Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10137
.pdf
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB356745A
[]
[Второе издание.] ]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата проведения съезда (США): ноябрь. 30, 1929.
356,745 Дата подачи заявления (в Соединенном Королевстве): 5 июня 1930 г. № 17436 130.
Завершено: сентябрь. 7, 1931.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования, относящиеся к световым электроразрядным трубкам или связанные с ними.
Мы, CLAUDE NEoN LIGHTS, Lhc., корпорация из Нью-Йорка, Соединенные Штаты Америки, расположенная по
адресу: 41, Ист 42-я улица, город и штат Нью-Йорк, Соединенные Штаты Америки, правопреемники LEo
LANYRENCE BECK, гражданина Соединенных Штатов Америки, расположенного по адресу: 27, Стоунли Парк,
Уэстфилд, Нью-Джерси, Соединенные Штаты Америки
Америка, настоящим заявляю, что характер данного изобретения и способ его осуществления будут подробно
описаны и установлены в следующем заявлении:
Изобретение относится к светящимся электрическим трубкам, излучающим свет, который не искажает
естественные цвета. Хорошо известно, что неоновая трубка, излучающая характерные оранжевые и красные
цвета, богата красными лучами и бедна синими, в результате чего естественные цвета искажаются и не
воспринимаются глазом в их истинном виде. Таким образом, недостаток неоновых ламп в целях освещения
очевиден.
2
,5
Настоящее изобретение обеспечивает новый и улучшенный белый свет. Этот термин имеет особое значение
и относится к свету, обладающему богатым и хорошо сбалансированным спектром, приближающимся к
спектру солнечного света.
Изобретение представляет собой новое и усовершенствованное устройство газового разряда,
предназначенное для излучения белого света и дополнительно адаптированное для работы при низких
напряжениях, которые коммерчески доступны в обычных цепях электропитания, а также устройство,
благодаря своей долговечности и простоте, легко поддающееся коммерческому применению.
В соответствии с настоящим изобретением газоразрядная трубка, содержащая гелий и неон, характеризуется
тем, что доля неона не превышает 8 процентов, что смесь также содержит аргон, криптон или ксенон, но не
более 0,5 процента от них, и что трубка снабжена термоэлектронным катодом и средствами для подачи
разрядного тока с плотностью от 0,03 до 1,25 ампер на квадратный сантиметр поперечного сечения трубки,
благодаря чему получается свет с длительным сроком службы и высокой интенсивностью, имеющий богатый
и хорошо сбалансированный спектр. Однако следует понимать, что гелий [острова Прайс] или неон не
обязательно должны быть чистыми, если добавки незначительны и не маскируют характерный цвет гелия или
неона.
Было установлено, что при работе с относительно высокими плотностями тока падение потенциала через
положительный столб уменьшается, и в соответствии с настоящим изобретением плотность тока
регулируется в подходящем диапазоне значений от 0,03 ампер до 1,25 ампер на квадратный сантиметр
поперечного сечения трубки. Однако крайне желательно соотнести 65-процентное содержание неона в
газовой смеси с конкретной используемой плотностью тока, поскольку с увеличением плотности тока
наблюдается тенденция к нарушению баланса между долей тока, переносимого гелием и неоном при более
низких плотностях тока, с последующим нарушением характера спектра смешанных газов такого рода, что
интенсивность неонового света уменьшается, а содержание гелия увеличивается. Для компенсации этого
изменения и поддержания желаемого спектрального состава света, излучаемого смешанными газами, доля
неона увеличивается по мере увеличения плотности тока, так что в соответствии с указанным выше
диапазоном плотности тока диапазон процентного содержания неона может варьироваться, например, от 3 до
8 процентов.
85 Было установлено, что аргон, криптон или ксенон способствуют снижению градиента потенциала газа, и
изобретение включает использование одного или нескольких из этих газов в сочетании с другими 90
особенностями. Например, типичная газовая смесь, предназначенная для получения белого света при
плотности тока около 1,25 ампер на квадратный сантиметр, может быть представлена гелием (92,25%),
неоном (7,25%) и аргоном (0,50%). Цель использования аргона, криптона или ксенона состоит в снижении
градиента потенциала газа, но необходимо следить за тем, чтобы процентное содержание этих газов не
превышало 100 0,5%, чтобы избежать снижения интенсивности света. Эти газы, обладающие низким
градиентом потенциала по сравнению с гелием и неоном, как правило, проводят ток, вытесняя гелий и неон, и
поскольку интенсивность света, излучаемого аргоном, криптоном и ксеноном, относительно очень низка,
использование таких газов с низким потенциалом в больших количествах приводит к снижению интенсивности
света, излучаемого трубкой. Например, если процентное содержание аргона в описанной выше типичной
смеси значительно превышает указанное в ней значение, а именно 0,50%, интенсивность света значительно
снижается. В случае криптона аналогичный эффект наблюдается, когда его количество превышает 0,30%, а в
случае ксенона можно использовать не более 0,15%.
