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Tube à décharges électriques.
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Les tubes à décharges électriques remplis de vapeur métallique présentent souvent le défaut de condensation de la vapeur métallique dans les parties du tube situées en arrière des électrodes. En effet, ces parties atteignent souvent une température inférieure à celle de la partie du tube où s'effectuent les phénomènes de décharge et où la vapeur métallique participe à la décharge. La pression de la vapeur est fonction alors de la température plus basse et le métal vaporisable se dépose dans ces parties en arrière des électrodes, ce qui a lieu aussi lorsque, au début, ce métal n'a pas été placé dans ces parties.
Cet inconvénient
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se manifeste plus particulièrement lorsque le tube à décharges contient la vapeur d'un métal difficilement vaporisable (dont la pression à 2000 C est inférieure à 1 mm). Afin d'obtenir une pression de vapeur suffisante, ces tubes doivent être chauffés à tel point que la température de l'endroit le plus froid de l'espace de décharge corresponde à la pression de vapeur nécessaire.
Lorsqu'il se trouve en arrière des éleatro- des des parties qui n'atteignent qu'une température inférieure à celle de l'autre partie du tube, un chauffage du tube tel que les parties situées en arrière des électrodes atteignent cette température nécessaire pour obtenir la pression voulue de la vapeur, entraîne un fort surchauffage de l'autre partie du tube, d'où une plus grande consommation d'énergie et un affaiblissement du tube à décharges. De plus la paroi du tube est attaquée plus fortement par la vapeur métallique.
On peut éviter ces inconvénients en faisant en sorte que les parties du tube plus froides situées derrière les -élec- trodes ( c'est-à-dire les parties qui, vues à partir du tra- jet de décharge, sont situées en arrière des électrodes), soient séparées du trajet de décharge. Dans les tubes à décharges à vapeur de sodium il est connu, par exemple, de prévoir un écran entre l'espace de décharge et les endroits qui n'attei- gent pas une température aussi élevée au cours du fonctionne- ment. Un tel endroit peur subsister, par exemple, autour d'un pied portant les électrodes. On peut aussi rapprocher les électrodes très étroitement des extrémités du tube, à savoir près des points de soudure des conducteurs d'alimenta- tion.
Toutefois, vis-à-vis de la plus haute température qu'atteignent alors les points de soudure, il peut se pro-- duire dans certaines conditions l'inconvénient d'électrolyse du verre, ce qui entraîne le risque de défaut d'étanchéité.
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La présente invention est relative aux tubes à dé- charges électriques comportant une ou plusieurs électrodes à incandescence, une atmosphère gazeuse et la vapeur de métal difficilement vaporisable, et elle a pour but d'éviter d'une manière simple les inconvénients précités.
Le tube.à décharges conforme à l'invention comprend au moins une électrode auxiliaire qui est disposée entre une électrode à incandescence et l'extrémité avoisinante du tube et qui sert d'anode pour une décharge auxiliaire jaillissant entre l'électrode à incandescence comme cathode et l'électrode auxiliaire. La pression de l'atmosphère gazeuse (à la tempé- rature ambiante) dépasse 2 mm de colonne de mercure. La vapeur métallique qui pénètre dans l'espace en arrière de l'électrode à incandescence est ionisée,au moins en partie, par la dé- charge auxiliaire et le champ électrique véhicule la vapeur sous la forme d'ions vers la cathode à incandescence,c'est-à- dire de nouveau dans la direction de l'espace de décharge.
En utilisant de cette manière le phénomène dit de cataphorèse, la pénétration de la vapeur métallique dans la partie du tube située en arrière'de l'électrode à incandescence est contrariée et on peut donner à la température des points de soudure une valeur inférieure à celle de la température de l'espace de décharge, ce qui réduit le risque d'électrolyse du verre aux points de soudure. La pression du gaz doit avoir une va- leur suffisante, en tout cas plus de 2 mm de colonne de mer- cure, car en présence d'une trop basse pression du gaz la cataphorèse n'a sensiblement pas d'effet, parce que dans ce cas la vitesse de diffusion de la vapeur métallique dans la direction de l'extrémité du tube est trop élevée.
On peut obtenir d'une façon simple la tension né- cessaire de l'anode auxiliaire en reliant cette dernière à
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l'autre électrode principale du tube par l'intermédiaire d'une résistance, qui est destinée à limiter la valeur du courant de décharge auxiliaire. Afin que la vapeur métallique qui pénètre dans l'extrémité du tube.soit contrariée d'une façon appréciable, il faut donner généralement à l'intensité du courant de décharge auxiliaire une valeur d'au moins 3% de celle du courant de décharge principal. Dans les tubes à deux électrodes à incandescence on peut disposer une anode auxiliaire en arrière de chaque électrode à incandescence et relier en croix les anodes auxiliaires aux électrodes princi- pales par l'intermédiaire de résistances.
