气体状态方程式或波义耳查理定律五绝热过程变化讲课讲稿

1、气体状态方程式或波义耳查理定律五绝热过程变化1-1氣壓控制系統之訊號流程 1- 2 氣壓系統之特性氣壓系統之特性 n( (一一) ) 優點優點n1. 1. 獲取容易：獲取容易：只要有空氣的地方，皆可以予以壓縮成為壓縮空氣，而且數量不受限制，可不虞匱乏。n2. 2. 防爆性：防爆性：壓縮空氣沒有爆炸或著火的危險，因此不需加裝昂貴的防爆設施。n3. 3. 傳送容易：傳送容易：壓縮空氣可利用管線 ( 金屬管、塑膠管等 ) 輸送至相當長的距離 ( 一般在100公尺之內 )。n4. 4. 儲存容易：儲存容易：壓縮空氣可儲存於儲氣器 (reservoir) 中，再由此容器送出壓縮空氣至所須場所，如此壓力脈

2、動少、流量穩定。n5. 5. 速度快：速度快：壓縮空氣的速度很快 ( 一般液壓的五倍左右 )，一般氣缸活塞的速度為12 m/s；但如用特殊氣缸可提高至10 m/s。n6. 6. 過負載安全：過負載安全：氣動工具與操作構件，可以負載到無法推動為止，因系統的壓力不會無限制的增加 ( 即達調壓器所設定的壓力自動將多餘的壓縮空氣排出，使不致超壓 )，故即使超載，也無危險顧慮。n7. 7. 清潔性：清潔性：壓縮空氣在使用前皆經過調理故非常清潔。不會在工具或材料上留下殘垢，而所排放出之壓縮空氣，亦不會造成污染，故不像液壓油須回收因而可節省回程管路之裝配費用。n8. 8. 調整性：調整性：氣壓驅動元件之速度

3、及壓力調整，可用流量控制閥及壓力控制閥調整，而且調整的方式簡便。n9. 9. 構造簡單：構造簡單：氣壓元件構造簡單、使用壽命長。n10. 10. 行程可調整：行程可調整：利用極限開關或調整止擋 (stops)，行程長度可在二極端位置之間作任意變化。n11. 11. 可直接產生直線運動：可直接產生直線運動：欲產生直線運動，不需經由如迴轉臂、凸輪、螺桿等機械構件轉換，直接使用氣壓缸即可達成，不須繁雜之機構設計。n12. 12. 操作溫度：操作溫度：壓縮空氣的操作範圍相當廣泛，對於溫度之變化並不敏感，黏性因素可忽略，但在低溫高濕度處，則有結冰之顧慮。(二二)缺點缺點n1. 成本較高：成本較高：壓縮空

4、氣必須經由製造方能產生，而此所使用的製造設備必須性能良好，因此能源成本較高。n2. 易於洩漏：易於洩漏：壓縮空氣的輸送管路一旦發生裂口或管路接頭鬆動，則會迅速洩漏，造成能源浪費，增加成本。n3. 具可壓縮性：具可壓縮性：無法使氣壓缸之速度保持穩定與均一，因此不適於精確進給運動或慢速加工。n4. 缺乏潤滑性：缺乏潤滑性：由於空氣中所含水分、灰塵、雜質易於損耗氣壓元件，因此必須裝置過濾器及加潤滑油之給油裝置。n5. 作業範圍：作業範圍：基於經濟利益前提下，僅在某一工作壓力以下方為經濟，一般限制在6 bar的工作壓力及出力在以內。n6. 排氣噪音大：排氣噪音大：壓縮空氣於排放時，會發出相當大的聲音，

