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Dispositifs à décharge électrique dans un gaz.
La présente invention, relative aux dispositifs à décharge dans un gaz, concerne particulièrement les relais dits "sans perte de puissance" destinés à fermer et à ouvrir un cir- cuit électrique.
L'emploi d'un tel relais, particulièrement recommanda- ble pour la fermeture momentanée d'un circuit de commande de nombreux appareils électriques, a été proposé pour déterminer l'amorçage de la décharge entre les électrodes thermoioniques d'une lampe à décharge. Dans un montage de ce genre, le tube du relais est relié aux électrodes filiformes de manière à réaliser la connexion en série des électrodes avec la source de courant de tension usuelle.
La fermeture du circuit déter- mine une décharge luminescente momentanée dans le relais à rem- plissage gazeux, décharge qui chauffe les électrodes, dont l'une est un élément bimétallique, à la suite de quoi elles viennent en
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contact mutuel, ce qui arrête la décharge en déterminant une fermeture effective du circuit en série des électrodes filiformes de la lampe à décharge, permettant le chauffage de celle-ci jusqu'à la température d'émission électronique.
Lorsque les électrodes filiformes ont atteint le tem- pérature d'émission électronique, l'électrode bi-métallique du relais à remplissage gazeux est suffisamment refroidie pour provoquer la séparation des électrodes. Si une bobine d'induc- tance est connectée en série avec la lampe à décharge, une nouvelle décharge est amorcée par la séparation des électrodes du relais. Cette séparation engendre une haute tension instan- tanée dans le relais qui, appliquée aux électrodes de la lampe à décharge, produit l'ionisation du gaz y contenu et par le fait même, l'amorçage de la décharge entre les électrodes filiformes.
La haute tension instantanée seule, cependant, ne suffit pas à produire l'ionisation et l'amorçage de la. décharge dans la lampe, une certaine quantité d'énergie tant nécessaire.
Lors du passage des ondes à haute tension, la décharge lumi- nescente qui en résulte dans le relais à la suite de la sépara- tion des électrodes possède une caractéristique volt-ampère positive. Cette haute tension détermine une consommation de courant accrue par la décharge luminescente, d'une manière en quelque sorte analogue à celle que l'on constate lors du fonc- tionnement d'une inductance raccordée en parallèle sur une résistance.
De plus, pour une tension donnée, le courant absor- bé pendant le passage de l'onde à haute tension, est pripor- tionnel à la surface des électrodes et lorsque celle-ci est relativement grande, une énergie momentané excessive est ab- sorbée, laquelle devrait précisément être disponible pour l'appareil de consommation (lampe à déchargea afin d'en accé- lérer l'allumage.
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Conséquemment le but principal de la présente inven- tion est de créer un relais-tube à remplissage gazeux absorbant un faible courant lors du passage de l'ônde,à haute tension.
Un autre but de l'invention est de prévoir un relais à remplissage gazeux à résistance élevée 'afin de limiter le cou- rant absorbé à une valeur très basse lors de la production de la haute tension instantanée et de l'amorçage de la décharge.
A cet effet le dispositif à décharge dans un gaz, con- forme à l'invention, comprend une enveloppe contenant un fluide ionisable et deux électrodes, dont l'une est une électrode bimé- tallique d'assez grande surface, et munie d'une matière émet- trice d'électrons conditionnée pour émettre un flux intense d'électrons lorsque le dispositif est alimenté sous la tension normale du réseau de distribution à basse tension;
dans ces conditions une décharge lumineuse se produit entre les électro- des du dispositif, laquelle chauffe la dite électrode bi-métal- lique qui dévie, dé ce fait, pour venir en contact avec l'é- lectrode voisine pour court-circuiter celle-ci et arrêter la décharge, cette dernière électrode ayant une surface qui n'est pas supérieure à la moitié de la surface de la première élec- trode susmentionnée, dans le but.d'augmenter la résistance effective de la décharge luminescente avéc une augmentation résultante de la tension instantanée engendrée par la séparation des dites électrodes lors de leur refroidissement.
Le càs échéant, le dispositif peut comporter des moyens s'étendant substantiellement autour de la surface entière de l'électrode bi-métallique susdite, dans le but d'intensifier l'échauffement en différents points de celle-ci.
