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"Tube à décharges électriques"
On a déjà utilisé pour l'éclairage des tubes à décharges électriques renfermant du sodium et parfois munis d'une cathode à incandescence et remplis d'un gaz rare de nature à faciliter l'allumage. On a utilisé jusqu'ici comme gaz rare du crypton, du xénon et parfois de l'argon.
La présente invention a pour objet un tube à dé- charges du type décrit renfermant du néon comme constituant principal de l'atmosphère gazeuse, l'écartement des élec- trodes étant assez petit pour que la décharge ait la nature d'une décharge à arc sans colonne positive. En effet, la demanderesse a trouvé qu'avec cette forme de décharge le néonprésente des avantages appréciables par rapport à
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d'autres gaz rares: l'émission lumineuse est sensiblement augmentée et est en outre légèrement conditionnée par la pression du néon sur une région plus grande.
L'emploi de néon présente encore un autre avantage: Aussitôt après sa mise en circuit lorsque la vapeur de so- dium n'a encore qu'une pression trop faible pour partici- per pratiquement à la décharge, le tube à décharges émet déjà de la lumière, savoir de la lumière au néon. Si l'on utilisait de l'argon, par exemple, le tube n'émettrait dans ce cas pratiquement aucune lumière. Lorsque la pression de la vapeur de sodium s'élève, la lumière au néon se mélan- ge à la lumière émise par ladite vapeur. On a constaté que la nature monochromatique de la lumière est ainsi supprimée partiellement et qu'on peut distinguer les couleurs dans cette lumière mieux que dans une lumière purement au sodium ou émise par un mélange d'argon et de vapeur de sodium.
La pression du néon est, de préférence, inférieure à 4 mm., la pression étant prise dans le sens de pression régnant à la température ambiante et non au cours du fonc- tionnement. Elle est, de préférence, comprise entre une va- leur maximum et une valeur minimum, ce maximum, exprimé en millimètres, étant égal à 3,3 moins 11,5. 10-3 Q et le minimum, également exprimé en mm., étant égal à 1,1 moins 4.10-3 Q, Q désignant la surface en cm2 de l'ampoule du tube à décharges. Ces relations ne sont par vérifiées sur une région illimitée. Elles s'appliquent environ jus- qu'aux surfaces d'ampoule de 175 à 200 cm2. Pour les surfaces d'ampoule plus grandes la pression du néon est, de préférence, comprise entre + et 2 mm. (à la température ambiante).
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Si l'on utilise du néon, la pression optimum du gaz, c'est-à-dire la pression à laquelle on obtient le rendement maximum, est plus élevée que dans le cas où l'on utilise d'autres gaz rares. Cette pression plus élevée du néon est très avantageuse, parce qu'elle a pour résultat que l'atmosphère gazeuse ne disparait pas si vite au cours du fonctionnement. De plus, à cette pression de gaz plus élevée la désintégration de la cathode à incandescence est moindre que dans le cas d'une pression de gaz inférieure, ce qui est important pour la durée du tube à décharges. Dans le but de prolonger cette durée de service, il peut même y avoir avantage à donner au néon une pression légèrement supérieure à la pression optimum.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 représente à titre d'exemple, un tube à décharges destiné à l'émission lumineuse conforme à l'in- vention.
Les figures 2, 3 et 4 montrent quelques courbes mesurées pour un courant de charge continu au moyen de tu- bes à décharges conformes à l'invention. Ces courbes sont très importantes pour l'appréciation de l'invention.
Le tube à décharges représenté sur la figure 1 comporte une paroi sensiblement sphérique munie d'un pince- ment 2 en saillie sur sa face externe. Ce pincement est traversé par des fils d'alimentation aboutissant aux électrodes du tube à décharges. Celles-ci sont constituées par une cathode à incandescence 3 enroulée en hélice et recouverte d'une couche d'oxyde alcalino-terreux, et
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par deux anodes en plaque 4 disposées à une distance d'en- viron 15 mm. de la cathode à incandescence. Le tube con- tient une atmosphère gazeuse constituée par du néon dont la pression à la température ambiante est de 2,5 mm. Le tube renferme en outre une certaine quantité de sodium dont la vapeur participe à la décharge.
