現在，成熟的動力驅動(dòng)方式和液體輸(shū)送(sòng)端(泵頭)材料技術使得新(xīn)型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(qí)工作壓力和容量亦(yì)能滿足工業生(shēng)産的絕大多數要求。
一、概述
作為(wéi)流體精密計量與投加的理想設(shè)備，計(jì)量泵如今已被廣泛地應(yīng)用(yòng)于包括制藥、食品飲料和(hé)石油化工行業在内的(de)各個領域，在(zài)工藝(yì)過程擔負着強腐蝕性、毒害性、高粘性和高壓介質的計量添加任務。經過超過半個世紀的實踐應用和(hé)技術改進，現在(zài)計量泵(bèng)已經(jīng)進入其高速增長期。現在，成熟的(de)動力驅動方式和液體輸送端(泵頭)材料技術使得新型計量泵幾(jǐ)乎可以完成輸送任何常規和特殊介質的要求(qiú)，其工作(zuò)壓力和容量亦能滿足工業生産的絕大多數要求。
随着人們對生産工藝過(guò)程指(zhǐ)标和自動化程度要求的普遍提高，作為化學藥劑計量和添加環節的(de)*終執行機構，計量泵的**性(xìng)和可控制性變得日益重要(yào)起來。石油化工等行業(yè)向來以生産過程的高度自動(dòng)化而著稱，也是(shì)集散(sàn)式、分布式和智能式計算(suàn)機(jī)控制(zhì)系統應用*廣泛的(de)領域之一，因(yīn)而要求與之相配套的(de)執行(háng)器——計量泵亦要具備靈活多樣的控制模式，可以方便地與計(jì)算機系統構成各種控制(zhì)回路，實現更複(fú)雜更**的過程控制。為順應這一新的趨勢，國際上有名的計量(liàng)泵制造商如德(dé)國普羅名(míng)特公司(sī)在保證其産(chǎn)品傳統性能繼續**世界的(de)同時(shí)，借助于嵌入式微處理器系統(tǒng)，将多種調節控制功能和數據(jù)通訊協議整合(hé)到計量泵中，真正實現了從沖程頻率到沖程長度的雙維調節，使其産品成為世界開創的智能精密計量泵。
二、計(jì)量泵的基本(běn)工作原理
衆所周知，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(lì)驅動裝置經由(yóu)機械聯杆系統帶動流體輸送隔膜(活(huó)塞)實現往複運(yùn)動：
隔膜(活塞)于沖程的前半周将被輸(shū)送流體吸入并于(yú)後半周将(jiāng)流(liú)體排出泵頭；所以，改變沖程的(de)往(wǎng)複運動(dòng)頻率或每一次往複(fú)運動的沖程長度即可達至調(diào)節流體輸送量之目(mù)的。精密的(de)加工精度保證了每次泵出量進而實現被輸送介質的精密計量。
因其動力驅動(dòng)和流體輸(shū)送方(fāng)式的不同，計量泵可以大(dà)緻劃分成柱塞式和隔膜式兩大種類。
2.1、柱塞式計量泵
主要有普通有閥泵和無閥(fá)泵(bèng)兩種。柱塞式(shì)計量泵因其結構簡(jiǎn)單和耐高溫高壓等優點(diǎn)而被廣泛(fàn)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，一種無閥旋轉柱塞式計量泵受到愈來愈(yù)多的重視，被廣泛應用于糖漿、巧克力和石油添加劑等高粘度介質的計量添加。因被計量(liàng)介質和泵内潤滑劑之(zhī)間無法實現完全隔離這一結構性缺點，柱塞式計量泵在(zài)高防污染要求流體計量應用中(zhōng)受到諸多(duō)限制。
2.2、隔(gé)膜式計量泵
