在生產(chǎn)中，工程師們經(jīng)常需要利用氣體狀態(tài)方程來計(jì)算壓力容器和管道系統(tǒng)在不同溫度和壓力下的性能，以確保其安全性和效率，通過氣體狀態(tài)方程，可以了解氣體在不同條件下的擴(kuò)散速率和分布規(guī)律。

體積等效

    由于泄漏而產(chǎn)生的壓差取決于測量系統(tǒng)整體（包括被測物WORK和測試器）的內(nèi)部體積。這也與測量時(shí)間密切相關(guān)。

    在使用空氣泄漏測試儀時(shí)，我們使用一個(gè)稱為體積等效（Ve）的系數(shù)來表示測量系統(tǒng)整體中壓力變化的原因（由于WORK的內(nèi)部壓力或壓差傳感器引起的體積變化）。

    體積等效可以通過以下方程計(jì)算得出。

    根據(jù)空氣泄漏測試儀的型號(hào)，可以使用自動(dòng)泄漏校準(zhǔn)器（ALC）或泄漏MASTER來直接測量Ve的值。

    Ve=Vw+Vt+{Ks(1+Vw/Vm)+Kw}(101.3+P)

    Vw=Vm（WORK和MASTER的體積相同）

    Ks=0.01mL/kPa或0.005mL/kPa（取決于型號(hào)）

    Kw=0mL/kPa（WORK體積無變化）

    在以上條件下

    Ks(1+Vw/Vm)+Kw=2Ks

    |當(dāng)Ks=0.01mL/kPa時(shí)

    Ve=Vw+Vt+0.02(101.3+P)

    |當(dāng)Ks=0.005mL/kPa時(shí)

    Ve=Vw+Vt+0.01(101.3+P)

    Ve：體積等效（mL）

    Vw：WORK和管道的內(nèi)部體積（mL）

    Vt：測試器的內(nèi)部體積（mL），Vt=9mL

    Ks：傳感器每壓力單位體積變化的比率（mL/kPa）

    Kw：WORK每壓力單位體積變化的比率

    P：測試壓力（kPa）

泄漏率

    體積等效和泄漏率Q之間的關(guān)系表達(dá)式

    pic_setting01

    Q:泄漏率(mL/min)ΔP:壓差(Pa)

    Ve:體積等效(mL)T:檢測時(shí)間(s)

    示例：當(dāng)體積等效為800mL，檢測時(shí)間為3秒時(shí)，測得的壓差為15Pa。在這些條件下，泄漏率是多少？

    <※注釋>

    由于泄漏產(chǎn)生的壓差與體積等效成反比。

    [示例]

    當(dāng)體積等效的比例為1到5時(shí)，相同泄漏率下的壓差將是5到1。

    Q:5mL/min

    T:2s

    ΔP1=85Pa當(dāng)Ve=200mL

    ΔP2=17Pa當(dāng)Ve=1000mLpic_setting03

    <參考>壓力和氣體的特性

    a.絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為參考點(diǎn)的壓力

    例如：PaA,kg/cm2A(或kg/cm2abs),Torr(絕對(duì)壓力=大氣壓力+表壓)

    b.表壓：以大氣壓力為參考點(diǎn)的壓力

    (正壓/負(fù)壓)例如：PaG,kg/cm2G

    c.壓差：兩個(gè)壓力之間的差異例如：PaD,kg/cm2D

    壓力單位

    1bar=0.1MPa=1.01972kg/cm2,1Pa=1N/m2,1Torr=1mmHg

    單位轉(zhuǎn)換表：

    Pakg/cm2mmH?OmmHgPSI

    1Pa11.01972×10^-50.1019727.50062×10^-31.45038×10^-4

    1kg/cm29.80665×10^4110^4735.55914.2233

    1mmH?O9.8066510^-417.35559×10^-21.42233×10^-3

    1mmHg133.3221.35951×10^-313.595111.93368×10^-2

    1PSI6894.767.03070×10^-2703.07051.71491

    注意：“10E-3”表示10的負(fù)三次方

氣體的狀態(tài)方程

    氣體的壓力、體積和溫度之間存在恒定的關(guān)系。一旦其中兩個(gè)量確定，另一個(gè)量也隨之確定。

    描述這三個(gè)量之間關(guān)系的方程被稱為狀態(tài)方程，它基于“氣體定律組合”。

    PV=GRT…………(1)

    在這個(gè)方程中：

    P：絕對(duì)壓力

    V：體積

    G：氣體的質(zhì)量（或摩爾數(shù)）

    T：絕對(duì)溫度

    R：氣體常數(shù)

    對(duì)于初始狀態(tài)(V1,P1,T1)和最終狀態(tài)(V2,P2,T2)，有以下特殊情況：

    如果溫度保持不變（T1=T2），則：

    P1?V1=P2?V2………(2)

    這被稱為波義耳定律（Boyle'sLaw）。

    如果體積保持不變（V1=V2），則：

    P1/T1=P2/T2………(3)

    這被稱為查理定律（Charles'Law）。

    注意：在實(shí)際應(yīng)用中，我們通常使用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，其中n是氣體的摩爾數(shù)，R是通用氣體常數(shù)（對(duì)于所有氣體都相同）。但在上述方程中，G被用來表示氣體的質(zhì)量或摩爾數(shù)，在大多數(shù)工程和科學(xué)應(yīng)用中，使用摩爾數(shù)和通用氣體常數(shù)是更常見的做法。