Поэтому криптон и ксенон отличаются по своим свойствам от аргона и друг от друга, поскольку доля криптона
или ксенона должна поддерживаться на значительно более низком уровне, чем в случае использования
аргона.
С другой стороны, криптон и ксенон, возможно, обладают экономическим преимуществом, поскольку меньшие
их доли позволяют достичь результата, аналогичного тому, который получается при использовании больших
долей аргона.
Что касается выбора полного давления газа, было установлено, что градиент потенциала, а следовательно, и
эффективность трубки при использовании в сочетании с постоянным или заданным потенциалом, например,
220 вольт, изменяется в зависимости от полного давления в трубке заданного диаметра, и настоящее
изобретение в сочетании с другими особенностями обеспечивает поддержание тех диапазонов давления,
которые обеспечивают максимальную эффективность с точки зрения длины трубки и минимальный градиент
потенциала. Например, для трубки диаметром 11 миллиметров изобретение предусматривает выбор полного
давления в диапазоне от 7 до 8 миллиметров, измеренного обычным способом ртутным разрядом, тогда как
для трубки диаметром 30 миллиметров изобретение предусматривает выбор полного давления в диапазоне
от 1 до 3 миллиметров.
Кроме того, диаметр трубки имеет важное значение в связи с другими переменными. При заданной длине
трубки падение потенциала уменьшается с увеличением диаметра, или, выражаясь иначе, можно сказать, что
при заданном или предопределенном потенциале градиент потенциала газа может уменьшаться, и,
следовательно, длина положительного столба и трубки, а также количество света могут увеличиваться за
счет одновременного увеличения диаметра трубки.
Таким образом, изобретение включает в себя корреляцию газовой смеси, предназначенной для получения
белого света, с выбором плотности тока, состава газа, выбором общего давления, а также корреляцию
диаметра трубки с наиболее эффективным давлением для этого диаметра.
Используется низкопотенциальный электрод или катод, который в сочетании с газовой смесью обеспечивает
описанные здесь характеристики, сохраняет надлежащие пропорции газов в ней, предотвращает
избирательное поглощение этих газов и способствует созданию лампы с относительно длительным сроком
службы, например, от 500 до 2000 часов.
Сама трубка состоит из прозрачной оболочки, содержащей разреженную газовую смесь, а также анода и
катода. Указанные анод и катод могут быть соединены через резистор, например, переменное сопротивление,
с источником низковольтного разрядного тока. Катод содержит активный оксид или продукты его разложения.
Например, полый медный, железный или никелевый цилиндр или конус может быть покрыт пероксидом
бария, а затем подвергнут нагреванию для разложения оксида и образования электрода, содержащего
продукт разложения, такой как субксид бария. Такая обработка электрода позволяет получить материал с
высокой активностью и способностью к понижению потенциала, что особенно желательно в рамках
настоящего изобретения. Вместо пероксида бария можно использовать производные других
электроположительных металлов, например, кислородсодержащие производные других элементов
щелочноземельной или редкоземельной группы. 100 Субксиды электроположительных металлов, таких как
кальций, барий, стронций, представляются особенно желательными и могут быть получены in situ, как
описано выше, или другими подходящими методами.
Например, газоразрядная трубка может быть сконструирована таким образом, чтобы содержать никелевый,
медный или железный анод любой удобной формы, например, полый цилиндр, и катод, сконструированный и
выполненный, как описано выше в пункте 110. Указанные электроды могут быть расположены на расстоянии
около 16 дюймов друг от друга в трубке, содержащей гелий, неон и аргон, и иметь диаметр около 30
миллиметров, и эти электроды могут быть соединены через переменное сопротивление с источником
потенциала и с помощью первоначального приложения высокочастотного поля или другого подходящего
пускового устройства. Считается, что ионная бомбардировка катода вызывает выделение тепла в активном
покрытии до достижения температуры, при которой падение потенциала на катоде становится достаточно
низким, чтобы позволить прохождение разряда через газовый столб. По мере протекания разряда происходит
прохождение тока, который может составлять от 1 до 3 ампер, например, 2,25 ампер, и непрерывная
бомбардировка катода положительными ионами в разряде, так что катод может быть первоначально нагрет
до подходящей температуры, при которой его падение потенциала удовлетворительно уменьшается до
приложения электрического разряда. Также предусмотрены средства, благодаря которым, как только
Начинается разряд, вспомогательный нагревательный ток может быть отключен, и катод может начать
самонагреваться, как описано выше.
75. Изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые представляют
собой варианты осуществления изобретения. Предполагается и будет понятно, что изобретение 80
иллюстрируется такими иллюстрациями, а не ограничивается ими.
На рисунке 1 изображена трубка, заполненная гелием, неоном и аргоном, снабженная анодом и
самонагревающимся катодом, 85 последний включает нагревательный элемент, который может
дополнительно нагреваться разрядным током или вспомогательной нагревательной цепью.
На рисунке 2 представлен вид сверху самонагревающегося катода под углом 90°, полученный по линии 2-2 на
рисунке 1.
На рисунке 3 показана еще одна форма самонагревающегося катода, изображенного на рисунке 1.
На рисунке 4 показана трубка, снабженная самонагревающимся катодом с температурой 95°C без
дополнительного нагревательного элемента.
На рисунке 5 показано увеличенное изображение катодной части разрядного устройства с его соединениями,
в котором катод может работать по принципу самонагрева, описанному здесь, или может нагреваться
способами, независимыми от разрядного тока, по выбору оператора.
На рисунке 6 показано увеличенное изображение катода 105 и нагревательного элемента, изображенных на
рисунке 5.
Обращаясь к рисунку 4, источник тока, представленный генератором 1, соединен с анодом 2 и катодом 110 3
через переменное сопротивление 4 и подводящие провода 5. Анод 2 представляет собой полый никелевый
цилиндр. Катод 3 имеет коническую форму и снабжен с внутренней стороны покрытием 115 6, полученным
путем нанесения пероксида бария и последующего нагрева покрытого катода для разложения оксида и
образования активной поверхности. Правильно выбрав определенные расстояния между анодом и катодом
120, можно с помощью пускового устройства и благодаря активированному оксидному катоду создать разряд
между анодом и катодом с низким потенциальным разрядным током, а с помощью 125, используя
соответствующие плотности тока, нагреть катод до высоких температур электрическим разрядом. Например,
анод и катод могут быть расположены на расстоянии 16 дюймов друг от друга в 130-градусном устройстве,
что, как считается, вызывает наблюдаемое явление, заключающееся в повышении температуры на катоде.
Это сопровождается существенным падением потенциала, в результате чего устройство может работать при
значительно пониженном напряжении. В этом случае нагрев катода и, как следствие, снижение потенциала
происходит без использования вспомогательных нагревательных контуров, так что катод выполняет функции
не только катода, но и генератора тепла. По сути, это самонагревающийся катод, и своими ценными
свойствами он обязан наличию покрытия, описанного в данной работе.
С практической точки зрения крайне желательно, чтобы это покрытие было долговечным, и было
установлено, что при реализации изобретения в описанном выше виде покрытие не является достаточно
долговечным, по крайней мере, для всех целей, и подвержено колебаниям температуры и колебаниям
падения потенциала катода. Эти флуктуации, вероятно, обусловлены взаимодействием явлений электронной
эмиссии и ионной бомбардировки.
Вероятно, бомбардировка вызывает повышение температуры до тех пор, пока излучение не станет
достаточным для снижения интенсивности бомбардировки, после чего температура падает, излучение
уменьшается, а бомбардировка снова усиливается. В описанных обстоятельствах (335) наблюдается
тенденция к эрозии или износу оксидного покрытия.
В другом, усовершенствованном варианте осуществления изобретения, предусмотрены средства для
уменьшения описанных колебаний, и с помощью таких средств создается новое, улучшенное и более
стабильное устройство электрического разряда и катод для него.
Эти средства также позволяют снизить начальный потенциал катода.
Данная модификация изобретения включает нагревательный элемент в сочетании с катодом. В качестве
нагревательного элемента может выступать нить накаливания, например, вольфрамовая нить, которая
взаимодействует с катодом таким образом, что разрядный ток проходит от катода через нагревательный
элемент. Иными словами, нагревательный элемент может получать ток от электрического разряда. Благодаря
этому катод сохраняет свои самонагревающиеся свойства и, кроме того, в значительной степени
стабилизируется, так что срок службы оксидного покрытия на нем, такого как оксидное или субксидное
покрытие, и срок службы лампы в целом, значительно увеличивается, при этом сохраняются
низкопотенциальные характеристики катода.
