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" Cathode à incandescence à chauffage indirect pour tubes à dé. oharge".
Le chauffage indirect des tubes à décharge permet l'emploi @ de courants électriques ayant des caractéristiques quelconques et par suite de souroes de courant quelconques sans que le fonction- nement des tubes en soit affecte. On a déjà proposé d'établir des tubes fonctionnant sous les tensions dont dispose l'usager, oom- me les,tensions usuelles de réseaux.
Ces projets de chauffage par haute tension n'ont cependant reçu que peu de réalisations pra- tiques parce que oemm tubes ne pouvaient offrir, au triple point
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de vue de l'économie, de la durée et du temps de mise en marche, les mêmes avantages que ceux que présentent les systèmes de chauf -fage indirect employés jusqu'à présent, dans lesquels le courant de chauffage à basse tension est obtenu soit par l'emploi de sour -ces de courant spéciales, soit par transformation du courant de réseau.
La présente invention permet de réaliser le chauffage indi- rect de la cathode par le réseau en évitant les défauts sus-men- tionnés. Pour cela, on dispose le filament, d'une gaande longueur (au moins 40 c/m). dans un corps isolant entouré par la cathode en utilisant la section de ce corps isolant de manière que lcm2 de surface utile de la cathode reçoive au moins de 1 à 1,5 watt de puissance calorifique.
Cette constitution des tubes n'exige aucune modification dont la construction habituelle des tubes à électrodes.
On doit oependant prendre des précautions particulières pour introduire à l'intérieur de la cathode la grande longueur de fi- lament prévue ; on y parvient en donnant au filament, à la maniè- re connue, une forme en spirale sur toute sa longueur et en le concentrant par repliage de ce filament sur lui-même en forme de méandre à l'intérieur du corps isolant qui est entouré par la cathode.
Avec cette disposition, il suffit de ohauffer le filament à basse température, ce qui est de la plus grande importance pour la durée des tubes. D'autre part, il ne se produit entre les dif- férente éléments du filament que des différenoes de potentiel re- lativement petites, de sorte qu'il suffit, pour empêcher la pro- duction de courts-circuits entre ces éléments, de prévoir les couches isolantes entre les éléments aussi faibles que possible, ce qui a tomme résultat favorable de réduire considérablement la capacité calorifique du corps de la cathode et de permettre ainsi d'atteindre la température de régime après un temps de mise en
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route relativement écart. en employant la petite quantité d'éner- gie habituelle.
Cette disposition permet aussi de concentrer le filament de façon telle que la haute tension à laquelle il est soumis ne produise pas de troubles par capacité ou par induction.
Ces mesures ne se révèlent pas seulement comme particulière- ment efficaces au point de vue de la disposition de la grande longueur de filament qui est ici indispensable, elles permettent également une répartition économique, en particulier une concen- tration de la ohaleur et fournissent ainsi des conditions de chauffage très favorables.
L'emploi de cette disposition permet de réduire la température du filament à un minimum qui ne dépasse
Plus de beaucoup la température nécessaire pour la cathode à in- candescence elle-même, en choisissant les dimensions du filament entre les limites déterminées d'une part par la tension, et d'au- tre part par le chauffage du filament compatible avec un fonc- tionnement prolongé, de telle façon que le chauffage s'effectue à la température strictement suffisante pour permettre, avec la répartition prévue du filament, d'obtenir la température désirée de la cathode incandescente. Cela permet d'augmenter sensiblement la durée du filament.
Dans de nombreux cas, il y a avantage, conformément à l'in- vention, à établir la cathode incandescente d'un tube à décharges en éléments in@épendants reliés enparallèle tandis que les sec- tions des filaments en spirale disposes dans ces éléments sont reliées en série. De cette manière, il est possible d'obtenir, même pour tes tensions de chauffage très élevées, des conditions
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favorable4d 'éwission et de chauffage.