On peut établir la liaison tant à l'intérieur du tube et au tube qu'à l'extérieur du tube.
Les anodes auxiliaires facilitent aussi l'amorçage de la décharge principale. L'utilisation d'électrodes auxi- liaires au voisinage des électrodes à incandescence d'un tube à décharges à atmosphère gazeuse, dans lequel les élec- trodes auxiliaires sont reliées en croix aux électrodes prin- cipales, est déjà connue. Dans cette construction, cependant, les anodes auxiliaires.ne sont pas logées dans les parties du tube situées en arrière des électrodes à incandescence et elles n'ont pas pour but l'expulsion, par diffusion, de la vapeur métallique de l'espace de décharge. Dans le tube con- forme à l'invention la distance entre l'électrode à incan- descence et l'anode auxiliaire sera généralement plus grande qu'il n'est le plus avantageux au point de vue de la facilité d'amorçage.
De préférence, cette distance sera supérieure au diamètre du tube à décharges.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation.
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Le tube à décharges 1, qui présente la forme d'un U et est destiné plus particulièrement à l'émission de lumière, comporte les deux électrodes à incandescence 2 et 3, qui sont constituées par des fils de tungstène enrou- lés bifilairement en forme d'hélice et garnis d'une matière à forte émisssion d'électrons telle qu'un oxyde alcalino- terreux. Les fils d'alimentation des électrodes à incandes- cence 2 et 3 passent respectivement à travers les pince- ments 4 et 5. Les parties 6 et 7 des fils d'alimentation de l'électrode 2 situées à l'extérieur du tube sont reliées à l'enroulement secondaire 8 du transformateur 9, dont le primaire 10 est alimenté par la source de courant alterna- tif 11.
De la même manière les fils d'alimentation 12 et 13 de l'électrode 3 sont reliés au secondaire 14 du transforma- teur 15, dont le primaire 16 est égàlement alimenté à par- tir de la source de courant alternatif 11. Le pôle 17 de cette source de courant alternatif est relié au fil d'ali- mentation 6 par l'intermédiaire de la bobine de réactance en série 18, tandis que le pôle 19 de la source de courant alternatif est relié au fil d'alimentation 12. Les électro- des à incandescence ne doivent pas toujours être chauffées au moyen de courants de chauffage distincts.
Le cas échéant on peut aussi faire en sorte qu'elles soient chauffées par la décharge et dans ce cas on peut se dispenser des transformateurs 9 et 15.
Entre les électrodes à incandescence 2, 3 et les pincements 4,5 sont disposées respectivement les électrodes auxiliaires 20 et 21 qui sont constituées,par exemple, par un cylindre métallique en molybdène et fixées aux pincements 4 et 5 respectivement. L'anode auxiliaire 20 est reliée au
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fil d'alimentation 12 par l'intermédiaire de la résistance 22 qui peut avoir, par exemple, une valeur de plusieurs milliers d'ohms, tandis que 1-'électrode auxiliaire 21 est relire au fil d'alimentation 6 à travers la résistance 23.
Le tube contient une certaine quantité de gaz rare tel que le néon sous une pression de 10 mm et en outre il renferme du sodium métallique qui s'évapore partiellement au cours du fonctionnement et fournit la vapeur de sodium né- cessaire pour son fonctionnement normal. Pendant le fonction- nement normal la décharge principale, qui présente une colonne positive, jaillit entre les électrodes 2 et 3 qui fonctionnent alternativement comme cathode et anode. Du fait que l'anode auxiliaire 20 est reliée à l'électrode principale. 3 une tension alternative est produite entre cette anode auxiliaire et l'électrode principale 2.
Comme l'anode auxiliaire 20 de- meure froide pendant le fonctionnement le jeu d'électrodes 2-20 fonctionne en redresseur monophasé, dans lequel une décharge entre ces électrodes ne jaillit que lorsque l'élec- trode auxiliaire 30 a un potentiel-positif par rapport à l'électrode 2. Par conséquent, le courant de décharge auxi- liaire qui équivaut, par exemple, à 5% du courant de décharge principal, a toujours le même sens. Cette décharge auxiliaire ionise les atomes de sodium allant du trajet de décharge vers le parcours de décharge auxiliaire en arrière de l'électrode à incandescence 2.