.Afin que l'invention soit bien comprise, et plus aisé- ment mise en application, celle-ci sera maintenant décrite avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est un schéma d'un circuit d'alimentation d'une lampe à décharge, équipée du relais de commande à remplis-
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sage gazeux conforme à l'invention.
La figure 2 représente une vue partielle en perspec- tive du relais à remplissage gazeux suivant l'invention.
La figure 3 est une vue en plan du relais représen- té fig.2.
La figure 4 est une vue partielle en perspective d'une variante du relais.
La figure 5 est une vue partielle en perspective d'une deuxième variante du relais suivant l'invention.
La figure 6 est une vue partielle en perspective d'une troisième variante.
La fig.7 est une vue partielle en perspective d'une quatrième variante du relais conforme à l'invention.
En se reportant aux dessins, le schéma des connexions pour le raccordement d'une lampe à décharge à atmosphère gazeux représenté sur la fig.l illustre un cas typique d'utilisation du relais à décharge dans un gaz, suivant la présente inven- tion. La lampe à décharge 5 comporte deux électrodes filiformes 6 et 7 en métal réfractaire, tungstène ou similaire, (lui peu- vent présenter la forme de spirales bobinées recouvertes d'une matière électro-émissive, oxyde de baryum, de strontium, ou ana- logue, susceptible de produire à l'état cbaud, un courant in- tense d'électrons.
Après y avoir fait le vide, on remplit la lampe d'un gaz rare facilitant l'amorçage, ainsi que de aueloues gouttes de mercure, d'une manière connue. Une borne de l'é- lectrode 6 est reliée par un conducteur 8 ét une inductance 9 à une des bornes du secteur d'alimentation à basse tension. De même, une borne de l'électrode 7 est reliée par un conducteur 10 et l'interrupteur 12 à l'autre borne du secteur d'alimentation.
Les autres bornes de chaque électrode sont connectées par l'in- termédiaire d'un relais à décharge à remplissage gazeux 13, de
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sorte que quand les contacts de celui-ci se ferment, les électrodes 6 et 7 soient connectéesen série sur les bornes du secteur,ce qui détermine le chauffage des électrodes jusqu'à la température d'émission électronique.
Lorsque la température des électrodes devient suffi- samment élevée pour produire un fort courant d'électrons, le relais 13 interrompt automatiquement le circuit de chauffage en série des électrodes ; lahaute tension qui en résulte, amor- ce une décharge entre les électrodes 6 et.7, la tension entre les électrodes du relais 13 tombe en-dessous de la valeur pour laquelle une décharge puisse s'y amorcer et cela jusqu'à l'ex- tinction de la décharge entre les électrodes 6 et 7 de la lampe 5.
Le dispositif suivant l'invention pouvant être utilisé dans tout circuit comportant une série d'opérations successives de ses divers.éléments constitutifs, la figure 1 est-donnée purement à titre d'illustration et toute description supplémen- taire en paraît inutile.
Le relais à remplissage gazeux 13 de la fig.l comprend une enveloppe dans laquelle, après y avoir fait le vide, on introduit un gaz ionisable, néon ou similaire, sous une pres- sion inférieure à environ 30 m/m, dépendant de la tension du réseau, cette pression étant d'environ'15 m/m pour une tension de 115 volts. Le dispositif est muni d'un culot convenable 14 et d'une partie rentrante 15 refoulée à la presse et munie d'une canalisation d'évacuation 16 (fig.2), tout comme dans les lampes à incandescence ordinaires.
Les conducteurs d'entrée 17 et 18 sont scellés dans la partie rentrante; à l'intérieur de l'enveloppe, une élec- trode 19 de métal réfractaire (tel que le tungstène) en forme de fil ou de tige, soudée à l'extrémité du conducteur d'entrée 17, s'étend soit perpendiculairement à l'axe longitudinal du dispositif (fig.2) soit parallèlement au dit axe (fig.4). D'une manière analogue une électrode bi-métallique 20 en forme d'U,
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de plus grande surface, est fixée au conducteur d'entrée 18, s'étendant soit perpendiculeirement (fig.2), soit parallèlement (fig.4) à l'axe longitudinal du dispositif 13.
Cette dernière électrode 20 est munie d'un contact d'extrémité 22 en métal réfractaire, tel que le tungstène, soudé ou'fixé à celle-ci ppr tout moyen convenable, tandis qu'une capsule de magnésium 23 ou de métal similaire, est fixe à l'électrode bimétallique 20, émettrice d'électrons.