On sait d'autre part que, pendant la formation des cathodes à incandescence, il est nécessaire de chauffe!? la cathode à très haute température pendant que le tube à décharge est encore relié à la pompe en vue de chasser les gaz résiduels et de vieillir la cathode. Si le filament était chauffé à des températures sembla-
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bles, sa durée en serait considérablement diminuée.
Afin d'obte- nir les avantages qui résultent de l'invention au point de vue de la prolongation de la durée 'des filaments, on dispose aussi, conformément à l'invention, un second filament simple ordinaire à côté du filament en spirale à l'intérieur de la cathode à in- candescence, ce filament simple pouvant être pourvu de prises de courant séparées et avoir des dimensions telles que la basse ten- sion habituelle produise déjà la température élevée de l'émetteur nécessaire pendant la fabrication (environ 1.200 à 1.400 ). Lors- que la lampe est terminée, ce filament devient superflu; il peut donc être considérablement surchauffé, puisque son utilité est également de courte durée.
Le filament peut toutefois avoir des dimensions telles que l'on puisse chauffer les tubes en service avec des tensions réduites, à titre de secours ou alternativement, de manière à obtenir,, par exemple,destubes pouvant être chauffée aussi bien par le courant du réseau que par accumulateurs.
Le chauffage nécessaire pendant la fabrication (comme le chauffage des tubes pendant le pompage ou le vieillissement de la cathode) peut cependant être effectué d'une autre manière, sans affecter le filament. Au lieu d'un petit tube métallique revêtu dtune couche émettrioe, on peut utiliser une spirale métallique pourvue d'une couche émettrice, cette spirale étant chauffée di- reotement pour obtenir les hautes températures nécessaires, par le courant approprié.
Lorsque le tube est terminé et mis en ser- vice, le chauffage est effectué par le corps de chauffage dispo- sé, conformément à l'invention, à l'intérieur de la spirale, Dans ce cas également, on peut, par des prises de courant appropriées, faire en sorte que les tubes puissent fonctionner éventuellement à volonté sur deux tensions différentes, en tubes à chauffage soit direct, soit indirect. Des cathodes à incandescence de ce genre peuvent trouver leur emploi partout où l'on prévoit des ca- thodes à incandescence à chauffage indirect, en particulier éga- lement dans les tubes lumineux et autres tubes à décharge sembla- bles.
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La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple,, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
Les figures 1 et 2 indiquent un exemple d'exécution d'une cathode à incandescence dans laquelle un petit tube cylindrique revêtu d'une couche émettrioe est chauffé par un filament en spi- rale plusieurs fois replié sur lui-même, chaque élément se trou- vent à l'intérieur d'un petit tube isolant particulier,
Les figures 3 et 4 montrent une forme d'exécution un peu dite férente de l'objet de l'invention, dans laquelle les éléments du filament passent dans des canaux d'un corps isolant en céramique qui emplit l'espace intérieur creux de la cathode.
On a également représenté dans ces figures, à titre d'exemple.un filament auxi- . liaire disposé à coté du filament principale
Les figures 5 et 6 représentent une variante d'exécution de la cathode à incandescence, dans laquelle la couche d'émission est portée par un support en orme de coffret comportant deux faoes planes et parallèles. Dans cette forme d'exécution, le fi- lament est également disposé à l'intérieur des canaux d'un corps isolant en céramique qui emplit l'espace creux du coffret.
La figure 7 montre un autre mode d'exécution de la cathode à incandescence comportant un corps isolant semblable à celui des figures 3 et 4, mais dans lequel la cathode proprement dite con- siste en un fil enroulé en spirale et sur lequel est disposé un revêtement émetteur.
La figure 8 est une coupe transversale très agrandie d'une variante d'exécution.
La cathode à incandescence à chauffage indirect représentée figs. 1 et 2 est constituée par un petit tube cylindrique creux en nickel a qui porte la couche émettrice et qui est chauffé par un filament b situé à l'intérieur du tube. Ce filament, comme on l'a déjà. dit plus haut, est d'une longueur telle que sa résittance
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soit suffisante pour fournira sous des tensions relativement éle- vées, la puissance de chauffage nécessaire à la température pas trop élevée désirée, Pour permettre l'introduction de cette lon- gueur de filament à l'intérieur de l'espace limité par la surface à chauffer, on donne à l'ensemble du filament la forme d'une spi- rale et de plus, dans l'exemple représenté , on le replie sur lui-même en méandres à quatre branches à l'intérieur de la catho- de cylindrique creuse.
