現在，成熟的(de)動力(lì)驅動方式和液體輸送端（泵頭）材料(liào)技術(shù)使得新型計量泵幾乎可以完成輸送任何常規(guī)和特殊介質(zhì)的要求，其工作壓力和容量亦能滿足工(gōng)業生産的絕(jué)大多數(shù)要求。

一、概(gài)述

作(zuò)為流體精密計量與投加的理想設備，計量泵如今已被(bèi)廣泛地應用于包括制藥、食品飲料和石油化工行業在内的各個領域，在(zài)工藝過程擔負着強腐蝕性、毒(dú)害性、高粘性和高壓介質的計量添加任務。經過(guò)超過(guò)半個世紀的實踐應用和技術改進，現在計量泵已經進入其高速增長(zhǎng)期。現在，成熟的動(dòng)力驅動(dòng)方式和液體輸送端（泵頭）材料技(jì)術使得(dé)新型(xíng)計量泵幾乎可以完成輸(shū)送任何常規和特殊介質的要求，其工作壓力(lì)和容量亦能滿(mǎn)足工業生産的絕大多數要求。

随着人們對生(shēng)産工藝過(guò)程指(zhǐ)标和自動化程度要求的普遍提高，作為化學(xué)藥劑計量和添加環節的最(zuì)終執行機構(gòu)，計(jì)量(liàng)泵的安全性和可控(kòng)制(zhì)性變得日益重要起來。石油化工等行業向來(lái)以生産過程的高度自動化而著稱，也是集散式(shì)、分布(bù)式和智能式計算機控制系(xì)統(tǒng)應用最廣泛的領域之一，因而(ér)要求與之相配套的執行器——計(jì)量泵亦要(yào)具備(bèi)靈活多樣的(de)控制模式，可以方便地與計算機(jī)系統構成各種控制(zhì)回路(lù)，實現更複雜(zá)更(gèng)精(jīng)确的過程控(kòng)制。為順應這一新的趨勢，國際上著名的計量(liàng)泵制造商如德國(guó)普羅名特公司在保證其(qí)産品傳(chuán)統性能繼續領先世界的同時，借助于嵌入式微處理器系統，将多種調節控制功(gōng)能和數據通訊協議整合到計(jì)量(liàng)泵中，真正實現了從(cóng)沖程頻率到沖程長度的雙維(wéi)調節，使其産品成為世界首創的(de)智能精密計量泵。

二、計量泵的基本工作原理(lǐ)

衆所周知(zhī)，計量泵主要由動力驅動、流體輸送和調節控制三部分組成。動力驅動裝置(zhì)經由(yóu)機械聯杆系統帶動流體輸送(sòng)隔膜（活塞）實現往複運動：

隔膜(mó)（活塞）于沖程的前半周将被輸送流體吸(xī)入并于後半周将流體排出泵頭；所以，改變沖(chòng)程的往複運動頻率或每(měi)一(yī)次往複運動的(de)沖(chòng)程長度即可達至調(diào)節流體(tǐ)輸(shū)送量之目的。精密的加工精度保證了每次泵出量進而實(shí)現被輸送介質的精密(mì)計量。

因其動力驅動(dòng)和流體輸送方式的不同(tóng)，計量泵可以大緻劃分成柱塞(sāi)式和隔膜式兩大種類。

2.1、柱塞式計量泵

主要(yào)有(yǒu)普通有閥泵(bèng)和無閥泵兩種。柱塞式計量泵因其結構簡單和耐高溫高壓等優點而(ér)被廣泛應用于石(shí)油化工領域。針對高(gāo)粘度介質在高壓力工況下普通柱塞泵的不足，一種無閥旋(xuán)轉柱塞(sāi)式計量泵受到愈來愈多的重視，被廣泛應用于糖漿(jiāng)、巧克力和(hé)石油添加劑等高粘度介(jiè)質的計量添加。因被計量(liàng)介質和泵内潤滑劑之間無法實現完全隔離這一結構性缺(quē)點(diǎn)，柱塞式計量(liàng)泵在高防污染要求流體計量應用中受到諸(zhū)多限(xiàn)制(zhì)。



