DE501404C - Electrical discharge device with two electrodes lying close to one another, some of which are in contact without a noticeable conduction current passing at the contact points - Google Patents
Electrical discharge device with two electrodes lying close to one another, some of which are in contact without a noticeable conduction current passing at the contact pointsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Hervorbringung elektrischer Entladungen und im besonderen auf Vorrich-• tungen zum Gleichrichten von Wechselstrom. Es ist Zweck der Erfindung, eine einfache und wirksame Entladevorrichtung zu schaffen, welche mit geringen Kosten hergestellt werden kann und zuverlässig arbeitet.The invention relates to devices for producing electrical discharges and in particular on devices for rectifying alternating current. It is the purpose of the invention to provide a simple and effective unloading device, which can be manufactured at low cost and operates reliably.
Es soll ferner eine Entladevorrichtung geschaffen werden, welche eine Anode und eine thermionisch wirksame Kathode besitzt, die voneinander durch einen sehr kleinen Spalt getrennt sind.It is also a discharge device to be created, which has an anode and a thermionically effective cathode, which is separated from each other by a very small gap are separated.
Schließlich soll die Vorrichtung für ihren Betrieb kein hochevakuiertes Gefäß benötigen. Es hat sich ergeben, daß durch einen genügend geringen Zwischenraum zwischen der Anode und der Kathode der Raumladungseffekt, welcher bei den Vorrichtungen der ao obengenannten Art auftritt, auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt werden kann. Der geringe Zwischenraum wird dadurch möglich, daß eine Kathode verwendet wird, die eine zur Elektronenemission bei verhält- »5 nismäßig geringer Temperatur befähigte Oberfläche aufweist, und daß die Temperatur der ganzen Vorrichtung auf die erforderliche Betriebstemperatur gebracht wird. Dieser ausgedehnten Kathodenoberfläche steht eine gleichfalls ausgedehnte Oberfläche der Anode gegenüber, die aus einem Stoff besteht, dessen Emiissionstemperatur höher liegt als dieEmiissionstemperatur der Kathodenoberfläche.Finally, the device should not require a highly evacuated vessel for its operation. It has been found that by having a sufficiently small gap between the Anode and the cathode of the space charge effect, which occurs in the devices of the type mentioned above, to a very large extent low value can be reduced. The small gap is made possible by using a cathode, the one surface capable of emitting electrons at a relatively low temperature has, and that the temperature of the entire device to the required operating temperature is brought. This extended cathode surface is an equally extended surface of the anode which consists of a substance whose emission temperature is higher than the emission temperature the cathode surface.
Der geringe Raumladungseffekt, welcher durch den geringen Zwischenraum erreicht wird, gestattet ferner den Betrieb derartiger Vorrichtungen in Gasen mit verhältnismäßig hohem Druck, z. B. in der Größenordnung des Atmosphärendrucks, wodurch es möglich wird, Bauarten zu verwenden, die nicht an die strengen Erfordernisse der Vorrichtungen gebunden sind, welche mit Hochvakuum oder geringem Druck arbeiten.The low space charge effect, which is achieved through the small gap also allows the operation of such devices in gases with relatively high pressure, e.g. B. on the order of atmospheric pressure, which makes it possible is to use types that do not meet the strict requirements of the devices are bound, which work with high vacuum or low pressure.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawings, some embodiments of the invention are for example shown.
Fig. ι ist eine schematische Darstellung eines einzelligen Gleichrichters gemäß der Erfindung. Fig. Ι is a schematic representation of a single-cell rectifier according to the invention.
Fig. 2 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. ι und zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.Fig. 2 is a similar representation as Fig. Ι and shows a modified embodiment the invention.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung von Teilen der beiden in Fig. 2 dargestellten Elektroden und des dazwischen befindlichen Spaltes, undFIG. 3 is an enlarged illustration of parts of the two electrodes shown in FIG. 2 and the gap in between, and
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines mehrzelligen Gleichrichters gemäß der Erfindung.FIG. 4 is a schematic representation of a multi-cell rectifier according to FIG Invention.
