计量泵的基本原理和控制方法探讨

一、概述

　　计量泵作为流体细密计量与投加的抱负设置装备部署，计量泵现在已被广泛地应用于包罗制药、食品饮料和煤油化工行业在内的各个范畴，在工艺历程担负着强腐化性、迫害性、高粘性和高压介质的计量添加使命。经过凌驾半个世纪的实践应用和技能革新，现在计量泵已经进入其高速增恒久。现在，成熟的动力驱动方法和液体运送端(泵头)质料技能使得新型计量泵险些可以完成运送任何通例和特别介质的要求，其事情压力和容量亦能满意产业生产的绝大多数要求。

　　随着人们对生产工艺历程指标和主动化水平要求的广泛进步，作为化学药剂计量和添加关键的终极实行机构，计量泵的宁静性和可控制性变得日益重要起来。煤油化工等行业向来以生产历程的高度主动化而著称，也是集散式、漫衍式和智能式盘算机控制体系应用最广泛的范畴之一，因而要求与之相配套的实行器——计量泵亦要具备机动多样的控制模式，可以方便地与盘算机体系构成种种控制回路，实现更庞大更准确的历程控制。为适应这一新的趋向，国际上闻名的计量泵制造商如德国普罗名特公司在包管其产物传统性能继承领天赋下的同时，借助于嵌入衰落处理器体系，将多种调治控制功效和数据通讯协议整合到计量泵中，真正实现了从冲程频率到冲程长度的双维调治，使其产物成为天下首创的智能细密计量泵。

　　二、计量泵的根本领情原理

　　众所周知，计量泵重要由动力驱动、流体运送和调治控制三部门构成。动力驱动装置经过机器联杆体系动员流体运送隔阂(活塞)实现往复生动：

　　隔阂(活塞)于冲程的前半周将被运送流体吸入并于后半周将流体排挤泵头;以是，转变冲程的往复生动频率或每一次往复生动的冲程长度即可达至调治省体运送量之目标。细密的加工精度包管了每次泵出量进而实现被运送介质的细密计量。因其动力驱动和流体运送方法的差别，计量泵可以大抵分别成柱塞式和隔阂式两大种类。

　　2.1、柱塞式计量泵

　　重要有平凡有阀泵和无阀泵两种。柱塞式计量泵因其布局简朴和耐高温高压等长处而被广泛应用于煤油化工范畴。针对高粘度介质在高压力工况下平凡柱塞泵的不敷，一种无阀旋转柱塞式计量泵受到愈来愈多的器重，被广泛应用于糖浆、巧克力和煤油添加剂等高粘度介质的计量添加。因被计量介质和泵内润滑剂之间无法实现完全断绝这一布局性缺点，柱塞式计量泵在高防污染要求流体计量应用中受到诸多限定。

　　2.2、隔阂式计量泵

　　顾名思义，隔阂式计量泵利用特别计划加工的柔性隔阂代替活塞，在驱动机构作用下实现往复生动，完成吸入-排挤历程。由于隔阂的断绝作用，在布局上真正实现了被计量流体与驱动润滑机构之间的断绝。高科技的布局计划和新型质料的选用已经大猛进步了隔阂的利用寿命，加上复合质料优秀的耐腐化特性，隔阂式计量泵现在已经成为流体计量应用中的主力泵型。在隔阂式计量泵家属成员里，液力驱动式隔阂泵由于接纳了液压油匀称地驱动隔阂，降服了机器直接驱动方法下泵隔阂受力太过会合的缺点，提拔了隔阂寿命和事情压力上限。为了降服单隔阂式计量泵大概出现的因隔阂破坏而造成的事情妨碍，有的计量泵配备了隔阂破坏传感器，实现隔阂破碎时主动连锁掩护;具有双隔阂布局泵头的计量进一步进步了其宁静性，得当对宁静掩护特别敏感的应用场所。

　　作为隔阂式计量泵的一种，电磁驱动式计量泵以电磁铁产生脉动驱动力，免却了电机和变速机构，使得体系小巧紧凑，是小量程低压计量泵的重要分支。

　　现在，细密计量泵技能已经非常成熟，其流体计量运送本领最大可达0-100，000l/h，事情压力最高达4000 bar，事情范围笼罩了产业生产全部范畴的要求。

　　三、计量泵的控制

　　计量泵每一次的流体泵出量决定了其计量容量。在肯定的有效隔阂面积下，泵的输出流体的体积流量正比与冲程长度L和冲程频率F：V∝A*F*L

　　在计量介质和事情压力确定环境下，通过调治冲程长度L和冲程频率F即可实现对计量泵输出的双维调治。

　　只管冲程长度和频率都可以作为调治变量，但在工程应用中一样通常将冲程长度视为粗调变量，冲程频率为细调变量：调治冲程长度至肯定值，然后通过转变其频率实现精致调治，增长调治的机动性。在相对简朴的应用场所，亦可以手动设置冲程长度，仅将冲程频率作为调治变量，从而简化体系设置装备部署。

