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"Lampe à décharges électriques"
Jusqu'ici on construisait les lampes à décharges électriques et cathode incandescente, sous la forme de tu- bes cylindriques et onyutilisait comme source.lumineuse la partie de la décharge dénommée colonne positive. Aussi avait- on tendance à accroître autant que possible l'intensité de cette colonne positive, et de nombreuses mesures telles que, par exemple, le rétrécissement artificiel du trajet de décharge entre les électrodes, ont été imaginées à cet effet.
Dans ces lampes connues on peut distinguer, dans certaines circonstances, dans l'espace confinant-à la catho- de incandescente, un spectre lumineux qui, bien que n'étant
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pas marquant vu sa faible extension comparativement à la longue colonne positive, se distingue de cette colonne non seulement par son aspect différent mais encore par le fait que son existence et sa conformation paraissent étroitement liées aux phénomènes se manifestant aux électrodes incandes- centes, notamment à l'émission électronique.
La présente invention est basée sur la constatation que ce spectre lumineux des "parties cathodiques de la déchar- ge" convient beaucoup mieux que la colonne positive pour la création d'une source lumineuse efficace, notamment lorsque la lampe doit avoir les dimensions et le pouvoir éclairant ordinaires des lampes à incandescence. Aussi, suivant l'in- vention, cherche-t-on à affaiblir autant que possible ou même à supprimer complètement la colonne positive ou le spectre lumineux qui lui correspond, et à donner par contre le développement le plus grànd possible au spectre lumineux confinant à la cathode incandescente et subordonné à celle- ci.
On y arrive en choisissant suffisamment petits ' la pression du gaz et l'écartement entre électrodes. Il s'est avéré, en effet, que, lorsqu'on observe certaines condi- tions qui seront formulées plus loin, la colonne positive diminue ou s'affaiblit de plus en plus, et qu'elle devient en tout cas de moins en moins perceptible à mesure qu'on diminue l'écartement entre électrodes, mais que d'autre part le spectre lumineux des parties cathodiques de la décharge n'est pas affaibli ougagne même en intensité et en ampleur.
Le même effet est produit par une diminution-de la pression de gaz ou de la densité de celui-ci et, en général, par toute autre mesure qui a pour effet de diminuer le rapport
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entre l'é.cartement entre électrodes et la longueur moyenne du chemin parcouru par les électrons.
Suivant l'invention, on cherche à éviter toutes les conditions favorisant la naissance d'une colonne posi- tive, et à déterminer et-à maintenir, d'autre part, les conditions nécessaires pour le développement du spectre lumineux "cathodique".
Avant d'entrer dans¯, les détails de ce sujet on expli- quera ce qu'on entend, dans ce qui précède et ce qui suit, par les termes parties "cathodiques" de la décharge et spectre lumineux "cathodique": La plupart des remplissages gazeux ne constituent pas, dans le sens physique du mot, un ensemble uniforme, mais ils sont formés de plusieurs parties qui diffèrent distinctement les unes des autres par leur aspect et par leur fonction.
A la cathode confine toujours une zone de décharge (constituée dans beaucoup de cas elle-même deplusieurs zônes) qui est en liaison étroite avec les phénomènes se manifestant à la cathode et qui semble en quelquesorte liée à la cathode; c"est pour- quoi on la désignera par le terme: zône de décharge "catho- dique" ou partie "cathodique" de la décharge. La liaison étroite de cette partie de la décharge avec la cathode se manifeste par ce fait, par exemple, qu'elle suit servi- lement les déplacements de la cathode, tandis que d'autres parties de la décharge, telles que la colonne positive par.¯,exemple, ne sont pas essentiellement influencées par de tels déplacements.
Un autre critérium réside dans la maniè- re dont se développe le spectre lumineux ayant son siège dans les parties cathodiques de la décharge et dénommé pour cette maison spectre lumineux "cathodique".
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Ce spectre lumineux se resserre, en effet, contre la surface émettrice d'électrons de'la cathode lorsqu'on augmente la pression du gaz et saccroît vers l'extérieur à partir de la surface de la cathode lorsqu'on diminue la pression du gaz. Il existe, d'une manière générale, une re- lation intime entre l'émission électronique de la cathode incandescente - l'invention se rapporte uniquement aux lam- pes à cathodes incandescentes - et 'le spectre lumineux cathodique, relation qui se manifeste, par exemple, par le fait qu'une augmentation de l'émission électronique entrai- ne une augmentation de l'intensité lumineuse et que ce ne sont que les zônes directement ou indirectement influencées par des électrons émis qui sont incitées à émettre de la lumière.
Si l'on parle, dans cette description, de la 'par- tie 'cathodique"de la décharge, il faut néanmoins observer que, dans certaines circonstances, cette partie peut englo- ber toute la décharge ou même toute la lampe, tandis que les parties non cathodiques de la décharge disparaissent totalement ou presque. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, le but de la présente invention est de créer de tels cas extrê- mes afin que le spectre lumineux cathodique constitue la source principale de lumière de la lampe.
Dans la fabrication et dans l'emploi de la lampe il faut observer certaines conditions qui jouent un rôle essentiel dans la création du spectre lumineux cathodique voulu, ce qui, une fois de plus, indique la subordination étroite des parties cathodiques de la décharge à la cathode.