Dans le but de diminuer l'émission de chaleur par le tube à décharges, on entoure ce dernier d'une enveloppe 5 munie d'un pincement 6 traversé par les fils d'alimentation des électrodes.
Ces fils font en même temps office de supports du tube à décharges. L'espace compris entre l'ampoulé du tube à décharges et l'enveloppe est vidé d'air.
Le néon facilite non seulement l'amorçage de la décharge mais plus tard, au cours du fonctionnement normal., il participe aussi à la décharge. La chaleur produite par la décharge chauffe le sodium qui est contenu dans le tube et augmenté ainsi la pression de sa vapeur, qui, par suite, émet une lumière très intense. De préférence, on porte la température assez haut pour que la pression de la vapeur de sodium corresponde à une température de 200 à 300 C, le rendement du tube à décharges étant maximum pour cette pression.
La décharge a la nature d'une décharge à arc sans décharge en colonne positive. La tension d'allumage est de 17 volts, tandis que la tension de fonctionnement de la décharge est de 13 volts.
D'une manière bien connue, on monte en série avec le tube à décharges une impédance qui présente, par exem- ple, la forme d'une résistance, d'une bobine de réactance ou d'un transformateur de fuite.
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La figure 2 indique le nombre de bougies interna- tionales de la lumière émise par le tube à décharges repré- senté sur la figure 1, en fonction de la pression de gaz et cela pour une atmosphère de néon, d'argon, de crypton et d'hélium. La dépense d'énergie (y compris l'énergie néces- saire au chauffage de la cathode à incandescence) est à peu près identique pour les diverses atmosphères de gaz, à savoir 53 watts pour l'atmosphère de néon, 57 watts pour l'atmosphère d'argon et 58 watts pour l'atmosphère de crypton. La pression de gaz à la température ambiante est exprimée en millimètres.
La courbe A représente les variations lorsqu'on utilise du néon, tandis que les courbes B et C sont repré- sentatives de l'utilisation d'argon et de èrypton respecti- vement. Il apparait clairement sur les figures que l'émis- sion de lumière par le tube à décharges à atmosphère de néon est sensiblement supérieure à celle du tube à déchar- ges à atmosphère d'argon ou de crypton. L'hélium donne des résultats moias favorables. Ainsi, par exemple, la ligne D montrée sur la figure 2 représente les variations de l'in- tensité en bougies d'une lampe à vapeur de sodium remplie d'hélium.
Bien que la dépense d'énergie de ces tubes à décharges à atmosphère d'hélium soit légèrement infé- rieure à celle des tubes à décharges auxquels se rapportent les lignes A, B et C, à savoir 44 watts, il apparait, ce- pendant, quand on compare les courbes, que même si l'on tient compte de cette dépense d'énergie moindre, le ren- dement est sensiblement inférieur à celui d'un tube à décharges à atmosphère de néon.
Les courbes A, B et C présentent un maximum, ce qui n'est pas le cas de la courbe D. Le maximum des lignes B
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et C est assez aigu, celui de la courbe A, par contre, ne l'est pas. Ceci est très avantageux car, par suite, la va- leur optimum de la pression de gaz d'une atmosphère de néon nst pas si critique que celle d'une atmosphère d'argon ou de crypton. De plus, la pression optimum du néon est supé- rieure à celle de l'argon et du crypton et entraine donc la nécessité d'introduire dans le tube une quantité de néon relativement grande, ce qui est un avantage très important pour la durée de service, étant donné que cette quantité de néon ne disparait pas si vite que les quantités plus faibles d'argon et de crypton.
