一、概述

　　作為流體[Ti]精密計量與投加的理想設備，計量泵如今已被廣泛[Fan]地應用(Yong)于包括制(Zhi)藥、食[Shi]品飲料和石油化工行業[Ye]在内的各個(Ge)領域，在(Zai)工藝過程擔負着[Zhe]強腐蝕性、毒[Du]害性、高粘性和高壓介質(Zhi)的計(Ji)量添加任務。經[Jing]過超過半個世[Shi]紀的[De]實踐應用和技術改[Gai]進，現在計量泵已經[Jing]進入其高速增長期。現在，成熟(Shu)的動力驅動(Dong)方式和液體輸[Shu]送端(泵頭)材[Cai]料技術使得[De]新型計(Ji)量泵[Beng]幾乎(Hu)可以[Yi]完成輸[Shu]送任何(He)常規和特[Te]殊介質的要求，其工(Gong)作壓力和容量[Liang]亦能滿足工業(Ye)生産的絕大多(Duo)數要求。

　　随着人們對生産(Chan)工藝過程指标和自動化(Hua)程度要求的普遍提高，作[Zuo]為化學藥劑計[Ji]量和添加[Jia]環節[Jie]的*終執行機構，計量泵的**性和可控制性(Xing)變得日益重要起[Qi]來[Lai]。石油化工等行(Hang)業向來以生産過[Guo]程(Cheng)的高度自[Zi]動化而著稱，也(Ye)是集散式、分布式和智能式計算機控(Kong)制系[Xi]統應用*廣泛的領(Ling)域之一，因而要求與之相配套的執行器(Qi)——計量泵亦要(Yao)具備靈(Ling)活多樣的[De]控制模式，可以方便地與計算機系(Xi)統構成各種控(Kong)制回路，實現更複雜(Za)更**的過程控制。為順應這一新的趨勢，國際上有名的計[Ji]量泵制[Zhi]造商如[Ru]德國普羅名特公(Gong)司在保證其(Qi)産品傳統性[Xing]能(Neng)繼續**世(Shi)界[Jie]的同[Tong]時，借助于[Yu]嵌入式微(Wei)處理器系[Xi]統，将多種調節(Jie)控制(Zhi)功能和數據通訊協議整合到計量泵中[Zhong]，真正實現了從沖程頻率到沖程長度的雙維調節，使其産品[Pin]成為世界開創的智能精密計量泵。

　　二、計量泵的基本工作原理

　　衆所周知，計量泵主要由動力驅動、流體輸送(Song)和調節控制(Zhi)三部分組成。動[Dong]力驅(Qu)動裝置經由機械聯杆系統帶動流體輸送隔膜(活塞)實[Shi]現往複運動[Dong]：

　　隔(Ge)膜(活塞)于沖程[Cheng]的前半周将被(Bei)輸送流體吸入并(Bing)于後半周将(Jiang)流體排出泵[Beng]頭[Tou]；所以，改變沖程[Cheng]的往複運動頻率或每一次往[Wang]複[Fu]運動的[De]沖程長度即可達至[Zhi]調節流體(Ti)輸送量之目的[De]。精密的加工精(Jing)度保證了每次泵出[Chu]量進而實現[Xian]被輸送介質的精密計量[Liang]。

　　因其動力驅(Qu)動和流體輸送方式的不[Bu]同，計量泵可[Ke]以(Yi)大緻劃分成柱塞式和隔膜式(Shi)兩大種類。

　　2.1、柱塞式[Shi]計(Ji)量泵

　　主要有普通[Tong]有閥泵和無閥泵(Beng)兩種(Zhong)。柱塞式計量泵因其結構簡單(Dan)和[He]耐高溫高壓(Ya)等優點而被廣[Guang]泛應用于[Yu]石油化工(Gong)領域。針對高粘度介[Jie]質在高(Gao)壓力工況[Kuang]下(Xia)普通柱塞泵的[De]不足，一種無閥旋轉柱塞式計(Ji)量泵受到愈來愈[Yu]多的(De)重視，被(Bei)廣泛應用于(Yu)糖(Tang)漿、巧克力(Li)和石油添加[Jia]劑等高(Gao)粘度介質的計量[Liang]添加。因被計量介[Jie]質和泵内潤滑劑之間無(Wu)法實現完全隔離這一結構性缺(Que)點，柱塞式計[Ji]量泵在高防污染(Ran)要求流體計量應用中受到諸多[Duo]限制[Zhi]。

　　2.2、隔膜(Mo)式計量泵

　　顧名(Ming)思義，隔膜式計量泵利用特殊設計加工的柔(Rou)性隔[Ge]膜取代活[Huo]塞[Sai]，在驅動機構(Gou)作用(Yong)下(Xia)實現往複運動，完(Wan)成吸(Xi)入-排出過程。由(You)于隔膜的隔離[Li]作用，在結構上[Shang]真正實現了被計量流體與驅(Qu)動潤滑機構之間的(De)隔離。高科技的結構[Gou]設計[Ji]和新型材料的(De)選用已經大大提高了隔膜的使用壽命，加上複合材料優異(Yi)的耐腐蝕[Shi]特性(Xing)，隔膜式計[Ji]量泵(Beng)目前已(Yi)經成為(Wei)流體計量應用中的主力泵型[Xing]。