En premier lieu il faut observer qu'il ne faut pas choisir pour la cathode incandescente une température trop élevée, .ce qui serait dû, probablement à l'influence
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exercée sur la température de la zône de décharge catho- dique adjacente. On a constaté que le spectre lumineux cathodique voulu se produit, par exemple, lorsqu'on em- ploie du tungstène comme substance émettrice d'électrons pour la cathode. Aussi l'invention est-elle limitée aux lam- pes dont les électrodes incandescentes émettent des élec- trons en grande quantité déjà à des températures assez basses. On emploiera à cet effet de préférence des matiè- res qui émettent déjà une quantité suffisante d'électrons à 1000 C ou en-dessous de cette température.
Sont connues comme matières émettrices satisfaisant à ces exigences, par exemple, les combinaisons oxydées des métaux alcalino- terreux ou ces métaux eux-mêmes. L'abaissement de la ' température d'émission a pour effet, en outre, d'augmenter l'économie de la lampe.
On a trouvé, d'autre part, qu'il faut éviter des écarts sensibles entre les potentiels d'endroits différents de la surface émettrice des cathodes incandescentes, car -sinon il est impossible de réaliser un fonctionnement du- rable et la formation d'un spectre lumineux cathodique de longue durée. Lorsque, par exemple, un fil incandescent parcouru par du courant et recouvert d'un revêtement capa- ble d'émettre des électrons fait office de cathode incan- descente (cathode chauffée "directement"), la décharge se concentrera sous forme d'un arc lumineux, immédiatement après L'allumage, à un endroit séparé du fil incandescent, y évaporera instantanément le revêtement émetteur et brûle- ra même, dans la plupart des cas, le fil.
Aussi, d'une maniè- re, générale, ce ne seront que les cathodes incandescentes chauffées indirectement qui doivent être prises en consi-
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dération pour les lampes suivant l'invention, car, avec le chauffage indirect, il n'est pas difficile de maintenir la surface émettrice de la cathode incandescente à un potentiel constant et de la chauffer d'une façon sensiblement unifor- me. Est notamment avantageux le chauffage indirect des cathodes incandescentes par l'intérieur.
La forme de l'ampoule exerce dans la plupart des cas une influence considérable sur la naissance ou la sup- pression de la colonne positive, notamment à l'endroit où cette ampoule limite la décharge entre les électrodes.
Un resserrement étroit de la décharge dans l'espace com- pris entre les électrodes favorise l'apparition et le déve- loppement de la colonne positive et entrave en même temps l'épanouissement du spectre lumineux cathodique que la colon- ne positive empêche en quelque sorte de pénétrer dans la partie resserrée de la lampe. Aussi s'efforcera-t-on de limiter le moins possible'les dimensions transversales de l'espace de la décharge dans la z8ne comprise entre les électrodes, c'est-à-dire les dimensions perpendiculai- res au trajet de la décharge, de sorte que, si on emploie une ampoule cylindrique et des électrodes disposées aux extrémités de celle-ci, on préférera-des cylindres trapus et larges aux tubes allongés et étroits.
D'une manière générale, il faut éviter autant que possible de rétrécir l'ampoule dans la zône comprisé entre les électrodes, même si ces rétrécissements n'apparaissent qu'à certains en- droits.
On peut classer les influences mentionnées, exer- cées paT. la forme de l'ampoule, dans la catégorie plus vaste des t'influences excercées par des parois" et poser la con-
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dition que ces influences soient éliminées dans la mesure du possible pour autant qu'elles favorisent - et c'est le cas le plus fréquent - la naissance de la colonne positi- ve et entravent par contre le développement des parties cathodiques de la décharge.
On conçoit qu'étant donnée la variété des influences desparois qui peuvent se produire et la dépendance qui existe dans chaque cas particulier entre celles-ci et la forme de l'ampoule, la grandeur, l'é-'. cartement et la disposition des électrodes ou d'autres fac- teur individuels nombreux, il est difficile d'indiquer des lignes de conduite qui permettraient de combattre ces influences dans tous les cas particuliers.
Toutefois, si l'on se laisse pénétrer par l'idée inventive qui consiste à éliminer la colonne positive et à favoriser le développe- ment du spectre lumineux cathodique, on sera à même, dans chaque cas particulier, de constater par quelques essais la nature des influences des parois et de modifier une influence nuisible au sens de l'invention en apportant des modifications correspondantes à une ou à plusieurs grandeurs caractéristiques de la lampe.
Dans la plupart des cas, notamment dans celui des lampes de la grandeur des lampes à incandescence usuelles, le rapprochement mutuel des électrodes, conforme à l'in- vention, suffira à lui seul pour éliminer les influences nuisibles des parois. Peut être utile, comme ligne de con- duite générale, la'règle qu'il faut éviter les surfaces de séparation de l'espace de décharges, qui ne sont orientées que vers la cathode incandescente (ou, dans leslampes à courant alternatif, vers une seule électrode incandescente).
