Brevet FR2210004A1 — publié le 19740705

La présente invention concerne les ensembles, constitués d'une cathode dite "à oxydes" et d'un filament chauffant en tungstène, qui sont montés dans les tubes électroniques, et particulièrement ceux de ces ensembles qui équipent les tubes à rayons cathodiques. Dans ces tubes, la cathode est, ainsi qu'il est-connu, le plus généralement réalisée d'un élément tubulaire de nickel obturé à une extrémité par un embout de ce métal sur lequel est déposé un mélange de carbonates alcalino-terreux qui, après transformation en oxydesS émettent des électrons, dans les conditions qui sont dites ci-après, sous l'effet de la chaleur apportée par un filamS%tuvCLeffant inséré dans cet élément tubulaire par l'extrémité/de celui-ci.Une telle cathode est suppor tée par un disque en céramique lequel est monté, avec cette cathode, axialement à une électrode cylindrique fermée du ctté- de l'embout de la cathode par une paroi mince percée d'une ouverture centrale circulaire qui se trouve être ainsi en regard de la surface émettrice d'électrons : cette électrode a pour rtle de commander, par le jeu d'une tension électrique négative variable qui lui est appliquée, dite tension de polarisation, l'intensité du flux électronique émis par la cathode sous l'action d'une tension électrique positive appliquée à une seconde électrode, située après cette électrode de commande, qui est ellemême le plus généralement de forme cylindrique et fermée, du côté de ladite électrode de commande, par une paroi percée également d'une ouverture centrale circulaire axée sur ltouver- ture centrale-cireulaire de cette électrode et donc sur la cathode elle-mtme. l'émission électronique d'une cathode telle que décrite est fonction de la température que lui confère le filament chauffant qui lui est associé et donc des caractéristiques adoptées pour celui-ci. On sait à ce suet qu'il existe des abaques qui permettent de déterminer de façon précise les données mécaniques d'un tel filament en fonction de la puissance de chauffage et de la température à obtenir pour ce filament : on détermine ainsi, pour un fil de tungstène d'un diamètre donné, la longueur de fil qui, après boudinage sur une tme et spiralage du boudin ainsi obtenu, réalise le filament approprié qui sera disposédans la cathode ainsi qu'il a été dit ci-dessus. Pour un filament tel que susdit il existe un certain intervalle de température à l'intérieur duquel l'émission d'une cathode est possible depuis une température supérieure, représentant une limite à ne pas dépasser sous peine de détérioration du matériau émissif, jusqu'à une température inférieure qui permet encore d'obtenir, bien que la cathode fonctionne alors en sous chauffage, une image encore observable de cette cathode ou "spot". A ce sujet l'expérience montre que, lorsqu'un tube à rayons cathodiques a été préparé suivant les normes requises de fabri- cation, et particulièrement celles aui concernent la mise sous vide, la formation et l'activation de la cathode, la durée de vie qu'on peut attendre d'un tel tube peut atteindre plusieurs milliers d'heures, c'est-a-dire que l'on peut penser pouvoir compter pendant ce méme temps, dans un équipement, sur le bon fonctionnement d'un tel tube avant d'avoir à le remplacer.En fonction des résultats tatistîques des essais de durée effectués sur le type de tube-utilisé et sur le matériel concerné, certaines consignes dlexploitation prévoient alors le remplacement systématique du tube au bout d'un temps de fonctionnement défini à l'avance. IWais, Si le taux de fiabilité d'un tube à rayons cathodiques apparat ainsi très élevé, cela n'exclut pas pour autant que ne se produise, de façon inopinée, une défaillance du filament chauffant : en effet, du fait d'allumages répétés, de chocs et de vibrations, le tungstène du filament peut se trouver soumis à des contraintes mécaniques extrêmement variables et à des variations de fonctionnement qui favorisent la cristallisation du métal entraînant la fragilité du filament : de sorte que la probabilité pour qu'un tube à rayons cathodiques se trouve mis hors service par rupture de son filament chauffant reste encore élevée malgré tous