5、須以消音器來減少噪音的產生。1- 3 氣壓系統之經濟效益氣壓系統之經濟效益 1- 4漏氣對氣壓系統之影響漏氣對氣壓系統之影響 1- 5氣壓控制所應用之基本物理原理氣壓控制所應用之基本物理原理 1-1空氣的組合成分空氣的組合成分 ( 在標準狀態下在標準狀態下 )1-5-2與氣壓有關之物理量與氣壓有關之物理量(一一) 牛頓運動定律牛頓運動定律Fmamg力質量加速度或Fmamg力質量加速度或(二二) 壓力之定義、單位及表示法壓力之定義、單位及表示法 定義：定義：單位面積所承受的力稱為壓力，其大小取於力 或面積。A0FFdFPlimAAdA n2. 何謂大氣壓力：何謂大氣壓力：在地球表面上環繞一很厚的

6、大氣層。大氣壓力 (Atmospheric pressure) 即大氣中之空氣因其重量而生之壓力。n在緯度海平面上，每一平方公分截面積的空氣柱，穿越大氣層的高度所聚集空氣分子的重量為1.0336公斤 ( 即一大氣壓力 )，如圖1-4所示。n測量大氣壓力可用氣壓計 (Barometer) 來測量其水銀柱高度。如圖1-5所示。2f1.0336 kg /cm1 cm1 cm空氣柱重45於緯度海平面1.0336 kg大氣壓力完全真空760 mm水銀1-41-5一大氣壓 氣壓計 3. 單位單位n(1) 在國際單位系統中的絕對壓力n(2) 工程氣壓或技術氣壓 (at)：在工程技術系統中的 絕對壓力n(3)

7、 物理大氣壓或大氣壓 (atm)：在物理單位系統中的 絕對壓力n(4) mm或m水柱高 mmWS ( 或mWS)n(5) mm水銀柱高 (mmHg)：相當於壓力的Torr單位n正常狀態下之體積單位都加註符號N”(Normal)，如 。Pascal (Pa)(bar)巴N /min ,A.N.R.4.壓力的表示法壓力的表示法 ( 絕對壓力與錶壓力絕對壓力與錶壓力 )： 0200300 400500760600100壓力計的刻度絕對壓力12fPkg /cm壓力計(0)此時的大氣壓錶壓力VP()真空壓力錶壓力真空計的刻度(0)完全真空絕對壓力2PmmHg真空計氣壓計的讀數絕對壓力02040 6080

8、100Pg錶壓力1-6錶壓力和絕對壓力1- 6氣壓系統所使用的壓力範圍氣壓系統所使用的壓力範圍 氣壓控制系統依所使用的壓力範圍，可作如下分類：氣壓控制系統依所使用的壓力範圍，可作如下分類： n1. 低壓系統：低壓系統：壓力範圍從0.5500 mbar，為無移動另件之氣壓邏輯元件 流子。 n2. 中壓系統：中壓系統：壓力範圍從14 bar，為有移動另件之邏輯元件。n3. 常壓系統：常壓系統：壓力範圍在38 bar之間，最常用應為56 bar，出力在 以下。n4. 高壓系統：高壓系統：壓力範圍在10 bar以上，為特殊氣壓用途，一般在此種壓力，都改用液壓系統或液 - 氣組合的裝置。而氣壓系統最經濟

9、的使用壓力範圍為6 bar左右。f3000 kg1- 7與氣壓相關之重要定律與氣壓相關之重要定律 n(一一) 波義耳波義耳 (Boyle-Mariotte) 定律定律 ( 等溫變化等溫變化 )n在定溫下，一定量的氣體之體積與絕對壓力成反比。本定律適用於低壓範圍 波義耳定律圖示波義耳定律圖示 ( 等溫變化等溫變化 )P1P2P1V2VTC (PVC)V1122PVP V 常數(1-1) 1-7(二二) 查理查理 (J. Charles) 定理定理 ( 等壓變化等壓變化 )n當壓力保持一定時，一定量之氣體體積，與其所處之絕對溫度成正比。 1122(TK)VTKC273VT ：凱氏溫標(1-2)1V

