseous atmosphere under reduced pressure.
It is well known that the voltage required to initiate an electric discharge in a glow discharge device is higher than that required to maintain the discharge once initiated, ie. Thus, for example, in voltage regulators, AC rectifiers, lamps, etc.
By employing spaced electrodes in a gaseous atmosphere and operating in the absence of heat emission, one can arrive by an exact choice of the material of the electrodes, of the spaces between the electrodes, of the pressure of the gas and of the at very constant, to initiate the discharge at a voltage of about 7.20 volts, while the discharge once initiated will continue, with lower voltages of 85 to 90 volts, which depends a little on the current passing through the tube.
This difference between the start-up and the operating vol tage is, in large part, due to the high resistance opposed by the dark space of the cathode. After the initiation of a discharge in the device, this resistance layer is broken and allows the discharge to continue with a lower voltage than the initiation flight or the initiation of another independent discharge. with a considerably lower voltage.
It has also been found that there is a defined spacing between the electrodes for a particular gas and pressure thereof, at which the voltage necessary to initiate the arc is a minimum. Further, while devices of this kind can easily conduct a current of up to several hundred milliamps, the current required to start the device may be excessively low, i.e. in the order of magnitude. -of some micro-amps only.
In the relay according to the invention, the aforementioned phenomena have been used for the establishment of a relay with a sensitive luminescent discharge device, this device comprising a cathode with a relatively large area and main anode urn and a adjustment anode. The anodes are constructed and arranged so that a considerably lower voltage is required to initiate the discharge between the control anode and the cathode than between the main anode and the cathode.
In the embodiment described below, the control anode is advantageously placed at the critical distance from the anode, at which the minimum voltage is required with the particular gas under the pressure employed to ignite. discharge of the cathode The main anode may be disposed a sufficient distance from the cathode to prevent the initiation of a discharge therefrom except at considerably higher voltages.
As a result of this construction, if a predetermined voltage is imparted between the main anode and the cathode which is below that required to initiate a discharge therein, but high enough to maintain this discharge once initiated , and if a second voltage is applied between the control anode and the cathode which is sufficient to initiate a discharge between these electrodes depending on a certain external condition, the main discharge can be initiated by the initiation of the -discharge from -the control anode.
Since only a very low current is needed to initiate this auxiliary discharge, such as for example that obtained from a photoelectric cell, this low current can be used in this way to obtain the passage. a current of much greater intensity in the circuit containing the main anode and the cathode.
Embodiments of the object of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which: FIG. 1 shows an elevation, partly in section, of an electrode tube with associated electrical means for regulating the operation thereof; Fig. 2 is an elevation, partly in section, of another embodiment of the arrangement of the electrodes; Fig. 3 is an electrical coupling diagram of the tube according to FIG. 1, with a variant - adjustment means;
Fig. 4 is a diagram similar to that of FIG. 4 of another embodiment of the adjustment means, and FIG. 5 is a diagram similar to that of FIG. 3 of yet another embodiment of the adjustment means.
The relay discharge tube shown in fig. 1 comprises a casing 1 containing a cathode 2, a main anode 3 and a control anode 4. The electrodes 2, 3 and 4 are supported by a base 5 and are connected to lead wires 6, 7 and 8 respectively. . A metal projection 9 of the cathode 2 is directed inwardly to near the control anode 4. The space between the control anode and the end of the projection 9 should. have a magnitude such that the minimum voltage is obtained for the initiation of the discharge between electrodes 2 and 4.
This distance between the control anode and the cathode depends on the particular gas employed and its pressure. For example, with argon under a pressure of 5 to 8 mm of mercury column, it has been found that a gap of about 1 mm allows the condition required for initiation to be achieved with a. low voltage. If other pressures or gases are used, it may be necessary to change the spacing of the cathode adjustment anode.
The main anode 3 is placed at a greater distance from the cathode than the control anode. In the. embodiment employing the aforementioned gas pressure, excellent operating characteristics have been obtained with a cylindrical cathode 2 of 25 mm diameter and with the main anode placed along the axis thereof .
In order to reduce the starting and operating voltages of the device, an electro-positive metal, such as for example an alkali metal or alkaline-earth metal or a less volatile -metal such as -mixed metal (Methmetall) can be sprayed on the ca thode in order to: form a surface layer. Mixed metal is satisfactory for devices plugged into 110 volt line voltage, but for higher line voltages the alkali metals will be more advantageous.
