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2025.03.04
속도 유량계와 양적 변위 유량계의 기술적 비교 분석
속도수계와 체적수계의 기술적 비교 및 분석
속도 유량계와 양적 변위 유량계의 기술적 비교 분석
1. 기본 원리와 구조
1.1 유속수계
작동 원리: 유체 역학의 원리를 바탕으로 물의 흐름 속도를 측정하여 유량을 계산합니다. 물이 계량 챔버를 통과하면 임펠러/터빈이 회전하고 속도는 유량에 비례합니다.
일반적인 구조:
- 싱글젯 타입 : 물 흐름 단일 채널 임팩트 임펠러 (정확도 ± 2%)
- 멀티젯 타입 : 물이 여러 채널로 흐르면서 임펠러를 균등하게 구동(정확도 ±1.5%)
- 터빈 유형: 축류수 흐름으로 고정밀 터빈 구동(정확도 ±1%)
- Woltman형 : 대구경 수평/수직 터빈 구조 (DN50~DN500)
작동 원리: 유체 역학을 기반으로 물의 속도를 측정하여 유량을 계산합니다. 물의 흐름은 계량 챔버에서 임펠러/터빈 회전을 구동하며, 회전 속도는 흐름 속도에 비례합니다.
일반적인 구조:
- 싱글젯 타입 : 단일채널 유동이 임펠러에 영향(정확도 ±2%)
- 멀티젯 타입 : 다채널 유동이 임펠러를 균일하게 구동 (정확도 ±1.5%)
- 터빈 유형: 축류 구동 고정밀 터빈(정확도 ±1%)
- Woltman 타입 : 대구경 수평/수직 터빈(DN50~DN500)
1.2 양정식 수도계
작동 원리: 기계적 분리 측정 방법을 채택하여 고정된 유체 공간의 부피를 정확하게 측정하여 누적 측정을 달성합니다.
일반적인 구조:
- 피스톤 유형: 왕복 피스톤이 계량 챔버를 분리합니다(정확도 ±0.5%)
- 회전 피스톤 타입 : 타원형 피스톤과 계량 챔버 내벽이 초승달 모양의 공동을 형성합니다.
- 누테이팅 디스크 타입 : 원뿔형 공동 내에서 디스크의 누테이팅 동작
- 듀얼 로터 타입 : 8자 모양의 로터 2개가 반대 방향으로 회전(산업표준)
작동 원리: 기계적 분리 방법을 사용하여 일정 부피 유체 공간을 정확하게 측정하여 누적 측정을 달성합니다.
일반적인 구조:
- 피스톤 타입 : 왕복 피스톤이 계량 챔버를 분할합니다(정확도 ±0.5%)
- 회전 피스톤 타입 : 내벽이 있는 초승달 모양의 챔버를 형성하는 타원형 피스톤
- 누테이팅 디스크 유형: 디스크가 원뿔형 챔버에서 누테이팅됨
- 트윈 로터 타입: 8자형 로터 2개가 반대 방향으로 회전(산업용 등급)
2. 성능 특성 비교
2.1 유속수계의 장점
- 압력 손실 특성: 유선형 구조로 0.03-0.1MPa의 낮은 압력 손실을 가져옴
- 범위 비율: 최대 Q3/Q1=100:1(전자식은 최대 250:1)
- 경제성 : 제조비용이 체적형에 비해 30~50% 낮음
- 대유량 적응성: DN500 구경 최대 유량은 3000m³/h에 도달할 수 있습니다.
