一、概述

　　作為流體(tǐ)精密計量與投加的理想設備，計量泵(bèng)如今已被廣泛地應用(yòng)于包括制藥、食(shí)品飲料和石油化工行業在内的各個領域，在工藝過(guò)程擔負(fù)着強腐蝕性、毒害性、高粘性和高壓介(jiè)質(zhì)的計量添加任(rèn)務。經(jīng)過超過半個世紀的實踐應用和技術改進，現在計(jì)量泵已經進入其(qí)高速增長期。現在，成熟的動力驅動(dòng)方式和液體輸送(sòng)端(泵頭)材料技術使得新型計量泵幾乎可以完成輸送任何(hé)常規和(hé)特(tè)殊介質的要求，其工作壓(yā)力和容量(liàng)亦能滿足工業生産的絕大多數要(yào)求。

　　随着人們對生産工藝過(guò)程指(zhǐ)标和自動化(huà)程度要(yào)求(qiú)的普(pǔ)遍提高，作(zuò)為化學藥(yào)劑計量和添加環節的*終執行機構，計量(liàng)泵的**性和可控制性變得日益重要起(qǐ)來(lái)。石油化工等行業向來以生産(chǎn)過程(chéng)的高(gāo)度自動化而著稱，也是集散式、分布(bù)式和智能式計算機控制(zhì)系統應用*廣泛的領(lǐng)域之一，因而要求與之相配套的執行器——計量泵亦要具備靈(líng)活多樣的(de)控制模式，可以方便地與計算機系統構成各種控制回路，實現更複雜更(gèng)**的過程控制。為順應這(zhè)一新(xīn)的趨(qū)勢，國際上有名的計量泵制造商如德國普羅名特公司在保證其産品傳(chuán)統性能繼續**世界的同時，借助于嵌入式微處理器系統，将多種調節(jiē)控制功能和數據(jù)通訊協議整合到計量泵中(zhōng)，真正實(shí)現了從沖程頻率到沖程長度(dù)的雙維調節，使其産品成為世界開創的智能精密計量泵。

　　二、計量泵的基本(běn)工作原理

　　衆所周(zhōu)知，計量泵主要由動力驅動、流體輸送和調節控制(zhì)三部分組成。動力驅(qū)動裝置經(jīng)由機械(xiè)聯杆系統帶(dài)動流(liú)體輸(shū)送隔膜(活塞)實現往複運動：

　　隔(gé)膜(活塞)于沖程的前半周将被輸送(sòng)流體吸入并于後半周将流體排出泵頭；所以，改變(biàn)沖程(chéng)的往複運動頻(pín)率或每一次往複運動的沖程長度(dù)即可達至調節流體輸送量之目的。精密(mì)的加工精度保證了每次泵出(chū)量進而實現被輸送介質的精密計(jì)量。

　　因其動力驅動和流體(tǐ)輸送方式的(de)不同，計量(liàng)泵可以大緻劃分成柱塞式和隔膜式(shì)兩大種類。

　　2.1、柱塞式計(jì)量泵

　　主要(yào)有普通(tōng)有閥泵和無閥泵(bèng)兩種。柱塞式計量泵因其結構簡單(dān)和耐高(gāo)溫高壓等優點而被廣泛應用于石油化工領域。針對高粘度介質在(zài)高壓力工況下普通柱塞泵的不足，一種無閥旋(xuán)轉柱塞式計量泵受(shòu)到愈來愈多的重視，被廣泛應用于糖(táng)漿、巧克力(lì)和石油添加劑等高(gāo)粘度(dù)介質的計量添加。因被計量介質和泵内潤滑劑之間無(wú)法實現完全隔離這一結構性缺點，柱塞(sāi)式計量泵在高防污染要求流(liú)體計量應(yīng)用中受到諸多限制。