La pression élevée du néon présente encore l'avantage d'une désintégration moindre de la cathode à incandescence et par suite d'une durée plus grande du tube à décharges. S'il s'agit d'augmenter davantage cette durée de service, on peut choisir pour le néon une pression supérieure à la pression optimum du néon. Cependant, on reste en général en-dessous de 10 mm.
La figure 3 montre encore quelques courbes E, F, G et H de tubes à décharges de dimensions différentes. Alors que le diamètre du tube à décharges sphérique au moyen du- quel on a établi les courbes de la figure 2, lequel dia- mètre était de 50 mm., celui du tube qui a permis d'établir les courbes E et F était de 60 mm., tandis que les cour-- bes G et H ont été établies d'après un tube à décharges sphérique ayant un diamètre de 45 mm.
La courbe E est établie pour une atmosphère de néon et une dépense d'énergie de 90 watts dans le tube à décharges (y compris l'energie de chauffage pour la ca- thode à incandescence) tandis que la courbe F est établie pour une atmosphère d'argon et une dépense d'énergie de 85 watts. Les courbes G et H furent mesurées pour une
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dépense d'énergie de 53 watts et une atmosphère gazeuse de néon et d'argon respectivement. Il ressort également de cette figure que l'emploi du néon est très avantageux.
La pression optimum de l'atmosphère de néon se trouve être conditionnée plus ou moins par les dimensions de la surface de l'ampoule du tube à décharges. Cette pres- sion optimum est portée sur la figure 4 en fonction de la surface (courbe K). La pression est mesurée à la température ambiante en mm. et la surface en cm . Il ressort de la fi- gure que la pression du néon doit être, de préférence, in- férieure à 4 mm. et en outre que dans la région montrée sur la figure la pression optimum dépend des dimensions de la surface environ suivant une fonction linéaire.
Il ressort des figures 2 et 3 que la pression du néon peut être sans aucun invonvénient considérable, aussi bien légère- ment inférieure que supérieure à la valeur optimum, car du fait que les courbes A, E et G ont une forme peu arrondie dans le maximum, une variation de la pression du néon voisine de la pression optimum ne détermine qu'une faible diminution de l'émission lumineuse. Aussi, les valeurs favorables de la pression sont-elles situées sur la figure 4 dans une région située au-dessus et en-dessous de la courbe K, donc dans la région délimitée par les droites L et M. Les droites L et M sont représentées par la fonc- tion p = 3,3 = 11,5. 10-3. Q et p = 1,1 - 4,10-3.Q, p désignant la pression en mm. et Q la valeur de la surface de l'ampoule en cm2.
De préférence, on s'arrangera donc pour que la pression du néon soit comprise entre les va- leurs maximum et minimum représentées par ces équations.
Ces relations ne se vérifient pas, bien entendu, n'une manière générale, ce qui découle déjà, par exemple,
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du fait que dans le cas de surfaces plus grandes de l'ampou- le les lignes L et M coupent l'axe des abscisses, de sorte que la pression du néon devrait être négative, ce qui ne peut pas être correct, comme on le comprendra aisément.
Aussi, la relation entre la pression du gaz et la surface de l'ampoule telle qu'elle est indiquée ne s'applique-t- elle que jusqu'à une surface d'ampoule de 175 à 200 cm2.
Dans le cas où la surface de l'ampoule est plus grande, la pression du néon est, de préférence, comprise entre o,5 et 2 mm.
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"Electric discharge tube"
Electric discharge tubes containing sodium and sometimes provided with an incandescent cathode and filled with a rare gas such as to facilitate ignition have already been used for lighting. Crypton, xenon and sometimes argon have been used hitherto as rare gases.
The object of the present invention is a discharge tube of the type described containing neon as the main constituent of the gas atmosphere, the spacing between the electrodes being small enough for the discharge to have the nature of an arc discharge. without positive column. In fact, the Applicant has found that with this form of discharge, the neon presents appreciable advantages over
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other rare gases: the light emission is appreciably increased and is also slightly conditioned by the pressure of the neon on a larger region.