　　3.1、常范围仿/开关信号调治方法

　　历程控制应用中广泛接纳0/4-20mA模仿电流信号作为传感器、控制器和实行机构间信号互换的尺度，具有外控功效的计量泵亦重要接纳这种方法，实现对冲程频率和冲程频率的外部调治。

　　位置式伺服机构是实现冲程长度调治的最广泛方法。一体化的伺服机构被计划成可以大概直接担当来自调治器或盘算机的0/4-20mA控制信号，从而主动调治冲程长度在0-100%范围内变革。

　　相对而言实现冲程频率调治的方法比较多样，重要有变频电机控制和直接继电触点控制两种。经过0/4-20mA电流信号控制的变频调速器驱动计量泵电动机按所需速率运行，从而实现冲程频率的调治。对于电磁驱动和部门电机驱动的计量泵，亦可以利用外部触点信号来调治冲程频率。

　　3.2、基地式控制方法

　　在某些特别场所，如ph值调治，计量泵作为实行器，在调治器的控制下添加酸或碱。为简化体系设置装备部署和进步可靠性，以微处理器为焦点的嵌入式控制体系被直接集成到计量泵内，云云只需外接一支pH传感器，即可构成完备的调治体系。这种基地式智能计量泵观点也实用于控制别的工艺参数，如氧化还原电位(ORP)和余氯浓度调治等应用场所。

　　3.3、设定步伐式控制

　　由于内部集成了微处理盘算机，一些计量泵产物的调控性能和操纵性能得到了充实提拔，在追随外部控制下令实现及时计量流量调治之外，还具有定量添加，时间序列触发步伐式添加，变乱序列触发步伐式添加，时间-变乱混淆触发步伐式添加和主动校正等多种事情模式，并可以提供以泵出流体总量，剩余冲程次数和待运送流体容量，设定冲程长度和别的相干的计量泵事情参数等有效信息。

　　时间序列触发步伐式事情方法律计量泵完全依据及时时钟，按预先计划的使命清单，在指定时候按设定的冲程次数或时间定量添加事情介质，时间可以以每小时，天，事情日，公休日，一周和二周为周期机动设定;而变乱序列触发步伐式事情方法律计量泵完全依据及时触发变乱，按预先计划的使命清单，在特定变乱产生时(触点输入)按设定的冲程次数或时间定量添加事情介质。以上两种方法可以有机混淆，完成更庞大的时间-变乱混淆触发事情模式。最多可设定81个变乱。

　　一个简朴的例子是冷却塔循环水消毒灭藻体系。消毒剂以特定浓度凭据增补水流量比例添加;并按工艺要求，在比例添加历程当中，每周还应脉冲式大剂量添加一次消毒剂(如设定在周五12-13时)，并要求此时停息比例添加作用。整个编程非常简便，令庞大多变的流体添加使命得以轻松而准确地实现。

　　3.4、现场总线ProFibus控制方法

　　在煤油化工等大范围高主动化成度的应用场所，利用数字通讯协议举行主动化设置装备部署之间数据的高速传输进而构成网络式控制体系，容量大，可靠性高，已成为生长的主流。继二十世纪九十年月初被纳入德国DIN尺度后，现场总线ProFibus于九十年月末又成为欧洲尺度(EN50170)，在天下范围内得到广泛接纳，已成为现场总线技能中代表性协议之一。

　　现场总线ProFibus由三种形势构成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和ProFibus-FMS。此中ProFibus-DP(Decentralized Periphery)界说为疏散型外围设置装备部署现场总线，系专门为历程控制体系与疏散的外围设置装备部署之间高速数据信息互换而计划的。其传输介质为双绞线或光纤联接的RS485传输制式，波特率9.6-12Mb/s，体系构成本钱低，高速可靠。

　　现场总线ProFibus指令集精简凝练，编程非常方便。具有现场总线ProFibus通讯功效的计量泵，在具有全部手动调治功效的同时，可以方便地溶入高级的如集散式盘算机控制体系中，使其种种功效得以更充实地发挥，已经成为当代细密计量泵的佼佼者。普罗名特公司计量泵家属中即有三大系列数十个型号的产物设置装备部署了现场总线功效。