(气体状态方程式)-或波义耳--查理定律(五)-绝热过程变化

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1、 1 1氣壓控制系統之訊號流程 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

2、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 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

3、 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 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

4、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 1 3氣壓系統之經濟效益 1 4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 1 1 空氣的組合成分 在標準狀態下 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 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

5、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 4 1 5 一大氣壓 氣壓計 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 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 1 6氣壓系統所使用的壓力範圍 氣壓

6、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 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

7、1 1 7 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 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 四 理想氣體定理 氣體狀態方程式 或波義耳 查理定律 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 六 多向變化 Polytropic 過程 實際上 在空氣壓縮的情況 一

8、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 簡略空氣露點表 1 13 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 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

9、時間無關 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 1 9 2流速與壓力的關係 柏努利定理 Bernoulli stheorem 1 8 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 1 10

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 1 10 2順序控制的種類 1 10 3順序控制系統之構成 順序控制系統之構成 1 16 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

11、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 1 17 氣壓順序控制系統之組成 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

12、方向 此與負載之運動方向有關 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 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 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

13、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 噴漆塗裝 剎車 車門開關 等 5 造紙及印刷工業利用氣壓技術的情形有 進給器 夾緊器 剪裁 衝壓 捆包 摺痕 壓浮雕 印刷機推進 上墨 滾輪位置調整 等 6 食品及飲料工業利用氣壓技術的情形有 儲倉門之控制 劑量及秤重機控制 包裝 輸送 裝瓶 搬運 分

14、類 打字品管 印標籤 計數 封蓋 封罐 等 7 農業利用氣壓技術的情形有 耕耘機 穀物保護 烘乾 搬運 舉昇 通風 清潔處理 剪毛 屠宰 割剪 分級 給料 劑量 包裝 等 8 公益設施利用氣壓技術的情形有 通風 遙控操作 測試 量測 下水道處理 送料 等 9 石化工業利用氣壓技術的情形有 給料 滾輪位置調整 攪拌 秤重 包裝 成型 製程系統控制 等 10 塑膠及橡膠工業利用氣壓技術的情形有 物料輸送 閥瓣操作 儲倉 剪切 合模 塑造 焊接 帶料監視 滾輪調整 成型 測試 等 11 石材 陶瓷 玻璃工業利用氣壓技術的情形有 鋸切 成形機驅動 儲倉門控制 振動 輸送搬運 推送 分送 等 12 紡織工業利用氣壓技術的情形有 通風 進料 剪裁 堆積 壓花 打結機 紗束包裝機 花樣卡進給器 等 Finish