Brevet FR2217800A1 — publié le 19740906

La présente invention concerne une électrode pour lampes à déchar @e dans le @@z. Dans les lampes à @écl@arge dans le gaz sont utilisées toutes sortes d'électrodes, dont certaines sont aniquement chauffées par la décharge, alors que d'autres sont préchauffées, au moins pendant quelque temps après l'allumage de la lampe. Après l'amorçage @e la lampe, une telle électrode peut être maintenue à la température de fonctionnement de trois facons, notamment, le courant assurant le préchauffage pe@t êmre coupé entièrement, ou être maintenu à la même voleur ou encore être porté à une valeur plus basse. Les électrodes du type à préchauffage sont notamment utilisées dans les lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression. L'invention est également relative aux lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression munies d'au moins une telle électrode. En vue d'obtenir une émission élevée, un grand nombre d'électrodes pour les lampes à décharge dans le gaz, @otamment les électrodes utilisées pour les lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression, comportent un matériau ou an mélange de matériaux a caractère facilement émissif ; le matériau ou le mélange est aplilué sur un porteur, généralement en tungstène. D'une facon générale, on utilise un mélange d'oxydes des m6taux alcalino-terreux. Pour la conception d'électrodes destinées aux lampes à décharge dans le gas, notamment du genre à pré-chauffage, partant d'une durée de vie-déterminée de la lampe, d'un certain courant de lampe et d'une durée de précnauf fa-e requise, il faut tenir compte d'un grand nombre de facteurs. Des facteurs importants sont la tension de préchauffag, le courant de préchauffage, l'éva- cuation de la chaleur, la quantité de matériau émissif et la capacité thermique de l'électrode. La tension de pré chauffage et le courant de préchauffage sont assez souvent déterminés par l'appareil d'alimentation en courant et/ou par des conventions internationales pour les divers genres de lampes. Lt évacuation de la chaleur est influencée par le gaz dans la lampe, par la pression du gaz, ainsi que par le pontage de l'électrode. L'évacuation de la chaleur détermine, avec la chaleur engendrée par le courant de préchauffage, la durée du préchauffage et la température de fonctionnement de l'électrode. La quantité de matériau émissif est le principal facteur déterminant la duréd de vie. Le matériau émissif étant supporté par le porteur qui est travers par le courant de préchauffage dans le cas d'électrodes préchauffées, ls configaration du portear détermire, dans une @esure notable, la quantité de atériau émissif pouvant être utilisé dans l'électrode. La capacité thermique et, de ce fait, le choix du matériau utilisé et de la géométride de l'électrode déterminent entre autres la durée de préchauffage. Tous ces facteurs sont liés notamment de sorte que, dans le cas d'une variation d'un seul facteur, les autres varient simultanément dans un sens favorable ou non. Ainsi, il faut réaliser continuellement un compromis favorable. Pour obtenir le compromis optimal, on a développé une électrode très avantageuse dont le porteur, pour le matériau émissif, est consitué par un fil conducteur de courant, de section circulaire, entouré d'un grand nombre de spires d'un fil plus mince constituant un enroulement. L'ensemble fil conducteur de courant et enroulement est recouvert de matériau émissif en hélice ou en hélice double, éventuellement après l'enroulement donné audit ensemble, une forme.Pour permettre la mise en place d'une grande quantité de matériau émissif actif, le fil constituant enroulement n'est pas plaqué fermement sur le fil conducteur de courant, mais appliqué de façon liche ; la surface à l'intérieur de l'enroulement mesuré suivant la section perpendiculaire à l'axe de l'enroulement est donc plus grande que celle de la section du fil conducteur de courant. L'invention est relative à une électrode comportant un tel porteur pour le matériau émissif. La section de l'enroulément peut présenter des formes très différentes. D'une