En se basant sur cette règle on donnera la préfé-
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rence aux formes d'ampoules dont la paroi intérieure est partout oriéntée vers les deux électrodes ; comme exemple on peut citer l'ampoule en fdrme de ballon, de sphère ou de poire. L'ampoule cylindrique ordinaire répond elle aussi à la règle mentionnée; toutefois il n'en n'est plus ainsi lorsque les extrémités portant les électrodes's'élargissent en forme de sphères. En effet, il à été observé que la co- lonne positive apparait plus facilement dans les lampes men- tionnées en dernier lieu que dans des lampes semblables par ailleurs mais ne présentant pas d'extrémités épanouies en forme de sphères.
On pourrait discuter la question de savoir si les influences des parois sont dues à la formation de charges électriquesstatiques. Toutefois cette hypothèse présente quelque utilité dans le cas envisagé. Si, en effet, on part de cette hypothèse, il faut choisir, dans la poursuite du but posé par la présente invention, une forme et une gran- deur de la paroi et une disposition des électrodes telles que des charges négatives permanentes ne puissent pas se produire aux parois.
Lorsqu'on établit l'ampoule il faut en outre avoir soin que la paroi ne soit pas trop rapprochée de la surface de la cathode incandescente. Abstraction faite d'un échauf- fement exagéré possible de la paroi, on peut aussi nuire de cette manière au développement du spectre lumineux cathodi- que.
Lors de l'étude d'un type de lampe suivant l'inven- tion, on peut partir d'une forme d'ampoule donnée et déter- miner par quelques essais, en diminuant l'écartement entre électordes et en abaissant'la pression de gaz, les valeurs
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de ces dernières grandeurs pour lesquelles les parties ca- thodiques de la décharge constituent la source principale ou même unique de la lumière émise par la lampe.
Da.ns certains cas il sera possible de partir aussi d'une dispo- sition d'électrodes donnée et de supprimer ainsi, en don- nant une forme et des dimensions convenables à l'ampoule et en choisissant en même temps une pression de gaz suffisam- ment basse, la colonne positive pour obtenir une lampe sui- vant l'invention; cette façon de procéder conduira elle aus- si, par quelques essais exécutés avec des lampes de formes différentes, au but proposé si l'on tient compte de ce qui a été dit à propos des "influences des parois" et si l'écartement entre électrodes n'est pas trop grand.
Dans beaucoup de cas, mais pas dans tous, on réus- sit déjà par la variation d'une seule des deux grandeurs, à savoir la pression de gaz et l'écartement entre électro- des, à créer des conditions dans lesquelles les parties cathodiques de la décharge constituent la source lumi- neuse de la lampe.
Ceci peut être notamment le cas pour de petites lampes, dans lesquelles tout écartement réa- lisable dans la lampe suffit déjà pour exécuter l'invention si la pression de gaz a été suffisamment abaissée; on dispose alors d'un grand choix dans les possibilités de l'exécution et de la disposition du système d'électrodes, de sorte que, par un choix approprié de celui-ci, on est à même de satisfaire à d'autres exigences encore (telles que, par exemple, celle d'un rayonnement lumineux non entravé, d'un montage aisé et simple du système intérieur de la lampe, une absorption efficace des impuretés, etc.).
Si la variation de l'une des grandeurs (pression de gaz et
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distance entre électrodes) ne suffit pas pour obtenir une lampe conforme à l'invention, on fera varier aussi l'autre grandeur et on atteindra aihsi le but, en général rapide- ment et sûrement, si, alors par suite de la forme spéciale de l'ampoule, la suppression de la colonne positive pré- sente encore des difficultés, on écartera cette difficulté en apportant des modifications appropriées à la forme de l'ampoule.
Lorsqu'on a obtenu une fois; par l'application des mesures conformes à l'invention, une lampe dans laquelle l'émission de lumière est due exclusivement ou pour une part prépondérante aux parties cathodiques de la décharge, il est possible de donner, par l'application d'autres mesu- res, un développement complet au spectre lumineux catho- dique, de sorte qu'on obtient ainsi une source très effi- cace et très économique de lumière. En effet, ainsi qu'il a été dit plus haut, on a observé que le spectre lumineux cathodique gagne en ampleur lorsqu'on diminue la pression du gaz, et on éprouve la sensation que le spectre lumineux s'épanouit vers l'extérieur en partant de la surface émet- trice de la cathode incandescente.
Le spectre lumineux qui se limitait d'abord à une petite zone confinant à la cathode incandescente, remplira, avec l'abaissement de la pression du gaz, un espace de plus en plus grand dans la lampe et il s'étendra même jusqu'à l'électrode faisant office d'anode, et au-delà, de sorte que cette dernière sera située entièrement ou en partie à l'intérieur du gaz lumineux, donc à l'intérieur des parties cathodiques de la décharge; dans beaucoup de cas l'épanouissenemt du spectre lumineux cathodique peut prendre une extension
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telle qu'il atteint la paroi de la lampe et remplit l'ampou- le entière.
Pour avoir une source lumineuse aussi claire et rationnelle que possible, on abaissera donc la pression du gaz aussi loin que l'on pourra, pour autant que cela n'entraîne pas d'inconvénients particuliers. La diminution de l'intensité lumineuse, l'échauffement exagéré de la pa- roi et de la cathode incandescente, la pulvérisation ou vaporisation de la matière émettrice, le danger d'un arc de court-circuit et d'autres circonstances de service posent finalement une limite à la diminution de la pression de gaz. Il va sans dire que cette limite et, en général, la pression de gaz optimum dépendent essentiellement des con- ditions qui se présentent dans chaque cas' particulier '.