Кроме того, предусмотрены средства, позволяющие подавать на нагревательный элемент ток независимо от
тока, вырабатываемого трубкой 356X,745 диаметром 30 миллиметров и находящейся под напряжением 220
вольт постоянного тока через переменное сопротивление. При высоких температурах, например, 9000 °C,
падение напряжения на катоде существенно снижается по сравнению со значением, полученным при низких
температурах. Благодаря непрерывному электрическому разряду катод 3 поддерживается при высокой
температуре и действует как самонагревающийся катод. Однако наблюдается тенденция к износу покрытия
устройства, показанного на рисунке 4, вероятно, из-за бомбардировки положительными газообразными
ионами. Обращаясь теперь к рисункам 1 и 2, мы видим улучшенную форму самонагревающегося катода, в
котором предусмотрены средства, предназначенные для предотвращения или уменьшения бомбардировки,
благодаря работе которых значительно повышается стойкость оксидного покрытия. Генератор 1
предназначен для подачи тока низкого потенциала, например, 220 вольт, через балласт или резистор 4 на
анод 2 и самонагревающийся катод 3, которые снабжены соответствующими выводными проводами 5.
Анод 2 представляет собой полый никелевый цилиндр. Катод 3 имеет коническую форму. Она состоит из
шейной части и расширенной части. Внутренняя поверхность расширенной части покрыта или снабжена
активным оксидом 6, или, по меньшей мере, продуктами реакции металлического электрода и используемого
оксида, причем такие продукты реакции или разложения могут включать субксид. Катод соединен с выводом в
проводе 5 таким образом, что разрядный ток должен проходить от катода через нагревательный элемент:
элемент 14, а затем через вводной провод 5. Средства, с помощью которых достигается этот результат,
включают опору 12 и изоляцию 13. Это может быть плавленый кварц, стекло или другой подходящий
огнеупорный изоляционный материал. Нагревательный элемент 14 выполняет как минимум две функции.
Во-первых, это обеспечивает постоянный источник тепла для катода и его оксидного покрытия и значительно
увеличивает срок службы последнего, а во-вторых, это позволяет нагревать катод и его оксидное покрытие
независимо от разрядного тока до его подачи, чтобы уменьшить начальное падение напряжения на катоде.
Способ, с помощью которого может быть достигнут такой независимый нагрев, включает в себя
вспомогательную нагревательную цепь, состоящую из трансформатора, имеющего первичную обмотку 16 и
вторичную обмотку 17, соединительный провод 18, соединенный с соединительным проводом 5, который, в
свою очередь, соединен с нагревательным элементом 14 через клемму 22, и другой соединительный провод
20, который соединен через выключатель 21 с катодом 3 через клемму 23. -65 Оболочка заполнена газовой
смесью, например, смесью, содержащей 92,25% гелия, 7,25% неона и 0,50% аргона. При работе устройства,
показанного на рисунках L и 2, выключатель замыкается, и через цепь, состоящую из трансформатора накала,
выводных проводов 18 и 20, нагревательного элемента 14, опоры 12 и катода 3, проходит ток 70 для нагрева
последнего и доведения его до желаемой температуры, которая может составлять около 9000 °C. После этого
выключатель 21 размыкается, и через балласт или резистор 4 и выводные провода 5 к аноду 2 и катоду W03
подается ток от 0,03 до 1,25 ампер на квадратный сантиметр поперечного сечения трубки при линейном
потенциале 220 вольт для создания электрического разряда между анодом и катодом через газовый столб.
Разрядный ток должен проходить от катода 851 через нагревательный элемент.
Таким образом, поддерживается желаемая температура, необходимая для нагрева катода до благоприятной
рабочей температуры, например, 900 °C. Было замечено, что благодаря этому процессу значительно
повышается стойкость оксидного покрытия. При работе без использования нагревательного элемента, как,
например, описано здесь в связи с рисунком 4а, достигается самонагревающийся катод с низким катодным
падением температуры, но при этом стойкость его покрытия оказывается ниже желаемой.
Что касается устройства, изображенного на рисунках 1 и 100, 2-, можно привести следующие иллюстративные
или типичные размеры и рабочие характеристики: Диаметр узкой части трубки между электродами 30
миллиметров.
Кратчайшее расстояние между электродами — 16 дюймов.
Длина анода: 2 дюйма.
Диаметр анода — 7 дюймов. 110 Диаметр конического катода у его основания, W дюймов.
Длина нагревательного элемента 14,1 дюйма.
Размер нагревательного элемента 14, -10 мил.
Падение напряжения на клеммах генератора: 115–220 вольт.
Падение напряжения на трубке составляет 175 вольт.
Сопротивление балласта: 20 Ом.
Сила тока: 2,25 ампера.
Падение напряжения на вторичной обмотке 17 трансформатора накала составляет 8 вольт.