façon générale, elle a une forme plus ou moins elliptique. Cette forme s'obtient par un procédé spécial, qui est décrit succinctement ci-dessus. On prend un fil conducteur de courant contre lequel on applique un fil auxiliaire, un fil plus mince est ensuite fermement enroulé sur ces fils juxtaposés. Si l'on choisit, pour le fil auxiliaire, un autre matériau que pour le fil conducteur de courant, il est possible de faire dissoudre ultérieurement le fil auxiliaire de l'ensemble enroulé à l'aide d'un solvant approprié sans que le fil de courant et l'enroulement soient attaqués. Une combinaison fréquemment utilisée est celle d'un fil conducteur de courant et d'un fil constituant enroulement en tungstène, èt d'un fil auxiliaire en molybdène. Le fil en molyb de ne peut être dissous dons un mélange d'acide sulfurique et d'acide nitrique de sorte que subsiste l'erse ble fil conducteur de courant et enroulement.Dans le cas où un tel ensemble : fil conducteur de courant, un fil auxiliaire et un enroulement est enroulé en hélice ou en hélice double, la dissolution du fil auxiliaire 'effectue après le dernier enroulement. La place initialement occu pee par le fil auxiliaire subsiste après la dissolution de ce dernier, par décapage, et peut être occupée ultérieurement par du matériau émissif. Si l'ensem ble est enroulé élicoldalement, le matériau émissif se trouve dans la section de l'enroulement aussi bien que dans l'espace à l'intérieur du fil hélicoidal. De ce qui précède, il ressort qu'après décapage, le fil conducteur de courant se trouve lâche à l'intérieur des spires de l'enroulement. Il est évident que le fil conducteur de courant, qui n'est nullement fixé à l'enroulement, peut se dénlacer librement dans ce dernier si le fil auxilaire présente un diamètre notablement supérieur à celui du fil de courant et des dispositions spéciales ne sont pas prises. Ainsi dans certaines spires de l'enroulement, ce fil qui le constitue s'applique contre le fil conducteur de courant, dans d'autres,non. Il en résulte deux conséquences importantea. En premier lieu, la résistance électrique de l'ensemble fil conducteur de courant -enroulement par unité de longueur ne sera pas la même sur toute l'électrode. De plus, le régime de chaleur d'électrodes de même conception sera différent.En effet, la chaleur, qui est essentiellement engendrée dans le fil conducteur de courant, est en majeure partie tronsmise par l'intermédiaire de l'enroulement au matériau émissif. (Le courant traversant l'enroulement est pratiquement négligeable comnarativement au courant traversant le fil conducteur de courant).La transmission thermique par l'intermédiaire de l'enroulement entre le fil cor ducteur- de courant et le matériau émissif, et par conséquent la durée nécessaire- pour atteindre la température d'émission, diffërent suivant le nombre de spires de l'enroulement pour lesquelles de fil conducteur de courant s'applique; contre l'enroule--ent. De plus, la résistance électrique, par unité de longueur de l'électrode, est influencée par les différences de transmission thermique. 5es propriétés d'amorçage de lampes utilisant des électrodes du type décrit diffèrent notablement lorsqu'elles sont réalisées en grandes séries, essentiellement par suite des conséquences expliques ci-dessus. ;Tnc électrode conforme à l'invention pour des lampes à déchargedans le gaz, notamment pour des lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression, présente un porteur supportant un matériau émissif et constitué par un fil conducteur de courant de section circulaire entouré d'un grand nombre de spires d'un fil plus mince constituant enroulement, la surface à l'intérieur de l'enroulement mesuré suIvant la section perpendiculaire à l'axe de l@@roulement étant supérieure à celle de la section du fil conducteur de cou crut, Cote électrode étant caractérisée en ce que dans au moins 90 ss du nombre le spires de @@enr@@lement, le fil s'applique contre le fil conducteur de courant sur une partie de la périphérie de la section transversale dudit fil conducteur limitée nar un angle d'au moins 