Dans le même sens qu'une diminution de la pression de gaz agit une.augmentation de l'émission électronique de la cathode incandescente ainsi que, directement ou indirec- tement, une augmentation de la densité du courant de déchar- ge. Ces mesures accroissent en outre, d'une manière généra- le, l'intensité de la lumière émise, mais dans ce cas égale- ment le danger de la destruction de la couche émettrice et celui d'un échauffement exagéré de la paroi constituent une limite qui ne doit pas être franchie. Bien entendu il ne faut pas choisir indépendamment les unes des autres les valeurs de service de la température d'émission, de la densité du courant, de la pression de gaz etc., mais il faut les coordonner entre elles.
Pour que le spectre lumineux cathodique apparais- se et se développe, il n'est pas nécessaire, d'une manière gé- nérale, de donner une conformation et une disposition par- ticulière à l'électrode faisant office d'anode, pour autant que - pour une pression de gaz donnée - l'écartement maxi-
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mum entre électrodes requis pour la suppression de la colonne positive ne soit pas dépassé et pour autant que 1'anode ne soit pas montée de telle manière que les influ- ences nuisibles des parois puissent entrer en jeu.
Géné- ralement l'anode ne s'opposera pas, ainsi qu'il a déjà été dit plus haut, à 1''épanouissement du spectre lumineux ca- thodique et elle pourra même être enveloppée par celui-ci; par cette propriété également, qui en outre donne lieu à certains avantages dans la lampe suivant l'invention le spectre lumineux cathodique se distingue de celui de la colonne positive qui reste toujours limitée à l'espace compris entre les électrodes. Si l'on désire que l'anode soit située à l'intérieur du spectre lumineux cathodique, elle ne doit pas être conformée de manière à mettre à l'abri du champ électrique une partie considérable de l'espace rem- pli de gaz qui l'environne.
Il en serait ainsi, par exemple, si l'anode entourait la cathode à la façon d'une cage ou si elle exerçait l'effet d'écran d'une cage de Faraday; en pareil cas le spectre lumineux cathodique ne peut lui non plus s'étendre au-delà de la cage.
La tendance d'éviter un effet d'écran sensible de la part de l'anode et celle, non moins importante du point de vue de la technique de l'éclairage, de faire en sorte que l'anode gêne le moins possible la radiation de lumière, con- duisent à donner à l'anode dans les lampes suivant l'inven- tion alimentées de courant continu ou de courant alternatif redressé par l'effet de vave de la lampe - la surface la plus petite possible. Aussi choisira-t-on généralement la surface de l'anode moins grande et souvent même beau- coup plus petite que celle de la cathode incandescente, en constituant l'anode d'un simple fil par exemple. Un autre
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avantage de l'invention réside dans le fait que ceci est possible sans que la production de lumière et la capacité de fonctionnement soient diminuées.
D'autres avantages sem- blables résident dans la possibilité, mentionnée plus haut, de monter l'anode, dans beaucoup de lampes, à tout endroit voulu et, par conséquente aussi à l'écart de la radiation lumineuse.
Les lampes à courant alternatif suivant l'invention, dans lesquelles les deux électrodes sont à incandescence et fonctionnent alternativement, par demi-périodes, comme cathode incandescente et comme anode, sont notamment avan- tageuses sous le rapport de l'absence d'entraves à la radia- tion lumineuse, car, pour une fréquence suffisamment élevée du courant alternatif, l'oeil perçoit simultanément et sans interruptions le spectre lumineux apparaissant aux deux demi- périodes, de sorte qu'on voit chaque électrode parée d'un spectre lumineux cathodique qui dans la plupart des cas englobe l'électrode, notamment lorsque celle-ci est conformée de manière à émettre des électrons dans toutes les directions.
On évite ainsi presque complètement la présence, à l'intérieur de'la lampe, d'éléments nuisant à la propagation de la lumiè- re. Lorsque l'écartement entre électrodes est suffisamment petit, les spectres lumineux qui parent les deux électrodes incandescentes occupent en partie (mais consécutivement) le même espace,- de sorte que l'oeil éprouve la sensation que les deux spectres lumineux sont réunis en un seul.
On donnera de préférence aux deux électrodes incandescentes d'une lampe à courant alternatif la même grandeur et, en .général, la même forme.
L'invention permet d'améliorer les lampes électri-
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ques à remplissage de gaz nobles non seulement sous le rap- port de la lueur qu'elles produisent en utilisant comme source lumineuse proprement dite de la lampe une partie de la décharge luminescente possédant une très grande activité de radiation, mais dont l'importance n'a pas été reconnue jusqu'ici, mais elle réalise encore un progrès en ce qui concerne la grandeur de la tension et la subordination de celle-ci au courant, ainsi que sous le rapport de l'unifor- mité de chauffage des électrodes incandescentes. On s'effor- ce depuis longtemps d'abaisser dans la mesure du possible la tension de service et de décharge des lampes à remplissa- ge de gaz nobles, et c'est notamment à cet effet que la cathode froide fut remplacée par la cathode incandescente.
