Brevet FR2137759A1 — publié le 19721229

■2 16,88 1 2137759 La présente inventiôn concerne un procédé et un dispositif pour régler la capacité de condensateurs. Une conséquence de l'extension rapide des diverses formes de systèmes de communication électroniques est 5 la demande d'tm rendement, amélioré dans l'utilisation des spectres de fréquences disponibles. Cette demande se traduit en partie par des efforts accrus pour réaliser des tolérances de réalisation plus étroites dans la production des organes qui déterminent la fréquence, tels que les condensateurs. Malgré ces 10 efforts, la production en série de condensateurs de grand volume tels que les condensateurs à pellicule métallisée et imprégnés de cire, se sont trouvés jusqu'à présent limités à des tolérances d'environ plus ou moins 2% de la valeur de la capacité. Dans de nombreuses applications qui exigent des condensateurs 15 ayant une valeur de capacité précise, la pratique normale consiste à choisir une paire de condensateurs de valeur de capacité convenable la plus proche et à utiliser cette paire de condensateurs sélectionnés en parallèle afin d'obtenir la valeur de capacité voulue. Une variante de ce procédé consiste à vérifier 20 chaque condensateur dans un lot déterminé,et ne choisir que les quelques condensateurs qui satisfont aux desiderata. Il va de soi que ces deux procédés sont fort peu souhaitables. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour régler à une valeur précise la capacité d'un 25 condensateur à pellicule métallisée, imprégné de cire. Ce procédé et ce dispositif permettent de réduire le coût de la production en série de condensateurs de précision, de haute qualité-. Suivant l'invention, le réglage de la capacité d'un condensateur se fait au moyen de plusieurs plaques qui 30 peuvent être déplacées l'une par rapport à l'autre, et une matière diélectrique se trouve disposée entre les plaques afin de les maintenir dans leur position ajustée. Suivant une forme de réalisation de ce procédé, la capacité d'un condensateur est accrue en appliquant 35 d'abord une tension entre les plaques du condensateur afin d'engendrer une force d'attraction électrostatique entre celles-ci en sorte d'attirer les plaques du condensateur plus près l'une de l'autre, en manière telle que la valeur de la capacité du condensateur soit accrue, et en imprégnant ensuite une substance 40 non conductrice entre les plaques du condensateur afin de main 72 16788 2137759 tenir celles-ci avec l'écartement pour lequel la capacité a la valeur la plus élevée. Pour augmenter la valeur de capacité d'un condensateur entre les plaques duquel se trouve déjà disposée la substance non conductrice, celle-ci présentant une vis-5 cosité qui diminue avec l'accroissement de température, on applique d'abord une tension entre les plaques du condensateur afin d'engendrer une force d'attraction électrostatique entre elles et on chauffe ensuite le condensateur de manière à réduire la viscosité de la substance non conductrice. La force 10 d'attraction électrostatique amène alors les plaques du condensateur plus près l'une de l'autre afin d'accroître la capacité du condensateur. Le condensateur est de préférence un condensateur plat à pellicule métallisée. Lorsque la tension est appli-15 quée entre les plaques du condensateur afin d'engendrer entre celles-ci une force d'attraction électrostatique propre à rapprocher les plaques, la valeur de capacité du condensateur est surveillée afin de détecter l'accroissement de cette valeur. Lorsque la valeur de capacité atteint une valeur prédéterminée, 20 une cire chauffée se trouve imprégnée entre les plaques du condensateur, la viscosité de la cire chauffée étant suffisamment faible pour permettre à la cire de couler entre les plaques. La cire est ensuite refroidie afin d'en augmenter la viscosité de manière à maintenir les plaques du condensateur dans la posi-25 tion ajustée pour laquelle la capacité a la valeur la plus élevée. Le diélectrique à l'état de viscosité accrue est considéré comme étant figé. Si le condensateur plat à pellicule métallisée contient déjà de la cire entre ses plaques, on chauffe le conden-30 sateur en même temps que l'on applique line tension entre les plaques afin de diminuer la viscosité de la cire en sorte que les plaques soient attirées par la force électrostatique à travers la cire, de manière à accroître la