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气动隔膜泵是靠压缩空气驱动。定向空气分配阀和导向阀，称为：“气室”，都设置在泵的中心部位。介质流动通过两个汇流管和外隔膜室，称为“介质室”。通常止回阀(球型或片型)都设置在每个外隔膜室的顶部或底部或共用一汇流管。这两个外隔膜室靠吸口和出口接头连接起来，泵是自吸的。
在操作中，空气分配阀交替控制每隔膜的增压。在每次冲程后，阀将自动变换位置，使空气得以切换至另一隔膜室，使两边隔膜室形成交替的吸液和压送冲程，隔膜在平行路径里移动，空气阀无油润滑油需求，这就是首选的运行方式；洁净、干燥的空气更能提高泵的性能。
介质通过隔膜泵时，止回阀一开一关这使得每个外隔膜室交替地填充和排出，止回阀对压力差做出反应。球阀止回阀可处理含小颗粒的介质，而片阀止回阀可以处理含接近管径尺寸大小软颗粒的介质。
当空气分配阀让压缩空气进入左隔膜室，隔膜受压往外推出，而形成压送冲程，在压送部内的介质即受力离开左面外隔膜室、止回阀、汇流管，而后由泵的出口流出，排出口位置可以是顶部、底部、或侧面。当左隔膜室受压推出时，隔膜连接杆在内部拖动右隔膜向内缩回止回阀充满流体，在这一循环动作完成后，空气分配阀将自动地变换位置，使空气切换至另一隔膜室，反向重复上述循环动作，即两边隔膜室将因此呈现交替性的压送及吸收液动作。
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