在許多工業和科學領域中，準確的液體投入量是至關重要的。定量注入是一種用於控制精確液體投入量的技術。它廣泛應用於製造業、化學領域、醫療領域以及其他需要控制液體投入量的領域。本文將介紹定量注入的基本概念和應用，並討論流量計在其中的重要性。
什麼是定量注入？定量注入的產業應用？
定量注入是一種在實驗室和工業環境中使用的技術，它透過控制液體的流量和時間來精確地投入所需的液體量。這種技術可以確保在一定時間內，特定量的液體被投入到特定位置。定量注入廣泛應用於醫療產業、化學工程、食品加工等，在醫療產業中除了將不同的藥物成分準確地注入製藥，將藥物直接投入體內也是一種常見的運用方式；在化學工程中，定量注入用於控制反應物料的精確配比，以實現反應過程的穩定性和效率；而在食品加工中，定量注入用於將添加劑、香料等準確地注入食品中，以確保產品品質和口感的一致性。
- 定量注入的優點和缺點
使用定量注入技術的主要優點是精度和效率。它可以確保每次液體投入的精確量，並可以快速進行投入操作。此外，因為只有需要的用量才會被投入，故可減少成本的支出。然而，相較於傳統自動控制，定量注入設備需要較高的購入成本，所以仍須經過成本分析後才能確定節約成本大於建置成本。
反之，在傳統自動控制下，同樣的液體投入的過程，雖可實現閥門開閉的自動控制，但缺乏「定量」的功能（例如：自動設定閥門打開一分鐘）。長期來看，傳統自動控制方法將會增加原料成本，若工廠系統使用投入液體成本高昂時（如：濃硫酸），定量注入顯然是一個立竿見影的成本簡省方法。
- 流量計在定量注入中的重要性
流量計是一種能夠精確地用測量液體或氣體流量的儀器，並將其轉換為電子訊號輸出。在定量注入過程中，流量計用於測量溶劑和藥物成分的準確配比。通過與其他製程控制設備集成，流量計能夠實現自動化和精確控制，提高生產效率和產品品質。
- 定量注入的原理
定量注入是透過控制閥門的開閉和流量計精確的測量來實現的。在實際應用中對泵浦的種類較沒有限制，常見使用離心式泵浦、柱塞泵、蠕動泵等設備來提供流體壓力，使流體通過閥門進入流量計，然後經過管道輸送到需要的位置。（如下圖，此圖為參考，各公司系統會依其設計而有所不同。）
定量注入主要包含三個部分：控制系統、執行機構和檢測元件。
- 控制系統：主要由電腦控制系統和相關的軟體組成，可以對注入流體的流量、壓力、溫度等參數進行即時監測和控制。控制系統的工作是接收來自執行機構和檢測元件的訊號，並根據預設的控制算法，對執行機構進行調節，以流體的注入量得到了精確的控制。
- 執行機構：將控制系統的指令轉化為實際運動的組件，主要由執行機構和閥門組成。執行機構的工作是控制閥門的開關和運動，以精確控制流體的注入速度和流量。
- 檢測元件：主要包括流量計和壓力傳感器等組件。其中，流量計是系統中最重要的組件之一，可以即時測量流體的流量，將測量結果傳遞給控制系統，使注入量能得到精確的控制。流量計通常安裝在管道中，以便準確測量流體的流量，並將測量結果傳輸到控制系統中。
此圖僅供參考，實際應用系統會根據現場實況做設計。
舉例來說：
假設需注入 100L 的藥水到注射槽內，第一步會先設定 PLC執行注入100L藥水的自動控制程序，當PLC開始執行開程序時，泵及閥就會開啟並注入藥水，過程中流量計會將流量訊號回傳給PLC，當累計流量達到設定目標100L時，PLC會停止程序執行。由此可知流量計的準確度將會是加藥系統裡的重要關鍵。
- 定量注入的精準度問題？
若上述案例中的流量計為 LORRIC的 蹼輪式流量計，每次定量添加程序的起閉過程，因液體流速 在0m/s 到 0.15m/s 範圍屬於流量計的量測範圍外，無法量測而產生誤差（所有流速型流量計的量測最地流速範圍以下均有此類誤差），為達到精準定量的目的，需藉由流量計的「K值」功能來校正誤差，如：設定添加100L的液體，但是第一次執行完，發現系統僅添加99L的液體，此時需要藉由將流量計的K值設定為1.01的方式，校正誤差。
當你設定不同的「定量」時，需有不同的K值校正：
在定量添加的控制系統裡，若使用的流速型流量計，因為流速型流量計在流速0ms到最低量測流速的區間無法實現量測，因而產生定量添加的誤差。當控制系統有不同「定量」需求時，因為量測時間長短的差異，就會導致誤差在整體流量計算中的比例不同，因而會需要不同的K值進行校正。舉例來說，注入 1L 的劑量需花 10 秒的時間、注入 10L 則需花 60 秒，注入前後 0.5 秒相加誤差為 1 秒，以取樣時間來看，注入 1L 的誤差佔總流量的1/10，而注入 10L 的誤差佔總流量的1/60，因此兩者的 K值不為相同。