Toutefois, même avec les cathodes incandescentes, on n'a pas réussi à obtenir des tensions de décharge (chûtes de tension) qui fussent sensiblement inférieures à 50 volts.
Or il a été reconnu, suivant la présente invention, que les tensions de décharge basses obtenues jusqu'ici dans les lampes à remplissage de gaz nobles munies d'une cathode incandescente ne sont nullement les valeurs les plus basses qu'il soit possible d'obtenir et que la forme particulière des lampes connues jusqu'ici (celle, par exem- ple, d'un tube allongé, élargi aux extrémités portant les électrodes) est responsable de ce que la valeur minimum théorique de la tension de décharge n'a jamais encore été obtenue.
On a constaté, en effet, que dans la plupart des cas les mesures prises suivant l'invention en vue de sup- primer la colonne positive, notamment la diminution de la pression de gaz et de l'écartement entre électrodes, ont
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pour effet une diminution de la tension de décharge, de sor- te qu'on obtient finalement ,-en même temps que la dispa- rition pratiquement complète de la colonne positive- une valeur minimum de la tension qui ne peut plus être abaissée lorsqu'on continue à réduire la pression de gaz et l'écarte- ment entre électrodes.
Cette basse tension constitue une caractéristique importante d'une classe des lampes suivant l'invention et la présence de cette caractéristique peut être reconnue par le fait que, dans ces lampes, un abais- sement ultérieur de la pression de gaz et de la distance entre électrodes, toutes les autres conditions restant d'ailleurs égales, n'a pas pour conséquence une nouvelle diminution de la chute de tension entre électrodes. Aussi pourra-t-on reconnaître dans chaque cas particulier, par un seul ou quelques essais, si la lampe possède la "tension minimum" suivant l'invention.
La forme de l'ampoule peut, elle aussi, constituer un obstacle à l'obtention de la ten- sion minimum par suite des "influences des parois" dont il a été question plus haut; ces obstacles pourront être écar- tés toutefois si l'on observe les règles proposées pour éviter les influences des parois.
Il va de soi que la valeur numérique de la "tension minimum" dépend de la nature du remplissage gazeux. Dans les lampes dont le remplissage contient du néon, elle s'élève à environ 16 volts et est en tout cas inférieure à 25 volts.
Aussi abaissera-t-on dans les lampes de cette espèce la pression de gaz et l'écartement entre électrodes jusqu'à ce qu'on obtienne des chûtes de tension de l'ordre de grandeur mentionné.
La diminution de la pression de gaz et de la distance
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entre électrodes et, d'une manière générale, toutes les mesures prescrites suivant l'invention améliorent en outre la courbe caractéristique courant-tention du tube, en l'apla- tissant, de sorte que, finalement, on arrive à une classe de lampes suivant l'invention, dans lesquelles la chute de tension de la décharge reste pratiquement constante pour une gamme'étendue d'intensités de courant. Cette constance de la tension s'explique peut-être par le fait que les mesures prises suivant l'invention écartent toutes les sour- ces de pertes (colonne positive, influences des parois etc.) dont la consommation de tension dépend de l'intensité dt de la densité du courant.
La constance de lachûte de tension de la décharge, qui est un important facteur du fonctionne- ment, augmenté l'uniformité du fonctionnement de la lampe en service, car les variations de la tension de service ne peuvent influencer la tension de décharge.
L'indépendance entre la tension de décharge et le courant de décharge a pour effet, en outre, d'améliorer le chauffage des électrodes incandescentes. Il va de soi que la constance du chauffage de la cathode ou des électrodes incandescentes est de grande importance pour le fonctionne- ment de la lampe, et pour son utilité pratique, étant donné que l'émission des électrons dépend du chauffage.
Alors que le courant de chauffage dépend, dans les lampes connues à remplissage de gaz nobles et à cathode incandescente chauf- fée indirectement, d'un facteur de service sujet à des variations inévitables, comme par exemple la tension du ré- seau, ou est débité par une source de courant spéciale, il pourra être maintenu automatiquement, suivant une autre conséquence de l'invention, après allumage, à une valeur .pratiquement constante, indépendamment de la valeur du cou-
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rant de décharge.
On obtient ceci en montant en dérivation sur le trajet de décharge le.circuit ou fil de chauffage de la ou des électrodes incandescentes, dans une lampe dont la chute de tension reste constante pour la gamme d'intensité de courant dans les conditions de service ou pour une gamme plus étendue, de manière qu'à une chute de tension cons- tante de la décharge corresponde une valeur constante du courant de chauffage.
De ce fait le chauffage indireot de la ou des cathodes incandescentes prendra de lui-même une valeur constante pour chaque gamme du courant de dé- charge pour laquelle la tension de décharge est constante, et, comme cette valeur est égale à l'intensité de courant requise pour l'allumage, on réalise cet autre avantage, d'ordre économique, que pour toutes les intensités du courant de décharge, le chauffage indirect n'absorbe et ne consomme que la quantité de courant strictement requise pour l'allumage. Apres l'allumage de la lampe, une augmen- tation de la température des électrodes incandescentes n'est plus produite que par la décharge elle-même, par degrés insensibles et d'une manière facilement réglable.
