NO119273B - - Google Patents

Description

Kold elektrode av hul form.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kold elektrode av hul form for et apparat med elektrisk utladning i en kvikksølv-

damp- og gassatmosfære, på hvilken elek-

trodes indre vegg man har festet minst ett lite stykke bestående i det vesentlige eller utelukkende av et metall eller av flere me-

taller av de sjeldne jordarter i metallisk tilstand, f. eks. lantan.

Denne elektrode karakteriseres ved at

den samlede overflate av stykket eller stykkene Br og forblir mindre enn tiende-

delen av elektrodens indre overflate, og at dette forholdstall dessuten velges slik at det ikke blir overskredet hverken under elektrodens innbrenningsperiode eller un-

der normal drift i den vesentlige del av elektrodens levetid.

De forhold under hvilke elektroden er utformet, og de forhold under hvilke den arbeider i normal drift, skal fortrinnsvis være slik at metall av de sjeldne jordarter ikke blir merkbart hverken fordampet ved varmen eller pulverisert ved jonbombarde-mentet, idet disse foreteelser i høy grad ville øke overflaten av stykket eller styk-

kene. Til den opprinnelige overflate vil det være nødvendig å legge overflaten av metallbelegget av de sjeldne jordarter som kan avsette seg på den indre flaten av elektroden og på hylstret til det utlad-ningsapparat som omfatter denne elek-

trode. En stor flate av metall av de sjeldne jordarter forkorter i betydelig grad utlad-ningsapparatets levetid, slik som senere skal forklares nærmere.

De kolde elektroder består vanligvis av

en hul metallsylinder som er åpen i den ene ende og festet til en eller flere strøm-

ledere, og på hvilken den ombøyde kant av åpningen oftest er bekledd med et isoler-

ende stykke som beskytter denne ombøyde kant fra jonebombardementet og hindrer elektroden fra å berøre utladningsappara-

tenes vegg. Disse elektroder har en lang varighet men fremkaller et betydelig spenningsfall. Ved vekselstrøm er spennings-

fallet for de to elektroder, dvs. summen av katode- og anodespenningsfallet, av stør-relsesorden 200 volt effektivverdi. Man kan minske dette spenningsfall ved å ak-

tivere elektroden, dvs. ved å forsyne dens indre vegg med en emitterende utfelling som lett emitterer elektroner ved den rela-

tivt lave driftstemperatur for elektroden, hvilken temperatur er av størrelsesorden 150° C, men denne utfelling som vanligvis består av jordalkalimetalloksyder, taper sin effektivitet ved slutten, av en driftstid som er mindre enn levetiden for en ikke aktivert kold elektrode, og bevirker ofte at det opptrer flekker i de rør som er forsynt med slike elektroder.

Over elektrodene ifølge oppfinnelsen

er det et spenningsfall som er betydelig lavere enn for de ikke aktiverte, kolde elektroder, og dette spenningsfall holder seg lavt i en meget lang tid. Disse elektro-

der har andre fordeler som skal omtales nedenfor.

En utførelsesform av oppfinnelsen be-

skrives nedenfor som eksempel under hen-visning til vedlagte tegning.

Fig. 1 viser en elektrode ifølge oppfinnelsen, og

fig. 2 viser hvorledes spenningsfallet på de to elektroder for et utladningsappa-rat varierer i avhengighet av utladnings-strømmen, dels for elektroder ifølge oppfinnelsen, dels for lignende elektroder, men som ikke omfatter metall eller legering av de sjeldne jordarter.

Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en elektrode ifølge oppfinnelsen før dens mon-tering i hylsteret for det utladningsappa-rat hvorav den skal utgjøre en del.

Denne elektrode omfatter en sylinder 1 av platemateriale, f. eks. av forniklet jernplate, ved hvis ender der er to stykker 2, 7 av steatitt. Stykket 2 er gjennomboret med en åpning 3 som lar den elektriske utladning få adgang til det indre av elektroden. Det omfatter en flens 5 som hindrer utladningen i å oppstå på kanten 4 av sylinderen 1 og å fremkalle en sterk pul-verisering av platen på dette sted.

