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隔膜式气压罐用于系统中时，当系统压力大于预充气体的压力，在系统压力的作用下，会有一部分工作介质进入气囊内，直到气囊外氮气的压力和系统的压力达到平衡，当系统压力升高再次大于预充气体的压力，又会有一部分介质进入囊内，压缩囊和罐体间的气体，气体被压缩压力升高，当升高到跟系统压力一致时，介质停止进入，反之，当系统压力下降，系统内介质压力低于囊和罐体间的气体压力，气囊内的水会被气体挤出补充到系统内，使系统压力升高，直到系统工作介质压力跟囊和罐体间的气体压力相等，囊内的水不再外系统补给，维持动态的平衡。
从结构上来看，隔膜式气压罐是由钢质外壳，橡胶隔膜内胆构成的储能器件，橡胶隔膜把水室和气室隔开，当外界有压力的水充入隔膜式气压水罐的内胆时，密封在罐内的空气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小，压力升高储存能量，压缩气体膨胀可以将橡胶隔膜内的水压出罐体。而普通气压罐则没有橡胶隔膜内胆，而是直接在罐体内壁使用环氧树脂等环保性材料防腐，工作原理一样，都是通过空气压缩来控制的。
隔膜式气压罐在使用过程中出现表压不稳定，把补气阀打开是否有出水现象，如有出水现象则表示隔膜已损坏，需调换隔膜后再投入使用。