蠕動(dòng)泵 (Peristaltic Pump) 又稱軟管泵(Tubing Pump)或膠管泵(Hose Pump) ,是正位移泵的一種,由于其特有的無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便、很少維護(hù),具有自吸能力,可采用多種泵管材料等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于一些要求標(biāo)準(zhǔn)較高、保持無(wú)菌及防止污染以及一些**關(guān)重要的化工工藝場(chǎng)合,如食品加工、制藥、化工流程、實(shí)驗(yàn)研究、農(nóng)業(yè)及水處理,具體應(yīng)用場(chǎng)合包括:分配、取樣、計(jì)量、過(guò)濾、發(fā)酵等。
隨著技術(shù)的不斷提升,
蠕動(dòng)泵已開(kāi)始由實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用轉(zhuǎn)為化學(xué)流程控制和生產(chǎn)*域。
蠕動(dòng)泵**顯著的優(yōu)點(diǎn)就是將泵管當(dāng)作泵室使用。流體只流經(jīng)泵管而不會(huì)污染泵體,泵體也不會(huì)污染流體。清潔時(shí)只需更換泵管即可。這樣可免去高成本的拆卸時(shí)間和維護(hù)時(shí)間。
蠕動(dòng)泵主要由驅(qū)動(dòng)單元、泵頭、泵管和控制單元組成。該設(shè)計(jì)采用電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)一組輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)。輥
子相繼碾過(guò)柔軟的泵管,對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的壓縮和釋放。這種擠壓作用產(chǎn)生真空,將流體吸入并通過(guò)泵

蠕動(dòng)泵在正常工作時(shí),通過(guò)操作面板或上位機(jī)控制電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子上的輥?zhàn)右来文脒^(guò)泵管,將管擠癟,從而將泵管中的流體擠壓出去。輥?zhàn)幽脒^(guò)后的泵管恢復(fù)原形、形成真空,由此可將后面的流體抽吸進(jìn)來(lái),在下一輪擠壓過(guò)程將流體排出,完成整個(gè)流體的泵送過(guò)程是由擠壓泵管、形成真空和流體泵送等過(guò)程完成的。
2 蠕動(dòng)泵在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)
化學(xué)機(jī)械拋光是指利用拋光機(jī)、拋光液、拋
光布等在一定的工藝條件下實(shí)現(xiàn)材料表面高平坦化的加工過(guò)程,其中拋光液的供給由蠕動(dòng)泵完成,拋光過(guò)程中蠕動(dòng)泵的安裝、工作示意圖如圖 3 所示。

蠕動(dòng)泵特有的泵送液體與泵體嚴(yán)格分離的結(jié)構(gòu)以及泵管和泵頭可隨時(shí)更換的特點(diǎn),使得在化學(xué)拋光過(guò)程中,蠕動(dòng)泵應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)非常明顯:
(1) 無(wú)污染 :在化學(xué)拋光過(guò)程中,蠕動(dòng)泵輸送的拋光液始終在泵管內(nèi)流動(dòng),不接觸泵體,尤其是不與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)接觸,避免了化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中的金屬污染,同時(shí)也不會(huì)由于拋光液的腐蝕性損壞泵體的機(jī)械元件。
(2) 具有自吸能力 :蠕動(dòng)泵在工作過(guò)程中,可產(chǎn)生足夠的真空吸力將拋光液從夜池中吸到泵管
中,從而可免除前期灌泵和吸入管充水過(guò)程。這也免除了淹沒(méi)充水的需要,因此不再需要將泵置于液體源液面以下,使泵的安裝位置變得更加靈活,與
拋光機(jī)本身更好的融為一體。另外,蠕動(dòng)泵中充水不會(huì)流失,因此可免除無(wú)謂停機(jī)。
(3) 操作簡(jiǎn)便 :蠕動(dòng)泵的操作非常簡(jiǎn)單,開(kāi)箱取出即可使用。泵頭的安裝只需要用手旋螺釘幾分鐘內(nèi)即可安裝好,泵管的安裝、拆卸、鎖緊可根據(jù)要求隨時(shí)進(jìn)行,不需要任何工具。另外,蠕動(dòng)泵控制簡(jiǎn)單,用撥號(hào)盤或小鍵盤即可進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,通過(guò)直