Chaque branche de ces méandres passe â l'intérieur d'un petit tube isolant particulier c, et les quatre tubes isolants sont disposés à l'intérieur de la cathode oylin- drique de manière à emplir l'espace creux aussi uniformément que possible.
Le filament peut être lui-même recouvert d'une couche de ma- tière isolante à la manière des fils émaillés. On peut, par exem- ple, enduire la spirale d'un revêtement en matière céramique avec un liant approprié et passer au four après obtention d'une épais- seur de couche suffisante; le fil est alors pourvu d'un revête- ment qui empêche en même temps toute déformation de la spirale multiple utilisée. Le revêtement peut aussi être constitué par de l'oxyde d'alumine pure chauffée à haute température, de l'oxy- de de siraonium ou autre matière analogue qui est déposée de la même manière.
La variànte d'exécution représentée figs.3 et 4 se distingue de la forme décrite ci-dessus par le fait que, au lieu d'un petit tube isolé, individuel pour chaque branche du filament, on emploi* un corps isolant unique en céramique qui emplit tout l'espace intérieur du cylindre creux qui constitue le tube de cathode. Ce corps isolant comporte une série de canaux (quatre dans l'exemple d'exécution des figs.3 et 4) dans lesquels passent les spirales du filament.
L'exemple d'exécution suivant montre qu'il est possible de disposer à l'intérieur de la cathode à incandescence un filament
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d'une longueur suffisante pour une section convenable du fil.
Supposons par exemple, que la cathode à incandescence doive être branchée sur un réseau lumière à 110 volts, et qu'elle soit constituée par un petit tube de nickel d'environ 3 m/m de diamè- tre intérieur et 30 m/m de longueur (ce qui correspond aux dimen- sions usuelles). Dans ce cas, on emploiera un filament constitué par une spirale en fil de tungstène de 0,02 m/m. de diamètre. La longueur de filament nécessaire dans ce cas pour assurer le chauf- fage conformément à l'invention est de 170 o/m.
On enroulera fa- oilement un fil de 170 c/m de longueur nette en une spirale dont la longueur d'une extrémité à l'autre est de 80 à 140 m/m suivant le diamètre de l'enroulement. Il est facile d'introduire cette longueur de fil spiral à l'intérieur de l'espace renfermé par la cathode, en repliant la spirale sur elle-même quatre fois au plus dans l'espace creux.
Si la tension est de 220 volts, on peut utiliser exactement la même spirale de filament. Dans ce cas, on disposera l'un à côté de l'autre deux tubes de cathode connectés en parallèle , tandis que les filaments correspondants sont reliés en série.
Dans cette disposition,, il y a lieu de remarquer que, dans certains cas, il peut y avoir aussi avantage à employer plusieurs cathodes avec des filaments en série!, ces cathodes pouvant appar- tenir à un seul et même système ou à plusieurs systèmes différente
Il est aussi possible d'employer sans aucune difficulté pour le chauffage des filaments les tensions usuelles de réseau avec des dimensions de filament et de cathode tout à fait normales.
La longueur de fil du filament peut, comme on l'a déjà indi- qué, être choisie de telle manière que le filament soit porté à une température aussi basse que possible pour permettre une durée maxima du filament. Dans ce cas, la longueur totale du filament est sensiblement supérieure à la longueur qui serait nécessaire si l'on ne considérait que la tension et la température de fila- ment compatible avec un service continuo Par suite de l'égale
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répartition du filament sur la surface et en raison de la concen- tration de chaleur qu'on peut obtenir, ainsi que des'conditions favorables de transmission,
il est possible de maintenir la tem- pérature du filament la plus basse pouvant suffire à porter la couche émettrice à la température requise de 700 à 1000 , c'est- à-dire que le fil lui-même n'a pas besoin d'être chauffé à une température très supérieure à celle-ci. Dans l'application de la présente invention, on peut obtenir même pour des fils très fias un rendement calorifique d'au moine 1 à 1,5 watts par cm2 de sur- face de cathode environ, et même généralement beaucoup plus, Ce n'est qu'au delà de cette limite qu'on peut obtenir @n fonction- nement la température de filament la plus favorable, c'est-à-dire la plus basse.