總結來說，定量注入的原理是透過對控制系統、執行機構和檢測元件的結合，來精確控制流體注入量。這一個過程中，流量計作為檢測元件之一，是系統中的重要角色，在系統的穩定性和準確性中扮演著關鍵的角色。LORRIC的蹼輪流量計與超音波流量計因為都是採用量測流體流速計算流量之方式，故應用於定量注入時需按個別系統使用Ｋ值調整，以實現定量注入的目的。
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定量泵浦：實現定量注入的另類硬體設備
除了上述提到以控制箱、閥門、流量計、壓力計等所組成的定量注入系統之外，市場上，還有個可執行定量控制的設備：定量泵浦。
- 什麼是定量泵浦
定量泵浦是一種用於精確測量和輸送液體的裝置。它的工作原理是利用一定的機械結構，將液體吸入到泵體內，並通過一定的壓力和流量控制裝置，將精確量的液體輸送到目標位置。定量泵浦通常用於需要高精度和穩定性的流量輸送場合，如化學實驗室、醫藥生產、食品加工等領域。它可以精確地控制輸送液體的體積和流速，避免因輸送誤差導致的不良影響。常見的定量泵浦類型包括活塞式泵、齒輪泵、蠕動泵等。不同類型的泵具有不同的特點和應用範圍，選擇合適的定量泵浦需要根據具體的要求和實際情況進行評估和選擇。
- 定量泵浦的原理
定量泵浦是一種可以精確控制流量的泵浦，其原理基於泵的工作方式和設計。定量泵浦通過固定某個容積的工作室和相應的進出口，使得每個工作週期（通常是一個往返）中，固定數量的流體被吸入和排出。在泵的一個工作週期內，工作室從進口處吸入流體，然後通過泵的工作機構（如柱塞、齒輪、螺桿等）將流體排出到出口處排出，在接著下一個工作週期，如此過程反覆進行。
定量泵浦的流量和壓力取決於泵的設計和工作室的容積。泵的設計可以決定泵的最大壓力和流量，而工作室容積則決定每個工作週期中流體的數量。通過改變泵的工作室容積，可以控制每個週期中流體的流量，以精確地控制流體。另外，通過調整泵的轉速和泵的工作機構，可以控制泵的輸出壓力和流量。
總之，定量泵浦的原理基於泵的工作方式和設計，透過固定工作室容積和控制泵的轉速和工作機構，來使流量得到精確控制。
- 定量泵浦的產業與應用
定量泵浦在工業和科研領域有著廣泛的應用。以下是一些常見的定量泵浦的產業和應用：
1. 醫藥生產：在醫藥生產中，定量泵浦可以用於製備藥液、輸液、注射、噴霧等流程。
2. 化工領域：在化學實驗室或化學工業中，定量泵浦可用於準確控制液體試劑的加入量，以保證化學反應的穩定性和可重複性。
3. 食品加工：在食品加工過程中，定量泵浦可用於精確地控制添加劑的加入量，以保證食品品質和安全性。
4. 污水處理：在污水處理過程中，定量泵浦可用於精確地加入化學試劑或藥劑，以調節水質，提高處理效果。
5. 實驗室研究：在科學實驗室中，定量泵浦可用於製備樣品、標準溶液、校準液等。
總之，定量泵浦是一種非常重要的流體控制設備，具有精度高、可靠性好等優點，被廣泛應用於各個行業和領域中。
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定量泵浦與定量控制系統的比較
定量泵浦和定量控制系統都是用於精確控制流體輸送的設備，但它們的工作原理和應用場合有所不同。定量泵浦是一種機械設備，通過泵體內的機械結構來精確地控制液體的體積和流速。定量泵浦適用於需要精確控制流體體積和流速的場合，例如製備標準溶液、輸液等。而定量控制系統則是通過電子控制器和傳感器等組成的系統來控制流體輸送的體積和流速。定量控制系統適用於需要對流體進行更為複雜的控制，例如對流體進行連續加料、加熱、攪拌等操作的場合。另外，定量泵浦在使用時需要事先設置好泵的流量和壓力等參數，而定量控制系統則可以通過設定程序來實現自動控制。因此，定量泵浦和定量控制系統在應用時需要根據具體的場合和要求進行選擇。一般來說，需要精確控制流體的體積和流速時可以選擇定量泵浦，需要進行更為複雜的流體控制時可以選擇定量控制系統。
受限於原理，定量泵的流量範圍有一定的限制，且適用範圍也不盡相同。另外，由於其原理所限，定量泵提供的流量會呈現脈衝式的輸出，這會導致流量不穩定。而流量的不穩定性會對後端裝置的成果表現造成間接的影響，進而影響整個生產過程的效益和品質。因此，在規劃注入系統時，應根據實際情況慎重考慮其特性及適用性。
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參考資料
1. What is chemical dosing system? (2023-03-17)
2. WHAT ARE DOSING PUMPS? (2023-03-17)
3. What are the components of dosing system? (2023-03-17)
4. 機械式定量泵浦建議配管方式及相關配件安裝 (2023-03-17)
5. 安裝圖示參考 (2023-03-17)