In Fig. ι ist ein Gleichrichter mit einer flachen Kathode 2 dargestellt, die von einer ίο flachen Anode 4 mittels dünner Abstandhalter 3 aus Isoliermaterial, z. B. Glimmerstreifen, getrennt ist. Die Kathode besteht vorzugsweise aus einem Stoff mit verhältnismäßig hohem spezifischen Widerstand von der Größenordnung eines Ohms pro Kubikzentimeter. Es können Stoffe wie Carborund, hochohmige Oxyde oder zusammengesetzte Wideristandsmaterialien verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ao der Erfindung wird eine Kathode verwendet, welche aus einer Mischung von Kaolin, Carborund und Kienruß besteht, die in die Form von Platten gebracht und bei hoher Temperatur gebrannt ist. Die besondere Art des für die Kathode benutzten Stoffes ist jedoch für die Erfindung an sich nicht unbedingt erforderlich, und es können in ähnlicher Weise Metallelektroden, z. B. solche aus Nickel, verwendet werden.In Fig. Ι a rectifier with a flat cathode 2 is shown, which is from a ίο flat anode 4 by means of thin spacers 3 made of insulating material, for. B. Mica strips, is separated. The cathode is preferably made of a material with relatively high resistivity of the order of an ohm per cubic centimeter. It can be substances such as carborundum, high-resistance oxides or compounds Resistance materials are used. In a preferred embodiment of the invention, a cathode is used which consists of a mixture of kaolin, carborundum and pine black, which is in the mold brought off plates and burned at high temperature. The special kind of material used for the cathode, however, is not absolutely necessary for the invention per se, and metal electrodes, e.g. B. those made of nickel are used will.
Für die Anode 4 kann Metall, wie Molybdän oder Nickel, verwendet werden.Metal such as molybdenum or nickel can be used for the anode 4.
Die wirksame Oberfläche 5 der Kathode ist mit Oxyden bedeckt, welche bei geringen Temperaturen eine verhältnismäßig hohe Elektronenemission ergeben. Eine Mischung der Oxyde von Barium und Strontium bildet einen sehr guten Überzug für die Oberfläche der Kathode. Glühkathoden mit diesen Oxyden zur Erhöhung der Elektronenemission zu überziehen, ist an sich bekannt. Es kann auch eine Kathode verwendet werden, die aus einem zusammengesetzten Stoff besteht, der die Elektronen emittierenden Oxyde als einen Bestandteil enthält, z. B. eine Mischung von *5 Kaolin, Carborund, Kienruß und Oxyden von Barium und Strontium. Solche Kathoden und im allgemeinen Elektroden aus zusammengesetztem Stoff können mit großem Vorteil in anderen Entladevorrichtungen verwendet werden, wenn der spezifische Leitungswiderstand der Elektroden in einfacher Weise den besonderen Verwendungsarten angepaßt werden soll. Die beiden Elektroden 2 und 4 sind vorzugsweise in einer gasdichten Kammer 6 angeordnet, die isolierte Wände 7 aus hitzebeständigem Material aufweist. Die Rückseiten 8 der Elektroden haben einen guten elektrischen Kontakt mit den Kontaktstücken 9, die in der Kammer 6 vorgesehen sind und über die Sekundärwicklung 10 eines Speisetransformators 11 mit einer Gleichstrombelastung 12 verbunden sind. Um einen guten elektrischen Kontakt zu sichern, kann die Rückseite 8 der Elektroden mit einem metallischen oder gut leitenden Stoff bespritzt werden, der die Kontaktfläche für die Kontaktstücke 9 bildet.The effective surface 5 of the cathode is covered with oxides, which at low Temperatures result in a relatively high electron emission. A mixture the oxides of barium and strontium form a very good coating for the surface the cathode. Incandescent cathodes with these oxides to increase the electron emission overlay is known per se. A cathode consisting of a Compound substance consists of the electron-emitting oxides as one Contains component, e.g. B. a mixture of * 5 kaolin, carborundum, pine soot and oxides of Barium and strontium. Such cathodes and, in general, composite electrodes Substance can be used with great advantage in other discharge devices if the specific line resistance the electrodes can be adapted in a simple manner to the particular types of use target. The two electrodes 2 and 4 are preferably in a gas-tight chamber 6 arranged, which has insulated walls 7 made of heat-resistant material. The backs 8 of the electrodes have good electrical contact with the contact pieces 9 provided in the chamber 6 are and via the secondary winding 10 of a supply transformer 11 with a direct current load 12 are connected. To ensure good electrical contact, the back 8 of the electrodes is sprayed with a metallic or highly conductive substance which forms the contact surface for the contact pieces 9.