顧名思(sī)義，隔膜式計量泵利用特殊設計加工的柔性隔膜取(qǔ)代活塞，在驅動機構作用下實現往複運動，完成吸入-排出(chū)過程。由于隔膜的隔離作用，在結構上真正實(shí)現了被計量流(liú)體與驅動潤滑機構之間的隔(gé)離。高科技的結構設計和新型材料的選用已經大大提(tí)高了隔膜的使用(yòng)壽命，加上複合材料優異的耐腐蝕特性，隔膜式計量泵目(mù)前已經成為流體計量應(yīng)用(yòng)中的主力泵型。
在(zài)隔膜式(shì)計量泵(bèng)家族成員裡，液力驅動式隔膜泵由于采用了液壓油均勻地驅動隔膜，克服了機械直接驅動方式下泵隔膜(mó)受力過分集中的缺點，提升(shēng)了隔(gé)膜壽命和(hé)工作壓力上限。為了克服單(dān)隔(gé)膜式計量泵可能出現的因隔膜破損而造(zào)成的工作故障，有(yǒu)的計量(liàng)泵配備了隔膜破損傳(chuán)感器，實現隔膜破裂時自動連(lián)鎖保護；具有雙(shuāng)隔膜結構泵頭的計量進一步提高了其**性，适合對**保護(hù)特别敏感(gǎn)的應用場合。
作為隔膜式(shì)計量泵的一種，電磁驅(qū)動式計量泵以電磁鐵産生脈動驅動力，省卻了(le)電機(jī)和變速機構，使得系統小巧緊(jǐn)湊，是小量程低壓計量泵的重要分支。
現在，精密計量泵技術已經非常(cháng)成熟，其流體計量(liàng)輸(shū)送能力*大可達0-100,000l/h，工作壓力*高達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
計量泵每一次的流體泵出(chū)量決定了其計(jì)量(liàng)容量。在一定的有(yǒu)效隔膜面積下，泵的輸出流體的體積流量正比與沖程長度(dù)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，通過調節沖(chòng)程長度L和沖程頻率F即可實現對計量泵輸出的雙維調節。
盡管沖程長度和頻率都(dōu)可以(yǐ)作為調節變量，但(dàn)在工程(chéng)應用中一般将沖程長度視為粗調變量，沖程頻率為細調變量：調節沖(chòng)程長度至一定值，然(rán)後通過改變其頻率(lǜ)實現精細調節，增加調節的靈活性。在相對簡單的應用場合，亦可以手動設(shè)置沖程長度，僅将沖程頻率作為調節變(biàn)量，從(cóng)而簡化系統配置。
3.1、常規模拟/開關信号調節方式
過程控制應用中(zhōng)廣泛采用0/4-20mA模拟電流信号作為傳感器、控制器和(hé)執行機構間信号交換的标準，具有外控功能的(de)計量(liàng)泵亦主要采用(yòng)這種方式，實現對沖(chòng)程頻率和沖程頻率的外部調節。
位置式伺服機構(gòu)是實現沖程長度調(diào)節的*普遍方法。一(yī)體化的伺服機(jī)構被設計成能夠直(zhí)接接受來自(zì)調節(jiē)器或計算機的0/4-20mA控制信号，從(cóng)而自動調(diào)節沖程長度在0-100%範圍内變化。
相對(duì)而言實現沖程頻率調節的方法比(bǐ)較多樣，主要有變頻(pín)電機控制和直接繼電觸(chù)點控制兩種。經(jīng)由0/4-20mA電流信(xìn)号控制的變頻(pín)調速器驅動計(jì)量泵電動機按所需速度運行，從而實現(xiàn)沖程頻率的調節。對于電(diàn)磁驅動和部分電機驅動的(de)計量泵(bèng)，亦(yì)可以利(lì)用外部觸點信(xìn)号來調節沖程頻率。
3.2、基地式控制方式
在某些特殊(shū)場合，如ph值調節，計量(liàng)泵作為執行器，在調節器的控制下添加酸或堿。為簡化系統配置和提高可靠性，以微處理器為核心的嵌(qiàn)入(rù)式控制系統被直接集(jí)成到計量泵内，如此隻需外接一支pH傳感器，即可(kě)構成完整的調節系統。這種(zhǒng)基地式(shì)智能計量泵概念也适用于控制其它工藝參數，如氧化還原電位(ORP)和餘(yú)氯濃度調節等應用場(chǎng)合。
