IEC 60193:1999

Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Model acceptance tests

IEC 60193:1999 applies to laboratory models of any type of impulse or reaction hydraulic turbine, storage pump or pump-turbine. This standard applies to models of prototype machines either with unit power greater than 5 MW or with reference diameter greater than 3 m. Full application of the procedures herein prescribed is not generally justified for machines with smaller power and size. Nevertheless, this standard may be used for such machines by agreement between purchaser and supplier. In this standard, the term "turbine" includes a pump-turbine operating as a turbine and the term "pump" includes a pump-turbine operating as a pump. This standard excludes all matters of purely commercial interest, except those inextricably bound up with the conduct of the tests. This standard is concerned with neither the structural details of the machines nor the mechanical properties of their components, so long as these do not affect model performance or the relationship between model and prototype performances.
The main objectives of this standard are:
– to define the terms and quantities used;
– to specify methods of testing and of measuring the quantities involved, in order to ascertain the hydraulic performance of the model;
– to specify the methods of computation of results and of comparison with guarantees;
– to determine if the contract guarantees, which fall within the scope of this standard, have been fulfilled;
– to define the extent, content and structure of the final report.
The guarantees can be given in one of the following ways:
– guarantees for prototype hydraulic performance, computed from model test results considering scale effects;
– guarantees for model hydraulic performance.

Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines - Essais de réception sur modèle

IEC 60193:1999 est applicable aux modèles de laboratoire de tout type de turbine hydraulique à action ou à réaction, de pompe d'accumulation ou de pompe-turbine. Elle s'applique aux modèles de machines prototypes ayant une puissance unitaire supérieure à 5 MW ou un diamètre de référence supérieur à 3 m. Bien que l'application intégrale des procédures prescrites ne soit généralement pas justifiée pour des machines de puissance et de dimension inférieures, la présente norme peut néanmoins être utilisée pour de telles machines après accord entre l'acheteur et le fournisseur. Dans cette norme, le terme "turbine" inclut une pompe-turbine fonctionnant en turbine et le terme "pompe" inclut une pompe-turbine fonctionnant en pompe. Cette norme exclut tous les sujets à caractère purement commercial, excepté ceux intimement liés à la bonne conduite des essais. Cette norme ne concerne ni les détails de construction des machines, ni les propriétés mécaniques de leurs différentes parties pour autant que ces éléments n'affectent pas le fonctionnement du modèle ni la relation entre les performances du modèle et celles du prototype.
Les objectifs principaux de la présente Norme internationale sont
– de définir les termes et les grandeurs utilisés;
– de prescrire les méthodes d'essai et les façons de mesurer les grandeurs permettant d'évaluer les performances hydrauliques du modèle;
– de prescrire les méthodes de calcul des résultats et de comparaison aux garanties;
– de déterminer si les garanties contractuelles qui sont du domaine de cette norme sont respectées;
– de définir l'étendue, le contenu et la présentation du rapport final.
Les garanties peuvent être données de l'une des façons suivantes:
– garanties reposant sur les performances hydrauliques du prototype, calculées à partir des résultats d'essai du modèle en tenant compte des effets d'échelle;
– garanties reposant sur les performances hydrauliques du modèle.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 15-Nov-1999
• ICS: 27.140 - Hydraulic energy engineering
• Technical Committee: TC 4 - Hydraulic turbines
• Drafting Committee: WG 23 - TC 4/WG 23
• Current Stage: DELPUB - Deleted Publication
• Start Date: 30-Jun-2017
• Completion Date: 25-Apr-2019

Relations

• Revised: IEC 60193:2019 - Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Model acceptance tests
• Effective Date: 05-Sep-2023

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL IEC
STANDARD
Second edition
1999-11
Hydraulic turbines, storage pumps
and pump-turbines –
Model acceptance tests
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Reference number
Publication numbering
As from 1 January 1997 all IEC publications are issued with a designation in the

60000 series. For example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.