Eine Heizspule 14, die in der Heizkammer 6 vorgesehen ist, kann über einen Verbindungsschalter 15 von einem Wechselstromnetz 16 gespeist werden, das gleichzeitig die Stromquelle für die Primärwicklung 17 des Transformators 11 bildet. Die Kammer ist vorzugsweise mit Gas gefüllt, welches annähernd unter Atmosphärendruck steht und keine Reaktionserscheinungen mit den Oxyden der Elektroden zeigt. Vorzugsweise werden Gase, wie Wasserstoff, Helium oder Stickstoff verwendet, aus Gründen, die im folgenden noch eingehender auseinandergesetzt werden.A heating coil 14 provided in the heating chamber 6 can be connected via a connection switch 15 are fed from an alternating current network 16, which is also the power source forms for the primary winding 17 of the transformer 11. The chamber is preferably filled with gas which is almost under atmospheric pressure and no reaction phenomena with the oxides of the electrodes. Gases such as hydrogen, helium or nitrogen are preferably used, for reasons that will be discussed in more detail below.
Um den Gleichrichter in Betrieb zu setzen, wird die Heizspule unter Strom gesetzt und die Temperatur der Elektroden in der Kammer 6 zunächst auf etwa 700 ° bis 800 ° C gebracht. Bei dieser Temperatur sendet die Kathode reichlich Elektronen aus, und es fließt ein Strom von der Anode nach der Kathode. In der entgegengesetzten Richtung wirkt die Vorrichtung wie ein offener Stromkreis infolge der verschwindend kleinen Anzahl von Elektronen, die bei der obengenannten Temperatur von der Anode ausgesendet werden. Nachdem der Betrieb einmal eingeleitet ist, ist es möglich, den Heizstromkreis entweder mit Unterbrechungen oder dauernd zu öffnen, wobei die innere Erhitzung des Gleichrichters genügt, um die notwendige Temperatur aufrechtzuerhalten. To put the rectifier into operation, the heating coil is energized and the temperature of the electrodes in the chamber 6 was initially brought to about 700 ° to 800 ° C. At this temperature the cathode sends out plenty of electrons and it flows a current from the anode to the cathode. The works in the opposite direction Device like an open circuit due to the vanishingly small number of Electrons that are emitted from the anode at the above-mentioned temperature. Once operation is initiated, it is possible to turn off the heating circuit either open intermittently or continuously, with the internal heating of the rectifier is enough to maintain the necessary temperature.
In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die wo Abstandhalter 3 aus Glimmer ganz vermieden 4H sind und die Kathode scheinbar in unmittel- ^ barer Berührung mit der Oberfläche der Anode steht. Tatsächlich ist jedoch die unmittelbare Berührung zwischen den beiden Elektroden auf eine sehr kleine Anzahl von Punkten 18 mit verhältnismäßig kleiner leitender Fläche beschränkt, wie es in der vergrößerten Darstellung der Fig. 3 ersichtlich ist, und die Flächen der beiden Elektroden sind zum größten Teil durch einen sehr kleinen Spalt voneinander getrennt. Infolge der Verwendung von Elektroden mit genügend hohem spezifischen Leitungswiderstand haben die wirklichen Berührungspunkte einen sehr hohen Widerstand, und sie wirken wie isolierende Abstandhalter.In Fig. 2, a modified embodiment of the invention is shown in which the where Spacers 3 made of mica are completely avoided 4H and the cathode apparently in immediate ^ tangible contact with the surface of the anode. In fact, however, is the immediate Contact between the two electrodes on a very small number of points 18 with relatively smaller conductive ones Area limited, as can be seen in the enlarged illustration of FIG. 3 is, and the areas of the two electrodes are for the most part covered by a very small one Gap separated from each other. As a result of the use of electrodes with a sufficiently high specific line resistance the real points of contact have a very high resistance, and they act like insulating Spacers.
Es sollen nun gewisse kennzeichnende Merkmale der Vorrichtung erörtert werden, und es soll auf die Theorie der Wirkungs- iao weise eingegangen werden, soweit diese gegenwärtig gegeben werden kann.Certain features of the device will now be discussed, and the theory of the iao of action will be dealt with in so far as it is at present can be given.
Die von der Kathodenoberfläche ausgesandten Elektronen bewegen sich unter der Wirkung der an die Elektroden angelegten elektromotorischen Kraft nach der Anode. Auf ihrem Wege können sich die Elektronen mit ungeladenen Gasmolekülen vereinigen und negative Ionen bilden. Die Stromleitung zwischen den beiden Elektroden hängt von der Anwesenheit von Elektronen oder ίο negativen Ionen in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden ab und somit von der Wirkung der Kathode, fortgesetzt neue Elektronen oder Ionen zu erzeugen.The electrons emitted from the cathode surface move under the Effect of the electromotive force applied to the electrodes after the anode. On their way, the electrons can unite with uncharged gas molecules and form negative ions. The power line between the two electrodes is hanging from the presence of electrons or ίο negative ions in the space between off the electrodes and thus from the action of the cathode, new electrons continued or to generate ions.
