(-氣體狀態(tài)方程式)-或波義耳--查理定律(五)-絕熱過程變化

1、第一頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-1氣壓控制系統(tǒng)之訊號(hào)流程 第二頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。第三頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 2 氣壓系統(tǒng)之特性氣壓系統(tǒng)之特性 n( (一一) ) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)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(shù)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(xiǎn)，因此不需加裝昂貴的防爆設(shè)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(dāng)長的距離 ( 一般在100公尺之內(nèi) )。n4. 4. 儲(chǔ)存容易：儲(chǔ)存容易：壓縮空氣可儲(chǔ)存於儲(chǔ)氣器 (

2、reservoir) 中，再由此容器送出壓縮空氣至所須場所，如此壓力脈動(dòng)少、流量穩(wěn)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(fù)載安全：過負(fù)載安全：氣動(dòng)工具與操作構(gòu)件，可以負(fù)載到無法推動(dòng)為止，因系統(tǒng)的壓力不會(huì)無限制的增加 ( 即達(dá)調(diào)壓器所設(shè)定的壓力自動(dòng)將多餘的壓縮空氣排出，使不致超壓 )，故即使超載，也無危險(xiǎn)顧慮。第四頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。n7. 7. 清潔性：清潔性：壓縮空氣在使用前皆經(jīng)過調(diào)理故非常清潔。不會(huì)在工具或材料上留下殘垢，而所排放出之壓縮空氣，亦不

3、會(huì)造成污染，故不像液壓油須回收因而可節(jié)省回程管路之裝配費(fèi)用。n8. 8. 調(diào)整性：調(diào)整性：氣壓驅(qū)動(dòng)元件之速度及壓力調(diào)整，可用流量控制閥及壓力控制閥調(diào)整，而且調(diào)整的方式簡便。n9. 9. 構(gòu)造簡單：構(gòu)造簡單：氣壓元件構(gòu)造簡單、使用壽命長。n10. 10. 行程可調(diào)整：行程可調(diào)整：利用極限開關(guān)或調(diào)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(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)：可直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)：欲產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，不需經(jīng)由如迴轉(zhuǎn)臂、凸輪、螺桿等機(jī)械構(gòu)件轉(zhuǎn)換，直接使用氣壓缸即可達(dá)成，不須繁雜之機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。n12. 12. 操作溫度：操作溫度：壓縮空氣的操作範(fàn)圍相當(dāng)廣泛，對(duì)於溫度之變化並

4、不敏感，黏性因素可忽略，但在低溫高濕度處，則有結(jié)冰之顧慮。第五頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。(二二)缺點(diǎn)缺點(diǎn)n1. 成本較高：成本較高：壓縮空氣必須經(jīng)由製造方能產(chǎn)生，而此所使用的製造設(shè)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(fā)生裂口或管路接頭鬆動(dòng)，則會(huì)迅速?zèng)?，造成能源浪費(fèi)，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(wěn)定與均一，因此不適於精確進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(zhì)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(yè)範(fàn)圍：作業(yè)範(fàn)圍：基於經(jīng)濟(jì)利益前提下

5、，僅在某一工作壓力以下方為經(jīng)濟(jì)，一般限制在6 bar的工作壓力及出力在以內(nèi)。n6. 排氣噪音大：排氣噪音大：壓縮空氣於排放時(shí)，會(huì)發(fā)出相當(dāng)大的聲音，須以消音器來減少噪音的產(chǎn)生。第六頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 3 氣壓系統(tǒng)之經(jīng)濟(jì)效益氣壓系統(tǒng)之經(jīng)濟(jì)效益 第七頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 4漏氣對(duì)氣壓系統(tǒng)之影響漏氣對(duì)氣壓系統(tǒng)之影響 第八頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。第九頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 5氣壓控制所應(yīng)用之基本物理原理氣壓控制所應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 )第十頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-

