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在泵的两个对称工作腔中中各装有一块隔膜，由中心联杆将其连结成一体。压缩空气从泵的进气口进入配气阀，通过配气机构将压缩空气引入其中一腔，推动腔内隔膜运动，而另一腔中气体排出。一旦到达行程终点，配气机构自动将压缩空气引入另一工作腔，推动隔膜朝相反方向运动，从而使两个隔膜连续同步地往复运动。 在图示中压缩空气由进入配气阀，使膜片向右运动，则室的吸力使介质由入口流入，推动球阀进入室，球阀则因吸入而闭锁；室中的介质则被挤压，推开球阀由出口流出，同时使球阀闭锁，防流，就这样循环往复使介质不断从入口处吸入，出口处排出。
隔膜泵设备系统，由一个或多个双侧泵组成，例如一个气动双隔膜泵。泵上的集合管分开，使泵的每一侧泵出多成分材料中的一种成分，一个积累器与两侧的输出相连，使泵的异相输出变为同相。隔膜式隔离阀可选用在泵的每一侧出口，从而防止混合材料回流。如果需要1：1以外的混合比，可以采用一个以上的这种泵一起使用，从而达到多种混合比。
由于气动隔膜泵具有以上特点，所以隔膜泵自诞生以来正逐步侵入其他泵的市场，并占有其中的重要一部分。如：喷漆、陶瓷业中隔膜泵已占有的主导地位。
