一、概述

　　∇作∇為流體精密計量與投[Tóu]加的理◇想◇(Xiǎng)設備，計量泵如今已被廣泛(Fàn)地(Dì)應◊用◊于包括制藥、食[Shí]品飲(Yǐn)料[Liào]和石油化工行業在内的各個領域，在工(Gōng)藝過[Guò]程擔負着強腐蝕性、毒害⋄性⋄、高粘性和(Hé)高壓介質(Zhì)的計量添▽加▽任務。◈經◈過超過半個世紀的實(Shí)踐●應●用[Yòng]和技術改進，現在計量泵已經(Jīng)進入其高速增長期。現在，成熟的動力驅(Qū)動方式和液體輸送端(泵頭)材料技術使得新型計量泵(Bèng)幾[Jǐ]乎(Hū)可以完成輸送任▲何▲[Hé]常規和特殊介質○的○(De)要求，其工作壓○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[Shēng]産工藝過程指标和自動化程度要求的普遍提高，作[Zuò]為化學藥▿劑▿計量和添加環節[Jiē]的*終執行機構，計量(Liàng)泵(Bèng)的**性和可控制性變得日益重要起來(Lái)。石油化◇工◇等行(Háng)業向來以生◆産◆過程的高度自動化而著稱，也(Yě)是集散式、分布(Bù)式和(Hé)智能式計▿算▿機∇控∇制[Zhì]系統應用(Yòng)*廣泛的領域之一，因而要求⋄與⋄之相配套[Tào]的執行◇器◇(Qì)——計量泵亦要具備靈活多樣的控制模式，可以方便(Biàn)地與計算機系統構成各∆種∆控[Kòng]制回路，實現更複▾雜▾更**的過程控制。為順應這一○新○的趨勢，國(Guó)際上有名的計量泵制造商如[Rú]德國普羅名●特●公司在保證其(Qí)産品傳統性[Xìng]能繼續**世界的同(Tóng)時，借助于(Yú)嵌入式微◆處◆理器●系●統，将多種調節控制功能和數據通訊協(Xié)議整合到計量泵中，真正實現了從沖程頻率到沖程長度的雙維調節，使其産[Chǎn]◆品◆成為世(Shì)界開創的智能精密計量泵(Bèng)。

　　二、計量●泵●的基本[Běn]工作原理

　　衆所周[Zhōu]知，計量◆泵◆(Bèng)主要由動力驅動、流體●輸●送和調節控制[Zhì]三部分組成。動力驅動裝(Zhuāng)置經由機械聯杆系統◇帶◇動流[Liú]體輸送隔膜(活塞)實現往複運動：

　　隔[Gé]膜(活○塞○)于沖程的前半(Bàn)周将被(Bèi)輸送流體吸入并于後半周将流體排出泵頭；所以，改變沖[Chòng]程(Chéng)的往複運動頻率或每一次往複運動的沖程長度即可達至[Zhì]調節流體輸送量之▲目▲[Mù]的。精密(Mì)的加工精度保證了(Le)每次泵出量進而實現被輸[Shū]送介質的精密計量。

　　因其動力驅動和流體(Tǐ)輸送方式的[De]不同，計[Jì]量泵可以大緻劃分成柱塞式∇和∇隔膜式兩大種類。

　　2.1、柱塞式計量泵

　　主要有普[Pǔ]通(Tōng)有閥泵和無閥泵兩種。柱塞式計量泵因其結構簡單和耐高溫高壓等(Děng)優點而●被●▽廣▽泛應用于石油化工領[Lǐng]域。針對高粘度介質在高壓力[Lì]工況下[Xià]普通柱塞泵●的●不足，▾一▾種無閥(Fá)旋[Xuán]轉▿柱▿塞式計量泵受到愈來愈多的[De]重視，被(Bèi)廣泛應用于糖漿、巧克力和石油添∇加∇劑等⋄高⋄(Gāo)粘度介質的計量添加。因被計[Jì]量介質和泵◊内◊潤滑劑之(Zhī)間無法實現完全隔離這一結構◈性◈[Xìng]缺(Quē)點，柱塞式計(Jì)量泵在∆高∆防◇污◇染要求流體計量應用中受到諸多▾限▾(Xiàn)制(Zhì)。

　　2.2、隔膜式計量▿泵▿

　　顧∇名∇[Míng]思義，隔膜式計量泵(Bèng)利用特殊設計加工的柔性隔膜取代活塞，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(Zhēn)正實現[Xiàn]了被計量[Liàng]流◈體◈(Tǐ)與驅動潤滑[Huá]機構之間的[De]隔離。高科技的結構設計(Jì)和新◇型◇材料的[De]選用已經大大提高[Gāo]了隔膜的[De]使用[Yòng]壽命，加上複合材料優○異○的耐腐蝕特性，隔膜式計(Jì)量泵(Bèng)目前已◈經◈成為流體計量應用中(Zhōng)的主力泵型。

