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Dispositif comportant un tube à décharges à atmosphère de vapeur métallique sous pression élevée.
La présente invention a pour objet un dispositif comportant un tube à décharges à atmosphère de vapeur métalli- que sous pression élevée dont la tension de régime est infé- rieure à la moitié de la tension de la source par laquelle le tube est alimenté. Ce cas peut se présenter, par exemple, lorsque le tube à décharges est monté en série avec un fila- ment à incandescence produisant de la lumière visible. Pour obtenir un bon rapport entre la lumière émise par ce filament et la lumière produite par le tube à décharges, il peut être
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nécessaire d'amener la tension de régime du tube à décharges à être inférieure à la moitié de la tension d'alimentation, de sorte qu'une partie notable de l'énergie reçue est con- sommée par le filament à incandescence.
On a trouvé que la tension de régime d'un tube à décharges à atmosphère de vapeur métallique de ce genre est très variable lorsque la température du point le plus froid et par suite la pression de la vapeur est fonction de la chaleur produite dans le trajet de décharge et qu'en outre le temps nécessaire pour que le tube soit porté à la tempé- rature requise, c'est-à-dire le temps qui s'écoule entre la mise en marche du tube et-.l'établissement de l'état de @ fonctionnement normal, peut être très long. On peut s'en rendre compte par les considérations suivantes.
Si l'on établit l'énergie Wb reçue dans le trajet de décharge en fonction de la tension de la décharge Vb, cette fonction affecte une allure à peu près parabolique ( Fig. 1 courbe I). Le point d'intersection théorique avec l'axe des abscisses se trouve au point où Vb est égale à la tension d'alimentation.
Une partie de l'énergie reçue par la décharge est émise sous la forme de rayonnement efficace, tandis que le surplus représenté par la courbe II sert à chauffer le tube à décharges.
On peut aussi établir l'énergie nécessaire à main- tmir le tube à une certaine température. Si le tube com- porte un excès de métal volatiisable, à chaque état de chauf- fage du tube correspond une certaine pression de vapeur qui est déterminée par la température du point le plus froid du tube. A chaque pression de vapeur correspond une certaine tension de la décharge. Pour un certain tube on peut donc
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établir l'énergie nécessaire à maintenir le tube à la. tem- pérature requise en fonction de la tension Vb de la décharge.
Dans des cas pratiques cette fonction se révèle à peu près linéaire et est représentée, pour un certain cas, sur la figure 1 par la ligne III.
Le point d'intersection des lignes II et III repré- sente l'état où la quantité de l'énergie produite par la décharge et disponible pour le chauffage du tube est égale à l'énergie nécessaire à maintenir la tension de régime à la valeur qui correspond à ce point. Ce point d'intersection représente donc l'état d'équilibre pour lequel la décharge est réglée automatiquement, la tension de régime étant égale à Vbl.
De petites variations de la température à l'exté- rieur déterminent de faibles déplacements de la ligne III.
De même, des variations de la tension d'alimentation provo- quent de petites variations des courbes I et II. L'état de fonctionnement représenté par le point d'intersection des lignes II et III est d'autant plus stable que l'angle sous lequel ces lignes se coupent est plus grand. On obtient une stabilité satisfaisante, lorsque le point d'intersection tombe environ au milieu de la moitié droite de la courbe II, donc pour des tensions de régime supérieures à la moitié de la tension d'alimentation E.
La différence a entre les lignes II et III représente l'énergie qui, dans la période utilisée pour porter le tube à la température requise, est disponible pour que le tube soit porté à une température plus élevée. Si cette différence est grande, le tube atteindra vite son état final. Comme le montre la figure, ce cas se présente lorsque le point d'in- tersection tombe dans la moitié droite de la courbe II.
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Si l'agencement du tube est tel que l'inclinaison de la ligne III par rapport à l'axe des abscisses est grande (voir par exemple la ligne IV), de sorte que le point d'in- tersection entre cette ligne IV et la courbe II se trouve dans la moitié gauche de cette courbe (donc avec une tension de régime inférieure à la moitié de la tension d'alimentation), les lignes II et IV se coupent sous un petit angle, de sorte que la décharge devient instable et dépend fortement, par exemple, de faibles variations de la tension d'alimentation et de la température du milieu ambiant. En outre, la diffé- rence entre la courbe II et la courbe IV n'est que faible, de sorte qu'il n'y a qu'une légère quantité d'énergie qui est disponible pour que le tube soit porté à une température plus élevée, ce qui nécessite une longue période de chauffage.
Suivant l'invention qui, comme on l'a déjà dit plus haut, est relative à un dispositif comportant un tube à dé- charges à atmosphère de vapeur métallique sous pression éle- vée qui contient un excès de métal (c'est-à-dire que lorsque le tube est en fonctionnement normal ce n'est pas tout le métal qui se volatilise) et dont la tension de régime est in- férieure à la moitié de la tension de la source d'alimentation, on obvie aux dits inconvénients en faisant en sorte que la température du point le plus froid du tube à décharges soit déterminée par un élément de chauffage monté en série avec le tube à décharges au lieu d'être déterminée par la chaleur produite par la décharge. Peu de temps après l'amorçage du tube, la tension qui existe entre les électrodes est encore faible et l'intensité du courant est grande.