valeur de la capacité du condensateur. Cette valeur est surveillée pendant la phase 35 de chauffage afin de détecter l'accroissement de valeur. Lorsque cette capacité atteint une valeur prédéterminée, le condensateur est refroidi afin d'augmenter la viscosité de la cire qu'il contient en sorte de maintenir les plaques du condensateur dans leur position ajustée pour laquelle la valeur de capacité est 40 la plus élevée, la viscosité accrue de la cire étant suffisante 72 16788 3 pour empêcher les plaques d'être ultérieurement attirées par la force électrostatique en réponse à la tension appliquée. La tension est maintenue entre les plaques du condensateur pendant la phase de refroidissement afin de réduire à un minimum 5 tout accroissement d'écartement entre les plaques avant que la viscosité de la cire ne croisse suffisamment en sorte de maintenir constant l'écartement entre les plaques. L'invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en 10 regard des dessins joints sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un condensateur à pellicule métallisée; la figure 2 illustre un dispositif pour imprégner de cire les plaques du condensateur suivant une forme 15 de réalisation de l'invention; la figure 3 est un schéma d'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention; la figure 4 est un graphique montrant une gamme typique de variation de capacité d'un condensateur à pel-20 licule métallisée, imprégné de cire, en fonction de la tension appliquée entre les plaques, pendant que le condensateur est chauffé pendant vin intervalle de temps prédéterminé à température constante. La figure 1 montre en coupe transversale ion 25 condensateur 11 à pellicule métallisée, imprégné de cire, dont la capacité doit être augmentée suivant le procédé de l'invention. Le condensateur 11 est formé de deux bandes de polyester métallisé, constitué par exemple de bandes de polyester Mylar 12 et 13 portant chacune une pellicule métallisée 14 et 16, respecti-30 vement. Les pellicules métallisées 14 et 16 sont les plaques du condensateur et sont constituées d'une matière conductrice de l'électricité, par exemple du zinc ou de 1'aluminium, qui a été déposé sur une surface de chacune des bandes de polyester ïfylar 12 et 13. Entre les bandes métallisées 12 et 13 se trou-35 ve disposée une cire microcristalline de degré de pureté très élevée 15. Le condensateur 11 est formé en plaçant les bande's métallisées 12 et 13 dos à dos, de manière que la partie métallisée de chaque bande se trouve séparée de la bande 40 métallisée de l'autre bande par la face de Mylar qui porte les 72 16788 ^ 2137759 bandes, et en enroulant ces bandes en plusieurs circonvolutions afin de former un condensateur tubulaire. Celui-ci est placé dans une fixation qui sert à la fois à aplatir et à maintenir fermement le condensateur tandis que chacune des extrémités 5 reçoit une pulvérisation de soudure afin d'assurer des contacts électriques séparés et poreux avec chacune des pellicules métallisées 14 et 16. A ce stade du procédé, le condensateur 11 est instable et perméable à l'humidité. Pour stabiliser le condensa-10 teur et pour le rendre imperméable à l'humidité, on le place dans une chambre à vide 17 dans laquelle on crée une pression très faible au moyen d'une pompe à vide 18 afin d'éliminer tout air enfermé entre les bandes métallisées 12 et 13 du condensateur. Une cire microcristalline ayant m degré de pureté très élevé, 15 qui a été chauffée à une température de 104°C environ afin d'en réduire la viscosité, est ensuite imprégnée par les extrémités du condensateur afin de couler entre les plaques et d'emplir tous les vides qui existent entre les bandes métallisées 12 et 13. L'imprégnation eot réalisée en immergeant le condensa-20 teur dans un bain de cire chauffée 15 placé à l'intérieur de la chambre à vide 17, et en réintroduisant ensuite de l'air dans la chambre en sorte que la pression produite amène la cire 15 à travers les blocs de soudure poreux sur chacune des extrémités du condensateur et dans les vides. Le condensateur 11 est en-25) suite retiré de la chambre à vide 17 et refroidi, ce qui a pour effet d'augmenter la viscosité de la cire qu'il contient, de fixer les plaques du condensateur dans leur position ajustée en sorte de stabiliser la capacité du condensateur et sceller celui-ci afin de le rendre imperméable à l'humidité. Des conduc-30 