一种相平衡测定与分离装置及其应用方法，该装置包括依次连通的进料和清洗系统、平衡主釜、平衡副釜和采样系统；所述的平衡主釜由上部平衡空间和底部的体积调节结构组成，其中，所述平衡空间设有物料入口，平衡空间器壁上装有视窗，平衡主釜顶部设有出口，平衡主釜出口分别与所述的平衡副釜和采样系统的入口连通；所述的平衡副釜由上部平衡空间和底部的体积调节结构组成，所述的平衡空间设有入口和出口，平衡副釜出口与所述的采样系统入口连通。本发明提供的相平衡测定与分离装置采用视窗观察界面的移动情况，装置造价降低，可保证萃取后轻重相的分离过程不影响体系的相平衡。