Падение напряжения на первичной обмотке 16 трансформатора накала составляет 110 вольт.
Разумеется, следует понимать, что эти конкретные данные не являются ограничениями. 125a - Обращаясь
теперь к рисунку 3, на нем показана несколько иная форма самонагревающегося катода. - Нагревательный
элемент 14 снабжен опорным элементом 21, соединенным с катодом 3. Нагревательный элемент 130Q
3a6,745. В одном из желаемых вариантов катод имеет форму полого цилиндрического элемента,
соответствующим образом установленного внутри разрядного устройства и соединенного с подводящим
проводом, который, в свою очередь, соединен с источником разрядного тока 70. Нагревательный элемент,
обеспечивающий независимое тепло для катода, располагается внутри катода, заключен в него и находится
на некотором расстоянии от него. При нагреве до высокой температуры, например, соответствующей
накаливанию, он приспособлен для быстрой и эффективной передачи тепла катоду. Поскольку желаемые
качества описанного здесь разрядного устройства, такие как, например, длительный срок службы, низкое
падение напряжения на катоде и другие желаемые качества, в значительной степени зависят от
специфических свойств катода, возникающих при высокой температуре, крайне желательно, чтобы
нагревательный элемент и катод взаимодействовали настолько эффективно и быстро, чтобы обеспечить
интенсивный нагрев катода, позволяющий поддерживать его высокую температуру.
Это 90.
Поэтому крайне желательно, чтобы нагревательный элемент и катод находились в непосредственной
близости друг от друга, но при этом не вступали в фактический электрический контакт, поскольку последнее
обстоятельство может привести к разрушению цепи, подающей тепло к нагревательному элементу или нити
накаливания. Таким образом, становится очевидным, что крайне важно, чтобы нагревательный элемент или
нить накаливания были достаточно жесткими при очень высоких температурах, поскольку, как будет более
подробно указано ниже, деформация или провисание нагревательного элемента или нити накаливания может
привести к тому, что последние будут соприкасаться с катодом, что вызовет заметное снижение
эффективности нагревательного элемента и, возможно, разрушение цепи, подающей к нему тепло.
Нагревательный элемент или нить накаливания, таким образом, изготовлены, как будет описано далее, из
материала, существенно жесткого при высоких температурах, такого как вольфрам, обработанный таким
образом, что он становится так называемым кристаллическим и, как полагают, состоит из относительно очень
крупных и перекрывающихся кристаллов, что заметно отличает этот материал от обычной или волокнистой
формы металла и позволяет ему выдерживать очень высокие температуры, даже в 120.
Более или менее вытянутая форма, не подвергающаяся деформации, например, не провисающая при
наклоне, горизонтальном или даже вертикальном положении нити. В данной форме иногда встречается
материал, подобный вольфраму-125, который здесь обозначается как обладающий монокристаллической
структурой.
Данная форма изобретения будет описана более подробно со ссылкой на 130. Элемент и катод снабжены
соответственно клеммами 22 и 23, предназначенными для подключения к выводным проводам, как в
устройстве, изображенном на рисунке 1. Следует отметить, что катод 3 имеет цилиндрическую форму, в
отличие от конической формы, представленной на рисунке 1. Поверхность катода может быть эквивалентна
поверхности, показанной на рисунке 1.
Работа трубки, снабженной катодом, как показано на рисунке 3, осуществляется аналогично описанной в
связи с работой трубки, показанной на рисунке 1.
Вместо постоянного тока может использоваться переменный ток, и в этом случае могут быть применены два
анода с одним самонагревающимся катодом.
Вместо использования двух анодов и одного самонагревающегося катода анод и катод могут быть аналогично
сконструированы и оснащены таким образом, чтобы каждый электрод мог попеременно выступать в качестве
катода. В этом случае крайне желательно использовать средства для предотвращения мерцания. Такие
средства могут включать реактивное сопротивление в цепи, чтобы характеристики фазового угла и
коэффициента мощности были такими, что ток будет отставать от напряжения или опережать его в
достаточной степени, чтобы избежать мерцания.
В соответствии с данным изобретением также предусмотрены средства, позволяющие при необходимости
нагревать катод от источника, не зависящего от разрядного тока. Например, катод, снабженный веществом с
высокой эмиссионной способностью и надлежащим образом размещенный внутри разрядного устройства,
также снабжен средствами для нагрева катода с целью повышения его эмиссионной способности. Такие
средства могут включать нагревательный элемент, например, нить накаливания, расположенную внутри
катода и в непосредственной близости от него, причем на таком расстоянии, что тепло, генерируемое в
нагревательном элементе или нити накаливания, может легко передаваться в виде излучения на катод,
предпочтительно без какого-либо промежуточного твердого материала, то есть путем передачи тепла через
газовое пространство между нагревательным элементом или нитью накаливания и катодом. Катод может
быть снабжен металлическим проводящим элементом, таким как подходящий провод, для соединения катода
с подходящим источником разрядного тока, а нагревательный элемент в этом случае является частью
отдельной цепи, включающей нагревательный элемент, подводящие провода, выступающие через оболочку,
и подходящий источник нагревательного тока.