En raison du montage décrit, le fil de chauffage de la ou des électrodes incandescentes ne risque guère d'être brûlé lors de variations de la tension de réseau, car le trajet dans le gaz joue en quelque sorte le rôle de soupape de sûreté contre les sautes de tension; de ce fait le fil de chauffage peut être dimensionné économiquement pour la tension de décharge de la lampe.
Les valeurs de la pression de gaz et de l'écarte- ment entre électrodes à choisir pour l'exécution de l'in- vention différeront pour des lampes de constructions diffé-
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rentes et dépendront de la nature du remplissage gazeux, de la forme de l'ampoule, de.la grandeur et de la nature des électrodes et d'antres facteurs, de sorte qu'il n'est guère possible d'établir uneègle chiffrée ou théorique ap- plicable dans tous les cas. Le point de vue duquel on envi- sage la construction de la lampe, à savoir que l'on vise surtout la suppression de la colonne positive ou l'obtention de la valeur minimum de la tension de décharge ou de l'indé- pendance entre celle-ci et l'intensité du courant de déchar- ge, y est aussi d'une grande importance.
Ainsi,qu'il a déjà eté dit, on arrive le plus rapidement au but en faisant quelques essais comparatifs. Ces essais ne présentent plus de difficultés étant donné que la présente invention indique clairement la façon de procéder suivant laquelle on réalise la lampe conforme à l'invention.
Aussi, si l'on indique dans ce qui suit quelques données numériques, il faut observer qu'il ne s'agit que de règles approximatives qui, dans divers cas particuliers de lampes suivant l'invention, peuvent ne pas être nécessai- rement applicables. Réciproquement, il peut aussi exister des lampes dont la pression de gaz et l'écartement entre électrodes correspondent à ces règles approximatives, mais qui, en raison d'une conformation particulière de l'ampoule et "d'influences des parois" notables, n'accusent pas, néan- moins, de spectre lumineux cathodique ou ne l'accusent qu'in- complètement, ou qui possèdent une valeur de la tension de décharge trop élevée ou trop variable en fonction du courant.
D'une manière générale, il est à conseiller de choi- sir pour le produit (P) de la pression de gaz, exprimée en millimètres de colonne de mercure, par l'écartement entre électrodes, exprimé en millimètres, une valeur qui ne dé- passe pas 100, mais dans la plupart des cas des valeurs avantageuses de P seront comprises entre 10 et 40 et se mon-
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teront de préférence à-environ 20. Toutefois il faut ob- server que P, pour les valeurs extrêmes de l'écartement en- tre électrodes (au-dessus de 30 cm. et en-dessous de 5 mm.), perd toute signification en tant que valeur numérique carac- téristique.
Dans les petites lampes où l'ampoule se rappro- che en grandeur et en forme de la lampe à incandescence usuel- le, on choisira, en première approximation, une pression de gaz inférieure à 10 millimètres, comprise de préférence entre 1 et 5 millimètres, et une distance entre électrodes qui ne soit pas trop grande, inférieure à 50 millimètres par exemple, mais qui peut aussi descendre jusqu'à 2 milli- mètres ; c'est notamment dans les lampes à courant alternatif et à deux électrodes incandescentes que se recommande un faible écartement entre ces dernières. Toutefois dans ces petites lampes n'importe quel écartement entre électrodes suffit souvent, de sorte qu'il ne reste alors qu'à fixer la valeur approximative de la pression de gaz requise.
Pour le remplissage de la lampe, tout gaz noble ou tout mélange de gaz nobles peut convenir, et on peut en ou- tre ajouter au remplissage une vapeur métallique, notamment 'celle du mercure. Le spectre lumineux cathodique devient no- tamment intense et d'usage pratique comme source lumineuse lorsque le remplissage gazeux contient du néon, seul ou en mélange avec d'autres gaz ou vapeurs.
Il s'est avéré que la lumière de telles lampes (notamment deslampes contenant du néon et de la vapeur de mercure) dépasse de loin en clarté et en action physiologique favorable celles de lampes de la même construction mais ne contenant pas de néon, et que ce sont précisément les lampes construites suivant l'inven- tion et contenant du néon qui sont les plus appropriées à l'utilisation, comme source lumineuse pratique, du spectre lumineux cathodique.
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Le spectre lumineux cathodique est constitué dans la plupart des cas, notamment lorsque le remplissage de gaz contient plusieurs gaz ou vapeurs, mais fréquemment aussi du gaz pur, de deux ou de plusieurs zônes d'intensités lumi- neuses différentes et parfois de couleurs différentes. Ce- pendant la zône confinant à la'cathode incandescente (élec- trode incandescente) possède toujours l'intensité lumineuse la plus forte et constitue la partie optiquement active du spectre.
Cette zône intérieure semble être placée sous l'action directe des électrons émis par la cathode incandes- cente, et cette impression est corroborée non seulement par sa dépendance, en ampleur et en intensité, de la pres- sion de gaz et de l'émission d'électrons, mais encore par l'absence de la zône intérieure dans l'espace confinant aux endroits sans émission de la cathode incandescente ; lazône extérieure, moins lumineuse, serait peut-être due à des effets secondaires de l'émission d'électrons de la cathode incandescente. Toutefois il faut souligner que ces explications de la nature des différentes zônes ne sont que des hypothèses qui ne possèdent peut-être qu'une va- leur toute précaire; elles pourraient être remplacées aussi bien par des explications toutes différentes.
