(-气体状态方程式)-或波义耳-查理定律(五)-绝热过程变化

(-气体状态方程式)-或波义耳--查理定律(五)-绝热过程变化第一页，编辑于星期六：七点二十九分。第1页，共41页。第二页，编辑于星期六：七点二十九分。第2页，共41页。1-1 氣壓控制系統之訊號流程

第三页，编辑于星期六：七点二十九分。第3页，共41页。第四页，编辑于星期六：七点二十九分。第4页，共41页。1-2氣壓系統之特性

(一) 優點1.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。2.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。3.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)。4.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，如此壓力脈動少、流量穩定。5.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1~2m/s；但如用特殊氣缸可提高至10m/s。6.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。第五页，编辑于星期六：七点二十九分。第5页，共41页。7.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。8.調整性：氣壓驅動元件之速度及壓力調整，可用流量控制閥及壓力控制閥調整，而且調整的方式簡便。9.構造簡單：氣壓元件構造簡單、使用壽命長。10.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。11.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。12.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。第六页，编辑于星期六：七点二十九分。第6页，共41页。(二)缺點1.成本較高：壓縮空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。2.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。3.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。4.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。5.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6bar的工作壓力及出力在以內。6.排氣噪音大：壓縮空氣於排放時，會發出相當大的聲音，須以消音器來減少噪音的產生。第七页，编辑于星期六：七点二十九分。第7页，共41页。1-3氣壓系統之經濟效益

第八页，编辑于星期六：七点二十九分。第8页，共41页。1-4漏氣對氣壓系統之影響

第九页，编辑于星期六：七点二十九分。第9页，共41页。第十页，编辑于星期六：七点二十九分。第10页，共41页。1-5氣壓控制所應用之基本物理原理

1-1空氣的組合成分(在標準狀態下)第十一页，编辑于星期六：七点二十九分。第11页，共41页。1-5-2與氣壓有關之物理量(一)牛頓運動定律(二)壓力之定義、單位及表示法定義：單位面積所承受的力稱為壓力，其大小取於力或面積。

第十二页，编辑于星期六：七点二十九分。第12页，共41页。2.

何謂大氣壓力：在地球表面上環繞一很厚的大氣層。大氣壓力(Atmosphericpressure)即大氣中之空氣因其重量而生之壓力。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。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。1-41-5一大氣壓氣壓計第十三页，编辑于星期六：七点二十九分。第13页，共41页。3.單位(1) 在國際單位系統中的絕對壓力(2)工程氣壓或技術氣壓(at)：在工程技術系統中的絕對壓力(3) 物理大氣壓或大氣壓(atm)：在物理單位系統中的絕對壓力(4) mm或m水柱高[mmWS(或mWS)](5) mm水銀柱高(mmHg)：相當於壓力的Torr單位正常狀態下之體積單位都加註符號N”(Normal)，如。第十四页，编辑于星期六：七点二十九分。第14页，共41页。4.壓力的表示法(絕對壓力與錶壓力)：

1-6錶壓力和絕對壓力第十五页，编辑于星期六：七点二十九分。第15页，共41页。1-6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：

1.低壓系統：壓力範圍從0.5~500mbar，為無移動另件之氣壓邏輯元件──流子。2.中壓系統：壓力範圍從1~4bar，為有移動另件之邏輯元件。3.常壓系統：壓力範圍在3~8bar之間，最常用應為5~6bar，出力在以下。4.高壓系統：壓力範圍在10bar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。而氣壓系統最經濟的使用壓力範圍為6bar左右。第十六页，编辑于星期六：七点二十九分。第16页，共41页。第十七页，编辑于星期六：七点二十九分。第17页，共41页。第十八页，编辑于星期六：七点二十九分。第18页，共41页。1-7與氣壓相關之重要定律

(一)波義耳(Boyle-Mariotte)定律(等溫變化)「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(等溫變化)(1-1)

1-7第十九页，编辑于星期六：七点二十九分。第19页，共41页。(二)查理(J.Charles)定理(等壓變化)

「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。」(1-2)等壓變化

1-8(1-3)

第二十页，编辑于星期六：七点二十九分。第20页，共41页。(三)給呂薩克(Gay-Lussac’s)定律(等容變化)

「體積不變，等量的氣體其絕對壓力與絕對溫度成正比。」

(1-4)第二十一页，编辑于星期六：七点二十九分。第21页，共41页。(四)理想氣體定理(氣體狀態方程式)或波義耳-查理定律

第二十二页，编辑于星期六：七点二十九分。第22页，共41页。(五)絕熱過程變化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)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)，故有絕熱過程

1-11第二十三页，编辑于星期六：七点二十九分。第23页，共41页。(六)多向變化(Polytropic)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。第二十四页，编辑于星期六：七点二十九分。第24页，共41页。1-8空氣之濕度與露點

簡略空氣露點表1-13第二十五页，编辑于星期六：七点二十九分。第25页，共41页。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。

1.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2.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。第二十六页，编辑于星期六：七点二十九分。第26页，共41页。1-9空氣的流動

1-9-1連續性定律流量Q如下式表示：

(1-7)

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)。第二十七页，编辑于星期六：七点二十九分。第27页，共41页。流量公式：式中Q：流量；A：管路截面積；V：流速。此種關係成立者稱為連續性定律。第二十八页，编辑于星期六：七点二十九分。第28页，共41页。1-9-2流速與壓力的關係柏努利定理(Bernoulli’stheorem)(1-8)第二十九页，编辑于星期六：七点二十九分。第29页，共41页。1-10順序控制(SEQUENCYCONTROL)

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。第三十页，编辑于星期六：七点二十九分。第30页，共41页。1-10-1順序控制的定義所謂順序控制「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。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。」第三十一页，编辑于星期六：七点二十九分。第31页，共41页。1-10-2順序控制的種類

第三十二页，编辑于星期六：七点二十九分。第32页，共41页。1-10-3順序控制系統之構成順序控制系統之構成1-16第三十三页，编辑于星期六：七点二十九分。第33页，共41页。1-10-4順序控制系統應用在氣壓系統之對應組成(一) 氣壓產生機構1.功能：主要將電能或機械能轉換成氣體的壓力能。2.構成組件(1) 空氣壓縮機：將能量加於空氣，使之儲存於壓縮空氣中。(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。(3) 油水分離器：過濾壓縮空氣中之水分、油脂。(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。(5) 乾燥器：把壓縮空氣中過多水蒸氣含量減少。(6) 調理組：確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。第三十四页，编辑于星期六：七点二十九分。第34页，共41页。1-17氣壓順序控制系統之組成第三十五页，编辑于星期六：七点二十九分。第35页，共41页。(二) 氣壓控制機構1.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。2.構成組件(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。(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。(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關。第三十六页，编辑于星期六：七点二十九分。第36页，共41页。(三) 氣壓致動機構1.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。2.構成組件(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。(2) 氣壓馬達：以迴轉的圓周運動來作功。(四) 附屬機構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。第三十七页，编辑于星期六：七点二十九分。第37页，共41页。1-11氣壓控制所能應用之範圍

1-11-1氣壓所能擔負之工作第三十八页，编辑于星期六：七点二十九分。第38页，共41页。1-11-2氣壓在各行各業中可能應用之範圍1.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。2.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。3.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、搬運、拌合……等。4.汽車工業上利用氣壓技術的情形有：除了機械加工中使用的外，尚有鈑金(成型)、噴