Det annet stykke 7 lukker den motsatte ende av sylinderen 1 av den gjennom hvilken utladningen passerer. Denne lukning behøver ikke å være tett.

En tråd 8 som er fastloddet til sylinderen 1 bærer elektroden og tilfører denne den elektriske strøm.

Et visst antall små stykker 6 av metall eller legering av metaller blant de sjeldne jordarter er festet til sylinderens 1 indre vegg. På figuren vises to stykker 6. Disse er lantantrådstykker fastloddet på midten av sylinderen 1. Det er ikke nød-vendig at lantanen skal være helt ren, idet det greier seg at de av dens forurensninger som kan være skadelige, f. eks. oksyder eller nitrider, ikke finnes i uheldig mengde.

Man kan erstatte lantanen med cerium eller med en legering av metaller blant de sjeldne jordarter. Man har f. eks. fått gode resultater med en legering svarende til nedenstående spesifikasjon:

Elektroden monteres etter at den er forsynt med lantanstykkene 6 og med' sin strømleder 8 eller med sine strømledere hvis den er forsynt med flere slike, i et stykke glassrør. som er. avsluttet med. en bunn i den ene ende og åpen;i den annen ende. Strømlederne innføres på tett måte i denne bunn. Man smelter eller lodder derpå et med en elektrode således forsynt glassrørstykke fast til hver av endene av et glassrør, eventuelt innvendig belagt med et fluorescerende materiale.

Det utladningsrør som således fåes un-derkastes så et visst antall utladninger som formerer disse elektroder og som setter det i stand til å virke. Man kan f. eks. etter å ha innført en dråpe kvikksølv i røret, av-gasse dette, deri iberegnet dets elektroder, ved å forbinde det med en vakuumpumpe og ved deri å la passere en utladning som har en betydelig større strømstyrke enn rørets normale driftsstrømstyrke. Når elektrodene i en tilstrekkelig lang tid er oppvarmet til lys rødglød og glasset i røret har vært holdt på en passende temperatur, stanser man utladningen og fortsetter pumpingen helt til det fåes et godt va-kuum. Tilstedeværelsen av spor av sur-stoff og kvelstoff under disse behandlinger hemmer i betydelig grad fordampningen og pulveriseringen av de sjeldne jordmetaller, spesielt ved bombardementet, av elektrodene. Man minsker ytterligere fordampningen og pulveriseringen ved å minske varigheten av disse operasjoner. Man kan også oppvarme røret og dets elektroder under denne avgassing ikke ved en kraftig utladning, men ved å anbringe røret, som ikke inneholder kvikksølv, i en ovn, idet dets elektroder oppvarmes ved hjelp av et høyfrekvensfelt. Disse to ar-beidsmåter er anvendelige ved tilvirkning av rør med kolde katoder.

Med katodene ifølge oppfinnelsen er det ikke nødvendig å drive avgassingen ved oppvarming så langt, og en enkel opp-varmning i ovnen uten utladning eller høyfrekvens kan greie seg. Resttrykket i det øyeblikk da man stanser pumpingen behøver ikke å være så lavt som når man anvender vanlige kolde elektroder, idet stykkene 6 av sjeldne jordmetaller vil absorbere den lille mengde av ikke-edelgas-ser som ikke er eliminert ved avgassingen. Dette er en ytterligere fordel som oppnåes ved elektrodene ifølge oppfinnelsen.

Som tidligere kjent fyller man røret etter at avgassingen er fullbyrdet, med en oppvarmet gass under et trykk av noen millimeter kvikksølv. Denne gass er f. eks. argon, teknisk ren eller inneholdende gan-ske lite kvelstoff, eller også en blanding av argon og neon. Etter denne fylling skiller man røret fra pumpeanordningen, innfø-rer kvikksølvet, om det ikke tidligere er gjort, lukker og avskjærer evakueringsrø- ret og lar derpå røret arbeide en tid for å bringe endel av kvikksølvet til å diffun-dere.