teurs électriques sont ensuite soudés par résistance aux extrémités du condensateur et celui-ci est ensuite vérifié afin de déterminer sa capacité. Si la capacité du condensateur 11 est plus petite que la valeur voulue, on peut la faire croître en sui-35 vant le procédé selon l'invention. Comme le montre la figure 3, le condensateur 11 est placé dans un four 19 et des moyens, tels qu'une source de tension continue variable 21 et un commutateur 22, sont connectés en sorte d'appliquer un potentiel entre les plaques du condensateur 11. Ce potentiel étant ap-40 pliqué aux plaques du condensateur, le four 19 est chauffé 11 16788 5 2137759 jusqu'à une température d'environ 110°C. Le potentiel appliqué entre les plaques du condensateur 11 engendre une forte d'attraction électrostatique entre les pellicules métallisées adjacentes 14 et 16. Cette 5 force d'attraction électrostatique peut s'exprimer sous la forme F = qE, où Fest la force électrostatique entre les couches adjacentes de la pellicule métallisée, exprimée en newtons; q est la charge sur les plaques du condensateur 11, exprimée en coulombs; et E est l'intensité du champ entre les plaques du condensateur, 10 exprimée en volispar mètre. Comme q » CV, où C est la capacité du condensateur 11 exprimée en farads et V est l'amplitude de la tension appliquée entre les plaques du condensateur, et comme E = V/d, où d est la distance entre les plaques du condensateur, p exprimée en mètres, la relation F = qE devient F = CV /d. La 15 force d'attraction électrostatique F est une force physique réelle qui, lorsque la cire se trouvant entre les plaques du condensateur a été chauffée afin de l'amener à l'état de faible viscosité ou à l'état liquide, rapproche les plaque plus près l'une de l'autre afin d'augmenter la capacité du condensateur. 20 A mesure que les plaques du condensateur se trouvent rapprochées l'une de l'autre, la cire contenue entre les plaques se trouve extrudée hors des extrémités du condensateur. La capacité du condensateur 11 est surveillée pendant le procédé ci-dessus par un pont 23, et lorsque la valeur de cette 25 capacité croît jusqu'à une valeur prédéterminée, le four 19 se trouve débranché et un courant d'air froid s'y trouve introduit afin de refroidir le condensateur et de solidifier la cire qu' il contient en sorte de maintenir les plaques dans leur nouvelle position ajustée. 30 La tension appliquée entre les plaques du condensateur 11 est de préférence supérieure à la tension de claquage nominale du condensateur et elle se trouve appliquée entre les plaques avant que le condensateur ne soit chauffé afin de réduire la viscosité de la cire. Lorsque le condensateur 35 est chauffé, un gradient de température se trouve engendré à l'intérieur du condensateur et la cire située au voisinage des zones extérieures du condensateur atteignait tin état de viscosité plus faible avant la cire située au centre du condensateur, en sorte que les parties extérieures des plaques 14 et 16 du 40 condensateur se trouvent attirées vers le noyau central encore 72 16788 2137759 solide du condensateur. On obtient de cette manière une réduction uniforme de la distance entre les plaques du condensateur. Si le condensateur 11 était d'abord chauffé dans son entièreté et si la tension était ensuite appliquée entre les plaques, cette 5 tension engendrerait une force d'attraction électrostatique qui tendrait à attirer les zones des plaques 14 et 16 situées au voisinage du centre du condensateur vers l'extérieur ainsi qu'à attirer les zones des plaques 14 et 16 situées aux environs de la périphérie du condensateur vers l'intérieur, ce qui réali-10 serait une diminution non uniforme de la distance entre les plaques. Lorsque la valeur de la capacité atteint une valeur prédéterminée, la tension fournie par la source 18 est de préférence maintenue entre les plaques du condensateur pendant 15 que celui-ci est refroidi. De cette manière, pendant que le condensateur se refroidit, tout accroissement de l'écartement entre les plaques, par suite des variations de contrainte au sein du condensateur, qui tendraient à diminuer la capacité, se trouve réduit à un minimum. Lorsque le condensateur s'est 20 trouvé suffisamment refroidi en sorte que la cire qu'il contient ait augmenté en viscosité ou soit devenue solide, la tension appliquée entre les plaques du condensateur est supprimée. La cire