Les lampes suivant l'invention peuvent fonctionner avec du courant continu ou du courant alternatif. Dans le premier cas il suffit de donner à la cathode la forme d'une électrode incandescente chauffée indirectement, mais des lampes à deux ou à plusieurs électrodes incandescentes con- viennent elles aussi pour l'alimentation par courant continu.
Les lampes fonctionnant avec du courant alternatif sont équipées de préférence, pour les raisons que l'on à for-
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mulées plus haut, de deux électrodes incandescentes iden- tiques, mais on peut aussi, du fait de l'effet redresseur, rendre lumineuses au moyen de courant alternatif des lampes à une seule électrode incandescente, bien que la fréquence du courant doive alors être suffisamment élevée pour éviter un scintillement de la lumière qui fatigue les yeux. Bien entendu on pourrait aussi monter dans les lampes, en cas de besoin, des électrodes auxiliaires.
Le dessin annexé montre des exemples d'exécution de lampes suivant l'invention, et il faut observer à ce propos qu'on n'a pris dans le grand nombre de formes d'exé- cution possibles, que quelques exemples particuliers. Sur la fig. 1 est représentée une lampe à courant continu à . ampoule en forme de ballon et la Fig. 2 montre une lampe à courant alternatif ayant la même forme; ces figures mon- trent en outre le montage destiné à maintenir constant le chauffage indirect.
Sur la fig. 3 est représentée une lampe dont l'ampoule est cylindrique, tandis que la figure 4 mon- tre une lampe en forme de tube pour expliquer 1'influence d'un rétrécissement de l'ampoule entre les électrodes; les lampes des Figs. 3 et 4 possèdent deux électrodes in- candescentes et sont donc destinées, de préférence,à fonc tionner avec du courant alternatif.
Les électrodes incandescentes 1 chauffées indirecte- ment (sur la Fig. 1 le chiffre 1 ne désigne que la cathode incandescente) sont constituées essentiellement par un petit tube de support (en nickel, molybdène ou tungstène par exemple) revêtu extérieurement d'un émetteur d'électrons (d'oxyde de baryum par exemple) et dont la section intérieure est tra- versée par un fil de chauffage 2 .( en tungstène par exemple).
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Chaque petit tube de nickel est relié au pôle correspondant de la source de courant continu ou de courant alternatif, ce qui s'obtient de la manière la plus simple au moyen d'un raccordement conducteur entre lepetit tube et un fil qui amène le courant au fil de chauffage 2; ce- pendant le circuit de chauffage et celui de décharge pour- raient aussi être complètement séparés l'un de l'autre.
Sur les Figs. 1 et 2 le circuit de chauffage est monté en parallèle sur le trajet de décharge à travers les gaz et, étant donné que les lampes de ces figures possèdent la courbe caractéristique tracée sur la Fig. 5, où la tension de décharge suit, à partir du point d'allumage Z, un tra- jet indépendant du courant (parallèle à l'axe des abscisses), le courant traversant le fil de chauffage 2 conservera toujours la même valeur pour différentes valeurs du cou- rant de décharge. De ce fait la lampe ne consommera, même pour des intensités de courant élevées, que la puissance de chauffage indirect strictement nécessaire pour l'allu- mage.
Le montage intérieur du circuit de chauffage (qui peut comprendre une seule électrode ou toutes les deux) peut être quelconque, et des résistances de toute nature voulue peuvent être incorporées au circuit de chauffage.
Du fait que l'électrode incandescente 1 est revêtue tout autour d'une couche émettant des électrons, elle est entourée du spectre lumineux cathodique dont la zône intérieure est indiquée en pointillés par sa limite ex- térieure 4, de sorte que l'électrode ne gêne en aucune façon l'émission de la lumière. De même l'anode 3, représentée sur la Fig. l, constituée d'un simple fil de pe'tite sur- face, n'exercera pas d'influence nuisible sensible sur'le
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trajet des rayons lumineux.
La zône extérieure, moins lumineuse, du spectre lumineux cathodique s'étendra géné- ralement, dans les lampes des Figs. 1 et 2, jusqu'à la paroi 5, excepté le cas où celle-ci possède des dimensions hors de la mesure commune; dans les lampes cylindriques courtes suivant la Fig. 3 le spectre lumineux cathodique peut aussi, dans certains cas, remplir l'ampoule entière de la lampe.
Dans les lampes suivant les Figs. 1 et 2 tout écartement entre électrodes sera admissible si l'ampoule n'est pas trop grande et il suffira de déterminer la gamme de pressions de gaz pour laquelle le spectre lumineux catho- dique se produit conformément à l'invention. Toutefois le choix de faibles écartements entre électrodes est recomman- dable; dans les lampes suivant la Fig. 2 on stimule de cet- te façon le phénomène, mentionné plus haut, de la fusion en un spectre lumineux unique. La tension de décharge sera généralement, ainsi que l'indique la Fig. 5, de 16 volts, à la condition que le remplissage de gaz contiennent du néon.