Таким образом, катод, источник разрядного тока, балластное сопротивление и разрядный анод из одной цепи,
а также описанный выше нагревательный элемент вместе с источником нагревательного тока образуют
независимую цепь.
356,745 к рисункам 5 и 6.
На рисунке 5 трубка 40 содержит смесь гелия, неона и аргона, криптона или ксенона в указанных выше
пропорциях и предназначена для излучения улучшенного белого света, а также снабжена подводящими
проводами 22, 23 и 30, которые выступают через стеклянное уплотнение. Удлинитель 31 провода 22 соединен
с поперечной проволокой или ярмом 32, к которому прикреплены элементы 33 и 34, охватывающие
цилиндрический катод 3 и служащие не только для его удержания на месте, но и для проведения разрядного
тока от него через указанные провода 33 и 34 и к удлинителю 5 подводящего провода 22 через поперечную
проволоку 32. Катод 3 изготовлен из подходящего металла, такого как никель, и покрыт снаружи, как показано
пунктирной областью, материалом с высокой эмиссией. Под этим термином понимается материал,
обладающий свойством уменьшать катодное падение напряжения, стабилизировать электрод и уменьшать
явление распыления до такой степени, что электрод и газообразное содержимое трубки стабилизируются, и,
таким образом, срок службы устройства значительно увеличивается.
Излучающий материал, признанный весьма желательным, представляет собой так называемый субксид и в
одной из своих форм является продуктом разложения или восстановления некоторых кислородсодержащих
производных электроположительных металлов, в частности, металлов щелочноземельной группы.
Разложение активирующего покрытия может быть осуществлено путем нанесения на катод вещества
описанного характера, отвода воздуха из трубки, содержащей указанный катод с покрытием, а затем
нагревания катода и продолжения отвода воздуха из трубки до тех пор, пока из указанного покрытия
практически не перестанут выделяться газообразные продукты. Нагрев может осуществляться путем
пропускания сильного разрядного тока через отработанную трубку или путем индуктивного нагрева катода с
помощью высокочастотной индукционной катушки. Например, внешняя поверхность никелевого катода 3
может быть покрыта пероксидом бария, а затем покрытый катод может быть подвергнут нагреванию для
осуществления реакции, которая может представлять собой восстановление пероксида в присутствии никеля
с образованием активированного продукта разложения 55, который для целей настоящего изобретения будет
называться субксидом бария.
Хотя пероксиды подходящих металлов, например, пероксид бария, не являются единственными
кислородсодержащими производными, которые могут быть использованы, тем не менее, было обнаружено,
что они легко разлагаются, образуя высокоактивные и излучающие продукты разложения, и их конкретная
ценность раскрывается в данной работе. Однако возможно использование других производных подходящих
металлов, таких как обычные оксиды или карбонаты, или других производных, которые при разложении дадут
остатки, обладающие желаемыми свойствами, описанными выше. Катод 3, как уже было описано,
представляет собой тонкий полый никелевый цилиндр. Диаметр может составлять, например, 0,2 дюйма, а
длина цилиндра — '. При данных 75 условиях следует отметить, что нить накаливания 14 находится в
непосредственной близости от катода и приспособлена для быстрой и эффективной передачи тепла к нему.
Однако обычно нить накаливания 14, особенно в показанном положении, имеет тенденцию к деформации,
например, к провисанию при нагревании до температуры накаливания, что влечет за собой опасность
контакта с внутренней поверхностью катода и токами, вызывающими нежелательные явления.
Предусмотрены средства для предотвращения такой деформации или провисания, которые будут более
подробно описаны далее. Нить накала 9Q 14 соединена с проводами 36 и 37 и поддерживается ими таким
образом, что нить накала расположена аксиально внутри катода 3 и на некотором расстоянии от него, так что
тепло, исходящее от нити накала 95, равномерно передается на катод. Опорные провода 36 и 37, в свою
очередь, соединены с проводами 23 и 23 и, соответственно, с внешними проводами 20 и 18, которые, в свою
очередь, подключены ко вторичной обмотке 17 трансформатора. Первичная обмотка 16 трансформатора
подключена к клеммам 46 и 47 источника нагревательного тока. В цепи первичной обмотки трансформатора
установлен переключатель 43 105, а во вторичной цепи трансформатора — переключатель 21, как показано
на рисунке. Провод 5, находящийся в электрическом соединении с катодом, соединен средствами, не
показанными на рисунке 5, с источником разрядного тока 1, так что катод 3 образует часть разрядной цепи,
включающей катод, балластное сопротивление 4, источник разрядного тока 1, разрядный анод 2 и газовый
столб 115, как показано в связи с рисунком 1.