2.2、隔膜(mó)式計量泵

顧名思義，隔膜式計量泵利用特殊設計加工的柔性隔膜取代活塞，在驅動(dòng)機構作用下實現往複運動，完成吸入－排出(chū)過程。由于隔(gé)膜的隔離作用，在結構上真正實現(xiàn)了被計量流體與驅(qū)動潤滑機構之間的隔離。高科技(jì)的結構設計和新型材料的選用已經(jīng)大大提高了隔(gé)膜的使(shǐ)用壽(shòu)命，加上複合材料優異(yì)的耐腐蝕特性，隔膜式計量泵目前已經成為流體計(jì)量應用中的主力(lì)泵型。

在(zài)隔膜式計量泵家族成(chéng)員裡，液力驅動式隔膜(mó)泵由于采用了液壓油均勻地驅動隔膜，克服了機械直接驅(qū)動方式下泵隔(gé)膜受力過分集中的缺點，提(tí)升(shēng)了隔膜壽命和工作壓力(lì)上限。為了克(kè)服單隔膜式計量泵可能出現的因隔(gé)膜破損而造成的(de)工作故障，有(yǒu)的計量泵配備了(le)隔(gé)膜(mó)破損傳感器，實現隔膜破裂時自動連鎖保護；具有雙隔膜結構泵頭(tóu)的計量進(jìn)一步提高了其安全(quán)性，适合對安全保護特别敏感的(de)應用場合。
作為隔膜式(shì)計量泵的一種，電(diàn)磁驅動式計量泵以電磁鐵産生脈動驅動力，省卻了(le)電機和變速機構，使得系統小巧緊湊，是小量程低(dī)壓計(jì)量泵的重要分(fèn)支。

現(xiàn)在，精密計量泵技術已經非常成熟，其流體計量輸送能力最大可達0-100,000l/h，工作壓(yā)力最高達(dá)4000bar，工作範圍覆蓋了工業生産所有領域的要求。

三、計量泵的控制

計(jì)量(liàng)泵每一(yī)次的流體泵出(chū)量決(jué)定了其計量容量。在一定的有效隔膜面積下(xià)，泵的輸出流體(tǐ)的體積流量正比與沖程長度L和沖程頻率F：V∝A*F*L

在計量介質和工作壓力确(què)定情況下，通過調(diào)節沖程長度L和沖程頻率F即可實現(xiàn)對計量泵輸出的雙維調節。

盡管沖程長度和頻率都可以作為調節變量，但在工程應用中一般将(jiāng)沖程長(zhǎng)度視為粗調變量，沖程頻率為細調變量：調節(jiē)沖程長度至一定值，然後通過改變其頻率實現精細調節，增加(jiā)調節(jiē)的靈活性。在相對簡單的應用場合，亦可以手動設(shè)置沖程長度，僅将沖程頻率(lǜ)作(zuò)為調節變量，從(cóng)而(ér)簡(jiǎn)化系統配置。

3.1、常規模拟/開關信号調節方式

過程控(kòng)制應用中廣泛采用0/4-20mA模拟電流信号作為傳感器、控制(zhì)器和執行機構間(jiān)信号交換的标準(zhǔn)，具有外控功能的(de)計量泵亦主要采用這種(zhǒng)方式，實現對沖程頻率和沖程頻率的外部調節。

位置式伺服機(jī)構是實現沖程長(zhǎng)度調節的最普遍方法。一體化的伺(sì)服機構被設計成能夠直接接受來自調節器或計算(suàn)機的0/4-20mA控制信号，從而自(zì)動調節沖程長度在0-100％範圍内變化。

相對而言實現(xiàn)沖(chòng)程頻率調節的方法(fǎ)比較多樣，主(zhǔ)要有變頻電機控(kòng)制和直接繼電觸點控制兩種。經由0/4-20mA電流信号控制(zhì)的變頻(pín)調速器驅動(dòng)計量泵電動機按所需速度運行，從而實現(xiàn)沖程頻率的(de)調(diào)節(jiē)。對于電磁驅動和部分電機驅動的計量泵，亦(yì)可以利用外部(bù)觸點(diǎn)信号來調節沖(chòng)程頻率。


3.2、基地式控制方式

在某(mǒu)些特殊場合，如ph值調節，計量泵作為(wéi)執行器，在調節(jiē)器的控(kòng)制(zhì)下添加(jiā)酸(suān)或堿。為簡化系統配(pèi)置和提高可靠性，以(yǐ)微處理器為核心(xīn)的嵌入(rù)式控制系統被直接集成到計量泵(bèng)内，如此隻需外接一支pH傳感(gǎn)器，即可構成完整的調節系統。這(zhè)種基地式智能計量(liàng)泵概念也适用于控制其它工藝參數，如氧化還原電(diàn)位(ORP)和餘(yú)氯濃度調節等應用場合。