Dans les lampes conformées suivant la Fig. 3, il faut aussi tenir compte de l'écartement entre électrodes, car au-dessus d'un certain écartement entre électrodes la colonne positive commence à se manisfeter. Sur la Fig. 3 la ligne 6 en traits mixtes indique 'l'apparition d'une faible colonne. Lorsque 1'écartement entre électrodes conti- nue à croître, l'intensité et l'ampleur de la colonne de- viennent de plus en plus fortes jusqu'à ce qu'elle soit devenue le spectre lumineux prédominant de la lampe qui dès lors cesse d'appartenir à la catégorie des lampes conformes à l'invention.
Ceci se produit beaucoup plus t8t (c'est-à-dire pour un plus faible écartement entreélec- trodes) si, comme le montre la Fig. 4, la lampe est rétrécie
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dans sa partie médiane, car la colonne positive se forme plus facilement dans cette partie médiane 7. Dans ces lampes les influences des parois jouent elles aussi un rôle important, notamment aux endroits où la partie rétrécie 7 se raccorde aux extrémités élargies. En effet, les parties 8 de la pa- roi ne sont orientées que vers l'une des électrodes incan- descentes, alors que dans les lampes des autres figures toutes les parois sont orientées vers les deux électrodes à la fois. On peut éliminer les influences nuisibles des parois en élargissant la partie médiane 7 jusqu'à ce qu'on ait obtenu la forme d'ampoule représentée sur la Fig. 3.
La tension de décharge dans la lampe à remplissage de néon suivant la fig. 3 est (excepté le cas d'électrodes très rapprochées) plus élevée déjà que dans celle des Figs. 1 et-2 et atteint (pour une colonne positive à peine percep- tible) environ 25 volts par exemple. Dans des lampes sui- vant la Fig. 4, la tension de décharge est encore plus élevée et dépasse 100 volts, notamm'ent dans le cas de l'apparition d'une forte colonne positive,
Aux nombreux avantages déjà mentionnés des lampes suivant l'invention s'ajoute encore l'avantage d'un allu- mage automatique au moment où la tension de décharge est atteinte, de sorte que tout dispositif ou moyen d'allumage devient superflu.
Ceci résulte clairement de la Fig. 5 qui 'montre la relation entre la tension aux bornes (tension de service) E de la lampe et le courant I 'traversant une lampe suivant la Fig. 2. La partie en pointillés du dia- gramme montre l'accroissement de la tension jusqu'au point d'allumage (Z), le.courant de.service de la lampe étant identique au courant de chauffage du circuit de chauffage. n
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Lorsque la tension de décharge V est atteinte (et que la catho - de incandescente s'est suffisamment échauffée), la lampe s'allume, après quoi, pour un accroissement ultérieur du courant de service (partie plate du diagramme), la tension de décharge et le courant de chauffage restent constants et le courant de décharge seul augmente en rapport avec le trajet parcouru dans les gaz.
A titre d'exemple, les grandeurs caractéristiques d'une lampe suivant la Fig. 2, sont les suivantes : ment entre électrodes 7 mm.; remplissage de gaz: néon 99,5%, hélium 0,5%; pression de gaz : environ2 mm.; diamètre de l'ampoule 60mm.; longueur de l'électrode incandescente 20 mm.; diamètre de l'électrode incandescente 2,2 mm.; tension de décharge environ 15 volts ; de service du courant de décharge 0,5 ampères ; température d'émission des électrodes incandescentes environ 700-800 C.
Les lampes suivant l'invention conviennent très bien pour le montage en série de lampes à faible différence de potentiel, car, en cas de brûlage de l'une des lampes mon- tées en série, la lampe défectueuse se fait reconnaître par l'apparition, entre ses électrodes, d'une faible lueur.
D'ailleurs le brûlage par suite de variations de la tension ne se produira que difficilement en raison du montage des lampes suivant les Figs. let 2.
Pour un remplissage de lampes contenant deux ou plusieurs gaz et vapeurs on constate, dans beaucoup de cas, la règle que le gaz (vapeur métallique) d'un poids atomique plus élevé luit dans la zône extérieure, tandis que celui d'un poids atomique moins élevé luit dans la zône extérieure du spectre lumineux cathodique. Toutefois on a constaté soi-
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vent une lueur mixte qui serait due à ce que deux ou plusieurs gaz (vapeurs) luisent simultanément dans le même espace de décharge.
REVENDICATIONS ---------------------------
1. Lampe à décharges électriques contenant un rem- plissage de gaz nobles, de préférence de néon, auquel peuvent être ajoutées des vapeurs métalliques, notamment celle du mercure, et munie d'une cathode incandescente chauffée indi- rectement et capable d'émettre des électrons à des tempéra- tures relativement basses, de préférence ne dépassant pas 1000 C, ou de plusieurs électrodes incandescentes de ce gen- re (fonctionnant alternativement comme cathode lorsqu'on emploie du courant alternatif), caractérisée en ce que la pression de gaz et l'écartement 'entre électrodes sont choi- sis suffisamment petits pour que seules soient incitées à émettre une lumière efficace celles des parties de la décharge (parties "cathodique" de la décharge) qui,
confi- nant à la surface de la cathode incandescente, sont subor- données à celle-ci, tandis que les autres parties de la décharge ("colonne positive") ne produisent aucun effet lumineux ou un effet lumineux insignifiant.