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1-1 氣壓控制系統之訊號流程

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。

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1-1 氣壓控制系統之訊號流程

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  1. 1-1 氣壓控制系統之訊號流程

  2. 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1~2 m/s；但如用特殊氣缸可提高至10 m/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。

  3. 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。

  4. (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6 bar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。

  5. 1- 3 氣壓系統之經濟效益

  6. 1- 4漏氣對氣壓系統之影響

  7. 1-1 1- 5氣壓控制所應用之基本物理原理 空氣的組合成分 ( 在標準狀態下 )

  8. 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。

  9. 1-4 1-5 • 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 (Atmospheric pressure) 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。 一大氣壓 氣壓計

  10. 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 。

  11. 1-6 4.壓力的表示法 ( 絕對壓力與錶壓力 )： 錶壓力和絕對壓力

  12. 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0.5~500 mbar，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1~4 bar，為有移動另件之邏輯元件。 • 3. 常壓系統：壓力範圍在3~8 bar之間，最常用應為5~6 bar，出力在 以下。 • 4. 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。而氣壓系統最經濟的使用壓力範圍為6 bar左右。

  13. 1-7 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 (1-1) 波義耳定律圖示 ( 等溫變化 )

  14. 1- 8 (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) (1-3) 等壓變化

  15. (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)

  16. (四) 理想氣體定理 ( 氣體狀態方程式 ) 或波義耳 - 查理定律

  17. 1-11 (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 的關係進行變化 ，故有 (1-6) 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 )， 。 絕熱過程

  18. (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。

  19. 1-13 1- 8 空氣之濕度與露點 簡略空氣露點表

  20. 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。

  21. 1-9 空氣的流動 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 )。 • 1-9-1　連續性定律 流量Q如下式表示： (1-7)

  22. 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。

  23. 1-9-2　流速與壓力的關係 • 柏努利定理 (Bernoulli’s theorem) (1-8)

  24. 1-10順序控制 (SEQUENCY CONTROL) • 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。

  25. 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。」

  26. 1-10-2　順序控制的種類

  27. 1-16 1-10-3　順序控制系統之構成 順序控制系統之構成

  28. 1-10-4　順序控制系統應用在氣壓系統之對應組成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。

  29. 1-17 氣壓順序控制系統之組成

  30. (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。

  31. (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。

  32. 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

  33. 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。

  34. Finish

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