6、5-2與氣壓有關(guān)之物理量與氣壓有關(guān)之物理量(一一) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律Fmamg力質(zhì)量加速度或Fmamg力質(zhì)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 第十一頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。n2. 何謂大氣壓力：何謂大氣壓力：在地球表面上環(huán)繞一很厚的大氣層。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

7、圖1-4所示。n測量大氣壓力可用氣壓計(jì) (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(jì) 第十二頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。3. 單位單位n(1) 在國際單位系統(tǒng)中的絕對(duì)壓力n(2) 工程氣壓或技術(shù)氣壓 (at)：在工程技術(shù)系統(tǒng)中的 絕對(duì)壓力n(3) 物理大氣壓或大氣壓 (atm)：在物理單位系統(tǒng)中的 絕對(duì)壓力n(4)mm或m水柱高 mmWS ( 或mWS)n(5) mm水銀柱高 (mmHg)：相當(dāng)於壓力的Torr單位n正常狀態(tài)下

8、之體積單位都加註符號(hào)N”(Normal)，如 。Pascal (Pa)(bar)巴N /min ,A.N.R.第十三頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。4.壓力的表示法壓力的表示法 ( 絕對(duì)壓力與錶壓力絕對(duì)壓力與錶壓力 )： 0200300 400500760600100壓力計(jì)的刻度絕對(duì)壓力12fPkg /cm壓力計(jì)(0)此時(shí)的大氣壓錶壓力VP()真空壓力錶壓力真空計(jì)的刻度(0)完全真空絕對(duì)壓力2PmmHg真空計(jì)氣壓計(jì)的讀數(shù)絕對(duì)壓力02040 6080100Pg錶壓力1-6錶壓力和絕對(duì)壓力第十四頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 6氣壓系統(tǒng)所使用的壓力範(fàn)圍氣壓系統(tǒng)所使用的壓力範(fàn)圍 氣壓控制系

9、統(tǒng)依所使用的壓力範(fàn)圍，可作如下分類：氣壓控制系統(tǒng)依所使用的壓力範(fàn)圍，可作如下分類： n1. 低壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：壓力範(fàn)圍從0.5500 mbar，為無移動(dòng)另件之氣壓邏輯元件 流子。 n2. 中壓系統(tǒng)：中壓系統(tǒng)：壓力範(fàn)圍從14 bar，為有移動(dòng)另件之邏輯元件。n3. 常壓系統(tǒng)：常壓系統(tǒng)：壓力範(fàn)圍在38 bar之間，最常用應(yīng)為56 bar，出力在 以下。n4. 高壓系統(tǒng)：高壓系統(tǒng)：壓力範(fàn)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(tǒng)或液 - 氣組合的裝置。而氣壓系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)的使用壓力範(fàn)圍為6 bar左右。f3000 kg第十五頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。第十六頁，編輯于星

10、期一：七點(diǎn) 三十二分。第十七頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 7與氣壓相關(guān)之重要定律與氣壓相關(guān)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(duì)壓力成反比。本定律適用於低壓範(fàn)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(shù)(1-1) 1-7第十八頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。(二二) 查理查理 (J. Charles) 定理定理 ( 等壓變化等壓變化 )n當(dāng)壓力保持一定時(shí)，一定量之氣體體積，與其所處之絕對(duì)溫度成正比。 1122

11、(TK)VTKC273VT ：凱氏溫標(biāo)(1-2)1V2VPPCV等壓變化 1- 812121VVV(TT )273(1-3) 第十九頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。(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(duì)壓力與絕對(duì)溫度成正比。 2211PTPT2211PTPT(1-4)第二十頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。(四四) 理想氣體定理理想氣體定理 ( 氣體狀態(tài)方程式氣體狀態(tài)方程式 ) 或波義耳或波義耳 - 查理定律查理定律第二十一頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。(五五) 絕熱過程變化絕熱過程變化kPVCk 1k 1k