3.3、設定程序式控制

由于内部集成(chéng)了微處理計算(suàn)機，一些計量(liàng)泵産品的調控性能和操作性能得到了充分提升，在跟(gēn)随外部控制命令實現實時(shí)計量流量調節之外，還具有定量(liàng)添加，時間序列觸發(fā)程序(xù)式添加，事件序列觸發程序式添加，時間－事件混合(hé)觸發程序式添(tiān)加和自動校正(zhèng)等(děng)多種工作模(mó)式，并可以提供以泵出流體總量，剩餘沖(chòng)程次數和待輸(shū)送流體容量(liàng)，設定沖程長(zhǎng)度和其它相(xiàng)關的計量泵工作參數等有(yǒu)用信息。

時間序列觸發程序式(shì)工作方式令計量泵完全依據實時時鐘，按預先規(guī)劃的任務清單，在指定時刻按設定的沖程次數或(huò)時間(jiān)定量添加工作介質，時間可以(yǐ)以每小時，天，工作日，公休日，一周和二周為周(zhōu)期靈活(huó)設定(dìng)；而事件序列(liè)觸發(fā)程序式工作方式令計量泵完(wán)全依據實時觸發事件，按預先規劃的任務清單，在特定事件發生(shēng)時（觸點輸入）按設定的沖程次數或時間定量添加工(gōng)作介質。

以上兩種方式可以(yǐ)有機混合，完成更複雜的時間－事件(jiàn)混合觸發工作模式。最多可設(shè)定81個事件。

一個簡(jiǎn)單的例子是冷卻塔循(xún)環水消毒滅藻系統。消毒劑以特定濃度根據補充水流量比例添加；并按工藝要求，在比例添加過程當中，每周還應脈沖式大劑量添加一次消毒劑（如設定在周五12-13時），并要求此時暫停比例添加(jiā)作用。整個編程十分簡捷，令複雜多變的流體添(tiān)加任務得以輕松而(ér)精确地實現。

3.4、現(xiàn)場總線(xiàn)ProFibus控制方(fāng)式

在石油化工等大(dà)規模高自動化成(chéng)度的應用場合，利用數字通訊協議進行自動化設備(bèi)之間數據的高速傳輸進而組成網絡式控制系統，容量大，可(kě)靠性高，已成為發展(zhǎn)的(de)主流。繼二十世紀九十(shí)年代初被納入德國DIN标準後，現場總線ProFibus于九十年代末又成為歐洲标準(EN50170)，在世界範圍内得到廣泛采用，已成為現場總線技術中代表性協議之一。

現場總線ProFibus由(yóu)三種形勢組成。ProFibus－DP，ProFibus－PA和ProFibus－FMS。其(qí)中ProFibus－DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型外(wài)圍設備現場總線，系專門為過程控制系統與分散的(de)外圍設(shè)備之間(jiān)高速數據信息交(jiāo)換而(ér)設計的。其傳輸介質為雙絞線或光纖聯接的RS485傳輸制式，波特率9.6-12Mb/s，系統構(gòu)成成(chéng)本低，高速可靠。

現場總(zǒng)線ProFibus指令集精(jīng)簡凝練，編程非常方(fāng)便。具有現場總線ProFibus通訊功能的計量泵，在(zài)具有所有手動調節功能的同時，可以方便地溶入高級的如集散式計(jì)算機控制系統中(zhōng)，使其各種功(gōng)能得(dé)以更充分地發揮，已經成為現代精密計量泵的佼佼者。普羅(luó)名特公司計量泵家族中即有三大系列數十(shí)個型号的産品配(pèi)置了現場總線功能。

四、結束語

今天，計量泵的研(yán)發已經超越了其傳統意義上單純(chún)追求容量和材質的範疇，轉而面向高精(jīng)度，多(duō)功能(néng)和智能化的發展方向，這一趨勢已經成(chéng)為世界主要計量泵生商(shāng)的共(gòng)識。

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• 06-10 隔膜計量泵如何(hé)處理故障
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