　　2.2、隔膜式計量泵

　　顧名思義，隔膜式計量泵(bèng)利用特殊設計加工的柔性隔膜取代活(huó)塞，在驅動機構作用下實現往(wǎng)複運動，完(wán)成吸入-排出過程。由于隔膜的隔(gé)離(lí)作用，在結構上真(zhēn)正實現(xiàn)了被計量(liàng)流體與驅(qū)動潤滑機構之間的隔離(lí)。高科技的結構(gòu)設計(jì)和新型材料的選用已經大大提高(gāo)了隔膜的(de)使用(yòng)壽命(mìng)，加上複合材料優異的耐腐蝕特性(xìng)，隔膜式計量泵目前已經成為流體計量應用中的主力泵型。

　　在隔(gé)膜式計量泵家族(zú)成員裡，液力驅動式隔(gé)膜泵(bèng)由(yóu)于采用了液壓油均勻(yún)地驅動隔(gé)膜，克服了機械直接(jiē)驅動方式下泵隔膜(mó)受(shòu)力過分集中的(de)缺點，提(tí)升了隔膜壽命和工作壓力上(shàng)限。為了克服單隔(gé)膜式計量(liàng)泵可能(néng)出現的因隔膜破損而造成的工作故障，有的計量泵(bèng)配備了隔膜破損傳感器，實現隔膜破(pò)裂時自動連鎖保護；具有雙隔膜結構泵頭的計量進一步提高了其**性(xìng)，适合對**保護特别敏感的應用場合。

　　作為隔膜式計(jì)量泵的一(yī)種，電磁驅動式計量泵(bèng)以(yǐ)電磁(cí)鐵産生脈動(dòng)驅動力，省卻了電機和變速機構，使得系統小巧(qiǎo)緊湊，是小量程低壓計(jì)量泵的重要分支(zhī)。

　　現在，精密(mì)計量泵技術已經非常成熟，其流體計量輸送能力(lì)*大可達0-100,000l/h，工(gōng)作壓力*高達4000bar，工作(zuò)範圍覆蓋了(le)工業生産(chǎn)所有領域的要求。

　　三、計量泵的(de)控制

　　計量泵每一次的流體泵出量(liàng)決定了其計量容量。在一定的有效隔膜面積下，泵的輸出流體的體積(jī)流量正比與沖程長度L和沖程頻率F：V∝A*F*L

　　在計量介質和工作壓力确定情況(kuàng)下，通過調節沖程長度L和(hé)沖程頻(pín)率F即可實現對計量(liàng)泵輸出的雙維調節。

　　盡管沖程長度和頻率(lǜ)都可以作為調節變量，但(dàn)在工程應用中一般(bān)将沖程長度視為粗調變量，沖程頻率為細調變量：調節沖程長度(dù)至一(yī)定值，然後(hòu)通過改變其頻率實現精細調節，增加調節的靈活(huó)性。在相對簡單的應用場(chǎng)合，亦可以手動設置沖程長度，僅将沖(chòng)程頻率作為調節(jiē)變量，從而簡化系統配置。

　　3.1、常規模拟(nǐ)/開關信号調節方式

　　過程(chéng)控制應用(yòng)中廣泛采用0/4-20mA模拟電流信号作為傳感器、控制(zhì)器和執行機構間信号交換的标準，具有外控功能的計量泵亦(yì)主要采用這種方式，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)構是實現沖程長度調節的*普遍方法。一體化的伺服機構被(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(zhì)信号，從而自動調節沖程長度在0-100%範(fàn)圍内變化。

　　相(xiàng)對而言實(shí)現沖程頻率(lǜ)調節的方法比較(jiào)多樣，主要有變頻電機控制和直接(jiē)繼電觸點控制兩種。經由0/4-20mA電流(liú)信号控制的變頻調速器驅動計量泵電動機按所(suǒ)需速度(dù)運行，從而實(shí)現沖(chòng)程頻率的調節。對于電磁驅動和部(bù)分電機驅動的計量泵，亦可以利用外部觸點信号來調節沖程頻率。

　　3.2、基地式控制方式

　　在某些特殊場合，如(rú)ph值調節，計量泵作為執行器，在調節器的控制下添加酸或堿(jiǎn)。為簡化系統配置和提高可靠性，以(yǐ)微處理器為核心的嵌入式控制系統被(bèi)直接集成到計量泵内(nèi)，如此隻需外接一支pH傳感器，即可構成完整的調節系統(tǒng)。這種基地式智能計量(liàng)泵概念也适用于控制其它工藝參數，如氧化(huà)還原電位(ORP)和餘氯濃度調節等應用(yòng)場合。