les soins qui sont pris pour se mettre à l'abri de tels accidents par amélioration des techniques de fabrication des filaments. Ces améliorations ont porté notamment sur le choix de la température de fonctionnement de tels filaments, dont on sait en effet que la durée de vie diminue lorsque cette température crott, en utilisant par exemple un revwetement isolant chargé en un corps qui l'assombrit et confère ainsi au filament, vis-àvis de la cathode, les mêmes caractéristiques de chauffage alors qu'il est porté lui-même à une température beaucoup plus faible que celle d'un filament classique, généralement recou vert d'un isolant tel que l'alumine de teinte blanche donc à faible coefficient de rayonnement : d'où une vitesse de recris- tallisation moindre du tungstène et, en conséquence, diminution des risques de rupture inhérente à cette recristaliisàtion ; ou encore en adoptant des dispositions qui sont décrites dans la demande de brevet français, déposée le 30 décembre 1970 par la Dffnandereese sous le n EN 70 47283, intitulée "Cathode perfec tiounee h chauffage indirect et tube électronique comprenant une telle cathode".Mais, de toute façon, si ces conditions d'emploi diminuent le risque de rupture, elles ne mettent pas pour autant à l'abri d'une fragilité ponctuelle inhérente au fil de tungstène lui-mtme,-due par exemple à une inclusion accidentelle qui n'aurait' pas été décelée malgré les contrtles très stricts effectués. Dans ces conditions, toute rupture de~filament surfit à mettre imnédiatement hors service un tube à rayons cathodiques quelles qu'aient été les précautions prises au cours de la fabrication de ce tube et donc quel que soit le niveau de qualité atteinte dans celle-ci, comme c'est particulièement le cas dans la fabrication des tubes à rayons cathodiques pour usages professionnels destinés à équiper des matériels pour lesquels est exigée une sécurité d'emploi absolue, et qui risquent donc de se trouver eux-mêmes mis hors service à moins qu'il ne soit possible, immédiatement, de passer sur un circuit de secours utilisant un tube à rayons cathodiques de réserve ou d'effectuer la mise enlace immédiate d'un tel tube en rempla ccment du tube défaillant, lequel tube, après le temps de chauffage nécessaire pour assurer l'émission électronique convenable de la cathode, et une adaptation éventuelle de la tension de commande du flux électronique, peut assurer alors le mteme service que le précédent tube. brais tous les équipements ne permettent pas toujours, notamment par manque de place, de disposer d'un circuit doublé et, d'autre part, la substitution d'un nouveau tube au tube defaillant, de par le temps materiel qubsige cette opération à partir du moment où le premier tube cesse de fonctionner jusqu'à celui où le tube de remplacement atteint son régime normal de fonctionnoment, peut btre incompatible avec l'opé- ration en cours comme c'est particulièrement le cas par exemple lors d'une procédure d'atterrissage d'un aéronef ou encore d'une manoeuvre de rendez-vous ou d'alunissage a'un-vaiElseau spatial dont le minutage est particulièrement critique. tans de tels cas en effet, lorsque les informations apparaissent sur l'écran du tube à rayons cathodiques et que ces informations ne doivent pas être interrompues, il apparaît nécessaire, en cas de rupture du filament'chauffant du tube, de pouvoir prolonger, de quelques minutes à éventuellement quelques heures, la durée de vie du tube et donc assurer,dans cet intervalle de temps, le fonctionnement de la cathode pour procéder, ultérieurement, dans des conditions non critiques, au remplacement du tube défaillant. Jusqu.'