L'application d'une tension de 115 volts aux électro- des 19 et 20 détermine une décharge luminescente due à l'émis- sion d'électrons par la capsule de magnésium 23 supportée par l'électrode 20 fonctionnant comme cathode. Ce flux d'électrons ionise le milieu gazeux, de telle sorte que la décharge lu- minescente, sous cette basse tension de'115 volts, se produit entre l'électrode 20 fonctionnant comne cathode et l'électrode 19 fonctionnant comme anode pendant une demi-onde du courant alternatif. Cette décharge chauffe l'électrode bimétallique ou cathode 20 qui dévie, suivant le pointillé représenta fig.2, jusqu'à ce que le contact d'extrémité 22 en mtal réfractaire vienne en contact avec l'électrode 19, court-circuitant les électrodes et arrêtant la décharge.
Le circuit commandé par le dispositif 13 reçoit, de ce fait, du courant, par suite de la mise en contact effective ,des électrodes 19 et 20. Pendant cette période de passage du courant, cependant, l'électrode bimétalliaue se refroidit suffisamment pour reprendre sa première position tandis oue de ce fait, la décharge luminescente se produit de nouveau et une décharge en forme d'arc s'amorce entre les points de contact.
Au même instant une haute tension instantanée d'environ 600 à 1800 volts est engendrée par l'inductance 9 '(fig.l), laquelle onde est appliqùée à la lampe 5 et au relais.
Pour 'permettre la. production d'une tension instanta- née aussi- élevée, la résistance du relais doit être grande.
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L'inductance provoque le passage d'un courant instantané après la séparation des électrodes 19 et 20 tandis que la tension instantanée est égale au produit du courant à l'instant de la séparation des électrodes par la résistance effective du relais.
Celle-ci se compose de la résistance de la décharge lumineuse en parallèle avec la résistancedelarc de décharge qui s'établit lors de la séparation des contacts. La réduction de la surface d'une électrode a pour effet d'augmenter la résistance de la décharge lumineuse notamment pendant les demi-ondes du courant pendant lesquelles cette électrode pour le rôle de cathode.
La résistance de l'arc de décharge entre les électro- des peut être augmentée en réduisant la pression du gaz de remplissage en-dessous de 30 m/m de mercure, tout en tenant compte que la pression ne doit pas être portée en-dessous de la valeur d'amorçage de la décharge luminescente sous la ten- sion du réseau, quoiqu'il soit utile de rappeler que la, pression peut être d'autant plus basse que la. tension du réseau est plus élevée.
Cela est dû au fait que le chemin libre moyen est d'une longueur telle qu'un nombre insuffisant d'atomes de gaz sont situés entre les points de contact.des électrodes, lors de la séparation de ceux-ci, pour permettre à l'arc de décharge de transporter un courant appréciable. Une résistance effective élevée du relais produit non seulement une tension Instantanée plus élevée, mais détermine la dérivation d'une plus grande partie du courant instantané vers la lampe pour y provoquer la décharge, et cela au détriment du courant tra- versant le relais.
Dans le but d'assurer un chauffage rapide de l'élec- trode bimétallique ainsi qu'un retardement convenable, l'élec- trode 20 de la variante représentée fig. 5 comprend une la.me bi- métallique à laquelle est accolée une bande de métal 23', de même surface, déterminant l'émission d'électrons. Cette bande métallique électro-émettrice peut être fixée en contact avec
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la lame bimétallique de toute manière appropriée, par exemple en repliant les extrémités de la lame sur la bande émettrice, laquelle consiste par exemple d'un. métal recouvert d'une couche de même matière que celle dont sont recouvertes les électrodes 6 et 7, mais comprenant de préférence du magnésium.
Plusieurs perforations 25, pratiquées dans la lame bimétalliçue, constituent une série de cratères qui concentrent le. chaleur de la. décharge, dans le but d'accélérer la déviation de la..lame. Simultanément, la bande de magnésium s'échauffe également et après la mise en contact mutuel des Electrodes et l'extinction concomitante de la décharge lumineuse, la chaleur emmagasinée par la. bande 23' est, grâce à sa grande surface, transmise à la lame bimétallique.