Par suite, l'élé- ment de chauffage monté en série avec le tube à décharges assure un chauffage rapide du métal volatilisable. Lorsque la
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pression de la vapeur métallique augmente, la tension qui existe entre les électrodes s'accroît et l'intensité du cou- rant diminue, de sorte que la quantité de chaleur produite par l'élément de chauffage diminue également. Peu de temps après la mise en circuit du tube, l'élément de chauffage produit dont une quantité de chaleur sensiblement plus grande qu'en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la décharge a atteint sa tension de régime finale et son intensité de courant finale.
Le chauffage rapide ainsi obtenu s'accompagne néan- moins d'une grande stabilité de la décharge. Si en effet, lors du fonctionnement normalil se produit une faible aug- mentation de la pression de la vapeur, la tension de régime s'accroft et l'intensité du courant diminue.
Par suite, l'élé- ment de chauffage produit une quantité moindre de chaleur, ce qui résulte en un chauffage moindre du métal et, par suite, en une réduction de la pression de la vapeur de sorte que la déviation de la décharge par rapport à son état primitif est contrariée. @
Dans le but de soustraire la température du point leplus froid, dans la mesure du possible, à l'influence de la chaleur produite dans le trajet de décharge, il convient de former le point le plus froid dans un réservoir latéral étroit du tube à décharges qui contient le métal volatilisable et qui est chauffé par l'élément de chauffage.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif lumineux conforme à l'invention.
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La figure 3 est une vue en coupe transversale de ce dispositif suivant la ligne III'-III'.
Le dispositif figuré comporte un tube à décharges! en substance cylindrique et fait en quartz. Le diamètre in- térieur du tube en quartz est de 4 mm. et le diamètre exté- rieur de 7,5 mm. Le tube à décharges comporte deux électrodes à incandescence 2 et 3 en tungstène revêtues d'oxyde alcalino- terreux. La distance qui sépare les deux extrémités en regard de ces électrodes est de 8 mm. Les électrodes sont portées à une température plus élevée non pas par un courant de chauf- fage séparé, mais par la décharge. De plus, le tube à déchar- ges présente un réservoir latéral étroit 4 contenant une quan- tité de mercure 5 assez grande pour que, lors du fonctionne- ment normal, une partie seulement du mercure se transforme en vapeur.
Le tube à décharges contient une atmosphère ga- zeuse constituée par de l'argon sous une pression (à la ten- pérature ambiante) d'environ 2 cm. de mercure.
Lor,s du fonctionnement, il se produit dans la va- peur de mercure sous pression élevée une décharge entre les électrodes 2 et 3. Le point le plus froid dans le tube à décharges est formé par l'extrémité du réservoir 4. La tempé- rature de ce point le plus froid est soumise à l'influence du corps chauffant 6 qui est constitué par un filament de tungstène en arc de cercle, enroulé en hélice, servant non seulement au chauffage du mercure contenu dans la tubulure latérale 4 ( l'élément 6 passant dans ce but, tout près de ce réservoir latéral), mais aussi à l'émission de rayons lu- mineux visibles. Le filament 6 est porté par des fils d'ali- mentation 7 et 8 et des fils de support 9 et 10, ces derniers étant assujettis dans une perle de verre 11.
Comme on le voit
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sur le dessin, le filament 6 est monté en série avec le tube à décharges 1. Tant le filament 6 que le tube 1 sont montés dans une ampoule 12 remplie d'un mélange d'argon et d'azote ( 15% d'azote, pression à la température ambiante de 60 cm.). L'ampoule est munie d'un culot 13 permettant de connecter le tube 1 et le filament 6, qui sont montés,.en sé- rie, à une source de courant constituée, par exemple, par un réseau de distribution de courant alternatif 14 de 220 volts et 50 périodes.
Le filament 6 fait encore office de résistance intercalaire choisie de manière que la tension de régime à laquelle est soumise la décharge dans la vapeur de mercure à haute pression soit inférieure à la moitié de la tension de la source d'alimentation 14. Dans un certain cas où le tube à décharges avait les dimensions précitées, la résis- tance du fil à incandescence était telle que la tension de régime finale de la décharge était de 65 volts pour une in- tensité de courant de 0,55 ampères, la pression de la vapeur de mercure contenu dans le tube à décharges 1 étant d'environ 8 atm.; l'énergie reçue dans le tube à décharges était alors de 35 watts,tandis que la consommation d'énergie par le fi- lament 6 étai t d'environ 85 watts.
Bien entendu, le tube à décharges n'est pas toujours nécessairement connecté directement au réseau, mais il peut aussi être alimenté, par exemple, par un transformateur et, dans ce cas la tension secondaire du transformateur non chargé doit être considérée comme tension d'alimentation.
Il est évident que l'impédance intercalaire n'est pas nécessairement constituée par une résistance ohmique.
Ainsi, par exemple, il est également usuel de faire fonction- ner des tubes à décharges à atmosphère de vapeur métallique
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sous pression élevée en série avec une inductance qui', le cas échéant, est incorporée au transformateur d'alimentation.
Ce dernier prend alors la forme d'un transformateur à fuite.