蠕動泵原理及在化學機械抛光過程中的應用

蠕動泵 (Peristaltic Pump) 又称软管泵(Tubing Pump)或胶管泵(Hose Pump) ,是正位移泵的一种,由于其特有的无污染、操作简便、很少维护,具有自吸能力,可采用多种泵管材料等优点,广泛应用于一些要求标准较高、保持无菌及防止污染以及一些**关重要的化工工艺场合,如食品加工、制药、化工流程、实验研究、农业及水处理,具体应用场合包括:分配、取样、计量、过滤、发酵等。
 
随着技術的不断提升,蠕動泵已开始由实验室应用转为化学流程控制和中文字幕亚洲领域。蠕動泵**显著的优点就是将泵管当作泵室使用。流体只流经泵管而不会污染泵体,泵体也不会污染流体。清洁时只需更换泵管即可。这样可免去高成本的拆卸时间和维护时间。
 
蠕動泵主要由驱动单元、泵头、泵管和控制单元组成。该设计采用电机来驱动一组辊子转动。辊
 
子相繼碾過柔軟的泵管,對其進行反複的壓縮和釋放。這種擠壓作用産生真空,將流體吸入並通過泵


蠕動泵在正常工作时,通过操作面板或上位机控制电机带动转子转动,转子上的辊子依次碾过泵管,将管挤瘪,从而将泵管中的流体挤压出去。辊子碾过后的泵管恢复原形、形成真空,由此可将后面的流体抽吸进来,在下一轮挤压过程将流体排出,完成整个流体的泵送过程是由挤压泵管、形成真空和流体泵送等过程完成的。
 
2 蠕動泵在化学机械抛光过程中应用的优势
 
 
 
化學機械抛光是指利用抛光機、抛光液、抛
 
光布等在一定的工艺条件下实现材料表面高平坦化的加工过程,其中抛光液的供给由蠕動泵完成,抛光过程中蠕動泵的安装、工作示意图如图 3 所示。

蠕動泵特有的泵送液体与泵体严格分离的结构以及泵管和泵头可随时更换的特点,使得在化学抛光过程中,蠕動泵应用的优势非常明显:
 
(1) 无污染 :在化学抛光过程中,蠕動泵输送的抛光液始终在泵管内流动,不接触泵体,尤其是不与机械传动机构接触,避免了化学机械抛光过程中的金属污染,同时也不会由于抛光液的腐蚀性损坏泵体的机械元件。
 
(2) 具有自吸能力 :蠕動泵在工作过程中,可产生足够的真空吸力将抛光液从夜池中吸到泵管
 
中,從而可免除前期灌泵和吸入管充水過程。這也免除了淹沒充水的需要,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
 
抛光机本身更好的融为一体。另外,蠕動泵中充水不会流失,因此可免除无谓停机。
 
(3) 操作简便 :蠕動泵的操作非常简单,开箱取出即可使用。泵头的安装只需要用手旋螺钉几分钟内即可安装好,泵管的安装、拆卸、锁紧可根据要求随时进行,不需要任何工具。另外,蠕動泵控制简单,用拨号盘或小键盘即可进行转速控制,通过直
 
观易懂的菜单方式来编程控制较为复杂的任务。另外根据不同的流量要求也可一个蠕動泵同时连接 2~3 个泵头,实现抛光液的多路供给。
 
3 蠕動泵的控制
 
 
隨著半導體器件高密度化、微細化和多層化的發展要求,化學機械抛光工藝成爲必不可少的工藝步驟,爲了滿足自動化加工的生産需求,抛光液的供給也由 
早期的手动供给,定量供给向自动供给和流量自动调节方向发展。蠕動泵的控制可通过操作面板进行手动调节,从而控制泵的转速(流量),方向和啓動 / 停止等操作,有的还可以设定泵送时间和泵送间隔。为了满足化学机械抛光过程中抛光液的自动控制要求,蠕動泵也可通过上位机实行 RS485 控制或模拟量控制。其自

 
动控制的实现途径以某一品牌蠕動泵为例进行说明。
 
 
3.1 RS485 控制
 
蠕動泵通过 RS485 进行控制,其控制包括:通
 
訊協議設定、設置運行參數、讀取運行參數,設置運行中文字幕亚洲、讀取運行中文字幕亚洲,具體內容包括:

 
協議設置:通訊類型—2、4(可選)
 
波特率—9600、19200(可選)
 
數據位—8、16(可選)
 