Oppvarmningen av elektroden under avgassingen kan bringe stykkene 6 av lantan eller lignende metall eller legering til å smelte, i det minste delvis. Denne smelt-ning kan få noe av disse stykker til å ut-bre seg, hvorved deres overflate således vokser, men det er ikke nødvendig at ma-terialet i disse stykker brer seg ut over en betydelig del av elektrodens indre flate. Det må unngåes at metall av de sjeldne jordarter i merkbar mengde forlater stykkene 6 og avsetter seg på lampens hyl-ster og på elektrodens overflate, f. eks. mens elektroden er bragt til en temperatur, ved hvilken dette metall merkbart for-dampes, eller mens et altfor intenst jon-bombardement har pulverisert og slynget bort endel av disse stykker. I virkeligheten viser erfaring at det således utfelte metall ville absorbere kvikksølvet og gassene i lø-pet av lampens drift, hvilket skulle sette denne for tidlig ut av bruk. Man kan ikke innføre i lampen vesentlig mer kvikksølv enn hva som er nødvendig for å kompen-sere for virkningen av en stor metallflate av de sjeldne jordarter, da dråpene av fly-tende kvikksølv i altfor høy grad ville gjøre det fluorescerende belegget dårligere når lampen ble håndtert. Man kan heller ikke innføre et overskudd av gass, da de for tenningen og driften av lampen nødven-dige spenninger ville bli merkbart øket, så meget mer som det ville behøves et stort overskudd.

Det er ut fra dette synspunkt fordel-aktig at utladningsatmosfæren i den med en elektrode ifølge oppfinnelsen forsynte lampe inneholder en betydelig mengde kvelstoff ved igangsetningen av denne lampe, fortrinnsvis minst 0,1 volumprosent. Kvelstoffet minsker nemlig kraftig pulveriseringen av elektrodene under innvirk-ning av jonebombardementet. I virkeligheten vil kvelstoffet senere bli absorbert under den normale drift av lampen, men denne forsvinning er meget langsom da metallet av de sjeldne jordarter bare byr på en liten overflate, og virkningen av kvelstoffet gjør seg merkbar i et betydelig tidsrom.

Fig. 2 viser hvorledes spenningsfallet på de to elektroder i rør inneholdende for-uten en dråpe kvikksølv også en blanding av 80 pst. argon og 20 pst. neon, varierer som funksjon av styrken av utladnings-strømmen under et trykk av 6 mm kvikk-sølv. Det anvendte argon inneholder omkring 0,3 volumprosent kvelstoff.

Kurven 10 refererer seg til et par ikke aktive, kolde elektroder, som hver er byg-get opp slik som vist i fig. 1 bortsett fra at den ikke omfatter noe stykke 6, og med en lengde på 60 mm og en diameter på 12 mm. Disse elektroder benyttes industrielt for strømstyrkene 50—100 milliampere. Kurven 11 refererer seg til et par elektroder i likhet med de foregående, men forsynt med fire stykker 6 av lantantråd, av 5 mm lengde og 1,2 mm diameter. De punkter som har vært benyttet for å trek-ke opp disse kurver er beregnet ut fra re-sultatene av målinger utført på rør av forskjellige lengder, slik at man har fått vite hvilken del av spenningsfallet i røret som oppstår ved elektrodene. Abscisseak-sen'er gradert i milliampere, ordinataksen i volt.