1600. Les propriétés caractéristiques des électrodes conformes à l'in vention diffèrent notablement moins que celles des électrodes utilisées jusqurà présent dans lesquelles moins de 90 % des spires de l'enroulement s'appliquent contre le fil conducteur de courant, un angle dtau moins 1600 (an gle appelé par la suite angle d'applIcation). De ce fait, les lampes munies d'é lectrodes conformes à l'invention présentent de différences notablement plus faibles en propriétés d'amorçage, notamment en durée d'amorçage, que les lampes connues du même genre. L'angle d'application minimal de 1600 est nécessaire, sinon la surface de contact totale par unité de longueur d'une électrode entre l'enroule- ment et le fil conducteur est toujours si petite que la quantité de 10 fo où il n'y a pas nécessairement contact entre le fil de courant et le fil enroulant est relativement toujouns si grande qu'ilen résulte des différences prohibitives dans les propriétés de l'électrode et de la lampe. De préférence, l'angle d'application est supérieur à 1800. En effet, les différences de propriétés sont plus faibles, entre autres du fait que dans ce cas, le fil conducteur est fixé de façon simple dans les spires de l'enroulement. Une telle fixation s'obtient également d'une autre façon par exemple à l'aide d'une forme spéciale de la section de l'enroulement. Dans ce cas l'enroulement de telles électrodes est plus compliqué et partant, plus coûteux. Au besoin, comme il a déjà été mentionné ci-dessus, l'ensemble du fil conducteur-enroulement conforme à Itinvention peut être enroulé hélice également. La majeure partie du matériau émissif se trouve dans l'espace libre à l'intérieur de l'hélice. Dans un grand nombre de cas, on enroule une seconde hélice qui présente le plus souvent un nombre réduit de spires (4 à tO). La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre.d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente schématiquement une partie du porteur d'une électrode connue. La figure 2 représente en section le porteur de l'électrode re-. présentée sur la figure l pendant une phase de l'enroulement. La figure 3 représente sehématiqucent une partie du porteur d'une électrode conforme à l'invention. La figure 4 représente en section le porteur de l'électrode re présentée sur la figure 3 pendant te phase de l'enroulement. La figure 5 représente en section le porteur d'une autre élec trode conforme à l'invention pendart une phase de l'enroulement. Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne le fil conduc teur de courant, par exemple en tungstène. Autour de ce fil conducteur se trouve un fil plus mince constituant enroulement 2, qui est par exemple également en tungstène. Un tel ensemble fil conducteur-enroulement s'obtient par application d'un fil auxiliaire plus épais 3 contre le fil conducteur, par enroulement du fil 2 sur les fils conducteurs et auxiliaires et puis par enlèvement du fil auxiliaire 3, par exemple par décapage.Lorsque le fil auxiliaire 3 est en molybdène, cela s'effectue à l'aide de H2S04 + HNO3. Auprès enlèvement du fil auxiliaire 3, le fil conducteur peut se déplacer facilement dans l'enroulement.De ce fait, le fil 7 ne se trouve pas nécessairement dans la même position par rap- port à l'enroulement dans les diverses spires. Par suite de l'élasticité de l'enroulement et de différences accidentelles, dans certaines spires, le fil conducteur s'applique contre l'enroulement, alors que pour d'autres spires, le- dit fil est écarté d'une plus ou moins grande distance de l'enroulement. Cela est représenté schématiquement dans les spires représentées sur la figure 1. Comme il a déjà été mentionné ci-dessus, les conséquences d'une tel- le irrégularité sont de grandes différences dans le régime thermique et, par conséauent, de grandes différences dans les propriétés électriques des parties d'uneseule électrode et/ou de plusieurs électrodes dela même conception. Sur la figure 2, indique l'angle d'application, qui est d'envieras 1100. Dans les spires de l'enroulement dans lesquelles le fil conducteur -- s'applique pas contre l'enroulement, le