停止位—1
 
"   —WJ+   速度 + 啓動 / 停止狀態 + 方向
$    
$設置:     中文字幕亚洲      
$ ! —WJ+              
$                      
運行參數 #$                        
$讀取:—RJ                  
$ !                    
$ —RJ+ 速度 + 啓動 / 停止狀態 + 方向
% !            
$                    
"   —WID+ 中文字幕亚洲          
$            
$設置:                
$     —WID                
設備中文字幕亚洲 #$                        
$讀取:—WID                
$ !                    
$ —WID+ 中文字幕亚洲          
%                  

 
3.2 模擬量控制
 
模拟量控制可以根据上位机要求选择 0~5 V、
 
0~10 V 和 4~20 mA 模拟量控制,以 0~10 V 模
 
拟量控制为例,其模拟量信号处理与控制示意图如图 5 所示,通过外部控制开关控制蠕動泵的啓動 /
 
停止(ex-R/S)、旋转方向(ex-Z/F),通过 LM358 芯片对 0~10 V 外部模拟量信号进行处理,达到控制抛光过程中抛光液流量控制的目的。
 
4 蠕動泵选用依据
 
 
蠕動泵在选择过程中主要考虑的因素为驱动器(电机)、泵头和泵管,在选择过程中要充分考虑应用环境、应用场合、泵送液体的性质等因素。
 
4.1  驱动单元的选择
 
蠕動泵驱动器在选择过程中主要考虑泵送液体的流速、所选管材类型以及调速要求等。
 
一般來說較大流量要求較大的泵管尺寸,較大的泵管,其與輥子的接觸面積比較大,受擠壓的材料也更多,摩擦力越大,所需驅動器功率越大。 較硬的泵管材料需要更高的能量來擠壓泵管,所需驅動器功率也

就越大。也就是說,泵管尺寸越大、硬度越高,能耗則越大。另外,轉子、泵管、泵管床等的構型、抽吸高度及出口壓力也會對電機扭矩負荷構成影響。系統總扭矩負荷等于每個泵管通道的扭矩負荷與通道數的乘積。
 
選擇一款具有足夠扭矩和轉速的驅動器,以滿足泵送及泵頭的要求。流速不可調的驅動器適于一些一般性流體輸送的應用場合。這種驅動器結構緊湊,能耗較低。不同的齒數比産生不同的扭矩輸出。流速可調的驅動器可同時對所有通道的流量進行調節。數字式驅動器可對泵進行**佳控制,其內置轉速計可提供及時反饋。還可顯示流量值。
 
4.2  泵头的选择
 
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、化學相容性、精確度等。
 
不同的泵头具有不同的流速范围,在选择泵头时,驱动器的转速与流速直接相关 固定转速还是可变转速 -- 可变转速使得流速可调。 流速或分配容积的精确度 -- 许多驱动器装有转速数控电路,以便获得高精度、可重复的流速。 远程控制或计算机界面 -- 有些驱动器可与您的过程控制器相连

 接,也有的可以用脚踏开关来操控。 外部防护,防止设备遭到损毁 -- 许多驱动器都进行了密闭防护,可防灰尘和水进入。
 
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
 
的泵管尺寸及轉子直徑會産生較大的“流體枕”(泵頭中在相鄰輥子之間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一圈所泵送的流量。
 
在對流量精度要求高的場合,必須使用公差較小的泵管,並對泵進行調校。“公差較小”指的是泵管的內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。對泵進行調校指對泵管鎖閉程度進行調節,可進一步降低這種差異程度。
 
所有泵管材料都會受到擠壓。受擠壓期間,這些泵管的形狀和流量都會發生變化。受擠壓時間長短、受擠壓後泵管的變化量都會隨泵管尺寸及材料的不同而不同。在對流量精度要求高的場合下,可
 
在對通過每個通道的流量進行調校前將裝有新泵管的泵試運行幾分鍾。

5 小結
 
 
通过以上分析可以看出,用好蠕動泵的关键在于选好泵头、泵管和驱动器。特定的应用要求决定了选购泵中文字幕亚洲时需考虑的功能。针对特定的需求,我们可提供不同类型及形状的泵头、泵管材质及泵管尺寸。不同的组合方式可应对不同的流体输送要求。随
 
着蠕動泵制造技術的不断提升,其使用寿命、化学相容性、流体压力、脉动等限制其应用的制约因素也会不断改善,其应用场合范围会越来越广泛。