一、概述

　　作為流體精密計量與投(tóu)加的理想設備，計量(liàng)泵如今已被廣泛(fàn)地(dì)應用于包括制藥、食品飲料和石油化(huà)工行業在内(nèi)的各個領域，在工藝過程擔負着強腐蝕性、毒害性、高粘性(xìng)和高壓介質的計量添加任務。經過超過半個世紀的(de)實踐應(yīng)用和技術改進，現在計量泵已經(jīng)進入其高速增長期。現在，成熟的動力驅動方式和液體輸送端(泵頭)材(cái)料技術使得新型計量泵幾乎可以完成輸送任何常規和(hé)特殊介質的要(yào)求，其工作壓力和容量(liàng)亦能滿足工業生産的(de)絕大多(duō)數要(yào)求。

　　随着人(rén)們對生産(chǎn)工藝過程指(zhǐ)标和自動化程度要求的普(pǔ)遍提高，作為化學藥劑計量和添加環節(jiē)的*終(zhōng)執行機構，計量泵(bèng)的**性和可控制性(xìng)變得日益重要起(qǐ)來。石油化工等行(háng)業向來以生産(chǎn)過(guò)程的高度自動化而著稱，也是集散(sàn)式、分布式和智能式計算機控制系統應用*廣泛的領域之一，因而要求與之相配套的執行器(qì)——計量泵亦要具備靈(líng)活多樣的控制模式，可以方便地與計算(suàn)機系統構成(chéng)各(gè)種控(kòng)制(zhì)回路，實現更複雜更**的過程(chéng)控制。為順應這(zhè)一新的趨(qū)勢，國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)控制功能和數據通訊協(xié)議整合到計量泵中，真正(zhèng)實現了從沖程(chéng)頻率(lǜ)到沖程長度的雙維調節，使其産品成為世(shì)界開創的(de)智能精密計量泵。

　　二、計量泵的基本(běn)工作原理

　　衆所周知，計(jì)量泵主要由動力驅(qū)動、流體輸送和調節控制(zhì)三部分組成。動力驅(qū)動裝置經由機械聯杆系(xì)統帶動流體輸送隔膜(活塞)實(shí)現往複運動：

　　隔膜(活塞(sāi))于沖程的前半周将被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(chéng)長度(dù)即可達至(zhì)調節流體輸送量之目的。精密的加工精(jīng)度保證了每次泵出(chū)量進而實現被(bèi)輸(shū)送介質的精密計量(liàng)。

　　因其動力驅動和流體輸送方式的不同，計量泵可以大緻劃分(fèn)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。柱塞式計量泵(bèng)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(gōng)領域(yù)。針對高粘度介質在高壓力工況下(xià)普通(tōng)柱(zhù)塞泵的不足，一種無閥(fá)旋轉柱塞(sāi)式計量泵(bèng)受到愈來愈多的重視，被廣泛應用于糖(táng)漿、巧克力和石油添加劑等高(gāo)粘度介質的計量添(tiān)加(jiā)。因被計量介質和(hé)泵内潤(rùn)滑劑之間無法實現完全隔離這(zhè)一結構性(xìng)缺點，柱塞式計量泵在高防污染要求流(liú)體計(jì)量應用中受到諸多限制。

　　2.2、隔膜式計量泵(bèng)

　　顧(gù)名思義，隔膜式計量泵利用特殊(shū)設計加工的柔性隔膜取代活(huó)塞，在(zài)驅動機構作用下實現往複運動，完(wán)成吸入-排出過程。由(yóu)于隔膜的隔(gé)離(lí)作用，在結構上真正實現(xiàn)了被計量(liàng)流體與驅動潤滑(huá)機構之間的隔離。高科技的結構設計(jì)和新型材料的選用已經大大提高了隔膜的使用壽命，加上複合材料優異的耐腐蝕特性，隔膜(mó)式計量泵目前已經成為流體計量應用中的主力泵型。

　　在隔膜式計量泵家族成(chéng)員裡，液力驅動式隔膜泵由于采用了液(yè)壓油均勻(yún)地驅動隔膜(mó)，克服了機械直接(jiē)驅動(dòng)方式下泵隔膜受力過分集中的缺點，提升了隔膜壽命和工作壓力上限。為了克服單隔膜式計量泵可能(néng)出現的因隔膜破損而造成的工作故障，有的計量泵配備了隔膜破損傳感器，實現隔膜破裂時自動連鎖保護；具有雙隔膜結構泵(bèng)頭的計量進一步提(tí)高了其**性(xìng)，适合對**保護特别敏感的應用場(chǎng)合。

　　作為隔膜式計(jì)量泵的一種，電磁驅動式(shì)計量泵(bèng)以(yǐ)電磁鐵(tiě)産生脈動驅動力，省卻了電機和變速機構，使得系統小巧(qiǎo)緊湊，是小量程低壓計量泵的重要分支。

　　現在，精密計量泵(bèng)技(jì)術已經非常成(chéng)熟，其流體計量輸送能力(lì)*大可達0-100,000l/h，工作壓力*高達4000bar，工(gōng)作範圍覆(fù)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(cì)的(de)流體泵出量決定了其(qí)計量容(róng)量。在一(yī)定的有效(xiào)隔膜面積下，泵的輸出流體的體積(jī)流量正比與沖(chòng)程(chéng)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下，通過調節沖程長度L和(hé)沖程頻率F即可實現對計量泵輸出(chū)的雙維調節。

