在许多工业和科学领域中,准确的液体投入量是至关重要的。定量注入是一种用于控制精确液体投入量的技术。它广泛应用于製造业、化学领域、医疗领域以及其他需要控制液体投入量的领域。本文将介绍定量注入的基本概念和应用,并讨论流量计在其中的重要性。
一、什麽是定量注入?定量注入的产业应用?
定量注入是一种在实验室和工业环境中使用的技术,它透过控制液体的流量和时间来精确地投入所需的液体量。这种技术可以确保在一定时间内,特定量的液体被投入到特定位置。定量注入广泛应用于医疗产业、化学工程、食品加工等,在医疗产业中除了将不同的药物成分准确地注入製药,将药物直接投入体内也是一种常见的运用方式;在化学工程中,定量注入用于控制反应物料的精确配比,以实现反应过程的稳定性和效率;而在食品加工中,定量注入用于将添加剂、香料等准确地注入食品中,以确保产品品质和口感的一致性。
1.定量注入的优点和缺点
使用定量注入技术的主要优点是精度和效率。它可以确保每次液体投入的精确量,并可以快速进行投入操作。此外,因为只有需要的用量才会被投入,故可减少成本的支出。然而,相较于传统自动控制,定量注入设备需要较高的购入成本,所以仍须经过成本分析后才能确定节约成本大于建置成本。
反之,在传统自动控制下,同样的液体投入的过程,虽可实现阀门开闭的自动控制,但缺乏「定量」的功能(例如:自动设定阀门打开一分钟)。长期来看,传统自动控制方法将会增加原料成本,若工厂系统使用投入液体成本高昂时(如:浓硫酸),定量注入显然是一个立竿见影的成本简省方法。
2.流量计在定量注入中的重要性
流量计是一种能够精确地用测量液体或气体流量的仪器,并将其转换为电子讯号输出。在定量注入过程中,流量计用于测量溶剂和药物成分的准确配比。通过与其他製程控制设备集成,流量计能够实现自动化和精确控制,提高生产效率和产品品质。
3.定量注入的原理
定量注入是透过控制阀门的开闭和流量计精确的测量来实现的。在实际应用中对泵浦的种类较没有限制,常见使用离心式泵浦、柱塞泵、蠕动泵等设备来提供流体压力,使流体通过阀门进入流量计,然后经过管道输送到需要的位置。(如下图,此图为参考,各公司系统会依其设计而有所不同。)
定量注入主要包含三个部分:控制系统、执行机构和检测元件。
- 控制系统:主要由电脑控制系统和相关的软体组成,可以对注入流体的流量、压力、温度等参数进行即时监测和控制。控制系统的工作是接收来自执行机构和检测元件的讯号,并根据预设的控制算法,对执行机构进行调节,以流体的注入量得到了精确的控制。
- 执行机构:将控制系统的指令转化为实际运动的组件,主要由执行机构和阀门组成。执行机构的工作是控制阀门的开关和运动,以精确控制流体的注入速度和流量。
- 检测元件:主要包括流量计和压力传感器等组件。其中,流量计是系统中最重要的组件之一,可以即时测量流体的流量,将测量结果传递给控制系统,使注入量能得到精确的控制。流量计通常安装在管道中,以便准确测量流体的流量,并将测量结果传输到控制系统中。

举例来说:
假设需注入 100L 的药水到注射槽内,第一步会先设定 PLC执行注入100L药水的自动控制程序,当PLC开始执行开程序时,泵及阀就会开启并注入药水,过程中流量计会将流量讯号回传给PLC,当累计流量达到设定目标100L时,PLC会停止程序执行。由此可知流量计的准确度将会是加药系统里的重要关键。
4.定量注入的精准度问题?

若上述案例中的流量计为 LORRIC的 蹼轮式流量计,每次定量添加程序的起闭过程,因液体流速 在0m/s 到 0.15m/s 范围属于流量计的量测范围外,无法量测而产生误差(所有流速型流量计的量测最地流速范围以下均有此类误差),为达到精准定量的目的,需藉由流量计的「K值」功能来校正误差,如:设定添加100L的液体,但是第一次执行完,发现系统仅添加99L的液体,此时需要藉由将流量计的K值设定为1.01的方式,校正误差。

