仪器仪表常用各类型微型采样泵

      经过几十年来，我国仪器仪表已经形成产品门类品种比较齐全，具有一定生产规模和开发能力的产业体系。特别是近几年是我国仪器仪表行业自建国以来发展最快的时期。我国已经成为国际仪器仪表行业规模最大的国家之一，也是发中国家仪器仪表行业规模最大、产品品种最齐全的国家。“十二五”期间，我国仪器仪表行业将主要围绕国家重大工程、战略性新兴产业和民生领域的需求，加快发展先进自动控制系统、大型精密测试设备、新型仪器仪表及传感器三大重点。物联网、智能电网等新技术快速发展，食品、药品安全等领域的需求，国家对能源综合利用、环境保护更严格的要求，这些都为仪器仪表行业提供了广阔的市场和新的发展机会。

       微型采样泵是仪器仪表用以输送流体的重要元件。不同于大型的工业泵，仪器仪表对泵常有一些特殊要求：一般流量和扬程较小、具备自吸能力、无需维护和润滑、与样品隔离不污染样品、无泄漏、体积小、重量轻、很多场合对噪音限制严格、要求电磁兼容性好，有的还需要满足无人值守、远距离传输数据、控制，允许干运转等。微型采样泵的种类繁多，按工作原理可分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵，按用途可分为气体采样泵、液体采样泵、允许背压的气体采样泵、排污泵、计量泵、注射泵等。容积式泵是依靠包容流体的密封工作空间容积的周期性变化，把能量周期性地传递给液体，使流体的压力增加至将流体强行排出。

      工作元件作往复运动的容积式泵称为往复泵，作回转运动的称为回转泵。容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的，几乎不随压力而改变。往复泵的流量和压力有较大脉动，需要采取相应的消减脉动措施；回转泵一般只有小的脉动。往复泵适用于高吸力和稍大的流量；回转泵适用于小流量和小吸力。往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物。

      动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵，靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。离心泵是最常见的动力式泵。离心泵一般流量较大，小流量离心泵制造困难成本高。总的来说，容积泵的效率高于动力式泵。其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。

        仪器仪表中使用的微型采样泵流量多在20升/分钟以下，有的甚至低至零点几升每分钟。一般使用容积式微型采样泵，常用的有薄膜泵、蠕动泵、螺杆泵、齿轮泵、柱塞泵、旋片泵等。

        蠕动泵是用滚轮对泵的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送流体。两个转辊子之间的一段泵管形成“枕”形流体。“枕”的体积取决于泵管的内径和转子的几何特征。流量取决于泵头的转速、“枕”的尺寸、转子每转一圈产生的“枕”的个数这三项参数之乘积。“枕”的尺寸一般为常量（泵送粘性特别大的流体时除外）。产生较大“枕”体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体体积也较大，但产生的脉动度很大。快速、连续地形成的小“枕”使流体的流动较为平稳。蠕动泵的优点是流体只接触泵管，无污染；可输送固、液或气液混合相流体，可输送各种具有研磨、腐蚀、氧敏感特性的物料及各种药品食品等；精度高，精度稳定性好；低剪切力，适合输送剪切敏感，侵蚀性强流体；密封性好；平时仅需要替换软管。蠕动泵的局限在于：泵管的寿命很短，需要经常更换。

        螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。各螺杆间以及螺杆与衬筒内壁之间被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出。由于螺杆是等速旋转，所以液体出流流量也是均匀的。螺杆泵的优点是：运送液体的种类和粘度范围宽广，很适合输送高粘度介质、含有颗粒或纤维的介质；压力和流量范围宽阔，压力高而均匀，流量均匀连续，振动小，噪音低；低流量也可保持高的排出压力，排出压力与转速无关；泵可逆转；转速高，能与原动机直联；要求输送压力稳定，介质固有结构不爱破坏时，选用单螺杆泵输送最为理想。缺点是不能输送气体；磨屑可能会污染输送的介质；螺杆的加工和装配要求较高；泵的性能对液体的粘度变化比较敏感；虽然具有干吸能力，但是必须防止干转；出口端不能受阻；尺寸大。

       齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去。齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出口处阻力的大小。齿轮泵结构简单,工艺性较好,成本很低，结构紧凑；对工作介质清洁度要求低，能输送腐蚀性、高温的液体。缺点是工作压力较低；存在泄漏问题，容积效率较低；流量脉动大，引起压力脉动大，使管道、阀门等产生振动，噪声大。

      柱塞泵是依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现输送流体。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、传输功率大、转速范围宽、效率高和流量调节方便等优点，其缺点是有脉动、对工作介质清洁度要求苛刻、结构复杂、价格较高、维护困难，柱塞与输送介质接触，填料密封存在泄漏问题。在一些介质中柱塞磨损非常快，机器寿命短，寿命和可靠性不如隔膜泵。

      旋片泵主要由泵体（静子）和转子组成。在转子槽中装有两块以上的旋片，有些泵旋片间还装有弹簧。转子偏心地装在泵腔内，其外缘与泵腔顶部表面的间隙为2～3微米。转子旋转时，在离心力等作用下,旋片沿槽作往复滑动并与泵腔内壁始终保持接触,将泵腔分成两个或几个可变容积的工作室。转子顺时针方向旋转时,与吸气口相通的吸气腔容积由零逐渐增大,腔内气体压力降低，被抽气体便从吸气口源源不断地吸入。同时与排气口相通的排气腔容积由大变小，吸入腔内的气体被压缩，待气体压力高于大气压力时，推开排气阀排出大气。转子连续转动,泵便不断抽气。旋片泵属于极低真空泵，体积小、重量轻。缺点是结构较复杂，不适用于抽含有颗粒尘埃的气体，对所抽气体的纯净度要求很严格。国产旋片泵在性价比上对进口产品有竞争优势。

       上述各种小型、微型采样泵依据各自特性在仪器仪表行业众多领域得以应用，目前仪器仪表使用微型采样泵的最主要类型是薄膜泵。薄膜泵也称隔膜泵，是通过薄膜的往复振动来达到泵送流体的目的。膜片向前运动时，泵腔体积增大，腔内压力降低，在压差作用下，进口阀打开，吸入流体；当膜片向后运动时，泵腔体积减小，腔内压力升高，在压差作用下，出口阀打开，排出流体；如此循环往复。它的驱动原理多种多样，有静电、压电、电磁、热、气动、电液、行波传递、凝胶致动和光热致动等。薄膜泵的特点是效率高；运动机构与输送介质完全隔离、对介质无污染；非动密封，无泄漏；可靠性好；体积小、重量轻；具有自吸能力；不怕空转；无需润滑保养；噪音低。薄膜泵作为液体采样泵使用时，无需灌泵，启动后立即吸水排水。它既能抽气又能抽水，无水时不怕干转。薄膜泵的优点尤其是无污染性、自吸性使它在仪器仪表行业得到了广泛运用。薄膜泵的主要缺点是输送介质温度受薄膜性能限制，一些薄膜泵不适于高粘度流体，出口压力有波动。由于薄膜泵具有自吸能力，仪器仪表行业常用的微型薄膜泵也称为微型采样泵。随着国内仪器仪表行业的快速发展，对微型采样泵的需求日益增加。低端的微型采样泵市场几乎被国货占领，进口品牌在价格和服务上毫无优势。高端微型采样泵市场主要由进口泵KNF、GAST、THOMAS品牌和国内成都“气海”品牌占领。近年来由于进口泵大量贴牌生产以降低成本，品质不如以前。对于相同级别的微型采样泵，气海泵在品质和技术上已经完全可与进口泵媲美。但对于少数流量、真空度等参数要求特别高的顶级微型泵，国货还是无法与进口产品竞争。

       近年来技术领先的微型采样泵生产商在技术上不断取得了突破性的进展，微型泵的使用在发达国家得到了很大发展，相信随着我国的发展薄膜泵在我国的运用必将日益广泛。

Luotf-2015-11