Для работы лампы нагревательный контур, подающий тепло на нить накаливания 14, замыкается, например,
путем замыкания переключателей 21 и 120 43, и подается на него нагревательный ток от клемм 46 и 47, так
что нить накаливания 14 нагревается до высокой температуры, например, до состояния накаливания. Затем к
разрядной цепи 125, частью которой является катод 3, подается разрядный ток низкого потенциала, и
разрядный ток протекает с помощью пускового устройства через устройство газового разряда, например, в
условиях, подобных описанным здесь356,745, существенной деформации или провисанию при очень высоких
температурах, таких как температуры накаливания. Одна из желаемых форм такого металла включает
вольфрам, обработанный таким образом, что он переходит из обычного или волокнистого состояния в
кристаллическое состояние, характеризующееся наличием более или менее вытянутых и перекрывающихся
кристаллов.
Для осуществления указанного превращения металла, такого как вольфрам, его нагревают до высокой
температуры, несколько ниже точки плавления, например, до температуры 28000 °C, и во время такой
термической обработки вольфрам, который может быть в виде нити, поддерживается таким образом, чтобы
необходимая опора сохранялась до тех пор, пока вольфрам не примет свою кристаллическую форму.
Например, вольфрамовая нить может быть размещена в U-образном или V-образном желобе или лодочке, и
последняя может быть нагрета до высокой температуры, чтобы довести температуру указанной нити до 28000
°C или около того в атмосфере инертного газа или, по крайней мере, газа, который не вступает в
неблагоприятную реакцию с вольфрамом, например, водорода. В таких условиях для достижения
необходимых изменений в структуре может потребоваться нагрев в течение 30 секунд. Разумеется, возможны
и другие 95 способов поддержания необходимой температуры нити накаливания. После такой
трансформации вольфрамовая нить, по крайней мере, имеющая относительно большой диаметр, становится
значительно более хрупкой, чем та же нить в обычной или волокнистой форме, и во многих случаях, по
крайней мере, из-за обрыва, значительные затраты времени, труда и материалов теряются на обработку
хрупкой нити и ее сборку в комбинацию, в которой она в конечном итоге будет функционировать.
Настоящее изобретение включает усовершенствованную нить, получаемую методом термической обработки
110, включающим превращение металла в кристаллическое состояние. Данный метод включает в себя
осуществление желаемого изменения на месте, то есть в положении, которое в конечном итоге должна занять
нить 115. Усовершенствованный метод можно проиллюстрировать на рисунке 6, где представлен
увеличенный детальный вид, частично в разрезе, а частично в отсеченном виде, катода 3, содержащего
вольфрамовую нить 120 14, заключенную внутри катода, представляющего собой полый никелевый цилиндр,
как показано на рисунке.
Провода 36 и 37 поддерживают концы нити накала 14. При сборке аппарата катод 3 и нить накала 14 125
устанавливаются на свои места, при этом катод поддерживается опорными элементами 33 и 34, как уже было
описано в связи с рисунком 5. Внутри вольфрамовой нити 14, имеющей форму спирали, описанной выше на
рисунке 130. Например, падение напряжения на клеммах генератора может составлять 220 вольт, а падение
напряжения в газоразрядном устройстве, включая падение напряжения на электродах и газовом столбе,
может составлять 175 вольт, при этом кратчайшее расстояние между электродами составляет 16 дюймов, а
диаметр узкой части трубки — 30 миллиметров.
В описанных условиях видно, что разрядная цепь включает источник разрядного тока 1, балластное
сопротивление 4, анод 2 и катод 3, и что эта разрядная цепь независима от цепи, которая подает тепло на
нить накала 14, которую можно обозначить как цепь, обозначенную элементами 36, 14, 37, 30, 18, 17, 20 и 23.
