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氧氣充填泵整機工作原理是通過壓縮機上的柱塞不斷地往復運動來完成對待充氣瓶的氧氣充填工作，在一、二級氣缸的兩端均裝有吸氣閥、排氣閥，其作用是控制氣流的方向，吸、排氣閥的質量對充氣效率有較顯著的影響。當一級柱塞向下運動時，一級氣缸內的氣體隨之膨脹，壓力降低，當一級氣缸內的壓力低于大氧氣瓶內氣體的壓力時，一級吸氣閥自動開啟，氣體由氣源瓶流入一級氣缸內;當一級柱塞向上運動時，氣缸內氣體被壓縮，壓力升高，當其壓力大于二級氣缸內氣體壓力時，一級氣缸的排氣閥和二級氣缸的吸氣閥均打開，一級氣缸內氣體便流入二級氣缸內;當二級氣缸內柱塞向上運動時，二級氣缸內的氣體被壓縮，壓力升高，當其壓力大于被充氣瓶內氣體壓力時，經二級排氣閥通過氣水分離器上的單向閥、充氣開關流入到被充氣瓶內，即完成一次充氣。

氧氣充填泵用于將氣源瓶中的氧氣升壓到另一氣瓶中，使該氣瓶內氧氣達到所需壓力值的氧氣填充設備，也適用于將氧氣、氮氣等。