　　在◊隔◊膜式計量泵家族成員裡，液力驅動式隔膜泵由于采▾用▾(Yòng)了液(Yè)壓油均○勻○(Yún)地驅動隔膜，克服了機械直接驅動◊方◊式下泵[Bèng]隔膜(Mó)受力過分集中的缺點，提升了隔膜壽命(Mìng)和工作壓力上限。為了[Le]克服單隔膜式計量泵可能(Néng)出現的因(Yīn)隔膜破(Pò)損而造成的(De)工作故障，有的計量泵(Bèng)配備了隔(Gé)膜破損傳感器，實現隔膜[Mó]破裂時自動連鎖保護(Hù)；具有雙隔(Gé)膜結構∆泵∆頭的計量進一步提高了其(Qí)**⋄性⋄[Xìng]，适合對**保護特(Tè)别敏感的應用[Yòng]場合。

　　作為隔膜式計[Jì]量泵的一種，電◆磁◆▾驅▾[Qū]動式計量泵以電◊磁◊(Cí)鐵産生脈動驅動力，∆省∆卻了▿電▿機和變速機構，使[Shǐ]得系統小◊巧◊緊湊，是小量程低壓◊計◊量泵▾的▾重要分支(Zhī)。

　　現在，精密計量泵技(Jì)術已經非常成[Chéng]熟，其流體(Tǐ)計量輸送能力(Lì)*大∆可∆達0-100,000l/h，工作壓力*高[Gāo]達4000bar，工作(Zuò)範圍覆蓋了工業生産▿所▿有領域的(De)要求(Qiú)。

　　三、計量泵的[De]控制

　　計量泵每一次的流體泵出量決定了其(Qí)計量容(Róng)量。在一定的●有●效隔膜面積下，泵的輸出流體(Tǐ)的體積[Jī]流量正◊比◊與沖程長度L和沖程頻率F：V∝A*F*L

　　在計量介[Jiè]質和▽工▽(Gōng)作壓力确定情況下，▽通▽[Tōng]過調節沖程長度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[Dù]和頻率[Lǜ]都可以作○為○調節變量(Liàng)，但在工程○應○◈用◈中一般将沖[Chòng]程長度視為[Wéi]粗調變[Biàn]量，沖(Chòng)程頻率為細調變量：調節沖程長度至一定值，然後通過(Guò)改變其頻率實現∇精∇細調節[Jiē]，增加調節的[De]靈活性。在相對簡單的應用▲場▲合，亦可以(Yǐ)手動設置沖程長▾度▾，僅将沖程頻率作為調節變量，從而簡化系統配置。

　　3.1、常規模拟/開關信号[Hào]調節方式

　　過程控制應用(Yòng)中廣泛采用0/4-20mA模拟電流▲信▲(Xìn)号作為傳(Chuán)感器、控制器和(Hé)執行機構間◆信◆号交換的(De)标準(Zhǔn)，具有(Yǒu)外控功能的計量泵(Bèng)亦主要采用這種方(Fāng)式，▾實▾現對沖程頻率和沖程頻率的外部調節。

　　位置[Zhì]式伺服▾機▾(Jī)構是實現沖程長度[Dù]調節[Jiē]的*普遍(Biàn)方法。一體化的伺服[Fú]機構被(Bèi)設計成能夠直接接受來自調節器或計算機的0/4-20mA控制○信○号，從(Cóng)而自動調節沖程長度在0-100%範圍内變化。

　　相對而言實現沖程頻率調節的方法比較多樣，主要有變頻電機控制和直接繼⋄電⋄(Diàn)觸點控制兩[Liǎng]種。經由0/4-20mA電流信号控制的變頻調速(Sù)器驅動計量[Liàng]泵電動機按所需▿速▿度(Dù)運行，從而實現沖程頻率的調節。對[Duì]于電磁(Cí)驅動和部[Bù]分電機驅動○的○(De)計量泵，亦可以利用外部觸點(Diǎn)信号來調節沖程∇頻∇率。

　　3.2、基[Jī]地式控◇制◇方式

　　在某些特殊場合，如ph值調節，計量泵作[Zuò]為執行器，在調節器的控制下(Xià)添加酸或▾堿▾。為簡化(Huà)系統配置▿和▿(Hé)提高可靠[Kào]性，以微處理器為核心的嵌入式控制系統被直接[Jiē]集成到計量泵内，如此隻需外接一(Yī)支pH傳[Chuán]感器，即可構成完整的(De)調節系統。這種基地式智○能○計量泵概(Gài)念也适∆用∆于控制其它工藝參(Cān)數，如氧化(Huà)還▾原▾電位(ORP)和餘氯●濃●(Nóng)度調節等應用場合(Hé)。