Однако путем соответствующей регулировки можно преобразовать описанную выше схему таким образом,
чтобы нить накала 14 нагревалась разрядным током без использования отдельного источника нагрева. Иными
словами, можно произвести регулировку таким образом, чтобы катод 3 превратился в самонагревающийся
катод. Например, выводной провод 5 может быть установлен в электрическое соединение с выводным
проводом 18, как показано пунктирной линией 35, и цепь нагрева нити накала 14 может быть разорвана путем
размыкания выключателя 21, одновременно размыкая выключатель 43, чтобы прекратить подачу тока от
источника, указанного клеммами 46 и 47.
В этих условиях разрядный ток будет проходить от источника разрядного тока через анод и катод, через
соединение, обозначенное пунктирной линией 35, через подводящие провода 30 и 37, через нить накала 14,
через подводящие провода 36, 23 и 20, причем последний затем подключается к источнику разрядного тока, а
катод и подводящий провод 5 предварительно отсоединены от указанного источника разрядного тока. Затем,
если в какой-либо момент потребуется восстановить работу системы таким образом, чтобы она
функционировала описанным выше способом, то есть, чтобы существовала независимость между
разрядными цепями и цепью нагрева для подачи тепла на нить накала 14, то потребуется лишь разорвать
соединение между выводным проводом 5 и нагревательной нитью накала, восстановить соединение между
выводным проводом 5 и источником разрядного тока, разорвать соединение 100 между проводом 20 и
источником разрядного тока и замкнуть выключатель 21.
Как описано выше, нагревательная нить 14 предпочтительно представляет собой металл, обладающий
существенной жесткостью при высоких температурах и способный сохранять свою форму без 356,74a1
356,745. Высокоогнеупорный опорный стержень или трубка 42, которая может представлять собой кварцевую
трубку, вставляется для обеспечения жесткости вольфрамовой спирали до тех пор, пока она не перейдет из
волокнистого состояния в кристаллическое. После сборки катода с нитью накаливания, как показано на
рисунке 5, газоразрядная трубка отводится, затем к вольфрамовой нити накаливания подается тепло из
контура теплоснабжения, вызывающее превращение нити в ее кристаллическую форму. Затем принимаются
меры для поддержания высокой температуры нити накаливания, например, 2800 °C, лишь в течение очень
короткого промежутка времени или очень коротких последовательных интервалов времени, например,
периода или последовательных периодов в две-три секунды, чтобы избежать деформации или плавления
цилиндрического катода и одновременно обеспечить достаточную степень кристаллизации, чтобы сделать
нить накаливания 14 достаточно жесткой при высоких температурах, как описано выше.
В ходе этой обработки желательно поддерживать высокий вакуум, чтобы уменьшить передачу тепла от нити
накала к металлическому катоду. Чрезвычайно высокая температура, подаваемая на нить накала в процессе
этой трансформации, может вызвать разрушение огнеупорного элемента 49, которым может, например, быть
кварц, но такое событие не препятствует успешной работе катода и его нагревательной нити. В некоторых
случаях может происходить более или менее интенсивное испарение тугоплавкого элемента 42.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы заявляем, является 1. Газоразрядная трубка, содержащая гелий и неон, характеризуется тем, что
доля неона не превышает 8 процентов, что смесь также содержит аргон, криптон или ксенон, но не более 0,5
процента от них, и что трубка снабжена термоэлектрическим катодом и средствами для подачи разрядного
тока с плотностью от 0,03 до 1,25 ампер на квадратный сантиметр поперечного сечения трубки, благодаря
чему получается свет с длительным сроком службы и высокой интенсивностью, имеющий богатый и хорошо
сбалансированный спектр.
2. Трубка по п. 1, в которой катод снабжен продуктами разложения соединения бария, первоначально
содержащего один атом бария и два атома кислорода.
3.
Трубка по п. 1, в которой термоэлектронный катод расположен таким образом, что нагревается с помощью
нагревательной нити.
4.
Трубка по п. 3, в которой накаливание автоматически нагревается разрядным током.
5.
Трубка по п. 3, в которой нить накала расположена таким образом, что нагревается независимо от тока
разряда.
6.
Трубка по п. 3, в которой нить сохраняет свою жесткость при высоких температурах.
7.
Трубка по п. 1, в которой давление газа находится в диапазоне от восьми миллиметров до одного миллиметра
для трубок с диаметром от одиннадцати миллиметров до тридцати миллиметров соответственно, 8.
Трубка по п. 1, в которой криптон используется в пропорции, не превышающей 0,30 процента, 9.
Трубка по п. 1, в которой ксенон используется в пропорции, не превышающей 0,15 процента.
10. Усовершенствованная газоразрядная трубка согласно вышеприведенным пунктам, по существу, как
описано выше со ссылкой на прилагаемые чертежи, для указанной цели.
Датировано 5 июня 1930 года.
Соседние файлы в папке патенты