　　在隔膜式計量泵家族成[Cheng]員裡，液力驅動(Dong)式隔膜泵[Beng]由于采用了液(Ye)壓油均勻(Yun)地驅動隔膜，克服了機械直接(Jie)驅動方式下泵隔膜[Mo]受力過分集中的缺[Que]點，提升了隔膜壽[Shou]命和工作壓力上限。為了(Le)克服單隔(Ge)膜式計量泵可(Ke)能出現的因(Yin)隔膜破損而[Er]造成的工作故障[Zhang]，有的計量(Liang)泵配(Pei)備了隔膜破損[Sun]傳感器，實現隔(Ge)膜破裂時自(Zi)動連鎖保護(Hu)；具有(You)雙隔膜結構泵(Beng)頭的計量進一(Yi)步提高了其**性，适合對**保護特别敏感的[De]應用場[Chang]合。

　　作為隔膜[Mo]式計[Ji]量泵的一種，電磁驅動式[Shi]計量泵以電磁[Ci]鐵産生脈動(Dong)驅動力，省卻了電[Dian]機和變速機構，使(Shi)得系統小巧[Qiao]緊湊(Cou)，是小量[Liang]程[Cheng]低壓(Ya)計[Ji]量泵的重要分(Fen)支。

　　現在，精密計量泵技術[Shu]已經非常成(Cheng)熟，其(Qi)流體計量輸(Shu)送能力*大可達0-100,000l/h，工作壓力*高達4000bar，工[Gong]作(Zuo)範圍覆蓋了工業生産(Chan)所有領域的(De)要求。

　　三、計量泵的(De)控制

　　計量泵每一次(Ci)的流體泵[Beng]出量決定(Ding)了其計量容量。在一(Yi)定的有效隔膜面積下，泵的輸[Shu]出流[Liu]體的(De)體積[Ji]流量正比與沖(Chong)程(Cheng)長度L和沖(Chong)程頻率[Lü]F：V∝A*F*L

　　在計量介質和工作(Zuo)壓力[Li]确定情況下，通(Tong)過(Guo)調節沖程[Cheng]長(Zhang)度L和沖程頻率F即可實現(Xian)對計量泵輸出的雙(Shuang)維調(Diao)節。

　　盡管沖程長度(Du)和頻率[Lü]都可以作為調[Diao]節變量，但在[Zai]工程應用中一般将沖(Chong)程長度視為粗調變(Bian)量，沖(Chong)程頻率為細調(Diao)變量：調節[Jie]沖程長度[Du]至一定值，然後通過改變(Bian)其頻率實現精[Jing]細調節，增加[Jia]調[Diao]節(Jie)的(De)靈活性。在相對(Dui)簡單(Dan)的應用場合，亦可以手(Shou)動設置沖程長度，僅将沖(Chong)程(Cheng)頻率作為(Wei)調節[Jie]變量，從而簡化[Hua]系統配置。

　　3.1、常規[Gui]模拟/開關信号調節方式

　　過程控制應用中廣[Guang]泛采用0/4-20mA模拟電流信号作為傳[Chuan]感器、控制器和(He)執行機構間(Jian)信号交換的标準，具有外(Wai)控功能的計(Ji)量泵亦主要采用這種方[Fang]式，實現對沖程頻率和沖程頻率的外部調節。

　　位置[Zhi]式伺服機[Ji]構(Gou)是實現沖程長度[Du]調節的*普遍方法。一體化的伺服機構被(Bei)設計成能夠直接(Jie)接受來自調節器[Qi]或計算機的0/4-20mA控制信[Xin]号，從而自動調(Diao)節沖程長(Zhang)度在0-100%範圍内變化。

　　相對而言實現沖程(Cheng)頻率調節的方法比較多樣，主要有變頻電(Dian)機控制(Zhi)和直接繼電觸點控制兩(Liang)種。經由0/4-20mA電流信号控制的變[Bian]頻調速器驅動計量[Liang]泵[Beng]電動機按所[Suo]需速度(Du)運行[Hang]，從而實現沖(Chong)程頻率的調節。對于(Yu)電磁驅動和部分[Fen]電機驅動的(De)計量泵，亦可以利用外部觸點信号來調節沖程頻率。

　　3.2、基地式控(Kong)制方式

　　在某些特殊場合[He]，如ph值調節，計(Ji)量泵作為執(Zhi)行器，在調節(Jie)器的控制下(Xia)添加酸或堿(Jian)。為簡化系[Xi]統配置和提高可[Ke]靠性，以微處理器為核心的嵌入式(Shi)控制系統被(Bei)直接(Jie)集成到計量泵内，如(Ru)此隻需外接(Jie)一支pH傳感器，即可構成[Cheng]完整的調節系[Xi]統。這種基(Ji)地[Di]式[Shi]智(Zhi)能計量泵概(Gai)念也适用于控制其[Qi]它[Ta]工藝參數，如氧化還原[Yuan]電位(ORP)和餘氯[Lü]濃[Nong]度調節等應用[Yong]場合。