maintient alors les plaques dans leur nouvelle position ajustée, indépendamment du fait qu'une tension se trouve appli-25 quée entre les plaques ensuite. Il n'est cependant pas essentiel de maintenir la tension entre les plaques du condensateur pendant que celui-ci se refroidit. L'accroissement en pour cent de la valeur de la capacité du condensateur 11 lorsque celui-ci est traité par 30 le procédé décrit ci-dessus dépend de la quantité de cire présente entre les plaques du condensateur, quantité de cire qui détermine la réduction totale possible de la distance entre les plaques, de l'amplitude de la tension appliquée entre les plaques du condensateur, tension qui détermine la force d'attraction 35 entre les plaques, et de la durée d'application de la chaleur au condensateur à l'intérieur du four 19, durée qui détermine la durée totale disponible pour que les plaques du condensateur se déplacent ensemble. La figure 4 montre l'accroissement, en pour cent, de la capacité de plusieurs condensateurs plats de 40 quatre microfarads, pour différentes tensions appliquées entre 72 16788 2137759 7 les plaques pendant que le condensateur est chauffé dans un four à une température de 104°C environ pendant un intervalle de temps de cinq minutes. On voit que l'accroissement de la capacité augmente à peu près exponentiellement avec la tension appliquée 5 entre les plaques. Un tel résultat est une conclusion logique de la formule F » CV^/d, puisque la force d'attraction électrostatique produite entre les plaques du condensateur est une fonction du carré de la tension appliquée entre elles divisée par la distance entre les plaques, la variation de distance 10 entre les plaques étant relativement petite, et puisque la force d'attraction électrostatique engendrée entre les plaques est d'autant plus grande que les plaques sont plus rapprochées l'une de l'autre. On a obtenu des accroissements de capacité allant jusqu'à k% comme le montre la figure 4. 15 La valeur de la capacité du condensateur 11 peut de même être augmentée avant imprégnation de la cire chauffée 15 entre les bandes métallisées 12 et 13 du condensateur suivant une seconde forme de réalisation du procédé selon l'invention. Dans ce cas, la capacité du condensateur a été mesurée 20 après que les deux extrémités de celui-ci aient reçu une pulvérisation de soudure pour réaliser des contacts électriques séparés avec chacune des pellicules métallisées 14 et 16. Si la capacité est inférieure à la valeur voulue, la capacité peut être augmentée jusqu'à une valeur prédéterminée en appliquant 25 une tension continue entre les plaque 14 et 16, tandis que l'on surveille simultanément la valeur de cette capacité au moyen du pont 23. Le potentiel entre les plaques du condensateur produit une force d'attraction électrostatique entre les 30 pellicules métallisées adjacentes 14 et 16, comme décrit plus haut, de manière à attirer les plaques plus près l'une de l'autre et à accroître ainsi la valeur de la capacité. Lorsque cette valeur croit jusqu'à la valeur prédéterminée, ce que détecte le pont 23, le potentiel est supprimé des plaques du 35 condensateur afin d'empêcher tout nouvel accroissement de la capacité. La valeur de la capacité du condensateur 11 est a-lors stabilisée en imprégnant la cire 15 entre les bandes métallisée 12 et 13 comme décrit plus haut: on place le condensateur 11 dans la chambre à vide 17 dans laquelle on fait le vide au 40 moyen de la pompe à vide 18 afin d'extraire tout air résiduel 72 16788 2137759 retenu entre les bandes métallisées 12 et 13, on immerge le condensateur dans le bain de cire chauffée 15 placé à l'intérieur de la chambre à vide 17, on introduit de l'air dans la chambre en sorte que la pression produite imprègne la cire chauf-5 fée dans les vides entre les bandes métallisées 12 et 13, et on refroidit le condensateur afin d'augmenter la viscosité de la cire imprégnée en sorte de fixer les plaques du condensateur dans leur position ajustée. Après que la cire 15 ait refroidi afin de 10 stabiliser la valeur de la capacité du condensateur, on peut obtenir un nouvel accroissement de la capacité en traitant le condensateur conformément à la première forme de réalisation du procédé décrite plus haut. Une tension est appliquée entre les plaques du condensateur, celui-ci est chauffé afin de ré-15 duire la viscosité de la cire tandis que l'on surveille