解析计量泵的基本原理和控制方法

发布日期：2019-07-08 作者：点击：

作为流体计量与投加的理想设备，计量泵如今已被广泛地应用于包括制药、食品饮料和石油化工行业在内的各个领域，在工艺过程担负着强腐蚀性、毒害性、高粘性和高压介质的计量添加任务。经过超过半个世纪的实践应用和技术改进，现在计量泵已经进入其高速增长期。现在，成熟的动力驱动方式和液体输送端（泵头）材料技术使得新型计量泵几乎可以完成输送任何常规和特殊介质的要求，其工作压力和容量亦能满足工业生产的绝大多数要求。

随着人们对生产工艺过程指标和自动化程度要求的普遍提高，作为化学药剂计量和添加环节的终执行机构，计量泵的和可控制性变得日益重要起来。石油化工等行业向来以生产过程的高度自动化而著称，也是集散式、分布式和智能式计算机控制系统应用广泛的领域之一，因而要求与之相配套的执行器——计量泵亦要具备灵活多样的控制模式，可以方便地与计算机系统构成各种控制回路，实现更复杂的过程控制。为顺应这一新的趋势，在保证其产品传统性能继续，借助于嵌入式微处理器系统，将多种调节控制功能和数据通讯协议整合到计量泵中，实现了从冲程频率到冲程长度的双维调节，使其产品成为世界的智能计量泵。

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计量泵的基本工作原理

众所周知，计量泵主要由动力驱动、流体输送和调节控制三部分组成。动力驱动装置经由机械联杆系统带动流体输送隔膜（活塞）实现往复运动：

隔膜（活塞）于冲程的前半周将被输送流体吸入并于后半周将流体排出泵头；所以，改变冲程的往复运动频率或每一次往复运动的冲程长度即可达至调节流体输送量之目的。的加工精度保证了每次泵出量进而实现被输送介质的计量。

因其动力驱动和流体输送方式的不同，计量泵可以大致划分成柱塞式和隔膜式两大种类。

柱塞式计量泵

主要有普通有阀泵和无阀泵两种。柱塞式计量泵因其结构简单和耐高温高压等优点而被广泛应用于石油化工领域。针对高粘度介质在高压力工况下普通柱塞泵的不足，一种无阀旋转柱塞式计量泵受到愈来愈多的重视，被广泛应用于糖浆、巧克力和石油添加剂等高粘度介质的计量添加。因被计量介质和泵内润滑剂之间无法实现完全隔离这一结构性缺点，柱塞式计量泵在高防污染要求流体计量应用中受到诸多。

隔膜式计量泵

顾名思义，隔膜式计量泵利用特殊设计加工的柔性隔膜取代活塞，在驱动机构作用下实现往复运动，完成吸入－排出过程。由于隔膜的隔离作用，在结构上实现了被计量流体与驱动润滑机构之间的隔离。高科技的结构设计和新型材料的选用已经大大提高了隔膜的使用寿命，加上复合材料优异的耐腐蚀特性，隔膜式计量泵目前已经成为流体计量应用中的主力泵型。在隔膜式计量泵家族成vlgliod,eo员里，液力驱动式隔膜泵由于采用了液压油均匀地驱动隔膜，克服了机械直接驱动方式下泵隔膜受力过分集中的缺点，提升了隔膜寿命和工作压力上限。为了克服单隔膜式计量泵可能出现的因隔膜破损而造成的工作故障，有的计量泵配备了隔膜破损传感器，实现隔膜破裂时自动连锁保护；具有双隔膜结构泵头的计量进一步提高了其，适合对保护特别应用场合。

计量泵的控制

计量泵每一次的流体泵出量决定了其计量容量。在一定的隔膜面积下，泵的输出流体的体积流量正比与冲程长度L和冲程频率F：V∝A*F*L 在计量介质和工作压力确定情况下，通过调节冲程长度L和冲程频率F即可实现对计量泵输出的双维调节。

尽管冲程长度和频率都可以作为调节变量，但在工程应用中一般将冲程长度视为粗调变量，冲程频率为细调变量：调节冲程长度至一定值，然后通过改变其频率实现精细调节，增加调节的。在相对简单的应用场合，亦可以手动设置冲程长度，仅将冲程频率作为调节变量，从而简化系统配置。

常规模拟/开关信号调节方式

过程控制应用中广泛采用0/4-20mA模拟电流信号作为传感器、和执行机构间信号交换的标准，具有外控功能的计量泵亦主要采用这种方式，实现对冲程频率和冲程频率的外部调节。位置式伺服机构是实现冲程长度调节的普遍方法。伺服机构被设计成能够直接接受来自调节器或计算机的0/4-20mA控制信号，从而自动调节冲程长度在0-100％范围内变化。

相对而言实现冲程频率调节的方法比较多样，主要有变频电机控制和直接继电触点控制两种。经由0/4-20mA电流信号控制的变频调速器驱动计量泵电动机按所需速度运行，从而实现冲程频率的调节。对于电磁驱动和部分电机驱动的计量泵，亦可以利用外部触点信号来调节冲程频率。

时间序列触发程序式工作方式令计量泵完全依据实时时钟，按预先规划的任务清单，在指定时刻按设定的冲程次数或时间定量添加工作介质，时间可以以每小时，天，工作日，公休日，一周和二周为周期灵活设定；而事件序列触发程序式工作方式令计量泵完全依据实时触发事件，按预先规划的任务清单，在特定事件发生时（触点输入）按设定的冲程次数或时间定量添加工作介质。以上两种方式可以混合，完成更复杂的时间－事件混合触发工作模式。多可设定81个事件。