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3、壓縮空氣的理論
單位
對氣壓傳動實際應用而言，有必要掌握關于空氣的自然規律和通用的物理量綱。
雖然，自1960年以來國際單位已被全世界所接受，但在美國、英國和日本仍很大范圍內使用英制單位。
8用於氣動的SI單位制8 | ||||
量 | 符號 | SI制 | 名稱 | 附注 |
1、基本單位 | ||||
品質 | m | Kg | 千克 | |
長度 | s | m | 米 | |
時間 | t | s | 秒 | |
絕對濕度 | T | K | 絕對溫度 | 0℃＝273.16K |
濕度（攝氏） | t，θ | ℃ | 攝氏濕度 | |
2、導出單位 | ||||
半徑 | r | m | 米 | |
角度 | α,β,γ,δ,ε,φ | l | 弧度（m/n） | |
面積、載面積 | A,S | m2 | 平方米 | |
體積 | V | m3 | 立方米 | |
速度 | v | ms-1 | 米每秒 | |
角速度（轉速） | ω | s-1 | 弧度每秒 | |
加速度 | a | ms-2 | 米每秒平方 | |
轉動慣量 | J | m2Kg | ||
力 | F | N | 牛頓 | =kg·ms-2 |
重量 | G | N | 重力加速度 | 9.80665ms-2 |
功 | W | J | 焦耳＝牛頓米 | =kg·ms2s-2 |
勢能（位能） | E,W | J | 焦耳 | |
動能 | E,W | J | 焦耳 | 0.5mv2 |
扭矩 | M | J | 焦耳 | |
功率 | P | W | 瓦特 | J.S-1 |
3、與壓縮空氣相關的單位 | ||||
壓力 | P | Pa | 帕斯卡 | =N.m-2 |
標準體積 | Vn | mn3 | 標準立方米 | 在q=0℃ P=760mmHg |
體積流量 | Q | mn3s-1 | 標準立方米每秒 | |
能量、功 | E,W | N·m | 焦耳 | Pa.m3=N.m |
功率 | P | W | 瓦特 | p.Q=N.m.S-1=W |
為了命名比上述基本單位大或小十次方的單位，出現了許多加在前面的序數，列表如下。
加在十次方倍數前面的序數 | |||||
次方 | 序數名稱 | 符號 | 次方 | 序數名稱 | 符號 |
10-1 | 分 | d | 101 | 十 | da |
10-2 | 厘 | c | 102 | 百 | h |
10-3 | 毫 | m | 103 | 千 | k |
10-6 | 微 | μ | 106 | 兆 | M |
非公制單位
下表列出了公制單位和英制單位的換算關系。
量 | 公制 | 英制（e） | 係數m-->e | 係數e-->m |
品質 | Kg | 磅 | 2.205 | 0.4535 |
g | 盎司（英兩） | 0.03527 | 28.3527 | |
長度 | m | 英尺 | 3.281 | 0.3048 |
m | 碼 | 1.094 | 0.914 | |
mm | 英寸 | 0.03937 | 25.4 | |
溫度 | ℃ | oF | 1.8℃+32 | (oF-32)/1.8 |
面積 | m2 | 平方英尺 | 10.76 | 0.0929 |
cm2 | 平方英寸 | 0.155 | 6.4516 | |
體積 | m3 | 立方碼 | 1.308 | 0.7645 |
cm3 | 立方英寸 | 0.06102 | 16.388 | |
dm3 | 立方英尺 | 0.03531 | 28.32 | |
體積流量 | mn3/min | scfm | 35.31 | 0.02832 |
dmn3/min(l/min) | scfm | 0.03531 | 28.32 | |
力 | N | 磅力（bf） | 0.2248 | 4.4484 |
壓力 | bar | 磅力/平方英寸（psi） | 14.5 | 0.06895 |
壓力
必須注意是ISO規定的壓力，單位是帕斯卡（Pa）.
1Pa=1N/m2(牛頓/米2)
這個單位非常小，為了避免很大的數字，用相當于100,000Pa的單位為1bar（巴）作為壓力單化，這個單位在工業中應用更合適些：
100,000Pa＝100KPa＝1bar（巴）
相應地也使用老的公制單位kgf/cm2，kP／cm2以滿足實際需要。
在氣動方面壓力指的是表壓，即高于大氣壓的那部分壓力，通常叫做表壓力（GA）。
壓力也能用絕對壓力（ABS）表示，即相對于絕對真空的壓力。在真空技術中，也使用低于大氣壓的壓力即其真空度。
圖3.4中，把標準大氣壓（1013mbar）作為基推，列出了壓力的各種表示方法。注意標準大氣壓不是1bar，當然在常規的氣動計算時，這個差別也可以忽略。
氣體的特性
波義爾（BOYLBS）定律：
“對于一定質量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比”。如果絕對壓力為100kPa（1bar ABS），體積V1=1m3的氣體在溫度不變下，被壓縮體積為V2=0.5m3，那么
P1V1=P2V2P2=P1V1／V2
即P2=l00KPa.1m3／0.5m3=200KPa(2barABS).