Un autre progrès dans la voie de l'économie et de la durée du tube, obtenu en abaissant le plus possible la température du filament, réside dans le fait que la perte d'énergie amenée au ' filament n'excède pas la perte inévitable du fait de l'isolation indispensable entre le filament et la cathode. On parvient à dis- poser le filament et le métal de la cathode aussi près l'un de l'autre que le permet l'isolation indispensable en déposant le métal de la cathode directement sur la couche isolante qui en- toure le filament et en prévoyant cette couche isolante aussi mince que possible entre le filament et le métal de la cathode.
Dans les cathodes à chauffage indirect par basse tension,on a déjà proposé de déposer le métal de la cathode directement sur le corps isolant qui entoure le filament de chauffage, mais non pas, bien entendu, dans le but de pouvoir abaisser la tempé- rature du filament, car cette température n'intervient pratique- ment presque pas dans la durée des fils épais employés pour le chauffage à basse tension. Au contraire, dans le cadre de la pré- sente invention, où même do/faibles abaissements de la température du filament ont une influence très sensible, cette disposition
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a pour effet d'augmenter considerablement la durée du tube.
L'ef- fet recherché n'est d'ailleurs pas complètement atteint par cette disposition seule, mais seulement au contraire en donnant aussi à la couche isolante qui sépare le filament du métal de la ca- thode l'épaisseur la plus faible possible.
Les canaux du corps isolant o sont donc disposés par exemple, dans la forme d'exécution représentée fige. 3 et 4, de manière telle que les filaments viennent aussi près que possible de la surface extérieure de ce corps isolant, afin que la plus faible quantité possible de la chaleur dégagée par les filaments soit absorbée par le chauffage du corps isolant. Sur ce dernier, le métal de la cathode n'est pas comm il a été décrit précédemment, amené sur le corps isolant sous la forme d'un petit tube fabriqué séparément, ce qui entraînerait la présence d'un intervalle calo- rifique entre le corps isolant et le métal de la cathode, mais il est déposé directement au moyen d'un quelconque des procédés con- nus.
Ces procédés sontentre autres, la projection du métal au pistolet, la volatilisation, le dépôt électrolytique, la méthode de pulvérisation cathodique, etc... On obtient ainsi une couche de support --- pour la matière émettrice, laquelle couche est intimement liée à la couche isolante et par suite solidement fixée à celle-ci, et qui peut être considérablement plus mince que le tube de cathode sus-mentionné et absorbe par conséquent une plus faible quantité d'énergie calorifique. On peut éventuel- lement réduire l'épaisseur de la couche métallique de cathode jusqu'à la limite à laquelle cette couche forme encore en tout ses points une surface continue.
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La figure 8 représente, vu en coups transversale à échelle très agrandie, un mode d'exécution particulièrement favorable pour chauffage du filament à très basse température. Dans ce cas, on n'emploie pas de corps isolant particulier en céramique, mais
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le filament de chauffage b porte lui-même, de la manière déjà dé- crite, un revêtement isolant et qui porte lui-même un revêtement a' constitué par le métal de cathode. Sur cette couche support @' se trouve encore plaoée la couche émettrice non représentée.
Comme on le voit, l'énergie destinée à chauffer la couche émettrice est amenée à celle-ci, dans un corps de cathode ainsi constituée, presque sans perte, de sorte qu'il suffit que la tem- pérature du filament de chauffage dépasse très légèrement la tem- pérature de la couche émettrioe. Cette disposition avantageuse entraîne en outre une réduction notable du temps nécessaire au chauffage initial.