terme t'angle drapplication" ntest- dement, pas essentiel. Sur la figure 3, le fil conducteur d'une électrode conforme à vention est désigné par le chiffre de référence 4 et l'enroulement par le fre 5. Dans la tartie représentée sur le dessin, toutes les spires stappliquent contre le fil de courant 4. Toutefois, cela n'est pas néeessairement le ca6- toute la longueur de l'électrode, qui comporte généralement de nombreuses cen- taines de spires enveloppantes. L'invention est satisfaite si au moins 9 d spires s'appliquent contre le fil conducteur. La figure 4 indique la façon dont peut astre réalisée l'électrode re- présentée sur la figure 3. Le procédé est entièrement identique à celui décrit pour l'électrode selon les figures 1 et 2. Les diamètres du fil conducteur 4 et du fil auxiliaire 6 étant pratiquement égaux, l'angle d'application est dtenviron 1800 au lieu de 1100 comme dans le cas de la forme de réalisation représentée sur la figure 2. Après enlèvement du fil auxiliaire 6, le fil conducteur de courant peut se déplacer en théorie dans l'enroulement 5,il est vrai,mais fait étonnant la pratique a montré, à l'aide d'un grand nombre de mesures, que cela se présente pour moins de 10% du nombre de spires.Même dans le cas d'un angle de 1600, le maximum de 10% n'est pas dépassé. il est évident que dans le cas où le rappert entre lets diametres du fil auxiliaire et du fil conducteur ae courant est inférieur à 1, situation qui a été représentée sur la figure 5, l'an- gle &alpha; est supéreur à 180 , ce qui implique que la forme de l'enroulement est telle que la position du fil de courant 7 est fixée. Ainsi,le pourcentage de spires s'appliquant contre le fil de courant est done égal à 100. Aux valeurs de ce rapport supérieures à l'unité, on pent,cependant également obtenir des pourcentages d'application de 100. Cela ressort du tableau suivant Diamètre du fil Diamètre du fil conducteur 57 conducteur 59 # Diamètre du fil auxili 97 85 80 70 60 55 97 85 80 70 60 55 aire en microns Pourcentage de spires 28 73 85 98 100 100 53 82 97 100 100 100 appliquées Un pourcentage d'application d'au moins 90% étant saffièant et @@@@ tique, on peut done utiliser des fils @uxiliaires présentant un d@emètre @@@@ recent sapérisur à celui du fil de courant. Ce@@e il a déjà été @@@@tioncé @@@ deseus, us angle d'application inférieur à 160 est indésirable, ce qui con@@@ tue une mesare pour le susdit rapport avec des diamètres différents du fil com ducteur da courant. -RSE;DICJTIONS : Electrode pour lampes à décharge dans-le gaz, notamment pour lampes à décharge dans la vapeur de mercure k basse pression, constituée par un porteur supportant Un matériau émissif et constitué par un fil conducteur de courant de section circulaire entouré d'un grand nombre de spires d'un fil plus mince constituant, enroulement, la surface à l'intérieur l'enroulement mesuré suivant la section perpendiculaire à l'axe de l'enroulement étant supérieure à celle de la section du fil conducteur de courant, caractérisé en ce que dans au moins 90; du nombre de spires de l'enroulement, le fil s'applique contre le fil.conduc- teur de courant sur une partie de la périphérie de la section transversale dudit fil conducteur. 2. électrode selon la revendication 1, caractéri3ée en ce que les spires de l'enroulement présentent une forme telle que la position du fil conducteur dc courant est fixée. 3. Electrode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'angie sur lequel les spires de l'enroulement s'appliquent contre le fil conducteur de courant est supérieur à 1800. 4. Electrode selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le fil conducteur de courant et le fil de l'enroulement sont en tungstène. 5. Electrode selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que l'ensemble fil conducteur de courant enroulement est enroulé en hélice. 6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite hélice est à nouveau enroule en hélice. 7. Lampe à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression munie d'au moins une électrode selon l'une des revendications 1 à 6.