又如果體積V1在100KPa下壓縮到V3=0.2m3那么
P3=P1V1／V3=100KPa.1m3／0.2m3=500Pa（5barABS）.
基路沙（GAY LUSSAC）定律：
“壓力不變，氣體體積的增加與溫度成正比?！?/span>
即V1／V2=T1／T2和V2=V1T2／T1
或表達為：在體積不變時，壓力和溫度成正比：
即 
查理（CHARLES）定律：
“在一定壓力下，溫度每升高1，對于一定質量的氣體，其體積增加1／273”。
〔在上面公式中，必須使用絕對溫度，即℃十273℃=K〕
前面的關系式可結合為理想氣體狀態方程式：
這個定律是設計和選擇氣動裝置的主要理論基礎之一，當溫度有變化時也就必須考慮。
有時需要所有空氣的體積的資料用以標準立方米（m3）的標準體積來表示。1標準立方米，溫度為0℃時，空氣質量為1.293kg.
流量
流量（Q）的基本單位是標準立方米每秒（m3/s）。在氣壓傳動中流量實際表示為升每分鐘（l／min），或標準立方分米每分鐘（dm3／min），表示流量的非公制單位為標準立方英尺每分鐘(scfm)．
伯努利（Bernoulli's）方程：
伯努利方程是這樣描述的。
“水平流動的流體流過管徑不同的管道時，在點1和點2的總能量相同。
若流速不超過330m／s左右時，則此方程對氣體也適用。這個公式應用于文丘里管和壓力控制閥中的流量補償。
空氣的濕度
大氣中通常含有一定百分比的水蒸汽。水份的含量取決于大氣的濕度和溫度。
當大氣冷卻時，大氣將達到某一點，即水份達到飽和，這一點稱為露點。如果空氣繼續冷卻，那么它不能保留所有的水份，過量的水份以小液滴的形式凝結出來形成冷凝水。
水份的實際數量完全取決于溫度，1m3壓縮空氣只能包含1m3大氣所能含有的相同量的水蒸汽。
下表列出了從-30℃到+80℃的溫度范圍內每立方米大氣所含有水份的克數，黑體字行為大氣的溫度，細體字給出了每標準立方米含有水份的量，所有大氣的含量都用標準體積表示，可以不必要計算。
在氣動適用的范圍內，下表給出了確切的資料。上半部表示了O℃以上的溫度情況，下半部表示了0℃以下的溫度情況。在給定的溫度下，上行為標準立方米的含濕量，下行為容積含濕量。
表3.6 飽和空氣的水分（露點） | |||||||||
溫度℃ | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 |
g/mn3(標準) | 4.98 | 6.99 | 9.86 | 13.76 | 18.99 | 25.94 | 35.12 | 47.19 | 63.03 |
g/m3(大氣壓) | 4.98 | 6.86 | 9.51 | 13.04 | 17.69 | 23.76 | 31.64 | 41.83 | 54.108 |
溫度℃ | 0 | -5 | -10 | -15 | -20 | -25 | -30 | -35 | -40 |
g/mn3(標準) | 4.98 | 3.36 | 2.28 | 1.52 | 1 | 0.64 | 0.4 | 0.25 | 0.15 |
g/m3(大氣壓) | 4.98 | 3.42 | 2.37 | 1.61 | 1.08 | 0.7 | 0.45 | 0.29 | 0.18 |
相對濕度
除了急劇的惡劣天氣情況外，例如溫度突然下降，否則大氣絕對不會飽和，實際水份含量和露點時水份含量的比值叫做相對濕度，以百分數表示：
例1：溫度為25℃，r.h.65%,1m3大氣中含有多少水份？
露點25℃＝24g/ m3·0.65=15.6g/m3
當空氣被壓縮時，它能含有水份的容量只是體積減少后的容量，因此，除了溫度升高之外，水份將大量的凝結出來。
例2：10 m3的大氣，溫度為15℃，相對溫度（r.h.）為65%，被壓縮為6巴表壓力。溫度允許升高到25℃，問將有多少水凝結出來？
查表3.6可知，15℃，10 m3空氣能Z多含有13.04g/m3.10m3=130.4g水，在65%r.h.空氣的含水量為：130.4g×0.65＝84.9g（a）
壓縮到6巴時減少后的體積為：
由表3.6可知，1.44 m3空氣在25℃時Z大含水量為：
23.76g·144＝34.2g（b）
從空氣中水分的總量減去壓縮空氣所吸收的，即（a）-(b)84.9-34.2＝50.6g，所示將有50.6g水被凝結出來。
凝結出的水在壓縮空氣輸送前應該除去，以避免對氣動系統中元件產生有害影響。
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