Consolidated editions
The IEC is now publishing consolidated versions of its publications. For example,

edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to the base publication, the base

publication incorporating amendment 1 and the base publication incorporating
amendments 1 and 2.
Further information on IEC publications
The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC,
thus ensuring that the content reflects current technology. Information relating to this
publication, including its validity, is available in the IEC Catalogue of publications
(see below) in addition to new editions, amendments and corrigenda. Information on
the subjects under consideration and work in progress undertaken by the technical
committee which has prepared this publication, as well as the list of publications
issued, is also available from the following:
• IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue of IEC publications
The on-line catalogue on the IEC web site (www.iec.ch/searchpub) enables you to
search by a variety of criteria including text searches, technical committees and
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publications, withdrawn and replaced publications, as well as corrigenda.
• IEC Just Published
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60193 © IEC:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD .11

Clause
1 General rules . 13

1.1 Scope and object . 13

1.1.1 Scope . 13

1.1.2 Object . 13
1.2 Normative references. 15
1.3 Terms, definitions, symbols and units. 17
1.3.1 General . 17
1.3.2 Units . 19
1.3.3 List of terms, definitions, symbols and units . 21
1.4 Nature and extent of guarantees related to hydraulic performance. 59
1.4.1 General . 59
1.4.2 Main hydraulic performance guarantees verifiable by model test . 61
1.4.3 Guarantees not verifiable by model test . 67
1.4.4 Additional performance data . 67
2 Execution of tests . 69
2.1 Requirements of test installation and model. 69
2.1.1 Choice of laboratory . 69
2.1.2 Test installation. 69
2.1.3 Model requirements. 71
2.2 Dimensional check of model and prototype. 75
2.2.1 General. 75
2.2.2 Dimensions of model and prototype to be checked. 95
2.2.3 Surface waviness and roughness.111
2.3 Hydraulic similitude, test conditions and test procedures.119
2.3.1 Hydraulic similitude .119
2.3.2 Test conditions.133
2.3.3 Test procedures .139

2.4 Introduction to the methods of measurement .161
2.4.1 Measurements related to the main hydraulic performance guarantees.161
2.4.2 Measurements related to additional data.165
2.4.3 Acquisition and processing of data .165
2.5 Physical properties.165
2.5.1 General.165
2.5.2 Acceleration due to gravity .165
2.5.3 Physical properties of water.167
2.5.4 Physical conditions of atmosphere.177
2.5.5 Density of mercury .179

60193 © IEC:1999 – 5 –
Clause Page
3 Main hydraulic performances: methods of measurement and results .181

3.1 Data acquisition and data processing .181

3.1.1 Introduction and definitions.181

3.1.2 General requirements.181

3.1.3 Data acquisition .185

3.1.4 Component requirements .187

3.1.5 Check of the data acquisition system.193

3.2 Discharge measurement .197
3.2.1 General.197
3.2.2 Primary methods .201
3.2.3 Secondary methods.209
3.3 Pressure measurement .215
3.3.1 General.215
3.3.2 Choice of pressure-measuring section .215
3.3.3 Pressure taps and connecting lines .217
3.3.4 Apparatus for pressure measurement .223
3.3.5 Calibration of pressure measurement apparatus .237
3.3.6 Vacuum measurements.237
3.3.7 Uncertainty in pressure measurements .239
3.4 Free water level measurement .239
3.4.1 General.239
3.4.2 Choice of water level measuring sections .239
3.4.3 Number of measuring points in a measuring section .239
3.4.4 Measuring apparatus.241
3.4.5 Uncertainty in free water level measurement.245
3.5 Determination of E and NPSE .245
3.5.1 General.245
3.5.2 Determination of the specific hydraulic energy E .247
3.5.3 Simplified formulae for E .251
3.5.4 Determination of the net positive suction specific energy NPSE .261
3.6 Shaft torque measurement .271

3.6.1 General.271
3.6.2 Methods of torque measurement .271
3.6.3 Methods of absorbing/generating power.273
3.6.4 Layout of arrangement .273
3.6.5 Checking of system .283
3.6.6 Calibration.283
3.6.7 Uncertainty in torque measurement .285
3.7 Rotational speed measurement .287
3.7.1 General.287
3.7.2 Methods of speed measurement.287
3.7.3 Checking.287
3.7.4 Uncertainty of measurement.289