10、2VPPCV等壓變化 1- 812121VVV(TT )273(1-3) (三三) 給呂薩克給呂薩克 (Gay-Lussacs) 定律定律 ( 等容變化等容變化 )n體積不變，等量的氣體其絕對壓力與絕對溫度成正比。 2211PTPT2211PTPT(1-4)(四四) 理想氣體定理理想氣體定理 ( 氣體狀態方程式氣體狀態方程式 ) 或波義耳或波義耳 - 查理定律查理定律(五五) 絕熱過程變化絕熱過程變化kPVCk 1k 1k221112TPVTPV5k3222O , N , H ,7k =1.45此種變化是無熱量出入系統，而變化中的空氣之熵為定值而無增減。此過程是以對單原子氣體 ( 如惰性氣體

11、) 而言，對雙原子氣體而言 ( 一般常見之氣體，如)，。的關係進行變化(1-6)，故有PVkPVC絕熱過程 1-11(六六) 多向變化多向變化 (Polytropic) 過程過程實際上，在空氣壓縮的情況，一般是在等溫壓縮與絕熱壓縮的中間狀態進行者較多。此種變化稱為多向變化。在此情況下，比熱比以n代替k而可使用絕熱壓縮之公式。 1- 8 空氣之濕度與露點空氣之濕度與露點 簡略空氣露點表1-13含水量溫度空氣的濕度 ( 或乾燥度 ) 可用露點或相對濕度來表示。因空氣之黏度與濕度成正比，故其黏度亦隨溫度上昇而增加。 n1. 濕度：濕度又可分為絕對濕度與相對濕度兩種表示。其定義為w2ww , max(

12、w)()(V)(g/m )(P )( )(P)100%空氣中水分之重量絕對濕度空氣之體積單位體積空氣中所含水分之重量濕空氣內水蒸氣之分壓相對濕度同一溫度飽和空氣中水蒸氣壓絕對濕度最高濕度2. 2. 露點：露點：露點係當飽和水蒸氣壓等於大氣中水蒸氣分壓時的溫度，亦是當物體表面受冷卻而水蒸氣開始凝結於表面時的溫度。1-9 空氣的流動空氣的流動 n1-9-1連續性定律連續性定律流量Q如下式表示：1122QA VA V 常數(1-7)穩定流穩定流，即在流路中的任一點的壓力、流動方向、流體密度 不發生變化地連續流動者稱之 ( 與時間無關 )。 流量公式：流量公式：式中Q：流量；A：管路截面積；V：流速。

13、此種關係成立者稱為連續性定律。Q= A V 1-9-2流速與壓力的關係流速與壓力的關係n柏努利定理柏努利定理 (Bernoullis theorem) (1-8)1-10順序控制順序控制 (SEQUENCY CONTROL) n順序控制，是自動控制裡的一支，乃自動化所不可或缺的技術，大家熟知的機械或家用電器的自動化中，均以順序控制技術來達成自動化之目的。在家裡常用的電器設施及一般人所熟悉者如電鍋、洗衣機、霓虹燈、交通號誌、自動售貨器、自動電梯、電話之自動接線、自動工具機、自動發電廠等等都應用順序控制，使其從啟動，切換動作，一直到停止工作，所有過程都以訊號來替代操作，完成自動控制的目的。 1-1

14、0-1順序控制的定義順序控制的定義n所謂順序控制係依據事先設計好的順序，逐項進行各階段的控制，依次將一階段動作完成後，進行下一階段的動作，直至完成各階段的控制。簡而言之，即依設計的順序，逐次完成各階段的控制。n或者如下之定義：將定性的控制與其必要的命令處理，使之自動地去操作。1-10-2順序控制的種類順序控制的種類順序控制時限控制順序控制條件控制記憶控制順序及其控制命令的發令時刻，依所定順序的控制進行至所定時刻的控制。僅記憶控制的順序，實施控制的時刻則由檢出器所供給的控制。綜合檢出的結果決定控制命令的控制。1-10-3順序控制系統之構成順序控制系統之構成作業命令控制命令操作訊號指示警報部門控制