Les ions de sodium créés pendant cette ionisation sont sollicités par le champ électrique vers la cathode de la décharge auxiliaire, c'est-à-dire vers l'élec- trode à incandescence 2, de façon que la vapeur de sodium soit empêchée de pénétrer jusqu'au pincement 4. Du fait que le courant de décharge auxiliaire passe dans la demi-période @
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où l'électrode 2 est négative par rapport à l'autre élec- trode principale 3, la cataphorèse provoquée par la décharge auxiliaire contrarie aussi la cataphorèse dans le trajet de la décharge principale.
En effet, cette cataphorèse dans le trajet de décharge principal confère aux ions du sodium un mouvement dans la direction de l'électrode principale qui fonctionne comme cathode à ce moment. L'effet de la dé- charge auxiliaire est favorisé par la distance assez grande entre l'électrode auxiliaire et l'électrode principale, la- quelle distance est supérieure au diamètre du tube à décharges.
La décharge auxiliaire entre l'électrode à incan- descence 3 et l'électrode auxiliaire.SI fonctionne d'une fa- çon analogue, de sorte que dans ce trajet de décharge auxi- liaire les atomes de sodium qui s'y trouvent sont également empêchés d'atteindre le pincement 5.
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Electric discharge tube.
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Electrical discharge tubes filled with metallic vapor often have the defect of condensation of the metallic vapor in the parts of the tube located behind the electrodes. Indeed, these parts often reach a temperature lower than that of the part of the tube where the discharge phenomena take place and where the metal vapor participates in the discharge. The vapor pressure is then a function of the lower temperature and the vaporizable metal is deposited in these parts behind the electrodes, which also takes place when, at the beginning, this metal was not placed in these parts.
This disadvantage
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manifests itself more particularly when the discharge tube contains the vapor of a metal which is difficult to vaporize (the pressure of which at 2000 C is less than 1 mm). In order to obtain sufficient vapor pressure, these tubes must be heated to such an extent that the temperature of the coldest part of the discharge space corresponds to the required vapor pressure.
When there are parts behind the electrodes which only reach a temperature lower than that of the other part of the tube, heating the tube such that the parts located behind the electrodes reach this temperature necessary for Obtaining the desired steam pressure results in a strong superheating of the other part of the tube, resulting in greater energy consumption and a weakening of the discharge tube. In addition, the wall of the tube is attacked more strongly by the metal vapor.
These drawbacks can be avoided by ensuring that the cooler parts of the tube located behind the electrodes (that is to say the parts which, seen from the discharge path, are located behind the electrodes. electrodes), are separated from the discharge path. In sodium vapor discharge tubes it is known, for example, to provide a screen between the discharge space and places which do not reach such a high temperature during operation. Such a place can remain, for example, around a foot carrying the electrodes. It is also possible to bring the electrodes very closely to the ends of the tube, that is to say near the solder points of the supply conductors.
However, vis-à-vis the higher temperature which the welding points then reach, the drawback of electrolysis of the glass may occur under certain conditions, which entails the risk of leaks. .
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The present invention relates to electric discharge tubes comprising one or more incandescent electrodes, a gaseous atmosphere and the metal vapor which is difficult to vaporize, and its aim is to avoid in a simple manner the aforementioned drawbacks.
The discharge tube according to the invention comprises at least one auxiliary electrode which is arranged between an incandescent electrode and the neighboring end of the tube and which serves as an anode for an auxiliary discharge spurting out between the incandescent electrode as a cathode and the auxiliary electrode. The pressure of the gaseous atmosphere (at room temperature) exceeds 2 mm of mercury column. The metallic vapor which enters the space behind the incandescent electrode is ionized, at least in part, by the auxiliary discharge and the electric field conveys the vapor in the form of ions towards the incandescent cathode, that is, back in the direction of the discharge space.
By using the so-called cataphoresis phenomenon in this way, the penetration of the metallic vapor into the part of the tube located behind the incandescent electrode is thwarted and the temperature of the solder points can be given a value lower than that. temperature of the discharge space, which reduces the risk of electrolysis of the glass at the solder points. The gas pressure must have a sufficient value, in any case more than 2 mm of mercury column, because in the presence of too low gas pressure the cataphoresis has noticeably no effect, because in this case the rate of diffusion of the metal vapor in the direction of the end of the tube is too high.
