2-1 氣壓基本概念 2-2 壓力之定義及使用單位 2-3 氣壓轉動的優缺點 第2章 氣壓系統基本原理介紹 2-1 氣壓基本概念 2-2 壓力之定義及使用單位 2-3 氣壓轉動的優缺點

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 氣壓學（pneumatics）一詞係源自希臘文「pneuma」，其含義為研究空氣運動及空氣現象的一門學問。亦即氣壓技術或氣壓學，又名為空氣壓，簡稱氣壓。 人類歷史上對於氣壓的利用自古即有，如風車使用於農田灌溉，帆船使用於海洋運輸等。時至今日氣壓的使用，已經非常活用及普及各行各業中，如電車、船舶、飛機等等，甚至身邊所看到公共汽車車門的啟閉等，有極多的控制機械都與氣壓發生了關係。目前國內之工業型態，已由勞力密集轉向技術密集，即工業不斷升級並提高生產力。

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 唯一可行途徑就是工業必須自動化，而工業自動化過程中，氣壓實為最重要之一環節。舉凡各種工具機，產業機械、機器中的自動控制，氣壓已成為不可或缺的重要能源與裝置。因此，今天我們已無法想像出，一旦近代的工廠缺少氣壓時其混亂之情形。利用氣壓的儀器在各種工業上已相當廣泛，因此氣壓實為目前工業之靈魂，與我們日常生活已有密切的關係。由於其經濟與方便的特性，未來的發展將無遠弗屆。故對氣壓的學習當是刻不容緩。 氣壓究竟有何特點：

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 1.在任何地方都可無限的獲得空氣能源。 2.在地球上任何地點只要設有空氣壓縮機，空氣就會產生壓力。 3.氣體的空氣沒有污染性，因此對人體、機器、材料不會有安全的顧慮，當然更沒有公害問題發生。 4.氣壓方式的自動化系統，除了清潔、安全及能源便宜之優點外，還有機器之構造簡單、小型，可做遠距離的操作、直線及迴轉運動容易、維護簡單、最適合使用微妙的操作等特點。 5.使用周圍環境不必特殊選擇，任何地方都可使用。 6.能與液壓、電氣、電子機械之能源配合使用，為自動化最有利的條件。

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 1.長度

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 2.面積 3.質量

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 4.力或重量

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 5.壓力(P) 6.體積

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 7.流量 8.基本單位:

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2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 V為體積。 溫度一積定時一定量氣體之壓力與容積之積為一定，亦即壓力與容成反比的關係，如圖 2-2所示，此處壓力為絕對壓力。

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2-1氣壓基本概念 T為溫度。 壓力不變時，一定質 量氣體的體積與溫度成正比 ，如圖 2-3所示。此處 T為 絕對溫度。 2-1 氣壓基本概念 T為溫度。 壓力不變時，一定質 量氣體的體積與溫度成正比 ，如圖 2-3所示。此處 T為 絕對溫度。

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 2- 3

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在等容情況下，一定量的氣體其絕對壓力與絕對溫度成正比，即： 2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 在等容情況下，一定量的氣體其絕對壓力與絕對溫度成正比，即： 將波以耳定理及查理給呂薩克定理合併為一式可得如下公式：

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 流體在管路中流動時，如圖 2-4所示。管路A1與A2的截面積不同，但在穩定流動的狀況下，其流經任一橫斷面的流量恆維持一定。此稱之為連續定理。以公式表示：

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 地球表面為厚厚一層空氣所覆蓋，近地球表面較濃厚，離地球表面越高愈薄，一直擴及 1000公里之上空圍繞於地球之氣體稱之為大氣。地球表面至 15公里所具有的氣體稱為空氣，如圖 2-5所示。空氣主要是由氧與氮以 1：4之比例混合存在著，亦含有少量的其他氣體，如Ar、CO2及其他組合而成，如表 2-8所示。

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 空氣中除了塵埃、鹽之結晶、灰燼、二氧化硫等飄浮物之微粒外，尚含有水分，在 1atm（標準大氣壓力）之壓力下每立方米（m3）空氣中所含的水量多寡，稱之為濕度亦即絕對濕度。而在日常生活中所謂之“濕度”並非指絕對濕度，而是指相對濕度而言。即濕空氣中當時所含之水蒸氣量與其溫度之飽和水蒸氣之比 100倍以 %表示。其公式如下所示。

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 絕對濕度：為 1Nm3空氣中所含的水量 （Nm3 Normal m3常態立方米） 常態：指溫度 0℃絕對壓力 760 mm-Hg狀況下之 乾燥空氣 飽和含水量：為 1Nm3空氣在所述溫度下能夠吸 收水分的量，亦即最大含水量 露點：是指在規定的空氣壓力下，當溫度一直下 降到成為飽和狀態時，水蒸氣開始凝結那 一剎那的溫度，此時的溫度稱為該空氣的 露點。飽和含水量與溫度關係密切，其關 係如圖 2-6所示

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2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 2- 4