Le mode d'exécution de la cathode représenté fige.5 et 6 montre un corps en forme de coffret particulièrement propre à être utilisé en liaison avec les anodes construites/en forme de coff@ts.
Dans ce cas, on prévoit à l'intérieur du coffret un corps isolant adapté à la forme de. coffret, à section sensiblement de rectangle aplati et qui permet de disposer un grand nombre de canaux, huit dans l'exemple de réalisation représenté. A l'intérieur de ces canaux, on fait alors passer en zig-zag le filament de chauffage enroulé en spirale. Une cathode à incandescence ainsi constituée convient principalement à l'emploi sur hautes tensions.
La haute température de la cathode qui est nécessaire pen- dant la fabrication de la cathode et tube à décharge, en parti- culier pendant le chauffage du tube pour le pompage et le vieil- lissement de la cathode à incandescence, et qui est de 1200 à 1400 n'est pas fournie de préférence par le filament de chauffa- ge eu égard à la durée de celui-ci qui est précisément augmentée par la présente invention. Cette température élevée est au con- traire produite, d'après l'invention, à l'aide d'un fil de chauf- fage auxiliaire spécial f qui passe à travers le tube de cathode a à coté du filament de chauffage proprement dit (figs.3 et 4).
Ce filament auxiliaire peut être d'un diamètre relativement grand
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et être soumis à des fatigues considérables puisque, pendant le fonctionnement ultérieur du tube. il sera mis hors service. Il suffit donc qu'il puisse durer un temps très court. Un semblable filament peut, en raison de ses dimensions, 'être porté par la bas- se tension habituelle de 5 à 20 volts à la température nécessaire pour effectuer rapidement et facilement le dégazage de la catho- de. Il est également possible d'effectuer facilement le vieillis- sement d'un tel tube à l'aide du filament de chauffage auxiliaire, puisqu'il permet d'atteindre rapidement des températures très élevées.
Le filament auxiliaire peut âtre pourvu de bornes de sortie séparées ou être raccordé aux mêmes bornes que la spirale de ohauf -fage proprement dite. Dans ce dernier cas,il est mis hors ser- vice par un moyen quelconque après achèvement de l'opération de vieillissement. Sur les figures 3 et 4, on a représenté la dis- position d'un tel filament auxiliaire f à l'intérieur d'une ca- thode à incandescence contenant un corps isolant qui la remplit complètement. Ce dernier comporte alors, en dehors des canaux nécessaires pour le passage des filaments en spirale, un autre canal central g qui est traversé par le filament auxiliaire.
Ce filament auxiliaire f peut éventuellement être raccordé à des bornes de sortie particulières et rester en permanence dans le tube, de sorte qu'il est possible de faire fonctionner à volonté un tube à décharge de ce genre sous deux tensions différentes, sous la tension du réseau comme sous une tension inférieure.
La figure 7 représente une autre forme d'exécution de l'in- vention, dans laquelle la cathode est constituée par un fil noyau h sur lequel est disposée la couche émettrice et qui est enroulé en spirale atours serrés. A l'intérieur de cette spirale se trou- ve, comme précédemment, le corps isolant pourvu de canaux qui servent au passage du filament de chauffage. Toutefois, on n'a pas prévu dans ce cas de filament auxiliaire, le fil de la spira-
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le jouant le rôle de celui-ci, dans ce but, il est amené à des bornes correspondantes. Pendant le chauffage et vieillissement du tube, la cathode à oxyde est donc chauffée directement, et cela à la température élevée qui est nécessaire pour cette opéra- tion.
Après achèvement de la fabrication, on peut ensuite obtenir en service un chauffage indirect par le filament de chauffage en spirale. Il est également possible de calculer les dimensions de manière à pouvoir chauffer le tube à volonté soit par le réseau, soit par la basse tension fournie par des aooumulateurs, de telle sorte que le tube peut être employé à volonté sur des tensions différentes aussi bien comme tube à chauffage direct que comme tube à chauffage indirect.