当你设定不同的「定量」时,需有不同的K值校正:
在定量添加的控制系统里,若使用的流速型流量计,因为流速型流量计在流速0ms到最低量测流速的区间无法实现量测,因而产生定量添加的误差。当控制系统有不同「定量」需求时,因为量测时间长短的差异,就会导致误差在整体流量计算中的比例不同,因而会需要不同的K值进行校正。举例来说,注入 1L 的剂量需花 10 秒的时间、注入 10L 则需花 60 秒,注入前后 0.5 秒相加误差为 1 秒,以取样时间来看,注入 1L 的误差佔总流量的1/10,而注入 10L 的误差佔总流量的1/60,因此两者的 K值不为相同。
总结来说,定量注入的原理是透过对控制系统、执行机构和检测元件的结合,来精确控制流体注入量。这一个过程中,流量计作为检测元件之一,是系统中的重要角色,在系统的稳定性和准确性中扮演着关键的角色。LORRIC的蹼轮流量计与超音波流量计因为都是採用量测流体流速计算流量之方式,故应用于定量注入时需按个别系统使用K值调整,以实现定量注入的目的。
二、定量泵浦:实现定量注入的另类硬体设备
除了上述提到以控制箱、阀门、流量计、压力计等所组成的定量注入系统之外,市场上,还有个可执行定量控制的设备:定量泵浦。
1.什麽是定量泵浦
定量泵浦是一种用于精确测量和输送液体的装置。它的工作原理是利用一定的机械结构,将液体吸入到泵体内,并通过一定的压力和流量控制装置,将精确量的液体输送到目标位置。定量泵浦通常用于需要高精度和稳定性的流量输送场合,如化学实验室、医药生产、食品加工等领域。它可以精确地控制输送液体的体积和流速,避免因输送误差导致的不良影响。常见的定量泵浦类型包括活塞式泵、齿轮泵、蠕动泵等。不同类型的泵具有不同的特点和应用范围,选择合适的定量泵浦需要根据具体的要求和实际情况进行评估和选择。
2.定量泵浦的原理
定量泵浦是一种可以精确控制流量的泵浦,其原理基于泵的工作方式和设计。定量泵浦通过固定某个容积的工作室和相应的进出口,使得每个工作週期(通常是一个往返)中,固定数量的流体被吸入和排出。在泵的一个工作週期内,工作室从进口处吸入流体,然后通过泵的工作机构(如柱塞、齿轮、螺杆等)将流体排出到出口处排出,在接着下一个工作週期,如此过程反复进行。 定量泵浦的流量和压力取决于泵的设计和工作室的容积。泵的设计可以决定泵的最大压力和流量,而工作室容积则决定每个工作週期中流体的数量。通过改变泵的工作室容积,可以控制每个週期中流体的流量,以精确地控制流体。另外,通过调整泵的转速和泵的工作机构,可以控制泵的输出压力和流量。
总之,定量泵浦的原理基于泵的工作方式和设计,透过固定工作室容积和控制泵的转速和工作机构,来使流量得到精确控制。
3.定量泵浦的产业与应用
定量泵浦在工业和科研领域有着广泛的应用。以下是一些常见的定量泵浦的产业和应用:
1. 医药生产:在医药生产中,定量泵浦可以用于製备药液、输液、注射、喷雾等流程。
2. 化工领域:在化学实验室或化学工业中,定量泵浦可用于准确控制液体试剂的加入量,以保证化学反应的稳定性和可重複性。
3. 食品加工:在食品加工过程中,定量泵浦可用于精确地控制添加剂的加入量,以保证食品品质和安全性。
4. 汙水处理:在汙水处理过程中,定量泵浦可用于精确地加入化学试剂或药剂,以调节水质,提高处理效果。
5. 实验室研究:在科学实验室中,定量泵浦可用于製备样品、标准溶液、校准液等。
总之,定量泵浦是一种非常重要的流体控制设备,具有精度高、可靠性好等优点,被广泛应用于各个行业和领域中。
三、定量泵浦与定量控制系统的比较
定量泵浦和定量控制系统都是用于精确控制流体输送的设备,但它们的工作原理和应用场合有所不同。定量泵浦是一种机械设备,通过泵体内的机械结构来精确地控制液体的体积和流速。定量泵浦适用于需要精确控制流体体积和流速的场合,例如製备标准溶液、输液等。而定量控制系统则是通过电子控制器和传感器等组成的系统来控制流体输送的体积和流速。定量控制系统适用于需要对流体进行更为複杂的控制,例如对流体进行连续加料、加热、搅拌等操作的场合。另外,定量泵浦在使用时需要事先设置好泵的流量和压力等参数,而定量控制系统则可以通过设定程序来实现自动控制。因此,定量泵浦和定量控制系统在应用时需要根据具体的场合和要求进行选择。一般来说,需要精确控制流体的体积和流速时可以选择定量泵浦,需要进行更为複杂的流体控制时可以选择定量控制系统。

受限于原理,定量泵的流量范围有一定的限制,且适用范围也不尽相同。另外,由于其原理所限,定量泵提供的流量会呈现脉冲式的输出,这会导致流量不稳定。而流量的不稳定性会对后端装置的成果表现造成间接的影响,进而影响整个生产过程的效益和品质。因此,在规划注入系统时,应根据实际情况慎重考虑其特性及适用性。