60193 © IEC:1999 – 7 –
Clause Page
3.8 Computation of test results.289

3.8.1 General.289

3.8.2 Computation of power, discharge and efficiency in the guarantee range .299

3.8.3 Computation of steady-state runaway speed and discharge .329

3.9 Error analysis.337

3.9.1 Basic principles (see ISO 5168).337

3.9.2 Determination of uncertainties in model tests.341

3.10 Comparison with guarantees .351

3.10.1 General.351
3.10.2 Interpolation curve and total uncertainty bandwidth .353
3.10.3 Power, discharge and/or specific hydraulic energy and efficiency in the
guarantee range.355
3.10.4 Runaway speed and discharge .363
3.10.5 Cavitation guarantees.363
4 Additional performance data – Methods of measurement and results .367
4.1 Introduction to additional data measurement.367
4.1.1 General.367
4.1.2 Test conditions and test procedures .369
4.1.3 Uncertainty in measurements .369
4.1.4 Model to prototype conversion .369
4.2 Data acquisition and processing for measurement of fluctuating quantities .371
4.2.1 General.371
4.2.2 Data acquisition .373
4.2.3 Data processing .377
4.3 Pressure
...

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Deuxième édition
1999-11
Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
et pompes-turbines –
Essais de réception sur modèle
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Numéro de référence
CEI 60193:1999(F)
Numérotation des publications
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI sont numérotées à partir de

60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1.

Editions consolidées
Les versions consolidées de certaines publications de la CEI incorporant les

amendements sont disponibles. Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2

indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant

l’amendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2

Informations supplémentaires sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu par la CEI
afin qu'il reflète l'état actuel de la technique. Des renseignements relatifs à cette
publication, y compris sa validité, sont disponibles dans le Catalogue des
publications de la CEI (voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, amende-
ments et corrigenda. Des informations sur les sujets à l’étude et l’avancement des
travaux entrepris par le comité d’études qui a élaboré cette publication, ainsi que la
liste des publications parues, sont également disponibles par l’intermédiaire de:
• Site web de la CEI (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI
Le catalogue en ligne sur le site web de la CEI (www.iec.ch/searchpub) vous permet
de faire des recherches en utilisant de nombreux critères, comprenant des
recherches textuelles, par comité d’études ou date de publication. Des informations
en ligne sont également disponibles sur les nouvelles publications, les publications
remplacées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
• IEC Just Published
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est aussi disponible par courrier électronique. Veuillez prendre contact avec le
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Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
et pompes-turbines –
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procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
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− 2 − 60193 © CEI:1999
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 10

Articles
1 Règles générales . 12

1.1 Domaine d'application et objet. 12

1.1.1 Domaine d'application . 12

1.1.2 Objet. 12

1.2 Références normatives . 14
1.3 Terminologie, définitions, symboles et unités. 16
1.3.1 Généralités . 16
1.3.2 Unités . 18
1.3.3 Liste des termes, définitions, symboles et unités. 20
1.4 Nature et étendue des garanties relatives au fonctionnement hydraulique . 58
1.4.1 Généralités . 58
1.4.2 Garanties principales de performances hydrauliques vérifiables
par un essai sur modèle . 60
1.4.3 Garanties non vérifiables par des essais sur modèle. 66
1.4.4 Données complémentaires de fonctionnement . 66
2 Exécution des essais. 68
2.1 Exigences imposées à l'installation d'essais et au modèle . 68
2.1.1 Choix du laboratoire . 68
2.1.2 Installation d'essais . 68
2.1.3 Exigences concernant le modèle . 70
2.2 Contrôle dimensionnel du modèle et du prototype. 74
2.2.1 Généralités . 74
2.2.2 Dimensions à contrôler sur le modèle et le prototype . 94
2.2.3 Ondulation et rugosité de surface .110
2.3 Similitude hydraulique, conditions d'essai et modalités d'exécution des essais.118
2.3.1 Similitude hydraulique .118
2.3.2 Conditions d'essai .132
2.3.3 Modalités d'exécution des essais.138

2.4 Introduction aux méthodes de mesure .160
2.4.1 Mesures liées aux garanties principales de performances hydrauliques .160
2.4.2 Mesures liées à des données complémentaires .164
2.4.3 Acquisition et traitement des données.164
2.5 Propriétés physiques.164
2.5.1 Généralités .164
2.5.2 Accélération due à la pesanteur.164
2.5.3 Propriétés physiques de l'eau .166
2.5.4 Propriétés physiques de l'atmosphère.176
2.5.5 Masse volumique du mercure .178