　　盡管沖程長度(dù)和頻率都可以作(zuò)為調節變(biàn)量，但(dàn)在工程應用中一般将沖程長度視(shì)為粗調變量，沖程頻率為細調(diào)變量：調節沖(chòng)程長度至一定值，然後通過改(gǎi)變其頻率實現精細調節，增加調節的靈活性。在相對簡單的應用場合，亦可(kě)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(xì)統配置。

　　3.1、常規模拟/開關信号調節方式

　　過程控制應用中廣(guǎng)泛采用0/4-20mA模拟(nǐ)電流信号作為傳感器、控制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。

　　位置式伺服機(jī)構是(shì)實現沖程長度調(diào)節的*普遍方法。一體化的伺服機構被設計成能夠直接接受來自(zì)調節器或計算機的0/4-20mA控制信号，從而自動調節沖程長度在0-100%範圍内變化。

　　相對而言實(shí)現沖程頻率調節的方法比較(jiào)多樣，主要有變頻電機控制和直(zhí)接(jiē)繼電觸點控制兩種(zhǒng)。經由(yóu)0/4-20mA電流信号控制的變頻調速器驅動計量泵電動機按所需速度運行，從而實現沖(chòng)程頻率的調節。對于電磁驅動和部分電機驅動的(de)計量泵，亦可以利用外部觸點信号來調節沖程頻(pín)率。

　　3.2、基(jī)地式控制方式

　　在某(mǒu)些特殊場合，如ph值調節，計量泵作為執行器，在調節(jiē)器的控制下添加酸或堿。為簡化(huà)系(xì)統配置和提高可靠性，以微處理(lǐ)器為核心的嵌入式控制系統被直接(jiē)集成到計量泵内，如(rú)此隻需外接一支pH傳(chuán)感器(qì)，即可構成完整的調節系(xì)統。這種基地式智能計量(liàng)泵概念也(yě)适用于控制(zhì)其它工藝參數，如氧化還原電位(ORP)和(hé)餘(yú)氯濃度調節等應用場合。

　　3.3、設定程序式控制

　　由(yóu)于内部集成了微處理計算機，一些計量泵産品的調控性能(néng)和操(cāo)作性能得到了(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外，還具有定量添加，時間序列觸發程序式添加，事件序列觸(chù)發程序式添加，時間(jiān)-事件混合觸發程序式添加和自動校正等多種工作模式，并可以(yǐ)提供以泵出流體總量，剩餘(yú)沖程次(cì)數和待輸送流體容(róng)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全依據實時時鐘，按預先規劃的任務清單，在指定時(shí)刻按設定的沖程次數或時間(jiān)定量(liàng)添(tiān)加工作介質，時(shí)間可以(yǐ)以每小時，天，工作日，公休日，一周和二周為周(zhōu)期靈活設(shè)定；而(ér)事件序列觸發程序(xù)式工(gōng)作方式令計量(liàng)泵完全依據(jù)實時觸發事件，按預先(xiān)規劃的任務清單，在特定事件發生時(觸點輸入)按(àn)設定的沖程次(cì)數或時間(jiān)定量添加(jiā)工作介質。

　　以上兩種方式可(kě)以有機混合，完成更複雜的時間-事件混合觸(chù)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(xì)統。**劑以特定濃度根據補充水(shuǐ)流量比例添加；并按工藝(yì)要求，在比例添加過程當中，每周還應脈(mò)沖式大劑量添加一次**劑(如設定在周五(wǔ)12-13時)，并要求此時暫停比例添加作用(yòng)。整個編程十分簡捷，令複雜多變的(de)流體添加任務得(dé)以輕松而**地實現(xiàn)。

　　3.4、現場總線ProFibus控制方式

　　在石油化(huà)工等(děng)大規模高自動化(huà)成(chéng)度的應用場合(hé)，利用數字通訊協議進行自動化設備之間數(shù)據(jù)的高速傳輸進而組成網絡式控制系統，容量大，可靠性高(gāo)，已成為(wéi)發展的主流。繼二十世紀九十年代初被納入德國DIN标(biāo)準後，現場總線ProFibus于九十年代末又成為歐洲标準(EN50170)，在世界範圍内(nèi)得到廣泛采用，已成為現場總線技術中代表性協議之一(yī)。

　　現場總線ProFibus由三種形勢組成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義(yì)為分散(sàn)型外圍(wéi)設備現場總線，系專門為過程控制系統與(yǔ)分(fèn)散的外圍設備之間(jiān)高速數據信息交換而設計的。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，系統構成成本低，高速可靠(kào)。

　　現場總線ProFibus指令集精簡凝(níng)練，編程非常(cháng)方便。具(jù)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，可以方便地溶(róng)入**的如集散式計算(suàn)機控制系統中，使其(qí)各種功能得(dé)以更充分地發揮，已經(jīng)成為現(xiàn)代(dài)精密(mì)計量泵的佼佼者(zhě)。普羅名特公司計量泵家族中即有三大系列數十個型号的産品配置了(le)現(xiàn)場總線功能。

　　四、結束語

　　今天，計量泵的研發已經(jīng)超越了其(qí)傳統意義上單(dān)純追求容量和材質的範疇，轉而面(miàn)向高精度(dù)，多功能和智能化的發展方向，這一趨勢已經成為世界主要(yào)計量泵生商的共識(shí)。 計量泵(bèng)行(háng)業已經進入其高速增(zēng)長期