觀易懂的菜單方式來(lái)編程控制較為復(fù)雜的任務(wù)。另外根據(jù)不同的流量要求也可一個(gè)蠕動(dòng)泵同時(shí)連接 2~3 個(gè)泵頭,實(shí)現(xiàn)拋光液的多路供給。
3 蠕動(dòng)泵的控制
隨著半導(dǎo)體器件高密度化、微細(xì)化和多層化的發(fā)展要求,化學(xué)機(jī)械拋光工藝成為必不可少的工藝步驟,為了滿足自動(dòng)化加工的生產(chǎn)需求,拋光液的供給也由
早期的手動(dòng)供給,定量供給向自動(dòng)供給和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)方向發(fā)展。蠕動(dòng)泵的控制可通過(guò)操作面板進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié),從而控制泵的轉(zhuǎn)速(流量),方向和啟動(dòng) / 停止等操作,有的還可以設(shè)定泵送時(shí)間和泵送間隔。為了滿足化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中拋光液的自動(dòng)控制要求,蠕動(dòng)泵也可通過(guò)上位機(jī)實(shí)行 RS485 控制或模擬量控制。其自
動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)途徑以某一品牌蠕動(dòng)泵為例進(jìn)行說(shuō)明。
3.1 RS485 控制
蠕動(dòng)泵通過(guò) RS485 進(jìn)行控制,其控制包括:通
訊協(xié)議設(shè)定、設(shè)置運(yùn)行參數(shù)、讀取運(yùn)行參數(shù),設(shè)置運(yùn)行地址、讀取運(yùn)行地址,具體內(nèi)容包括:
協(xié)議設(shè)置:通訊類型—2、4(可選)
波特率—9600、19200(可選)
數(shù)據(jù)位—8、16(可選)
停止位—1
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" |
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叫 |
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速度 |
+ |
啟動(dòng) |
/ |
停止?fàn)顟B(tài) |
+ |
方向 |
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$設(shè)置: |
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地址 |
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運(yùn)行參數(shù) #$ |
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$讀取:叫—RJ |
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啟動(dòng) |
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停止?fàn)顟B(tài) |
+ |
方向 |
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!答 |
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地址 |
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3.2 模擬量控制
模擬量控制可以根據(jù)上位機(jī)要求選擇 0~5 V、
0~10 V 和 4~20 mA 模擬量控制,以 0~10 V 模
擬量控制為例,其模擬量信號(hào)處理與控制示意圖如圖 5 所示,通過(guò)外部控制開(kāi)關(guān)控制蠕動(dòng)泵的啟動(dòng) /
停止(ex-R/S)、旋轉(zhuǎn)方向(ex-Z/F),通過(guò) LM358 芯片對(duì) 0~10 V 外部模擬量信號(hào)進(jìn)行處理,達(dá)到控制拋光過(guò)程中拋光液流量控制的目的。
4 蠕動(dòng)泵選用依據(jù)
蠕動(dòng)泵在選擇過(guò)程中主要考慮的因素為驅(qū)動(dòng)器(電機(jī))、泵頭和泵管,在選擇過(guò)程中要充分考慮應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用場(chǎng)合、泵送液體的性質(zhì)等因素。