− 4 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3 Performances hydrauliques principales: méthodes de mesurage et résultats.180

3.1 Acquisition et traitement des données .180

3.1.1 Introduction et définitions .180

3.1.2 Spécifications générales.180

3.1.3 Acquisition des données.184

3.1.4 Spécification des composants .186

3.1.5 Contrôle du système d'acquisition des données .192

3.2 Mesurage du débit .196

3.2.1 Généralités .196
3.2.2 Méthodes primaires.200
3.2.3 Méthodes secondaires.208
3.3 Mesurage de la pression .214
3.3.1 Généralités .214
3.3.2 Choix de la section de mesure de la pression .214
3.3.3 Prises de pression et tuyauteries de liaison .216
3.3.4 Appareillage de mesure de la pression .222
3.3.5 Etalonnage des appareils de mesure de pression .236
3.3.6 Mesures de vide.236
3.3.7 Incertitude sur les mesures de pression.238
3.4 Mesurage du niveau libre .238
3.4.1 Généralités .238
3.4.2 Choix des sections de mesurage du niveau libre.238
3.4.3 Nombre des points de mesurage dans une section .238
3.4.4 Appareillage de mesure.240
3.4.5 Incertitudes sur les mesures de niveau libre .244
3.5 Détermination de E et NPSE .244
3.5.1 Généralités .244
3.5.2 Détermination de l'énergie hydraulique massique E .246
3.5.3 Formules simplifiées pour E .250
3.5.4 Détermination de l'énergie massique nette à l'aspiration NPSE .260
3.6 Mesurage du couple sur l'arbre .270
3.6.1 Généralités .270

3.6.2 Méthodes de mesurage du couple .270
3.6.3 Méthodes pour absorber ou fournir la puissance .272
3.6.4 Schémas de montage.272
3.6.5 Contrôle du système.282
3.6.6 Etalonnage.282
3.6.7 Incertitude sur la mesure du couple .284
3.7 Mesurage de la vitesse de rotation .286
3.7.1 Généralités .286
3.7.2 Méthodes de mesurage de la vitesse.286
3.7.3 Contrôle .286
3.7.4 Incertitude de mesure.288

− 6 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3.8 Calcul des résultats d'essai .288

3.8.1 Généralités .288

3.8.2 Calcul de la puissance, du débit et du rendement dans le domaine

garanti .298

3.8.3 Calcul de la vitesse et du débit d'emballement stabilisé .328

3.9 Analyse des erreurs .336

3.9.1 Principes de base (voir ISO 5168) .336

3.9.2 Détermination des incertitudes lors des essais sur modèle.340

3.10 Comparaison aux garanties.350
3.10.1 Généralités .350
3.10.2 Courbe d'interpolation et bande d'incertitude totale .352
3.10.3 Puissance, débit et/ou énergie hydraulique massique et rendement
dans le domaine garanti .354
3.10.4 Vitesse et débit d'emballement .362
3.10.5 Garanties de cavitation.362
4 Données complémentaires de fonctionnement – Méthodes de mesurage et résultats .366
4.1 Introduction au mesurage des données complémentaires .366
4.1.1 Généralités .366
4.1.2 Conditions d'essai et mode opératoire .368
4.1.3 Incertitude de mesure.368
4.1.4 Transposition du modèle au prototype .368
4.2 Acquisition et traitement des données pour le mesurage des grandeurs
fluctuantes .370
4.2.1 Généralités .
...

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Numéros des publications Numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.

Publications consolidées Consolidated publications

Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,

Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to

indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-

publication de base incorporant l’amendement 1, et la porating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. the content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de reconfir- Information relating to the date of the reconfirmation
mation de la publication sont disponibles dans le of the publication is available in the IEC catalogue.
Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well
publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the
dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour Published yearly with regular updates
régulièrement (On-line catalogue)*
(Catalogue en ligne)*
• Bulletin de la CEI
• IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI*
Available both at the IEC web site* and
et comme périodique imprimé
as a printed periodical
Terminologie, symboles graphiques
Terminology, graphical and letter
et littéraux
symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur
For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro-
IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI).
(IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux
For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le
approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à
referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles
be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et
symbols for use on equipment. Index, survey and
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617:
compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas.
Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre.
* See web site address on title page.