　　3.3、設定程序式(Shi)控制

　　由于内部集成了微處[Chu]理計算機，一些計量泵産(Chan)品的調控性能(Neng)和操作性[Xing]能得到了[Le]充分提升，在跟随外部控制命令實現實時計量流量調節之[Zhi]外，還具有定量[Liang]添加，時間序列[Lie]觸發程序式添(Tian)加，事件序[Xu]列觸發程序式添加[Jia]，時間-事件混合(He)觸發程序式添(Tian)加和自動[Dong]校正[Zheng]等多種工作模[Mo]式，并可以提供(Gong)以泵出流[Liu]體總量，剩餘沖程次(Ci)數和(He)待輸送流[Liu]體容量，設定沖程長度和(He)其它相關的計量泵(Beng)工作參數等有(You)用信息。

　　時間序(Xu)列[Lie]觸發程[Cheng]序式工作方式令計(Ji)量泵完全依據實[Shi]時時鐘，按預先規劃的任(Ren)務清單，在指定時(Shi)刻按設定的沖程次[Ci]數或時間定量添加工作[Zuo]介質，時間可以以每小時，天，工作日(Ri)，公休日，一周和二周為周期靈活設定；而[Er]事件序列觸發程序(Xu)式工作方[Fang]式令計(Ji)量泵完(Wan)全依據實時觸發[Fa]事件，按預(Yu)先[Xian]規劃的任務清(Qing)單，在特定事件發生時(觸點輸入)按(An)設定的沖程[Cheng]次(Ci)數或時間定量添加(Jia)工作[Zuo]介質。

　　以上(Shang)兩種方式可以有機混合[He]，完成更複雜(Za)的時間(Jian)-事件[Jian]混合觸發工作模式。*多[Duo]可設定81個事件。

　　一(Yi)個簡單的例子是冷卻[Que]塔循環水**滅(Mie)藻系統。**劑以(Yi)特定濃(Nong)度根據補充水流量比例添加；并按工藝[Yi]要求，在比例添[Tian]加過(Guo)程當中，每周還應脈沖式大劑量添加一(Yi)次**劑(Ji)(如設定在周五(Wu)12-13時)，并要求此時暫(Zan)停(Ting)比(Bi)例添加作用。整個編程十分簡(Jian)捷，令複雜多變的[De]流體添加(Jia)任務得以輕松而**地(Di)實現[Xian]。

　　3.4、現場總線ProFibus控制方[Fang]式

　　在石油化工等(Deng)大規模高自動化成度的應用場(Chang)合[He]，利用[Yong]數字通訊協(Xie)議進行自動化設備之間數據(Ju)的高[Gao]速傳輸進而組成網絡[Luo]式控制系(Xi)統，容(Rong)量大，可靠性高[Gao]，已成[Cheng]為發展的主流。繼二十世(Shi)紀九十年代初被納入德國DIN标[Biao]準後，現場總線(Xian)ProFibus于九十年代末又成為歐洲标[Biao]準(EN50170)，在世界範圍内得到廣(Guang)泛采用，已(Yi)成為現場總線技術中代表性協議之一。

　　現場總線ProFibus由(You)三種形勢組成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型(Xing)外圍設備[Bei]現場總線，系專門為過程控制(Zhi)系統與分[Fen]散的外圍設備之間[Jian]高速數據信息交換而設計的。其傳輸介[Jie]質為雙絞[Jiao]線或光纖聯接的RS485傳輸制[Zhi]式，波特率9.6-12Mb/s，系統[Tong]構成成本低[Di]，高速可靠。

　　現場總線ProFibus指令集精簡凝[Ning]練，編程非常(Chang)方便(Bian)。具有現場總線ProFibus通訊功能(Neng)的計量泵，在具[Ju]有所有手動[Dong]調節功能(Neng)的(De)同時，可以方便地溶入[Ru]**的如集散式(Shi)計算[Suan]機控制系統中，使其[Qi]各種功能得以更充分地發揮，已經成為(Wei)現代精密計量泵的佼佼者。普羅名[Ming]特公司計量泵家族中即有[You]三大系(Xi)列[Lie]數十個型号的産品配置了現場總線功能。

　　四、結[Jie]束語

　　今天，計[Ji]量泵的研發已經[Jing]超越了其[Qi]傳統意[Yi]義上單純追求容[Rong]量和材質的[De]範[Fan]疇(Chou)，轉而面向高精度，多(Duo)功能和智能化的發展方向[Xiang]，這一[Yi]趨勢已經成為世界主要計量(Liang)泵生(Sheng)商的(De)共(Gong)識(Shi)。 計量泵行業已經進(Jin)入其(Qi)高速增長期