12、221112TPVTPV5k3222O , N , H ,7k =1.45此種變化是無熱量出入系統(tǒng)，而變化中的空氣之熵為定值而無增減。此過程是以對(duì)單原子氣體 ( 如惰性氣體 ) 而言，對(duì)雙原子氣體而言 ( 一般常見之氣體，如)，。的關(guān)係進(jìn)行變化(1-6)，故有PVkPVC絕熱過程 1-11第二十二頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。(六六) 多向變化多向變化 (Polytropic) 過程過程實(shí)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(tài)進(jìn)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。 第二十三頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1- 8 空氣

13、之濕度與露點(diǎn)空氣之濕度與露點(diǎn) 簡略空氣露點(diǎn)表1-13含水量溫度第二十四頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分?？諝獾臐穸?( 或乾燥度 ) 可用露點(diǎn)或相對(duì)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(duì)濕度與相對(duì)濕度兩種表示。其定義為w2ww , max(w)()(V)(g/m )(P )( )(P)100%空氣中水分之重量絕對(duì)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(nèi)水蒸氣之分壓相對(duì)濕度同一溫度飽和空氣中水蒸氣壓絕對(duì)濕度最高濕度2. 2. 露點(diǎn)：露點(diǎn)：露點(diǎn)係當(dāng)飽和水蒸氣壓等於大氣中水蒸氣分壓時(shí)的溫度，亦是當(dāng)物體表面受冷卻而水蒸氣開始凝結(jié)於表

14、面時(shí)的溫度。第二十五頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-9 空氣的流動(dòng)空氣的流動(dòng) n1-9-1連續(xù)性定律連續(xù)性定律流量Q如下式表示：1122QA VA V 常數(shù)(1-7)穩(wěn)定流穩(wěn)定流，即在流路中的任一點(diǎn)的壓力、流動(dòng)方向、流體密度 不發(fā)生變化地連續(xù)流動(dòng)者稱之 ( 與時(shí)間無關(guān) )。 第二十六頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。流量公式：流量公式：式中Q：流量；A：管路截面積；V：流速。此種關(guān)係成立者稱為連續(xù)性定律。Q= A V 第二十七頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-9-2流速與壓力的關(guān)係流速與壓力的關(guān)係n柏努利定理柏努利定理 (Bernoullis theorem) (1-8)第二十八頁，

15、編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-10順序控制順序控制 (SEQUENCY CONTROL) n順序控制，是自動(dòng)控制裡的一支，乃自動(dòng)化所不可或缺的技術(shù)，大家熟知的機(jī)械或家用電器的自動(dòng)化中，均以順序控制技術(shù)來達(dá)成自動(dòng)化之目的。在家裡常用的電器設(shè)施及一般人所熟悉者如電鍋、洗衣機(jī)、霓虹燈、交通號(hào)誌、自動(dòng)售貨器、自動(dòng)電梯、電話之自動(dòng)接線、自動(dòng)工具機(jī)、自動(dòng)發(fā)電廠等等都應(yīng)用順序控制，使其從啟動(dòng)，切換動(dòng)作，一直到停止工作，所有過程都以訊號(hào)來替代操作，完成自動(dòng)控制的目的。 第二十九頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-10-1順序控制的定義順序控制的定義n所謂順序控制係依據(jù)事先設(shè)計(jì)好的順序，逐項(xiàng)進(jìn)行各階段的控

16、制，依次將一階段動(dòng)作完成後，進(jìn)行下一階段的動(dòng)作，直至完成各階段的控制。簡而言之，即依設(shè)計(jì)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(dòng)地去操作。第三十頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-10-2順序控制的種類順序控制的種類順序控制時(shí)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(fā)令時(shí)刻，依所定順序的控制進(jìn)行至所定時(shí)刻的控制。僅記憶控制的順序，實(shí)施控制的時(shí)刻則由檢出器所供給的控制。綜合檢出的結(jié)果決定控制命令的控制。第三十一頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-10-3順序控制系統(tǒng)之構(gòu)成順序控制系統(tǒng)之構(gòu)成作業(yè)命令控制命令操作訊號(hào)指示警報(bào)部門控制部命令處