Es läßt sich zeigen, daß zwischen dem Abstand χ der beiden parallelen Elektroden, dem Strom i pro Flächeneinheit, dem Potential v, welches notwendig ist, um den Raumladungseffekt zu überwinden, welcher durch den den Strom i bildenden Ionenfluß verursacht wird, und der Beweglichkeit k der fe Ionen per Zentimeter pro Sekunde pro Ein-P heit des Potentialgradienten folgende Beziehung besteht:It can be shown that between the distance χ between the two parallel electrodes, the current i per unit area, the potential v, which is necessary to overcome the space charge effect, which is caused by the ion flow forming the current i , and the mobility k of fe ions per centimeter per second per unit of the potential gradient the following relationship exists:
2 τ /8 π j, 32 τ / 8 π j, 3
im elektrostatischen Maßsystem oderin the electrostatic measurement system or
ν = 3 · ι 10 k- i2 x'1 (2) ν = 3 ι 10 k- i 2 x ' 1 (2)
im praktischen oder gewöhnlichen Maßsystem In der obigen Gleichung ist das Potential ν proportional dem mit drei halben potenzierten Abstand x. Nimmt man für den Strom i einen Wert von 10 Milliampere pro Quadratzentimeter und für die Beweglichkeit k einen Wert von 1 cm pro Sekunde pro Volt pro Zentimeter an, so ergibt eich für den Abstand.*·in the practical or ordinary system of measurement In the above equation, the potential ν is proportional to the distance x raised to the power of three. Assuming a value of 10 milliamperes per square centimeter for the current i and a value of 1 cm per second per volt per centimeter for the mobility k, eich results for the distance. *
ii Volt, (3)
ν = 0,31 Volt und
# = io~-2cm v = 310 Volt.ii volts, (3)
ν = 0.31 volts and
# = io ~ - 2 cm v = 310 volts.
Obwohl der angenommene Wert für die Beweglichkeit ziemlich klein ist, ist die Spannung an den Elektroden für einen geringen Abstand, wie er bei der Erfindung verwendet wird, von der Größenordnung eines Volt. Gase wie Wasserstoff oder Helium haben jedoch eine Beweglichkeit von der Größenordnung 6 Zentimeter pro Sekunde, und in anderen Gasen wie Argon oder Stickstoff Ast die Beweglichkeit der negativen Elektrizitätsträger noch viel höher, da die negativenElektrizitätsträger in solchen Gasen wahrscheinlich, wenigstens zum Teil, freie Elektronen sind. Infolgedessen wird die Spannung an den Elektroden, welche in solchen Gasen arbeiten, noch viel kleiner sein als der oben berechnete Wert oder, was dasselbe bedeutet, es können größere Zwischenräume verwendet werden, ohne die Spannung an den Elektroden zu vergrößern.Although the assumed value for agility is quite small, it is Voltage at the electrodes for a small distance, as in the invention used is of the order of a volt. Gases like hydrogen or helium however, have a mobility of the order of 6 centimeters per second, and in other gases such as argon or nitrogen The mobility of the negative electricity carriers is much higher than the negative electricity carriers in such gases probably, at least in part, free electrons are. As a result, the voltage across the electrodes working in such gases will be much smaller than that value calculated above or, which means the same thing, there can be larger gaps can be used without increasing the voltage on the electrodes.
; = io~-6cm v = o, ; = io ~ - 6 cm v = o,
Die besondere Anordnung des Gleichrichters ermöglicht den Betrieb bei Atmosphärendruck, vorausgesetzt, daß die höchste Gleichrichterspannung nicht über der geringsten Zündspannung für das Gas liegt, welche von der Größenordnung von einigen 100 Volt ist.The special arrangement of the rectifier enables operation at atmospheric pressure, provided that the highest rectifier voltage does not exceed the lowest ignition voltage for the gas, which is of the order of a few hundred volts.