The necessary voltage for the auxiliary anode can be obtained in a simple way by connecting the latter to
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the other main electrode of the tube via a resistor, which is intended to limit the value of the auxiliary discharge current. In order for the metallic vapor entering the end of the tube to be appreciably thwarted, the intensity of the auxiliary discharge current should generally be given a value of at least 3% of that of the main discharge current. . In tubes with two incandescent electrodes, it is possible to place an auxiliary anode behind each incandescent electrode and to cross-connect the auxiliary anodes to the main electrodes by means of resistors.
The connection can be established both inside the tube and the tube and outside the tube.
The auxiliary anodes also facilitate the initiation of the main discharge. The use of auxiliary electrodes in the vicinity of the incandescent electrodes of a gas-filled discharge tube, in which the auxiliary electrodes are cross-connected to the main electrodes, is already known. In this construction, however, the auxiliary anodes are not housed in the parts of the tube situated behind the incandescent electrodes and they are not intended to expel, by diffusion, the metallic vapor from the space of the tube. dump. In the tube according to the invention the distance between the incandescent electrode and the auxiliary anode will generally be greater than is most advantageous from the point of view of ease of initiation.
Preferably, this distance will be greater than the diameter of the discharge tube.
The invention will be better understood by referring to the appended drawing which shows, by way of example, one embodiment.
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The discharge tube 1, which has the shape of a U and is intended more particularly for the emission of light, comprises the two incandescent electrodes 2 and 3, which are formed by tungsten wires wound in a bifilar shape. helix and lined with a high electron emitting material such as an alkaline earth oxide. The supply wires of the incandescent electrodes 2 and 3 pass respectively through the clamps 4 and 5. The parts 6 and 7 of the supply wires of the electrode 2 located on the outside of the tube are connected. to the secondary winding 8 of the transformer 9, the primary 10 of which is supplied by the alternating current source 11.
In the same way, the supply wires 12 and 13 of the electrode 3 are connected to the secondary 14 of the transformer 15, the primary 16 of which is also supplied from the alternating current source 11. The pole 17 of this alternating current source is connected to the power supply wire 6 through the series reactance coil 18, while the pole 19 of the alternating current source is connected to the supply wire 12. The Incandescent electrodes do not always have to be heated by means of separate heating currents.
If necessary, it is also possible to ensure that they are heated by the discharge and in this case it is possible to dispense with transformers 9 and 15.
Between the incandescent electrodes 2, 3 and the clamps 4,5 are respectively arranged the auxiliary electrodes 20 and 21 which are constituted, for example, by a metal cylinder made of molybdenum and fixed to the clamps 4 and 5 respectively. The auxiliary anode 20 is connected to the
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power wire 12 through resistor 22 which may have, for example, a value of several thousand ohms, while the auxiliary electrode 21 is read back to power wire 6 through resistor 23 .
The tube contains a certain quantity of rare gas such as neon under a pressure of 10 mm and in addition it contains metallic sodium which partially evaporates during operation and provides the sodium vapor necessary for its normal operation. During normal operation the main discharge, which has a positive column, shoots out between electrodes 2 and 3 which function alternately as cathode and anode. Because the auxiliary anode 20 is connected to the main electrode. 3 an alternating voltage is produced between this auxiliary anode and the main electrode 2.
As the auxiliary anode 20 remains cold during operation the set of electrodes 2-20 operates as a single-phase rectifier, in which a discharge between these electrodes only occurs when the auxiliary electrode 30 has a positive potential through. with respect to the electrode 2. Therefore, the auxiliary discharge current which is equivalent to, for example, 5% of the main discharge current, always has the same direction. This auxiliary discharge ionizes the sodium atoms going from the discharge path to the auxiliary discharge path behind the incandescent electrode 2.
The sodium ions created during this ionization are urged by the electric field towards the cathode of the auxiliary discharge, that is to say towards the incandescent electrode 2, so that the sodium vapor is prevented from entering. until the pinch 4. Because the auxiliary discharge current passes in the half period @
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where the electrode 2 is negative with respect to the other main electrode 3, the cataphoresis caused by the auxiliary discharge also counteracts the cataphoresis in the path of the main discharge.
This is because this cataphoresis in the main discharge path causes the sodium ions to move in the direction of the main electrode which is functioning as the cathode at this time. The effect of the auxiliary discharge is favored by the rather large distance between the auxiliary electrode and the main electrode, which distance is greater than the diameter of the discharge tube.
The auxiliary discharge between the incandescent electrode 3 and the auxiliary electrode SI works in a similar way, so that in this auxiliary discharge path the sodium atoms therein are also prevented from reaching the pinch 5.