隔膜式計量泵工作原理如圖：當柱塞在電動機帶動下由右向左移動時，栗缸內造成高壓，隔膜也向左移動，下端的吸水單向止回閥關閉，上端的壓水單向止回閥開啟，由此將水排出，進入壓水管路，完成了壓水過程。在這個過程中(圖a),自動機械補油閥向左壓，關閉液壓油提升閥，阻止補油管內的液壓油進入泵缸。相反，當柱塞在電動機帶動下由左向右移動時，泵缸內造成低壓，隔膜也向右移動，上端的壓水單向止回閥關閉，下端的吸水單向止回閥在泵外大氣壓作用下推開，液體由吸水管進人泵內，完成了吸水過程。在這個過程的初始階段（圖b)，自動機械補油閥也向右運動，但提升閥關閉表示不需補充液壓油。若柱塞再向右運動（圖c)，自動機械補油閥也繼續向右運動，由于壓力降低，提升閥打開，允許液壓油通過管路進入泵缸。
隔膜式計量泵柱塞不斷進行往復運動，液體就間歇不斷地被吸入和排出。柱塞在泵缸內從一頂端位置移至另一頂端位置，這兩頂端之間的距離S稱為柱塞行程長度（也稱沖程)。柱塞往復一次（即兩沖程），泵缸內只吸入一次和排出一次液體。
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