The use of neon has yet another advantage: Immediately after switching on, when the sodium vapor still has too low a pressure to participate practically in the discharge, the discharge tube already emits light, namely neon light. If argon were used, for example, the tube would then emit virtually no light. When the pressure of the sodium vapor rises, the neon light mixes with the light emitted by said vapor. It has been found that the monochromatic nature of the light is thus partially suppressed and that the colors can be distinguished in this light better than in pure sodium light or light emitted by a mixture of argon and sodium vapor.
The pressure of the neon is preferably less than 4 mm., The pressure being taken in the direction of pressure prevailing at ambient temperature and not during operation. It is preferably between a maximum value and a minimum value, this maximum, expressed in millimeters, being equal to 3.3 minus 11.5. 10-3 Q and the minimum, also expressed in mm., Being equal to 1.1 minus 4.10-3 Q, Q denoting the area in cm2 of the bulb of the discharge tube. These relations are not verified on an unlimited region. They are applied approximately up to bulb areas of 175 to 200 cm2. For larger bulb surfaces, the neon pressure is preferably between + and 2 mm. (at room temperature).
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If neon is used, the optimum gas pressure, that is to say the pressure at which the maximum efficiency is obtained, is higher than when other rare gases are used. This higher neon pressure is very advantageous, because it results in the gas atmosphere not disappearing so quickly during operation. In addition, at this higher gas pressure the disintegration of the incandescent cathode is less than in the case of a lower gas pressure, which is important for the life of the discharge tube. In order to prolong this service life, it may even be advantageous to give the neon a pressure slightly higher than the optimum pressure.
The description of the accompanying drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be carried out.
FIG. 1 represents, by way of example, a discharge tube intended for the light emission according to the invention.
Figures 2, 3 and 4 show some curves measured for a continuous charging current by means of discharge tubes according to the invention. These curves are very important for the appreciation of the invention.
The discharge tube shown in FIG. 1 comprises a substantially spherical wall provided with a clamp 2 projecting from its external face. This pinch is crossed by supply wires leading to the electrodes of the discharge tube. These consist of an incandescent cathode 3 wound in a helix and covered with a layer of alkaline earth oxide, and
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by two plate anodes 4 arranged at a distance of approximately 15 mm. of the incandescent cathode. The tube contains a gaseous atmosphere consisting of neon, the pressure of which at ambient temperature is 2.5 mm. The tube also contains a certain quantity of sodium, the vapor of which participates in the discharge.
In order to reduce the heat emission by the discharge tube, the latter is surrounded by a casing 5 provided with a pinch 6 through which the supply wires of the electrodes pass.
At the same time, these wires act as supports for the discharge tube. The space between the ampoule of the discharge tube and the casing is emptied of air.
Neon not only facilitates the initiation of the discharge but later, during normal operation., It also participates in the discharge. The heat produced by the discharge heats the sodium which is contained in the tube and thus increases the pressure of its vapor, which consequently emits a very intense light. Preferably, the temperature is raised high enough so that the pressure of the sodium vapor corresponds to a temperature of 200 to 300 ° C., the efficiency of the discharge tube being maximum for this pressure.
The discharge is in the nature of an arc discharge without positive column discharge. The ignition voltage is 17 volts, while the operating voltage of the discharge is 13 volts.
In a well-known manner, an impedance which has, for example, the form of a resistor, a reactance coil or a leakage transformer is mounted in series with the discharge tube.
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Figure 2 indicates the number of international candles of the light emitted by the discharge tube shown in figure 1, as a function of the gas pressure and that for an atmosphere of neon, argon, crypton and helium. The energy expenditure (including the energy required to heat the incandescent cathode) is about the same for the various gas atmospheres, namely 53 watts for the neon atmosphere, 57 watts for the gas atmosphere. argon atmosphere and 58 watts for the crypton atmosphere. The gas pressure at room temperature is expressed in millimeters.