4.1 驅(qū)動(dòng)單元的選擇
蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)器在選擇過(guò)程中主要考慮泵送液體的流速、所選管材類型以及調(diào)速要求等。
一般來(lái)說(shuō)較大流量要求較大的泵管尺寸,較大的泵管,其與輥?zhàn)拥慕佑|面積比較大,受擠壓的材料也更多,摩擦力越大,所需驅(qū)動(dòng)器功率越大。 較硬的泵管材料需要更高的能量來(lái)擠壓泵管,所需驅(qū)動(dòng)器功率也

就越大。也就是說(shuō),泵管尺寸越大、硬度越高,能耗則越大。另外,轉(zhuǎn)子、泵管、泵管床等的構(gòu)型、抽吸高度及出口壓力也會(huì)對(duì)電機(jī)扭矩負(fù)荷構(gòu)成影響。系統(tǒng)總扭矩負(fù)荷等于每個(gè)泵管通道的扭矩負(fù)荷與通道數(shù)的乘積。
選擇一款具有足夠扭矩和轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)器,以滿足泵送及泵頭的要求。流速不可調(diào)的驅(qū)動(dòng)器適于一些一般性流體輸送的應(yīng)用場(chǎng)合。這種驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊,能耗較低。不同的齒數(shù)比產(chǎn)生不同的扭矩輸出。流速可調(diào)的驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)對(duì)所有通道的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)字式驅(qū)動(dòng)器可對(duì)泵進(jìn)行**佳控制,其內(nèi)置轉(zhuǎn)速計(jì)可提供及時(shí)反饋。還可顯示流量值。
4.2 泵頭的選擇
泵頭的選擇主要考慮的因素有:需要泵送液體的流速、更換管道的頻繁程度、需要多少通道、化學(xué)相容性、精確度等。
不同的泵頭具有不同的流速范圍,在選擇泵頭時(shí),驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速與流速直接相關(guān) 固定轉(zhuǎn)速還是可變轉(zhuǎn)速 -- 可變轉(zhuǎn)速使得流速可調(diào)。 流速或分配容積的精確度 -- 許多驅(qū)動(dòng)器裝有轉(zhuǎn)速數(shù)控電路,以便獲得高精度、可重復(fù)的流速。 遠(yuǎn)程控制或計(jì)算機(jī)界面 -- 有些驅(qū)動(dòng)器可與您的過(guò)程控制器相連
接,也有的可以用腳踏開(kāi)關(guān)來(lái)操控。 外部防護(hù),防止設(shè)備遭到損毀 -- 許多驅(qū)動(dòng)器都進(jìn)行了密閉防護(hù),可防灰塵和水進(jìn)入。
4.3 泵管的選擇
在所有泵頭中,泵管尺寸與流量總是成正比。較大
的泵管尺寸及轉(zhuǎn)子直徑會(huì)產(chǎn)生較大的“流體枕”(泵頭中在相鄰輥?zhàn)又g的一段泵中的流體所占空間)。“流
體枕”的體積決定特定泵頭每轉(zhuǎn)一圈所泵送的流量。
在對(duì)流量精度要求高的場(chǎng)合,必須使用公差較小的泵管,并對(duì)泵進(jìn)行調(diào)校。“公差較小”指的是泵管的內(nèi)徑和璧厚的制造尺寸公差較小。這種泵管可降低通道之間流量的差異程度。對(duì)泵進(jìn)行調(diào)校指對(duì)泵管鎖閉程度進(jìn)行調(diào)節(jié),可進(jìn)一步降低這種差異程度。
所有泵管材料都會(huì)受到擠壓。受擠壓期間,這些泵管的形狀和流量都會(huì)發(fā)生變化。受擠壓時(shí)間長(zhǎng)短、受擠壓后泵管的變化量都會(huì)隨泵管尺寸及材料的不同而不同。在對(duì)流量精度要求高的場(chǎng)合下,可
在對(duì)通過(guò)每個(gè)通道的流量進(jìn)行調(diào)校前將裝有新泵管的泵試運(yùn)行幾分鐘。
5 小結(jié)
通過(guò)以上分析可以看出,用好蠕動(dòng)泵的關(guān)鍵在于選好泵頭、泵管和驅(qū)動(dòng)器。特定的應(yīng)用要求決定了選購(gòu)泵產(chǎn)品時(shí)需考慮的功能。針對(duì)特定的需求,我們可提供不同類型及形狀的泵頭、泵管材質(zhì)及泵管尺寸。不同的組合方式可應(yīng)對(duì)不同的流體輸送要求。隨
著蠕動(dòng)泵制造技術(shù)的不斷提升,其使用壽命、化學(xué)相容性、流體壓力、脈動(dòng)等限制其應(yīng)用的制約因素也會(huì)不斷改善,其應(yīng)用場(chǎng)合范圍會(huì)越來(lái)越廣泛。