The main anode 3 is connected to one pole of an alternating current line 10 by a conductor 11 and the cathode 2 is connected to the other pole of said line by the conductor 12. An electromagnetic relay 13 is connected. interposed in .la line 11 so as to be actuated when a discharge is created between the electrodes 2 and 3 of the device. The resistance between anode 3 and cathode 2 is such that there is no discharge point at the voltage supplied by line 10.
The adjustment anode 4 is also connected to a pole @of line 10 opposite to the pole of the cathode by a conductor 14, through a high resistor 15 and a switch 16. This resistor limits the current which can. pass between electrodes 4- and 2 at a low value. The voltage of line 10 is such that when switch 16 is closed, with low current flowing through, low voltage resistor 15 will initiate a discharge from the tuning anode to the cathode thereby ionizing the gas and annihilating thus the resistance of the cathode.
Immediately when this occurs, the resistance between the main anode 3 and the cathode is reduced enough to initiate a discharge there so that relatively high current can flow through line 10 and relay 13. in this manner, switch 17 is actuated and circuit 18 is energized for any desired use.
In the embodiment shown in FIG. 1, the switch 16 may have the form of a -bi-metal- thermostatic element which, after having: reached a predetermined temperature, closes or opens thereby initiating or stopping the discharge between the electrodes and by making relatively strong currents available for: actuating relay 18 without it being necessary for these relatively strong currents to pass directly through switch 16.
Fig. 2 shows an embodiment of a relay in which the regulating anode 4 is provided with a head 19 of a material which is more active than that of the electrode 3. For example, the electrode 3 may be composed of nickel and the head -d'.anode -de thorium, titanium or uranium, which have the property of further reducing the vol tage necessary to initiate @the discharge.
In this way, the difference in the voltages required to initiate the high-pressure discharge and the adjustment or -tripping is further increased. The active material constituting the head 19 of the control anode also exerts a gas cleaning or scrubbing effect to maintain the fill gas in a purer condition.
If desired, the anode head can be covered with barium oxide which is reduced by thorium or other active material to liberate metallic barium. The barium metal vapor vaporizes and is released on the surface of the cathode 2 and serves to maintain the drop in cathodic potential of this electrode at a smaller value.
In the relay shown in fig. 1, the main discharge is regulated using temperature variations. In fig. 3, we have re presented an arrangement: in which this adjustment is effected by variations of the intensity of a light source. In the latter figure, the adjustment electrode 4 is connected to line 10 by a conductor 20 through a photoelectric cell or other light sensitive device 21.
The main anode 3 is connected to line 10 through relay 13, as in fig. 1, and the cathode is connected to the opposite pole: of the line. Light falling on the photoelectric cell 21 allows a small discharge @ to pass there from line 10 so as to initiate the: discharge, adjustment or release and thereby effecting the cracking of the main landfill.
A battery 22 is put in circuit with the photoelectric cell 21 to increase the voltage of the line 10 and thus facilitate the initiation of the discharge.
In fig. 4, a capacitor 23 is shown as a means of limiting the current between the flashing 10 and the adjustment electrode 4. A switch 24 which may be of the thermostatic type shown in FIG. 1 or any other suitable type and be ordered by hand or:
automatically, is provided to regulate the trigger discharge and therefore the main discharge, or the discharge in the control circuit can be initiated by simply changing the capacitance of the capacitor 2'3, bringing one closer together. -of its plates @of the other.
In fig. 5, there is shown an arrangement in which the adjustment electrode 4 is connected to a capacitor 25 which may consist of a glass plate 216 which is coated on one side with a metallic material 27, for example of 'a sheet: of tin. The other side of the capacitor can be made by placing your hand on the side opposite the glass 26. To the coating 27 so as to complete <B> the </B> circuit to the line conductor 28 which is put on. .To the earth.
The capacitance effect produced at the control anode by placing the hand or other body part on the plate 26 causes sufficient current to flow to initiate the discharge. This current can however be increased by a high resistance 2 $ 'interposed between the main anode 3 and the control anode 4.
The <B> 28 '</B> resistor must be high enough to ensure that sufficient current flows to the regulating anode to operate the regulating discharge in the absence of the current produced by the effect of capacitance produced on approaching -an object: earthed from the insulating plate 26.
After the initiation of the discharge, the main discharge occurs, thus energizing the sensitive polarized relay 29 to close the switch 30 and to thereby ex quote the energy relay 31 through the The secondary winding 32 of a transformer 33 supplied by line 10. The energy relay 31 actuates a switch arm 34 to close the circuit of any desired electrical appliance 35.