17、理部門狀態(tài)控制對(duì)象檢出部門控制量檢訊出號(hào)順序控制系統(tǒng)之構(gòu)成1-16第三十二頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-10-4順序控制順序控制系統(tǒng)應(yīng)用在氣壓系統(tǒng)之對(duì)應(yīng)組成系統(tǒng)應(yīng)用在氣壓系統(tǒng)之對(duì)應(yīng)組成n(一一) 氣壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)氣壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)n1.功能：功能：主要將電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體的壓力能。n2.構(gòu)成組件構(gòu)成組件n(1) 空氣壓縮機(jī)：將能量加於空氣，使之儲(chǔ)存於壓縮空氣中。n(2)後冷卻器：將壓縮空氣之溫度 ( 露點(diǎn) ) 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(chǔ)氣槽：儲(chǔ)存過濾過之壓縮空氣，供應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定且連續(xù)之壓縮空氣。n(5) 乾燥器：把壓縮空氣中過多水蒸氣

18、含量減少。n(6) 調(diào)理組：確保進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣之品質(zhì) ( 如清潔性、水蒸氣含量、調(diào)節(jié)壓力予以潤滑 ) 以利系統(tǒng)內(nèi)活動(dòng)機(jī)件順暢及減少摩擦之發(fā)生。第三十三頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。氣壓控制機(jī)構(gòu)氣壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)氣壓致動(dòng)機(jī)構(gòu)控制命令機(jī)械能壓縮空氣壓縮空氣機(jī)械能檢出訊號(hào)1-17氣壓順序控制系統(tǒng)之組成第三十四頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。n(二二) 氣壓控制機(jī)構(gòu)氣壓控制機(jī)構(gòu)n1.功能：功能：主要對(duì)氣壓系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣之壓力、流量及方向加以適當(dāng)控制，以利致動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生預(yù)期之動(dòng)作及出力。n2.構(gòu)成組件構(gòu)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(fù)載大小有關(guān)。n(2) 流量控制閥：用以控

19、制壓縮空氣之流量大小，此與負(fù)載之速度快慢有關(guān)。n(3)方向控制閥：用以控制壓縮空氣之流動(dòng)方向，此與負(fù)載之運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。第三十五頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。n(三三) 氣壓致動(dòng)機(jī)構(gòu)氣壓致動(dòng)機(jī)構(gòu)n1.功能：功能：經(jīng)控制之壓縮空氣，可藉此致動(dòng)機(jī)構(gòu)，以機(jī)械的方式向外作功。n2.構(gòu)成組件構(gòu)成組件n(1) 氣壓缸：以直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來作功，亦可配合齒輪或其他機(jī)械達(dá)成其他方式之運(yùn)動(dòng)。n(2) 氣壓馬達(dá)：以迴轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)來作功。n(四四) 附屬機(jī)構(gòu)附屬機(jī)構(gòu)n為了使系統(tǒng)發(fā)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(guān)等。第三

20、十六頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-11氣壓控制所能應(yīng)用之範(fàn)圍氣壓控制所能應(yīng)用之範(fàn)圍 n1-11-1氣壓所能擔(dān)負(fù)之工作氣壓所能擔(dān)負(fù)之工作定向進(jìn)給送料裝配組合作業(yè)旋轉(zhuǎn)分度閘門開關(guān)直線移位物料進(jìn)給位置控制旋轉(zhuǎn)帶料、桿條及線材之進(jìn)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(yùn)搬與操縱機(jī)械加工與檢驗(yàn)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(yàn)作業(yè)第三十七頁，編輯于星期一：七點(diǎn) 三十二分。1-11-2氣壓在各行各業(yè)中可能應(yīng)用之範(fàn)圍氣壓在各行各業(yè)中可能應(yīng)用之範(fàn)圍n1.機(jī)械加工上利用氣壓技術(shù)的情形有：進(jìn)料、夾緊、定位、迴轉(zhuǎn)、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(yùn)、計(jì)數(shù)、倉儲(chǔ)等。n2.