à maintenant, seul le remplacement immédiat de ce tube permettait de pallier sa défaillance et donc, dans des circoastances critiques telles que celles précitées, il n'existait aucun moyen pour assurer sans discontinuité le fonctionnement d'un tube électronique et notamment d'un tube à rayons cathodiques. te dispositif objet de l'invention permet d'éviter cet inconvénient majeur. Ce dispositif de chawffage dMatube électronique, et notamment d'un tube à rayons cathodiques à cathode à chauffage indirect, est caractérisé en ce qu'il comporte une cathode dans laquelle l'élément chauffant est constitué de deux filaments distincts, et en ce qutil comporte des moyens pour chauffer l'un des filaments, des moyens pour chauffer l'autre filament, et des moyens pour mettre en service l'un desdits filaments en cas de rupture de l'autre au moment de cette rupture, permettant ainsi d'éviter que ne se trouve interrompu 19 fonctionnement du tube, la cathode se trouvant de ce fait maintenue à une température suffisante pour lui permettre de continuer à assurer une émission électronique convenable. Selon l'invention les deux filaments se trouvent intégrés dans l'élément tubulaire de cathode dans lequel ils trouvent place grecs à une configuration adaptée de l'un et de l'autre, qui sera précisée ultérieurement. Ces deux filaments sont montés en parallèle sur un mme circuit d'alimentation, la dérivation d'alimenstation du filament normal de chauffage alimentant également, du fait du passage du courant, un relais qui maintient normalement interrompue la prise d'alimentation du filament de secours laquelle se trouve donc fermée en cas de rupture du filament normal puisqu'il y a alors rupture du courant dans ledit relais de la sorte la prise d'alimentation du filament de secours se trouve alors fermée et donc ce filament alimenté : ainsi la rupture du filament normal de chauffage entrasse obligatoirement la mise en service du filament de secours qui assure, à partir de ce moment, le fonctionnement de la cathode. tes conditions de fonctionnement du filament de secours peuvent Titre différentes de celles du filament normal. Afin d'en diminuer les risques de rupture et assurer ainsi une sécurité accrue dans sa gamme de fonctionnement, ses caractéristiques sont choisies, de préférence, de façon que sa température de fonctionnement soit habituellement plus faible que celle du filament normal :: dane ces conditions, il s'ensuit généralement, bien que ce ne soit pas touJours le cars, une diminution de la puissance de chauffage, et la cathode du tube peut se trouver titre en sous-chauffage, mais, ainsi qu'il a été dît précédemment, les caractéristiques de fonctionnement du tube sont tclles que la cathode continue à émettre de façon suffisante pour que l'image du phénomène enregistré continue à Titre observable sur l'écran du tube. D'autres caractéristiques et avantages de 11 invention ressortiront de la description qui suit en référence au dessin annexé, donnés l'un et l'autre à titre indicatif et donc en aucun cas limitatif. Sur le dessin - la figure I représente une réalisation préférentielle d'un double filament chauffant conforme à l'invention c'est-àdire le filament normal et le filament de secours montés à l'intérieur de la cathode dans laquelle ils sont montés ;; - la figure 2 représente une coupe longitudinale d'une variante dans la réalisation et la mise en place de l'un de ces deux filaments - la figure 3 est une vue schématique, suivant une coupe longitudinale, dlun ensemble tel que les précédents autour duquel ont été représentées les électrodes voisines du tube à rayons cathodiques équipé de cet ensemble filaments-cathode et les circuits d'alimentation électrique correspondant aux électrodes qui sont représentées sur cette figure. Sur la figure 1 est montrée, en coupe transversale, une cathode à chauffage indirect i comportant un élément tubulaire 2 fermé par un embout 3 recouvert d'un matériau émissif 4, obtenu comme il a été dit par transformation en oxydes d'un mélange de carbonates alcalino-terreux, par exemple de strontium et de baryum. A l'intérieur dudit élément tubulaire 2 sont disposés, conformément à l'invention, deux filaments chauffants 5 et 6 dont l'un 6 est, suivant une solution préférentielle de l'invention, de dimensions géométriques plus faibles permettant de l'insérer à l'intérieur de l'autre filament 5.Ces filaments sont l'un et l'autre formés- d'un boudin réalisé à partir de longueurs convenables de fils de tungstène de diamètres adaptés aux valeurs respectives des résistances calculées pour obtenir les puissances de chauffage recherchées pour chacun d'eux, chacun de ces boudins étant enroulé en hélice autour d'un brin interne, respectivement 5a et 6a, et se