15、部命令處理部門狀態控制對象檢出部門控制量檢訊出號順序控制系統之構成1-161-10-4順序控制順序控制系統應用在氣壓系統之對應組成系統應用在氣壓系統之對應組成n(一一) 氣壓產生機構氣壓產生機構n1.功能：功能：主要將電能或機械能轉換成氣體的壓力能。n2.構成組件構成組件n(1) 空氣壓縮機：將能量加於空氣，使之儲存於壓縮空氣中。n(2) 後冷卻器：將壓縮空氣之溫度 ( 露點 ) 降低，使之水蒸氣含量降低。n(3) 油水分離器：過濾壓縮空氣中之水分、油脂。n(4) 儲氣槽：儲存過濾過之壓縮空氣，供應系統穩定且連續之壓縮空氣。n(5) 乾燥器：把壓縮空氣中過多水蒸氣含量減少。n(6) 調理組：確

16、保進入系統內壓縮空氣之品質 ( 如清潔性、水蒸氣含量、調節壓力予以潤滑 ) 以利系統內活動機件順暢及減少摩擦之發生。氣壓控制機構氣壓產生機構氣壓致動機構控制命令機械能壓縮空氣壓縮空氣機械能檢出訊號1-17氣壓順序控制系統之組成n(二二) 氣壓控制機構氣壓控制機構n1.功能：功能：主要對氣壓系統內壓縮空氣之壓力、流量及方向加以適當控制，以利致動機構產生預期之動作及出力。n2.構成組件構成組件n(1)壓力控制閥：用以控制壓縮空氣之壓力大小，此與負載大小有關。n(2) 流量控制閥：用以控制壓縮空氣之流量大小，此與負載之速度快慢有關。n(3)方向控制閥：用以控制壓縮空氣之流動方向，此與負載之運動方向有

17、關。n(三三) 氣壓致動機構氣壓致動機構n1.功能：功能：經控制之壓縮空氣，可藉此致動機構，以機械的方式向外作功。n2.構成組件構成組件n(1) 氣壓缸：以直線的往復運動來作功，亦可配合齒輪或其他機械達成其他方式之運動。n(2) 氣壓馬達：以迴轉的圓周運動來作功。n(四四) 附屬機構附屬機構n為了使系統發揮其特定功能，除以上三類主要元件外，尚須其他附件來配合，如氣壓管、管路接頭 ( 快速接頭、T型接頭、十字型接頭)、消音器、壓力開關等。1-11氣壓控制所能應用之範圍氣壓控制所能應用之範圍 n1-11-1氣壓所能擔負之工作氣壓所能擔負之工作定向進給送料裝配組合作業旋轉分度閘門開關直線移位物料進給

18、位置控制旋轉帶料、桿條及線材之進料顆粒、粉粒及液體之劑量輸出分歧匯集選別定位退料物料運搬與操縱機械加工與檢驗車削加工刨削加工銑削加工鑽孔加工鋸削加工彎曲成型加工夾固、舉持精光加工 ( 包括搪、鉸、拋 等 )檢驗作業1-11-2氣壓在各行各業中可能應用之範圍氣壓在各行各業中可能應用之範圍n1.機械加工上利用氣壓技術的情形有：進料、夾緊、定位、迴轉、彎曲、衝壓、切削、孔、鑽孔、鉚接、裝配、量度、測試品管、剔退、集中、分類、搬運、計數、倉儲等。n2.鑄造工業利用氣壓技術的情形有：鑄件的噴砂處理、砂心起出器、堆放、搬運、成型、製鏌、爐門控制、鑄砂處理等。n3.營建 ( 採礦、砂石、水泥、攪拌 ) 利用氣壓技術的情形有：採礦、鋸切、振動、秤重、分類