3.3、設定程序式控制
由于内部集成了微處理(lǐ)計算機，一些計量泵産品(pǐn)的調控性能和操作性能得到(dào)了充分提升，在跟随(suí)外部控制命令(lìng)實現實時計量(liàng)流量調節之外，還具有定量添加，時間序列觸(chù)發程序式添加，事件(jiàn)序列觸發(fā)程序式添加，時(shí)間-事件混合觸發程序式添加和自(zì)動校正等(děng)多種工作模(mó)式，并可以提(tí)供以(yǐ)泵出流體總量，剩餘沖程(chéng)次數和待輸送流體容量，設定沖程(chéng)長度和其它相關的(de)計量泵工作參數等有用信息。
時間序(xù)列(liè)觸發程序式工(gōng)作方式令計量泵完全依據實時時鐘，按預先規劃的任務清單，在指定時刻(kè)按設定的沖程次數或時間定量添加工作介質，時間可以以每(měi)小時，天，工作日，公休日，一周(zhōu)和二周為周期靈活設定；而事件序列觸發程序式工作方式令計量泵完全依據實時觸發事件，按預先規劃的(de)任(rèn)務清單(dān)，在特定事件發生時(觸點輸入)按設定的(de)沖程次數或時間定量添加工作介質。
以上(shàng)兩種方式可以有機混合，完成更複雜(zá)的時間-事件混合觸(chù)發工作模式。*多可設定81個事件。
一(yī)個簡單的例子是冷卻塔循環水(shuǐ)**滅藻系統(tǒng)。**劑以特定濃度根據補充(chōng)水流量比例添加；并按工藝要求，在(zài)比例添加過程當(dāng)中，每周還應脈沖(chòng)式大劑量(liàng)添加一次**劑(如設定(dìng)在周五12-13時)，并要求此時暫停比例添加作用。整個編(biān)程十分簡捷，令複雜多變的流(liú)體添加任務得以輕松而**地實現。
3.4、現場總線ProFibus控制方式
在石油化工等大規模高自動化成度(dù)的(de)應用場(chǎng)合，利用數字通訊(xùn)協(xié)議進行自動化(huà)設備之間數據的(de)高速傳輸進而組(zǔ)成網絡式(shì)控制系統，容量(liàng)大，可靠性(xìng)高，已成為發展的主流。繼二十世紀九十年代初被納入德國DIN标準後，現場總線ProFibus于九十年代末又成為歐洲标準(zhǔn)(EN50170)，在世(shì)界範圍内得到廣泛采用，已成為現場總(zǒng)線技術中代表性協(xié)議之一。
現(xiàn)場總線ProFibus由三種形勢組成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型外圍設備現(xiàn)場總線，系專門為過程控(kòng)制系統與分散的外圍設備之間高速數據信(xìn)息交換而設計的(de)。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，系統構成成本(běn)低，高速可靠。
現場總線ProFibus指令集精(jīng)簡凝練，編程(chéng)非常方(fāng)便。具有現場總線ProFibus通(tōng)訊功能的計量泵(bèng)，在具有所有手動調節功能的同時，可以方便地(dì)溶入**的如集散(sàn)式計算機控制系統(tǒng)中，使其各種功能得(dé)以更充分地發揮，已經成為現代精密計(jì)量泵(bèng)的佼佼者。普羅(luó)名特公司計量泵家族中即有(yǒu)三大(dà)系列(liè)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(jì)量泵的研(yán)發已經超越了其傳統意(yì)義上單純追求容量和材(cái)質的範疇，轉而面向高精(jīng)度，多功能和智能(néng)化的發展方向，這一趨勢已經成為世界主要計量泵(bèng)生商的共識。 計量泵行業(yè)已經進入其高速增長期