prolongeant par un brin externe, respectivement 5b et 6b, l'un et l'autre do ces fila- ments étant revêtus indépendamment d'un recouvrement isolant d'alumine de façon à se trouver obligatoirement isolés à la fois l'un do l'autre et de la cathode 1. ta variante qui fait l'objet de la figure 2 est une application de la demande de brevet français- nO EN 70.47253 déposée par la Demanderesse, précédemment citée. Suivant cette variante le filament 5, qui est celui qui se trouve le plus près de la paroi interne de l'6lément tubulaire 2 de la cathode i, est rendu solidaire de cet élément confprmément à la technique, décrite dans ladite demande, qui consiste à recouvrir ledit filament, sauf en ses deux extrémités, laissées libres, 5a et 5b, d'un premier revttement en un matériau isolant tel que l'alumine, ce premier revttement étant recouvert d'un second 7 constitué d'une patte d'un oxyde métallique, tel par exemple que de l'oxyde de nickel, et-à rendre préalablement ledit filament solidaire de la paroi interne due l'élément tubulaire 2 de la cathode 1 par réduction, en atmosphère d'hydrogène, de cet oxyde de nickel et frittage de la couche de métal intercalaire créée ainsi entre le filament 5 et l'élément tubulaire 2 comme décrit dans le texte de la demande susdite. Be second filament 6 peut alors trouver place dans le fourreau composite que représente ltensemble filament 5 et élément tubulaire 2 rendus ainsi solidaires.Ce filament peut alors titre du type classique bispiralé, ainsi que représenté à titre d'exemple sur la figure 2, s'însér?nt dans la cavité cylindrique définie par le contour intérieur superficiel du filament 5. Sur la figure 3 est montée la partle initiale dlun canon de tube' à rayons cathodiques, laquelle comprend : - la cathode du type tubulaire 1, précedemment décrite, montée sur un disque isolant en céramique Il - l'électrode de commande 12, de forme cylindrique dans laquelle est introduit le disque il avec une pièce intercalaire 13 interposée entre ce disque et la paroi 14 qui termine ladite électrode 12 de façon que la couche 4 du recouvrement émissif qui couvre l'embout 3 de la cathode 1 se trouve disposée, parallèlement à cette paroi 14, à une distance définie de l'ouverture centrale circulaire 15 percée dans paroi 14, laquelle est par construction, ainsi qu'il a été dit, prévue coaxiale à la couche émissive 4 9 - une première électrode d'accélération 16, également de forme cylindrique, terminée vers la paroi 14 de l'électrode de commande 12 par une paroi 17 percée d'une ouverture centrale circulaire 18 prévue, par construction ainsi qu'il a été-dit, coaxiale à l'ouverture 15 de l'électrode 12.Des baguettes isolantes telles que 20, dans lesquelles viennent se planter des étriers tels que 21 et 22 solidaires des électrodes 12 et 16, permettent, ainsi qu'il est connu, de maintenir rigidement assemblé l'ensemble constitué par l'électrôde de commande 12, avec en son intérieur la cathode 1, et l'électrode d'accélération 16 à laquelle est appliquée une tension V2. Sur cette figure 3 ont été représentés également, de façon schématisée, les deux filaments 5 et 6, -correspondant à l'une ou l'autre des solutions décrites ci-dessus représentées figures 1 et 2- insérés dans la partie tubulaire 2 de la cathode 1 avec, ressortant de celle-ci, les brins 5a et -5b, 6a et 6b de connexion desdits filaments à leurs circuits respectifs d'alimentation, cette alimentation étant réalisée par exemple à partir d'undiviseur de tension 30 dont deux prises sont connectées respectivement à l'une des extrémités 5a et 6a de chacun des deux filaments 5 et 6 de façon que soit appliquée à chacun d'eux la tension nécessaire prise sur la tension VF appliquée aux bornes du diviseur de tension' 30, les deux autres extrémités 5b et 6b de ces filaments étant réunies ensemble à la masse.Un relais 31 est monté dans la prise 6a, l'enroulement de commande 32 de ce relais étant monté dans la prise Sa et tel que le courant, lorsqu'il passe dans cet enrouleme.nt, maintienne normalement ouvert le relais 31, do sorte que, en cas dc rupture du filament 5 choisi comme filament normal de chauffage du tube, à rayons cathodiques équipé de l'ensemble