　　3.3、設定程序式控制

　　由于内部集成了◊微◊處[Chù]理◊計◊算機，一些計量泵産(Chǎn)品的[De]調控性▿能▿和操作性能得到了充分提升，在跟随外部控制命令實(Shí)現實時計量流量[Liàng]調節之外，還(Hái)具有定量添加[Jiā]，時間序[Xù]列[Liè]觸發程序式添加，事件序列觸發(Fā)程序式添加，時∇間∇(Jiān)-事件混合觸發程序式添(Tiān)加和自動校正(Zhèng)等多種工◇作◇(Zuò)模式，并可以提供以泵出流體總量，剩餘沖程次數和待輸送流體容(Róng)量，設定沖程長度和(Hé)其它相關的計量◇泵◇(Bèng)工作參數等有[Yǒu]用信息(Xī)。

　　時間序列觸發程序式(Shì)工作方式令計[Jì]量泵完[Wán]全[Quán]依據實時▲時▲鐘，按○預○先規劃的(De)任務清單，在指定時刻按設定的沖程[Chéng]次[Cì]數或時間定量添加工作介質，時間可▲以▲(Yǐ)以每小時，天，工作日，∆公∆休日，一周和二周為周期靈活設定；而(ér)事件序列觸發程序式工[Gōng]作▽方▽式令計量泵完全依據實時觸[Chù]發事件，按預先規[Guī]劃[Huà]的任務清單，在特[Tè]定事件發生時(觸點▽輸▽[Shū]入)按設定的沖程次數或時間定量添◆加◆(Jiā)工作介質。

　　以上兩種方式可以有機[Jī]混合，完成更◆複◆雜的時間-事件混合觸發工作模式。*多可設定81個事件。

　　一個簡單的例子是冷卻塔循環水**▽滅▽(Miè)藻系統。**劑以特定濃(Nóng)度◇根◇[Gēn]據補⋄充⋄水流量比⋄例⋄[Lì]添加；并按工○藝○要求，在比例添[Tiān]加過程當中，每(Měi)周還應脈沖式(Shì)大劑量添加一[Yī]次(Cì)**劑[Jì](如設定在[Zài]周◆五◆(Wǔ)12-13時)，并要求[Qiú]此時暫停比例添加作用(Yòng)。整個編程十分簡[Jiǎn]捷，令複雜多變的流體添◊加◊任務得以輕松而**地實現。

　　3.4、現場總線ProFibus控制(Zhì)方式

　　在石油化工等(Děng)大規模高自動化◈成◈(Chéng)度的應用▽場▽合[Hé]，利用數字通訊協(Xié)議進[Jìn]◈行◈自動化設備之間數據的高速傳輸進◊而◊組[Zǔ]成網絡式控制▿系▿[Xì]統，容量大，可靠性●高●(Gāo)，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◆(Jiǔ)十年代末又成為◇歐◇洲标(Biāo)準(EN50170)，在世界範○圍○[Wéi]▲内▲得到廣泛采用，已成為現場總線(Xiàn)技術(Shù)中⋄代⋄[Dài]表性協議之一。

　　現場總線ProFibus由三種形勢組(Zǔ)成。ProFibus-DP，ProFibus-PA◊和◊(Hé)ProFibus-FMS。其⋄中⋄ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型外(Wài)圍設備[Bèi]現場總線，系專門為過程控制系統與∇分∇散的外圍設[Shè]備之間[Jiān]高速數據信▲息▲交換而設計的。其(Qí)傳輸介質為雙絞線或光纖聯接的RS485傳輸制式，波[Bō]特率9.6-12Mb/s，系統構成成本低，高速可靠。

　　現場總線ProFibus指令集精簡凝練，編程非常方便。具(Jù)有◇現◇場總線ProFibus通(Tōng)訊功▿能▿[Néng]的計量泵，在具有所有手動(Dòng)調節功能的同時，可以[Yǐ]方便地○溶○(Róng)入**的◊如◊集散式計○算○機控制系(Xì)統中，使其[Qí]各種功能得[Dé]以更充分地發揮，已經成為現代精●密●計量泵[Bèng]的[De]佼佼者。普羅名特公(Gōng)司計量泵家族中即有三大系列數十個型号(Hào)的産品配置了現場總[Zǒng]▾線▾功∇能∇。

　　四、結▿束▿語

　　今天，計(Jì)量泵○的○研發已經超越了其傳統意[Yì]義上單純追求容量和材質的範疇，轉而面∇向∇高精度，多[Duō]功能和智能[Néng]化的發展方向(Xiàng)，這一趨勢已經[Jīng]成為○世○[Shì]界主要(Yào)計量泵生[Shēng]商的共識。 計量◊泵◊(Bèng)行業已經進入其高速增[Zēng]長期