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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.