計量泵的基本原理和控制方法探討

一、概述

　　計量泵作為流體細密計量與投加的抱負設置裝備部署，計量泵現在已被廣泛地應用于包羅制藥、食品飲料和煤油化工行業在內的各個范疇，在工藝歷程擔負著強腐化性、迫害性、高粘性和高壓介質的計量添加使命。經過凌駕半個世紀的實踐應用和技能革新，現在計量泵已經進入其高速增恒久?，F在，成熟的動力驅動方法和液體運送端(泵頭)質料技能使得新型計量泵險些可以完成運送任何通例和特別介質的要求，其事情壓力和容量亦能滿意產業生產的絕大多數要求。

　　隨著人們對生產工藝歷程指標和主動化水平要求的廣泛進步，作為化學藥劑計量和添加關鍵的終極實行機構，計量泵的寧靜性和可控制性變得日益重要起來。煤油化工等行業向來以生產歷程的高度主動化而著稱，也是集散式、漫衍式和智能式盤算機控制體系應用最廣泛的范疇之一，因而要求與之相配套的實行器——計量泵亦要具備機動多樣的控制模式，可以方便地與盤算機體系構成種種控制回路，實現更龐大更準確的歷程控制。為適應這一新的趨向，國際上聞名的計量泵制造商如德國普羅名特公司在包管其產物傳統性能繼承領天賦下的同時，借助于嵌入衰落處理器體系，將多種調治控制功效和數據通訊協議整合到計量泵中，真正實現了從沖程頻率到沖程長度的雙維調治，使其產物成為天下首創的智能細密計量泵。

　　二、計量泵的根本領情原理

　　眾所周知，計量泵重要由動力驅動、流體運送和調治控制三部門構成。動力驅動裝置經過機器聯桿體系動員流體運送隔閡(活塞)實現往復生動：

　　隔閡(活塞)于沖程的前半周將被運送流體吸入并于后半周將流體排擠泵頭;以是，轉變沖程的往復生動頻率或每一次往復生動的沖程長度即可達至調治省體運送量之目標。細密的加工精度包管了每次泵出量進而實現被運送介質的細密計量。因其動力驅動和流體運送方法的差別，計量泵可以大抵分別成柱塞式和隔閡式兩大種類。

　　2.1、柱塞式計量泵

　　重要有平凡有閥泵和無閥泵兩種。柱塞式計量泵因其布局簡樸和耐高溫高壓等長處而被廣泛應用于煤油化工范疇。針對高粘度介質在高壓力工況下平凡柱塞泵的不敷，一種無閥旋轉柱塞式計量泵受到愈來愈多的器重，被廣泛應用于糖漿、巧克力和煤油添加劑等高粘度介質的計量添加。因被計量介質和泵內潤滑劑之間無法實現完全斷絕這一布局性缺點，柱塞式計量泵在高防污染要求流體計量應用中受到諸多限定。

　　2.2、隔閡式計量泵

　　顧名思義，隔閡式計量泵利用特別計劃加工的柔性隔閡代替活塞，在驅動機構作用下實現往復生動，完成吸入-排擠歷程。由于隔閡的斷絕作用，在布局上真正實現了被計量流體與驅動潤滑機構之間的斷絕。高科技的布局計劃和新型質料的選用已經大猛進步了隔閡的利用壽命，加上復合質料優秀的耐腐化特性，隔閡式計量泵現在已經成為流體計量應用中的主力泵型。在隔閡式計量泵家屬成員里，液力驅動式隔閡泵由于接納了液壓油勻稱地驅動隔閡，降服了機器直接驅動方法下泵隔閡受力太過會合的缺點，提拔了隔閡壽命和事情壓力上限。為了降服單隔閡式計量泵大概出現的因隔閡破壞而造成的事情妨礙，有的計量泵配備了隔閡破壞傳感器，實現隔閡破碎時主動連鎖掩護;具有雙隔閡布局泵頭的計量進一步進步了其寧靜性，得當對寧靜掩護特別敏感的應用場所。

　　作為隔閡式計量泵的一種，電磁驅動式計量泵以電磁鐵產生脈動驅動力，免卻了電機和變速機構，使得體系小巧緊湊，是小量程低壓計量泵的重要分支。

　　現在，細密計量泵技能已經非常成熟，其流體計量運送本領最大可達0-100，000l/h，事情壓力最高達4000 bar，事情范圍籠罩了產業生產全部范疇的要求。

　　三、計量泵的控制

　　計量泵每一次的流體泵出量決定了其計量容量。在肯定的有效隔閡面積下，泵的輸出流體的體積流量正比與沖程長度L和沖程頻率F：V∝A*F*L

　　在計量介質和事情壓力確定環境下，通過調治沖程長度L和沖程頻率F即可實現對計量泵輸出的雙維調治。

　　只管沖程長度和頻率都可以作為調治變量，但在工程應用中一樣通常將沖程長度視為粗調變量，沖程頻率為細調變量：調治沖程長度至肯定值，然后通過轉變其頻率實現精致調治，增長調治的機動性。在相對簡樸的應用場所，亦可以手動設置沖程長度，僅將沖程頻率作為調治變量，從而簡化體系設置裝備部署。