simultanément la valeur de la capacité au moyen du pont 23, puis le condensateur est refroidi afin d'accroître la viscosité de la cire contenue entre les plaques après que la valeur de la capacité ait atteint une valeur prédéterminée indiquée par le 20 pont 23. Lorsque la valeur de la capacité du condensateur 11 a été augmentée suivant la seconde forme de réalisation du procédé, l'accroissement en pour cent de la valeur de la capacité dépend de la quantité d'air présente entre les plaques 25 du condensateur, quantité d'air qui détermine la réduction possible totale de la distance entre les plaques, de l'amplitude de la tension appliquée entre les plaques, laquelle tension détermine la force d'attraction entre les plaques, et de la durée pendant laquelle la tension se trouve appliquée entre les pla-30 ques, durée qui détermine le temps total disponible pour que les plaques du condensateur se déplacent ensemble. On a obtenu de cette manière des accroissements de capacité de plus de 9%. Bien que l'on ait décrit en détail deux formes de réalisation particulières du procédé selon l'invention, 35 il est bien entendu que diverses autres modifications et formes de réalisation peuvent être conçues par l'homme de l'art. Par exemple, la variation de capacité peut être fonction du temps, le condensateur 11 étant maintenu dans le four 19 pendant des intervalles de temps variables tandis qu'un potentiel constant 40 prédéterminé se trouve appliqué entre les plaques du condensa î 6788 o 2137759 teur. D'une manière similaire, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour un condensateur tubulaire, c'est-à-dire un condensateur qui ne présente aucune partie aplatie. Toutefois, dans un tel cas, la variation de capacité n'est pas aussi uniforme que celle que l'on obtient pour un condensateur plat, puisque la variation de distance entre les plaques, lesquelles décrivent en coupe transversale des circonférences concentriques, n'est pas aussi uniforme que la variation de distance entre des plaques qui se superposent linéairement. 72 16788 2137759 REVENDICATIONS 1. Procédé pour régler la capacité d'un condensateur au moyen de plusieurs plaques pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'une matière 5 diélectrique se trouve disposée entre les plaques afin de les maintenir dans leur position ajustée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique une tension entre les plaques du condensateur afin d'engendrer entre elles une force propre à les 10 déplacer l'une par rapport à l'autre. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension est réglée par un système destiné à contrôler la capacité pendant que les plaques se trouvent déplacées. 15 4. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 2 et 3, caractérisé en ce que la tension est maintenue entre les plaques afin de maintenir celles-ci dans une position fixe pendant que la matière diélectrique se fige. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven-20 dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une matière diélectrique dans un état de faible viscosité afin d'imprégner les plaques du condensateur et en ce qu'on la laisse ensuite prendre un état de viscosité plus élevé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendi-25 cations 2 à 5, caractérisé en ce que la matière diélectrique se trouve dans un état de viscosité réduite lorsqu'on la chauffe et en ce qu'elle sert à maintenir les plaques dans leur position ajustée lorsqu'elles se refioidissent, la position ajustée étant représentative d'une capacité voulue. 30 7. Procédé selon la revendication 6, carac térisé en ce que la matière diélectrique à l'état refroidi se trouve entre les plaques avant le réglage de la position de celles-ci, en ce que la tension se trouve appliquée aux plaques afin d'exercer une force de compression sur les plaques, 35 et en ce qu'on applique ensuite de la chaleur afin de faire fondre le diélectrique différentiellement et de permettre un accroissement de la valeur de la capacité jusqu'à la valeur voulue. 8. Procédé selon la revendication 5, caracté-40 risé en ce que la matière diélectrique chauffée est disposée 72 16788 n entre les plaques après réglage de la position de celles-ci. 9. Appareil pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Condensateur dont la valeur de capacité a été ajustée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.