décrit, la coupure du courant qui en résulte. dans la prise Sa entratne obligatoirement la mise en service, par la fermeture du relais 31, du filament 6 iequel assure alors, à partir de ce moment, le chauffage de la cathode t : ainsi il ne se produit pas d'interruption, meme momentanée, de l'émission électronique de cette cathode.Par ailleurs, du fait du fonctionnement du filament 5 le filament voisin 6 est pratiquement à la meme température que celui-ci c'est-à-dire déjà à sa température de fonctionnement : il ne risque donc pas de se produire de surintensité lors de la. mise sous tension du filament 6 s'il arrivait qu'il y alt rupture du filament 5. te fait de passer, ainsi que décrit, du chauffage de la cathode 1 par le filament 5 au chauffage de ladite cathode par le filament 6 implique que les conditions de chauffage de cette cathode ne UQ2rt pas exactement identiques et mtme soient le plus généralement différentes :.de sorte que, pour conserver sur l'écran du tube à rayons cathodiques, une luminosité quasi identique au spot, image de la cathode, fourni par le canon électronique dans les conditions d'utilisation de ce tube, il peut titre nécessaire d'appliquer sur l'électrode de commande 12 une tension différente suivant que le chauffage de la cathode 1 est assuré par le filament 5 ou le filament 6. A cette fin on dispose d'un second diviseur de tension 40 dont deux prises sont connectées à ladite électrode de commande 12 chacune à travers un relais c1est-à-dire respectivement à travers le relais 41 et le relais 42 lesquels sont également commandés par l'enroulement 32, l'un de ces relais étant fermé lorsque l'autre est ouvert, et inversement, suivant que la tension de polarisa- tion à appliquer sur 1'41ectrode de commande 12 correspond aux corrections de luminosité à apporter sur l'écran resultant du fonctionnement du filament 5 ou du filament 6.A titre d'exemple, sur la figure 3, c'est le relais 41 qui est montré ferme' par ce que correspondant au fonctionnement du filament 5, considéré comme le filament normal du tube, et le relais 42 ouvert, la fermeture de ce dernier et l'ouverture concomitante du relais 41 correspondant à la mise en service du filament 6 qui sert ainsi de filament de secours au tube à rayons cathodiques. De préférence, les caractéristiques dudit filament de. secours seront d'ailleurs choisies de façon que, sous la tension d'alimentation propre à ce filament, sa température soit inférieure à celle du filament normal qui confère à la couche des oxydes émissifs une température de l'ordre de 8200 lorsque celuici est alimenté normalement: de sorte que, lorsque la cathode ne se trouve plus chauffée que par le filament de secours., compte tenu de la diminution de puissance de chauffage généra lement obtenue, la température des oxydes émissifs se trouve inférieure à cette température de 820 ; la cathode fonctionne alors en sous-chauffage, entre 650 et 7000C par exemple, mais les caractéristiques de fonctionnement du tube à rayons cathodiques sont telles que l'écran n'accuse en fait, dans ces conditions, qu'une très faible diminution de sa luminosité. De toute façon, ainsi qu'il a été décrit, en agissant sur la tension de polarisation VG1 appliquée à l'électrode de conmande 12, on peut rétablir cette luminosité à sa valeur initiale par accroissement du courant de faisceau consécutivement à l'augmentation de cette tension négative. L'invention ne se limite pas bien entendu-aux fornes de filaments et de cathodes qui ont été donnes en exemple dans le présent texte. On peut concevoir en effet toutes formes possibles de ces éléments dans les applications qui peuvent titre faites de l'invention pour lesquelles on utilise une cathode unique pouvant être chauffée à température convenable par l'un ou l'autre des deux filaments indépendants et ceci sans interruption, même mmaentanée, de l'émission électronique de ladite cathode, alors que l'introduction, dans un tube à rayons cathodiques, d'un ensemble complet filament-cathode classique, de secours1 amènerait obligatoirement, compte tenu de l'inertie thermique de cet ensemble, une interruption de l'émission électronique durant un intervalle de temps non negligeable -de l'ordre de La minute- et par cela même la suppression,pendant ce meme temps, de l'information apparaissant sur l'écran du tube à rayons cathodiques en des instants qui, dans certaines circonstances ainsi qu'il a été souligné, peuvent être critiques pour la suite des opérations en cours. Dans cet ordre d'idée, l'invention peut d'ailleurs trouver un autre genre d'application dane la mesure où elle peut servir justement à diminuer, lors de la mise en marche d'un tube à rayons eathodiques, l'inertie thermique précite : en effet le deuxième filament, dans le cas où il se trouve alimenté en meme temps que le premier pendant un certain intervalle de temps, apporte ainsi, à l'ensemble filaments-c.athode un surcroSt de puissance de chauffage, ce qui.rdduit notablement le temps de mise en service du tube. Ce fonctionnement simultané des deux filament s peut titre oommandé,pax exemple, par la mise en parai- lèle provisoire dee deux filaments sur la mame source d'alimentation, avec réglage préalable des deux tensions d'alimentation de chacun des deux filaments en accord avec les résistances présentées par chacun des deux filaments-. ~R~EVENDIC-IoNS 1. Dispositif de chauffage de tube électronique à cathode à chauffage indirect, cette cathode consistant en un support recouvert au moins partiellement d'un matériau émissif d'électrons et en un élément chauffant associé à ce support, carac térisé en ce qu'il comporte une cathode (i) dans laquelle ltélément chauffant est constitué de deux filaments distincts (5) et (6) et en ce qu'il comporte des moyens pour chauffer l'un des filaments (5), des moyens pour chauffer llautre filament (6) et des moyens pour mettre en service l'un desdits filaments, ait filament de secours, en cas de rupture de l'autre filament et au moment de cette rupture, permettant ainsi d'éviter que ne se trouve interrompu le fonctionnement du tube électronique. 2. Dispositif selon la revendication t, caractérisé en ce que lesdits moyens pour chauffer le filament mis en service à la rupture de l'autre filament fournissent une puissance de chauffage égale à celle fournie par les moyens de chauffage de ce dernier filament. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour chauffer le filament mis en service à la rupture de l'autre filament fournissent une puissance de chauffage moindre que celle fournie par les moyens de chauffage de ce dernier filament. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que, ledit. tube comportant une électrode de commande (12) de l'intensité du faisceau électronique émis en fonctionnement par ladite cathode, polarisée négativement par rapport à la cathode, des moyens sont prévus pour modifier la tension de polarisation de cette électrode de commande (12) simultanément à la mise en service du filament de secours. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens pour assurer le chauffage desdits filaments consistent en une seule source de tension TP t dite première (30) source, et un diviseur de tension/dissposé aux bornes de cette source, l'une de ces bornes étant commune à une des extrémités (5b) de l'un des filaments et à une extrémité (6b) de ltautres ledit diviseur comportant deux prises1 chacune connectée respectivement à l'autre extrémité (5a) et (6a) de chacun des deux filaments (5) et (6), un relais (31) étant monté dans la prise reliée au filament de secours, l'enroulement de commande (32) dudit relais (31) étant disposé en série dans l'autre prise, ledit relais se fermant par coupure du courant dans ledit enroulement (32). 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde source de tension VG1 , dont l'une des bornes est reliée à la cathode (i), et un diviseur de tension (40) disposé aux bornes de cette second source, ce diviseur comportant deux prises connectées à ladite électrode de commande, deux relais (41) et (42) montés respectivement dans chacune de cee deux prises, l'enroulement de commande de ces deux relais étant l'enroulement (32) précédent, l'un de ces relais (41) s'ouvrant et l'autre (42) se fernant par coupure du courant dans ledit enroulement (32). 7. Ttibe à rayons cathodiques, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.