Es können Schwierigkeiten dabei entstehen, einen genügend kleinen Abstand zwisehen den Elektroden herzustellen. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden Elektroden verwendet, welche aus einem Stoff mit verhältnismäßig großem spezifischem Leitungswiderstand bestehen, so daß eine leichte Berührung an wenigen Stellen keinen Kurzschluß bildet. Eine ähnliche Wirkung kann jedoch dadurch erreicht werden, daß ; reine Metallelektroden verwendet werden und die Oxydschicht auf der Kathode genügend dick und von genügend hohem spezifischem Leitungswiderstand gemacht wird, so daß ein vollkommener elektrischer Kontakt an einem zufälligen Berührungspunkt zwischen den beiden Elektroden vermieden wird.Difficulties can arise in keeping a sufficiently small distance between them to manufacture the electrodes. To avoid these difficulties, electrodes used, which consist of a substance with a relatively large specific line resistance, so that a light touch in a few places does not form a short circuit. A similar effect can, however, be achieved in that; pure metal electrodes can be used and the oxide layer on the cathode is sufficiently thick and of sufficiently high specificity Line resistance is made so that perfect electrical contact is made at an incidental point of contact between the two electrodes is avoided.
Die Verwendung von Elektroden mit verhältnismäßig hohem Widerstand ist ferner vorteilhaft mit Rücksicht auf die ausgleichende Wirkung des Widerstandes, welcher bestrebt ist, den Strom über die ganze Elektrodenfläche gleichmäßig verteilt zu halten und der möglichen Neigung zur Bildung eines Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden entgegenwirkt.The use of electrodes with relatively high resistance is also possible advantageous with regard to the balancing effect of the resistance, which the aim is to keep the current evenly distributed over the entire electrode surface and the possible propensity for an arc to form between the two electrodes counteracts.
Die Betriebstemperatur wird vorzugsweise so hoch gehalten, daß die erforderliche thermionische Emission erreicht wird, um die Gefahr eines Lichtbogens infolge einer außergewöhnlich hef tigenEniiissian von einem Punkt der Elektrode aus zu vermeiden. Wie oben erwähnt, ist der von der Elektrodenfläche pro Quadratzentimeter geführte Strom verhältnismäßig gering. Die einfache Ausführung des Gleichrichters ermöglicht jedoch die Ver-Wendung von sehr großen Elektrodenflächen, indem mehrere parallel geschaltete Gleichrichterzellen angeordnet werden. Eine solche Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt, in der mehrere Kathoden 2 paarweise mit no ihren entsprechenden Anoden 4 vereinigt und voneinander durch Abstandhalter 3 in derselben Weise wie in Fig. 1 getrennt sind. Die Kathoden und Anoden sind parallel an zwei Leiter 19 geschaltet, die als Klemmen des Gleichrichters dienen.The operating temperature is preferably kept so high that the required thermionic The risk of an electric arc as a result of an exceptional emission is achieved Avoid yeasty eniiissian from one point on the electrode. As above mentioned, the current carried by the electrode area per square centimeter is proportional small amount. However, the simple design of the rectifier enables it to be used of very large electrode areas by arranging several rectifier cells connected in parallel. One such an embodiment is shown in Fig. 4, in which several cathodes 2 in pairs with no their respective anodes 4 are united and separated from each other by spacers 3 in the same way as in Fig. 1 are separated. The cathodes and anodes are on in parallel two conductors 19 connected, which serve as terminals of the rectifier.
Die obige Anordnung nach Fig. 4 stellt eine sehr einfache Ausführung dar, bei welcher die Verwendung von gasdicht geschlossenen Gefäßen und Glashüllen vollkommen vermieden ist und die sich zum Bau von Gleichrichtern mit großer Leistung eignet.The above arrangement of FIG. 4 represents a very simple embodiment in which the use of gas-tight closed vessels and glass envelopes is completely avoided and the construction of Rectifiers with great power are suitable.
Zur Gleichrichtung von hohen Spannungen können mehrere in Reihe geschaltete Gleichrichter verwendet werden.Several rectifiers connected in series can be used to rectify high voltages be used.
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| US2905852A (en) * | 1954-06-15 | 1959-09-22 | Bell Telephone Labor Inc | Electron discharge device |
| US3050651A (en) * | 1956-09-04 | 1962-08-21 | Gen Electric | High temperature electron discharge device and apparatus |
-
1923
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1924
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- 1924-10-10 DE DEW67294D patent/DE501404C/en not_active Expired
- 1924-10-13 GB GB24251/24A patent/GB223562A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US1839899A (en) | 1932-01-05 |
| FR587307A (en) | 1925-04-16 |
| GB223562A (en) | 1925-10-01 |
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