　　3.3、設定程序式控制

　　由于内部集成了(le)微處(chù)理計算機，一些計量泵(bèng)産品的調控性能和操作性能得到了(le)充分提升，在跟(gēn)随(suí)外部控制命令實(shí)現實時計量流量調節之外，還具(jù)有定量添加(jiā)，時間序列觸發程(chéng)序式添加，事件序(xù)列觸發程序式添加，時間-事件混合觸發程序式添加和自動校(xiào)正(zhèng)等多種工作模式，并可以提供以泵出流體總量，剩餘(yú)沖程次數和待輸送流(liú)體容量，設定沖程長度和其它相關的計量泵(bèng)工作參數等有用信息。

　　時間序列觸發程序式工作方式令計量泵完(wán)全依據實時時鐘，按預(yù)先規劃(huà)的(de)任務清單，在指(zhǐ)定時(shí)刻按設定的沖程次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(gōng)休日，一周和二周為周(zhōu)期靈活設定；而事件序列觸發程序式工(gōng)作方式令計量(liàng)泵完全依據實時觸發事件，按預(yù)先規劃的任務清單，在特定(dìng)事件發(fā)生時(觸點輸(shū)入)按(àn)設定的(de)沖程次數(shù)或時間定量添加(jiā)工作介質。

　　以上兩(liǎng)種方式可以有機混合，完成更複雜(zá)的時間-事件混合觸發工作(zuò)模式。*多可設定81個事件。

　　一個簡單(dān)的例子是冷卻塔循環水**滅藻系統。**劑以特定濃度根(gēn)據補充水流量比例添加；并按工藝要求，在比(bǐ)例添(tiān)加過(guò)程當中，每周還應脈沖式大劑量添加一(yī)次**劑(如設定在周五12-13時)，并要求此時暫停比例添(tiān)加作用(yòng)。整個(gè)編程十分簡捷，令複雜多變的流體添(tiān)加任務得以輕松而**地實現(xiàn)。

　　3.4、現場總線ProFibus控制方式

　　在石油化工等大規模高自動化(huà)成度的應用場合，利用數字通訊(xùn)協議進(jìn)行自動化設備之間數據的高(gāo)速傳輸進而組成(chéng)網絡式控制系統，容量大，可靠性高(gāo)，已成為發展的主(zhǔ)流。繼二十世(shì)紀九十年代初被納入德(dé)國DIN标準後，現場總線ProFibus于九十年代末又成為歐(ōu)洲标(biāo)準(EN50170)，在世界範圍(wéi)内得到廣泛采用(yòng)，已(yǐ)成(chéng)為現場總線技術(shù)中代表性協議之一。

　　現場總線ProFibus由三種形勢組成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和(hé)ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型外圍設備(bèi)現場(chǎng)總線，系專門為過程控制系統與分(fèn)散的外圍設備之間高速數據信息(xī)交換而設計的。其傳輸介質為雙絞(jiǎo)線或光纖聯接(jiē)的RS485傳輸制(zhì)式，波(bō)特率(lǜ)9.6-12Mb/s，系統構成成本低，高速可靠。

　　現場總線ProFibus指令集(jí)精簡凝練(liàn)，編程非常方便。具(jù)有現場總線ProFibus通訊功能(néng)的計(jì)量泵，在具有所(suǒ)有手動調節功能的同時(shí)，可以方便地溶入**的如集散式計算(suàn)機控制系統中，使其(qí)各種功能得以更充分地發揮，已經成為現代精密(mì)計量泵的佼佼者。普羅名特公(gōng)司計量泵家族中即有三大系列數十個型号的産品配置了現場總線功能。

　　四、結束語

　　今天，計量泵的(de)研發已經超越了其傳統意義上單(dān)純追求容(róng)量和材質的範疇，轉而面向高精度(dù)，多功能和智能化的發展方向，這一趨勢已經(jīng)成為世界主要計量泵生(shēng)商的共識(shí)。 計量泵行業已經進入其高速增(zēng)長期