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2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念 時至今日，氣壓的使用已非常活用而遍及各行各業，如電車、船舶、飛機、太空船及身邊所看到之公車車門的啟閉…等，似乎所有能動的東西都與氣壓發生了關係。 尤其是在企業界之生產線，氣壓已成為絕對不可缺少之重要能源和裝置，衡量產品之大量生產及產品之要求均一等因素，所以必須著眼於如何補救勞動力不足。 在危險作業環境中，取代人員的操作，以及由單調的反覆作業來約束高效率之勞動意願。氣壓在任何產業上已扮演了低成本自動化的角色，氣壓與我們人生活有密切關係的成長，寄望將來能有更大的成長。由上所述知，氣壓已非常活用及遍及各行業，下面我們將簡單敘述氣壓在基本上之使用處所。

2-1氣壓基本概念 2-1 氣壓基本概念

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2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 義大利托利節利氏（Torrlicelli）曾做圖 2-7的實驗。發現一盛裝水銀的封閉管倒置於一水銀槽時，管中水銀柱將僅落下一段距離而已，而沒有全部落入槽中，此乃由於受大氣壓力的作用，經測量為 760 mm-Hg，而以此為標準氣體壓力，而決定此壓力為一大氣壓或稱為 1atm。

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 圖2-8之打氣筒，當在使用它時起初打入空氣時並不覺得重，但漸漸的變圖2-8之打氣筒，當在使用它時起初打入空氣時並不覺得重，但漸漸的變重，什麼原因呢？此乃由於有空氣壓力的感覺。 空氣壓力究竟是什麼？ 空氣是由多數分子組合而成，當打氣筒押下時，會將空氣壓縮分子相碰撞，單位體積之分子數會因而增加，因此打擊於筒壁之分子衝擊數也會增加，則壓力會上升。所以一般定義為單位截面積所受的力稱為壓力，以數學式表示如下： 2-2 壓力之定義及使用單位

2-2壓力之定義及使用單位 根據不同的壓力計算方式而有各不同的壓力單位表示，常用壓力單位有： 2-2 壓力之定義及使用單位

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 2- 5

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 2- 5

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 2- 6

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 2- 6

2-2壓力之定義及使用單位 2-2 壓力之定義及使用單位 空氣因分子互相碰撞而產生壓力，如果沒有分子會產生什麼情況，當然不會產生壓力。換句話說，完全真空狀態時的壓力是零，以絕對零壓為標準者稱為絕對壓力，如圖 2-9所示。

2-2壓力之定義及使用單位 地球上因有大氣壓力，故工業上大部分是以大氣壓力為基準，以大氣壓力作為基準者稱之為錶壓力。其三者間之關係如下： 2-2 壓力之定義及使用單位 地球上因有大氣壓力，故工業上大部分是以大氣壓力為基準，以大氣壓力作為基準者稱之為錶壓力。其三者間之關係如下：

2-3氣壓傳動的優缺點 2-3 氣壓轉動的優缺點 利用氣壓作動力，因甚為方便，所以在近幾年來，成長非常快，廣為工業界所採用，特別是在自動化機器上，氣壓實在是扮演極重要的地位，除了 2-1節所示之特點外，尚有如下之優缺點。 1.輸出調整容易：“力” F=P×A（壓力×面積），所以調整輸出力量，僅須調整調壓閥的壓力即可。

2-3氣壓傳動的優缺點 2-3 氣壓轉動的優缺點 2.速度調整容易，可無段變速：氣體流量 Q=A×（面積×速度），要調整氣壓缸的速度只要加裝一流量調整閥，以調整其進氣量或排氣量，即可使速度變化。 3.能安全而勝任衝擊過負載：空氣本身是可以被壓縮的氣體，衝擊的過負載力量可在氣筒內由空氣壓縮來吸收衝擊力，而不造成損壞。 4.能高速作動：空氣的黏性較小，在配管的過程中壓力降小，而且流速快，所以能高速作動。 5.能源可以儲存：只要有一個儲氣槽，即能簡單而又方便儲存能源。

6.對溫度的影響較小無爆發或著火的顧慮：氣壓對溫度的影響比較小，不會有爆炸及著火的顧慮，所以比較安全。 2-3氣壓傳動的優缺點 2-3 氣壓轉動的優缺點 6.對溫度的影響較小無爆發或著火的顧慮：氣壓對溫度的影響比較小，不會有爆炸及著火的顧慮，所以比較安全。 7.不必要高深的學識亦可使用：不必具備高深的學識，只要有興趣，就可以使用氣壓機器。 當然氣壓並不是只有優點而已，它也有以下幾點缺點： 1.精確速度控制有困難：由於氣體之可壓縮性，對於速度及任意點定位精確度較差，但近年來已發展出定位的單元可克服上述困難。 2.信號傳遞較電氣慢：長距離的傳送宜用電氣控制（10 m以上）。

2-3氣壓傳動的優缺點 2-3 氣壓轉動的優缺點 3.慢速不穩定：慢速時會震動，不宜做車、削、磨之機械加工，但若能與液壓結合使用，利用壓縮空氣做動力，推動液壓油前進即可達到液壓穩定的效果。 4.動力小：一般氣壓只可在一定輸出條件下使用方為經濟，約 7 kgf/cm2（686 kPa），其可產生的力量約在 2.5t～3t左右，當然超過此力量的氣壓缸也可以做。但由於使用壓縮空氣量大成本較高，所以超過 3t以上之力量一般以液壓為主。 5.排氣有噪音。