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Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
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SOMMAIRE
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Articles
1 Règles générales . 12

1.1 Domaine d'application et objet. 12

1.1.1 Domaine d'application . 12

1.1.2 Objet. 12

1.2 Références normatives . 14
1.3 Terminologie, définitions, symboles et unités. 16
1.3.1 Généralités . 16
1.3.2 Unités . 18
1.3.3 Liste des termes, définitions, symboles et unités. 20
1.4 Nature et étendue des garanties relatives au fonctionnement hydraulique . 58
1.4.1 Généralités . 58
1.4.2 Garanties principales de performances hydrauliques vérifiables
par un essai sur modèle . 60
1.4.3 Garanties non vérifiables par des essais sur modèle. 66
1.4.4 Données complémentaires de fonctionnement . 66
2 Exécution des essais. 68
2.1 Exigences imposées à l'installation d'essais et au modèle . 68
2.1.1 Choix du laboratoire . 68
2.1.2 Installation d'essais . 68
2.1.3 Exigences concernant le modèle . 70
2.2 Contrôle dimensionnel du modèle et du prototype. 74
2.2.1 Généralités . 74
2.2.2 Dimensions à contrôler sur le modèle et le prototype . 94
2.2.3 Ondulation et rugosité de surface .110
2.3 Similitude hydraulique, conditions d'essai et modalités d'exécution des essais.118
2.3.1 Similitude hydraulique .118
2.3.2 Conditions d'essai .132
2.3.3 Modalités d'exécution des essais.138

2.4 Introduction aux méthodes de mesure .160
2.4.1 Mesures liées aux garanties principales de performances hydrauliques .160
2.4.2 Mesures liées à des données complémentaires .164
2.4.3 Acquisition et traitement des données.164
2.5 Propriétés physiques.164
2.5.1 Généralités .164
2.5.2 Accélération due à la pesanteur.164
2.5.3 Propriétés physiques de l'eau .166
2.5.4 Propriétés physiques de l'atmosphère.176
2.5.5 Masse volumique du mercure .178

60193 © IEC:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD .11

Clause
1 General rules . 13

1.1 Scope and object . 13

1.1.1 Scope . 13

1.1.2 Object . 13
1.2 Normative references. 15
1.3 Terms, definitions, symbols and units. 17
1.3.1 General . 17
1.3.2 Units . 19
1.3.3 List of terms, definitions, symbols and units . 21
1.4 Nature and extent of guarantees related to hydraulic performance. 59
1.4.1 General . 59
1.4.2 Main hydraulic performance guarantees verifiable by model test . 61
1.4.3 Guarantees not verifiable by model test . 67
1.4.4 Additional performance data . 67
2 Execution of tests . 69
2.1 Requirements of test installation and model. 69
2.1.1 Choice of laboratory . 69
2.1.2 Test installation. 69
2.1.3 Model requirements. 71
2.2 Dimensional check of model and prototype. 75
2.2.1 General. 75
2.2.2 Dimensions of model and prototype to be checked. 95
2.2.3 Surface waviness and roughness.111
2.3 Hydraulic similitude, test conditions and test procedures.119
2.3.1 Hydraulic similitude .119
2.3.2 Test conditions.133
2.3.3 Test procedures .139

2.4 Introduction to the methods of measurement .161
2.4.1 Measurements related to the main hydraulic performance guarantees.161
2.4.2 Measurements related to additional data.165
2.4.3 Acquisition and processing of data .165
2.5 Physical properties.165
2.5.1 General.165
2.5.2 Acceleration due to gravity .165
2.5.3 Physical properties of water.167
2.5.4 Physical conditions of atmosphere.177
2.5.5 Density of mercury .179

− 4 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3 Performances hydrauliques principales: méthodes de mesurage et résultats.180

3.1 Acquisition et traitement des données .180

3.1.1 Introduction et définitions .180

3.1.2 Spécifications générales.180

3.1.3 Acquisition des données.184

3.1.4 Spécification des composants .186

3.1.5 Contrôle du système d'acquisition des données .192

3.2 Mesurage du débit .196

3.2.1 Généralités .196
3.2.2 Méthodes primaires.
...