장점:
- 압력 손실 : 0.03-0.1MPa의 낮은 압력 강하를 갖는 유선형 구조
- 턴다운 비율 : 최대 Q3/Q1=100:1 (전자형은 250:1)
- 비용 효율성: 제조 비용 30-50% 낮음
- 고유량 용량: DN500 모델의 경우 최대 3000m³/h
2.2 체적식 수도계의 장점
- 측정 정확도 : Q2-Q4 범위에서 최대 0.5 레벨 정확도
- 시작 유량: 0.5L/h의 소량 유량 감지 가능
- 유체 호환성: 고점도 액체 측정 가능(최대 100cSt)
- 간섭방지 : 파이프라인 진동 및 전자파 간섭의 영향을 받지 않음
장점:
- 정확도: Q2-Q4 범위에서 0.5 등급 정확도
- 시작 유량: 최소 0.5L/h 유량 감지
- 유체 호환성: 고점도 액체 측정(최대 100cSt)
- 간섭 방지: 파이프라인 진동 및 EMI에 면역
3. 주요 기술적 차이점
비교 차원 | 유속수량계 | 체적식 수도계 |
측정 원리 | 유량-부피 변환 | 직접 볼륨 측정 |
움직이는 부품 | 임펠러/터빈 단일 축 회전 | 피스톤/로터 복합 운동 |
정확도 곡선 | 고유량 영역에서도 안정적인 정확도 | 전체 범위 선형 정확도 |
수질 요구 사항 | 100μm 이상의 입자는 필터링이 필요합니다. | 50μm 이상의 입자는 필터링이 필요합니다. |
유지 보수 주기 | 5-8년(기계) | 3~5년 (윤활유지관리 필요) |
온도 적응성 | -30℃~+90℃ | -10℃~+60℃ |
주요 기술적 차이점:
측면 | 속도계 | 긍정적 변위 |
원칙 | 속도-부피 변환 | 직접 볼륨 측정 |
움직이는 부품 | 단축 임펠러 | 복잡한 피스톤/로터 모션 |
정확도 곡선 | 높은 유량에서도 안정적 | 선형 전체 범위 정확도 |
수질 | 필터>100μm 입자 | 필터>50μm 입자 |
유지 | 5-8년(기계) | 3~5년(윤활) |
온도 | -30℃~+90℃ | -10℃~+60℃ |
IV. 응용 시나리오 권장 사항
4.1 유속수계의 일반적인 적용 분야
- 시립 상수도망: DN40-DN500 주관로 모니터링
- 산업용 순환수 : 발전소 냉각수 시스템(유량 > 100m³/h)
- 농업 관개: 스프링클러/드립 관개 시스템(모래 함량 <5kg/m³)
- 건물용 급수 : 고층 건물 구역 계량 (정류기 필요)
일반적인 응용 분야:
- 시립 상수도망(DN40-DN500)
- 산업용 순환 시스템 (>100m³/h)
- 농업관개(모래함량＜5kg/m³)
- 건물용 급수 시스템(유량 조절기 포함)
4.2 체적식 수도계의 일반적인 적용 분야
- 가정용 계량 : 1.5단계 정확도 냉수계량기(Q3=2.5m³/h)
- 상업단지 : 에어컨 냉매수 계량(점도 1-10cSt)
- 식품 및 제약 산업: CIP 세척 시스템(위생 인증 필요)
- 선불시스템 : IoT 스마트 수도미터(펄스신호 출력)
일반적인 응용 분야:
- 주거용 계량(Class 1.5, Q3=2.5m³/h)
- 상업용 HVAC 시스템(1-10cSt 점도)
- 식품/제약 CIP 시스템(위생등급)
- 선불 IoT 스마트 미터(펄스 출력)
5. 기술 개발 동향
- 복합 설계: 속도와 볼륨의 결합 측정(Badger Meter의 HYBRID 기술과 같은)
- 비자성 감지: 광학 인코딩 또는 유도 신호 수집(자석 자기 소거 문제 해결)
- 자가발전 기술 : 터빈발전 + 슈퍼커패시터 에너지저장 (EN 1434 규격 인증)
- 디지털 트윈: 교통 자체 진단 알고리즘 내장(ISO 4064:2017 표준)
개발 추세:
- 하이브리드 디자인: 결합된 속도+변위(예: Badger Meter HYBRID)
- 비자기 감지: 광학/유도 신호 수집
- 자체 구동: 터빈 발전 + 슈퍼커패시터(EN 1434)
- 디지털 트윈: 내장된 흐름 진단(ISO 4064:2017)
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