De plus, le retardement est déterminé par la présence des çratères dont le rôle est de régler le temps d'écoulement de la. chaleur concentrée aux cratères à travers toute la longueur de la lame bimétallique, et particulièrement aux extrémités de celle-ci, de telle sorte que la partie de cette lame qui intervient le plus pour produire la déviation, soit convenablement chauffée. Ce processus évite un refroidissement trop rapide du bimétal et maintient les élec- trodes en contact pendant un temps suffisant pour que la charge reçoive l'énergie nécessaire.
Ainsi qu'il a déjà été précisée il est recommandable que l'électrode 19 ait une surface beaucoup plus petite que celle de l'électrode 20 afin d'augmenter la résistance effec- tive du relais 13 dans le but de réduire le plus possible la consommation de coura.nt pendent la décharge. Dans cette cons- truction, la décharge lumineuse a une tendanceà s'amorcer d'abord sur la petite électrode par suite du champ électrique intense produit par celle-ci lorsqu'elle fonctionne momentané- ment comme cathode pendant une demi-onde du courant alternatif.
La présence des cratères constitués par les perforations 25 (fig.5) écarte cette tendance et accélère la, vitesse de chauf- fage de l'électrode bimétallique.
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La construction représentée sur la fig.6 diffère de celle de la fig. 5 en ce que les cratères sont formés en don- nant une forme ondulée à l'élément, en remplacement des per- forations suivant la fig.5, la présence des cratères ayant toujours pour objet de contrôler le retardement, comme précédem- ment. Quoique l'élément bimétallique de la fig.6 soit analo- gue à celui de la figure 5 hormis les ouvertures 25, la bande de magnésium étant ondulée pour constituer les cratères 32, on a trouvé opportun de permuter - ces éléments de telle ma- nière que la lame bimétallique supporte la bande de magnésium.
En conséquence la lame bimétallique ondulée 33 (fig. 6) est rebourbée sur elle-même et supporte la bande de magnésium 34.
Ces ondulations constituent d'une part des cratères 32 de concentration de chaleur et d'autre part augmentent la sensibilité du dispositif 13 approximativement en proportion de la longueur supplémentaire de la lame bimétallique 33 com- parée à celle de la bande de magnésium 34. De plus la fabrica- tion d'une lame ondulée est beaucoup plus rapide que celle d'une lame perforée de trous 25 (fig.5) tandis que la lame bi- métallique peut être plus aisément ondulée, étant moins fra- gile que le magnésium.
Dans la construction représentée sur la fig.7, les électrodes 19' et 20' sont disposées parallèlement à l'axe longitudinal du dispositif. En outre, le bimétal 33' est ondu- lé et porte une extrémité de la bande de magnésium 34' tandis que l'autre extrémité de celle-ci est libre et que l'ensem- ble de l'électrode est supporté, comme ci-dessus décrit, par le conducteur d'entrée 18. La tigè de contact 22' en métal réfractaire est fixée à l'électrode bimétallique 20' de la manière décrite ci-dessus avec référence aux figs. 5 et 6, de manière à pouvoir prendre contact avec l'électrode 19'.
Il appert ainsi aux spécialistes de ce genre d'ap- pareils que le relais à atmosphère gazeuse ci-dessus décrit est applicable à la commande d'un circuit comportant un appareil
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de consommation, dans lequel une décharge luminescente est amorcée lorsqu'une tension fournie par son réseau de distribu- tion à basse tension lui est appliquée, que cette décharge échauffe au moins l'une des électrodes qui dévie jusqu'à pren- dre contect avec l'autre électrode et par le fait même, arrête la décharge lumineuse.
En refroidissant, l'électrode revient à sa position normale, et une haute tension instantanée amorce un arc de décharge.'De plus, par l'empli d'électrodes de surfaces sensiblement différentes, c'est-à-dire dont la surface de l'une n'est pas supérieure à - mais de préférence de beaucoup infé- rieure à - 50% de la surface de l'autre électrode, le relais présente une résistance effective élevée et une faible consom- mation de courant, de sorte que la puissance, autrement perdue, est ici disponible pour la charge.
De plus, le dispositif peut être conditionné de telle manière gue la temporisation assure le maintien, du contact entre les électrodes pendant un temps suffisant pour qu'une énergie suffisante ait été fournie à l'appareil de consommation.
En outre, ce relais est exceptionnellement sensible dans son fonctionnement grâce au fait que la surface de la lame bimétal- liaue est supérieure à celle de la matière émettrice d'élec- trons, qui constituent ensemble une des électrodes du dispositif.
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