Studiet av de ikke aktiverte elektroder har ikke ført til bruk av strømmer på mere enn 125 milliampere, mens strømmer over denne verdi vil ødelegge elektrodene ved jonebombardementet. Derimot motstår elektrodene ifølge oppfinnelsen av samme dimensjoner meget godt en strøm på 250 milliampere. En kold og ikke aktivert elektrode, som er anordnet for denne sist-nevnte strøm, må ha en to ganger så stor overflate som overflaten av de elektroder på hvilke målingene er utført. Da for denne type elektroder forholdet mellom leng-den og diameteren ikke skal overskride en viss verdi (som beror spesielt på trykket og beskaffenheten av fyllingsgassen), skulle det være nødvendig å øke diameteren av elektroden, hvilket ville bevirke forlegning av denne i et elektrodekammer av større diameter enn diameteren av den jevnt for-løpende del av røret. Denne ulempe unngåes ved elektrodene ifølge oppfinnelsen. Omvendt kan man for elektroder ifølge oppfinnelsen velge mindre dimensjoner, hvis de ikke skal arbeide ved mer enn 100 milliampere.

En fordel med disse elektroder, hvilket umiddelbart vil fremgå av fig. 2, er senk-ningen av spenningsfallet ved elektrodene. I det viste tilfelle innsparer man med elektrodene ifølge oppfinnelsen omkring 30 volt for en strøm av 50 milliampere og 70 volt for 100 milliampere. Denne egenskap er meget overraskende under hensyntagen til at de aktiverte stykker 6 bare har en liten overflate og ikke bringes til høy temperatur.

En annen fordel med disse elektroder, sannsynligvis avhengig av absorpsjonen av de skadelige gasser ved stykkene 6, er senk-ningen av spenningsfallet i utladnings- søylen. Denne senkning er meget variabel alt etter omstendighetene.

Utladningen dannes ikke merkbart på den ytre flate av elektroden på grunn av nærvær av emitterende materiale i det indre. Dette stabiliserer katodeglimlyset og minsker i betydelig grad katodeforstøv-ningen på utsiden av elektroden. Man kan ofte forenkle oppbygningen av elektroden ved å sløyfe de isolerende stykker, slik som de ved 2 og 7 viste og ved ikke å omgi elektroden med et glimmerblad som ofte ut-nyttes for å bedre isoleringen mellom elektroden og glasset i utladningsrøret. Denne minskning av forstøvningene øker elektrodens levetid. Den tillater at elektroden kan få normal levetid samtidig som trykket av den permanente fyllingsgass minskes. Det er kjent at trykkminskning bedrer utbyt-tet av utladningen i form av synlige og ultrafiolette lysstråler til skade for varigheten av elektrodene.

Tallrike modifikasjoner kan tenkes for den beskrevne elektrode uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme. Stykkene 6 kan f. eks. ha andre dimensjoner enn de her viste. De kan forekomme i variabelt antall, og de kan festes på forskjellige steder av elektrodens indre vegg. Stykket 1 av plate kan være lukket av en metallisk bunn iste-denfor av stykket 7 av keramikk. Stykket 1 kan likeledes være konisk.

Claims (3)

1. Kold elektrode av hul form for et elektrisk utladningsrør med en kvikksølv-damp- og gassatmosfære, på hvilken elek-trodes indre vegg der er festet minst ett lite stykke bestående i det vesentlige eller utelukkende av metall eller av flere metaller, av de sjeldne jordarter i metallisk tilstand, f. eks. lantan,karakterisert vedat den samlede frie overflate av stykket eller stykkene er mindre enn tiendedelen av flaten av elektrodens indre overflate, og at dette forholdstall dessuten velges slik at det ikke blir overskredet hverken under elektrodens innbrenningsperiode eller under normal drift i den vesentlige del av elektrodens levetid.

2. Elektrode som angitt i påstand 1,karakterisert vedat de forhold under hvilke elektroden er dannet og de forhold under hvilke den arbeider ved normal drift, er slik at metall av de sjeldne jordarter ikke blir merkbart hverken fordampet ved varme, eller pulverisert ved jonebombardementet.

3. Utladningsrør omfattende minst en elektrode ifølge påstand 1,karakterisertved at dets utladningsatmosfære inneholder kvelstoff, fortrinsvis minst 0,1 volumprosent.