　　3.1、常范圍仿/開關信號調治方法

　　歷程控制應用中廣泛接納0/4-20mA模仿電流信號作為傳感器、控制器和實行機構間信號互換的尺度，具有外控功效的計量泵亦重要接納這種方法，實現對沖程頻率和沖程頻率的外部調治。

　　位置式伺服機構是實現沖程長度調治的最廣泛方法。一體化的伺服機構被計劃成可以大概直接擔當來自調治器或盤算機的0/4-20mA控制信號，從而主動調治沖程長度在0-100%范圍內變革。

　　相對而言實現沖程頻率調治的方法比較多樣，重要有變頻電機控制和直接繼電觸點控制兩種。經過0/4-20mA電流信號控制的變頻調速器驅動計量泵電動機按所需速率運行，從而實現沖程頻率的調治。對于電磁驅動和部門電機驅動的計量泵，亦可以利用外部觸點信號來調治沖程頻率。

　　3.2、基地式控制方法

　　在某些特別場所，如ph值調治，計量泵作為實行器，在調治器的控制下添加酸或堿。為簡化體系設置裝備部署和進步可靠性，以微處理器為焦點的嵌入式控制體系被直接集成到計量泵內，云云只需外接一支pH傳感器，即可構成完備的調治體系。這種基地式智能計量泵觀點也實用于控制別的工藝參數，如氧化還原電位(ORP)和余氯濃度調治等應用場所。

　　3.3、設定步伐式控制

　　由于內部集成了微處理盤算機，一些計量泵產物的調控性能和操縱性能得到了充實提拔，在追隨外部控制下令實現及時計量流量調治之外，還具有定量添加，時間序列觸發步伐式添加，變亂序列觸發步伐式添加，時間-變亂混淆觸發步伐式添加和主動校正等多種事情模式，并可以提供以泵出流體總量，剩余沖程次數和待運送流體容量，設定沖程長度和別的相干的計量泵事情參數等有效信息。

　　時間序列觸發步伐式事情方法律計量泵完全依據及時時鐘，按預先計劃的使命清單，在指定時候按設定的沖程次數或時間定量添加事情介質，時間可以以每小時，天，事情日，公休日，一周和二周為周期機動設定;而變亂序列觸發步伐式事情方法律計量泵完全依據及時觸發變亂，按預先計劃的使命清單，在特定變亂產生時(觸點輸入)按設定的沖程次數或時間定量添加事情介質。以上兩種方法可以有機混淆，完成更龐大的時間-變亂混淆觸發事情模式。最多可設定81個變亂。

　　一個簡樸的例子是冷卻塔循環水消毒滅藻體系。消毒劑以特定濃度憑據增補水流量比例添加;并按工藝要求，在比例添加歷程當中，每周還應脈沖式大劑量添加一次消毒劑(如設定在周五12-13時)，并要求此時停息比例添加作用。整個編程非常簡便，令龐大多變的流體添加使命得以輕松而準確地實現。

　　3.4、現場總線ProFibus控制方法

　　在煤油化工等大范圍高主動化成度的應用場所，利用數字通訊協議舉行主動化設置裝備部署之間數據的高速傳輸進而構成網絡式控制體系，容量大，可靠性高，已成為生長的主流。繼二十世紀九十年月初被納入德國DIN尺度后，現場總線ProFibus于九十年月末又成為歐洲尺度(EN50170)，在天下范圍內得到廣泛接納，已成為現場總線技能中代表性協議之一。

　　現場總線ProFibus由三種形勢構成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和ProFibus-FMS。此中ProFibus-DP(Decentralized Periphery)界說為疏散型外圍設置裝備部署現場總線，系專門為歷程控制體系與疏散的外圍設置裝備部署之間高速數據信息互換而計劃的。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，體系構成本錢低，高速可靠。

　　現場總線ProFibus指令集精簡凝練，編程非常方便。具有現場總線ProFibus通訊功效的計量泵，在具有全部手動調治功效的同時，可以方便地溶入高級的如集散式盤算機控制體系中，使其種種功效得以更充實地發揮，已經成為當代細密計量泵的佼佼者。普羅名特公司計量泵家屬中即有三大系列數十個型號的產物設置裝備部署了現場總線功效。