Curve A represents the variations when using neon, while curves B and C are representative of the use of argon and erypton respectively. It is clear from the figures that the light emission from the neon atmosphere discharge tube is substantially greater than that from the argon or crypton discharge tube. Helium gives very favorable results. Thus, for example, line D shown in Figure 2 represents the variations in the candle intensity of a sodium vapor lamp filled with helium.
Although the energy expenditure of these helium-atmosphere discharge tubes is slightly lower than that of the discharge tubes to which lines A, B and C relate, namely 44 watts, it appears, however , when we compare the curves, that even if we take this lower energy expenditure into account, the efficiency is appreciably lower than that of a neon atmosphere discharge tube.
Curves A, B and C have a maximum, which is not the case with curve D. The maximum of lines B
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and C is quite sharp, that of curve A, on the other hand, is not. This is very advantageous because, therefore, the optimum value of the gas pressure of a neon atmosphere is not so critical as that of an argon or crypton atmosphere. In addition, the optimum pressure of neon is greater than that of argon and crypton and therefore entails the need to introduce a relatively large quantity of neon into the tube, which is a very important advantage for the duration of the tube. service, since this amount of neon does not disappear as quickly as the smaller amounts of argon and crypton.
The high neon pressure also has the advantage of less disintegration of the incandescent cathode and hence longer life of the discharge tube. If it is a question of further increasing this service life, it is possible to choose for the neon a pressure greater than the optimum pressure of the neon. However, we generally remain below 10 mm.
FIG. 3 still shows some curves E, F, G and H of discharge tubes of different dimensions. While the diameter of the spherical discharge tube by means of which the curves of figure 2 were established, which diameter was 50 mm., That of the tube which made it possible to establish the curves E and F was 60 mm., While the G and H curves have been established from a spherical discharge tube having a diameter of 45 mm.
Curve E is established for a neon atmosphere and an energy expenditure of 90 watts in the discharge tube (including the heating energy for the incandescent cathode) while curve F is established for an atmosphere. of argon and an energy expenditure of 85 watts. The G and H curves were measured for a
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energy expenditure of 53 watts and a gas atmosphere of neon and argon respectively. It also emerges from this figure that the use of neon is very advantageous.
The optimum pressure of the neon atmosphere is found to be conditioned more or less by the dimensions of the bulb surface of the discharge tube. This optimum pressure is shown in FIG. 4 as a function of the surface (curve K). The pressure is measured at room temperature in mm. and the surface in cm. It appears from the figure that the pressure of the neon should preferably be less than 4 mm. and further that in the region shown in the figure the optimum pressure depends on the dimensions of the surface approximately in a linear function.
It emerges from figures 2 and 3 that the neon pressure can be without any considerable disadvantage, both slightly lower than higher than the optimum value, because due to the fact that the curves A, E and G have a little rounded shape in the maximum, a variation in the pressure of the neon close to the optimum pressure only determines a small decrease in light emission. Also, the favorable values of the pressure are they located in figure 4 in a region located above and below the curve K, therefore in the region delimited by the lines L and M. The lines L and M are represented by the function p = 3.3 = 11.5. 10-3. Q and p = 1.1 - 4.10-3.Q, p denoting the pressure in mm. and Q the value of the surface area of the bulb in cm2.
Preferably, it will therefore be arranged so that the neon pressure is between the maximum and minimum values represented by these equations.
These relations are not verified, of course, not in a general way, which already follows, for example,
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due to the fact that in the case of larger surfaces of the bulb the lines L and M intersect the x-axis, so that the neon pressure should be negative, which cannot be correct, as is will understand easily.
Also, the relationship between gas pressure and bulb area as shown only applies up to an bulb area of 175-200 cm2.
In the case where the surface of the bulb is larger, the pressure of the neon is preferably between 0.5 and 2 mm.