ISO 17089-1:2019

Measurement of fluid flow in closed conduits - Ultrasonic meters for gas - Part 1: Meters for custody transfer and allocation measurement

This document specifies requirements and recommendations for ultrasonic gas flowmeters (USMs), which utilize the transit time of acoustic signals to measure the flow of single phase homogenous gases in closed conduits. This document applies to transit time ultrasonic gas flowmeters used for custody transfer and allocation metering, such as full-bore, reduced-area, high-pressure, and low-pressure meters or any combination of these. There are no limits on the minimum or maximum sizes of the meter. This document can be applied to the measurement of almost any type of gas, such as air, natural gas, and ethane. Included are flow measurement performance requirements for meters of two accuracy classes suitable for applications such as custody transfer and allocation measurement. This document specifies construction, performance, calibration, diagnostics for meter verification, and output characteristics of ultrasonic meters for gas flow measurement and deals with installation conditions. NOTE It is possible that national or other regulations apply which can be more stringent than those in this document.

Mesurage du débit des fluides dans les conduites fermées — Compteurs à ultrasons pour gaz — Partie 1: Compteurs pour transactions commerciales et allocations

Le présent document spécifie les exigences et les recommandations relatives aux compteurs à ultrasons pour gaz qui utilisent le temps de transit de signaux acoustiques pour mesurer le débit de gaz homogènes à phase unique dans des conduites fermées. Le présent document s'applique aux compteurs à ultrasons à temps de transit pour gaz utilisés pour le mesurage des transactions commerciales et des allocations, tels que les compteurs à passage intégral, les compteurs à surface réduite, les compteurs haute pression, les compteurs basse pression et toute combinaison de ceux-ci. Il n'y a pas de limites aux dimensions minimales ou maximales du compteur. Le présent document peut s'appliquer au mesurage de pratiquement tous les types de gaz, tels que l'air, le gaz naturel et l'éthane. Des exigences de performance de mesurage du débit sont incluses pour les compteurs appartenant à deux classes d'exactitude appropriées pour des applications telles que le mesurage à des fins de transactions commerciales et d'allocations. Le présent document spécifie la construction, les performances, l'étalonnage, le diagnostic pour la vérification des compteurs et les caractéristiques du signal de sortie des compteurs à ultrasons employés pour le mesurage du débit de gaz et traite des conditions d'installation. NOTE Il est possible que des réglementations nationales ou d'autres réglementations qui s'appliquent soient plus sévères que celles données dans le présent document.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 22-Aug-2019
• ICS: 17.120.10 - Flow in closed conduits
• Technical Committee: ISO/TC 30/SC 5 - Velocity and mass methods
• Drafting Committee: ISO/TC 30/SC 5 - Velocity and mass methods
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Start Date: 28-May-2025
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Consolidated By: ISO 80601-2-85:2021 - Medical electrical equipment - Part 2-85: Particular requirements for the basic safety and essential performance of cerebral tissue oximeter equipment
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Revises: ISO 17089-1:2010 - Measurement of fluid flow in closed conduits - Ultrasonic meters for gas - Part 1: Meters for custody transfer and allocation measurement
• Effective Date: 05-Nov-2015

Overview - ISO 17089-1:2019 (Ultrasonic gas flowmeters for custody transfer and allocation measurement)

ISO 17089-1:2019 sets international requirements and recommendations for transit-time ultrasonic gas flowmeters (USMs) used in closed conduits for custody transfer and allocation measurement. The standard covers full-bore, reduced-area, high‑pressure and low‑pressure meters of any size, and applies to testing and use with gases such as natural gas, air, ethane and other single-phase homogeneous gases. It defines construction, performance, calibration, diagnostics, output characteristics and installation conditions for USMs and notes that national regulations may be more stringent.

Key technical topics and requirements

The standard addresses technical aspects that ensure reliable gas flow measurement and fiscal accuracy:

• Principles of measurement: transit-time method, basic formulas, factors affecting performance and uncertainty.
• Meter classification: meter types, path configurations, and Reynolds number considerations.
• Meter construction and materials: meter body, transducer ports, connections, corrosion protection and anti-roll provisions.
• Transducers and acoustic paths: specification, robustness, path configurations and characterization.
• Electronics and software: signal detection, processing, displays, power, firmware, diagnostics and communication (e.g., MODBUS data).
• Secondary measurements: pressure and temperature measurement requirements and their influence on flow calculation.
• Performance and accuracy: flow measurement performance requirements for two accuracy classes appropriate to custody transfer and allocation.
• Testing and calibration: flow calibration (laboratory), static tests (including zero flow verification), timing/time delays, and type testing (including path-failure simulation).
• Installation and operation: site installation requirements, flow conditioning, manual handling, documentation and marking.
• Verification and diagnostics: monitoring, diagnostic data recording, verification functions and output characteristics.

Practical applications and users

ISO 17089-1 is essential for accurate and auditable gas metering where monetary transactions or allocations depend on measurement:

• Pipeline operators and custody-transfer facilities (fiscal metering)
• Gas distribution and transmission companies
• Meter manufacturers and integrators of ultrasonic gas flowmeters
• Calibration laboratories and metrology institutes performing flow calibration
• Engineering consultants, asset owners and procurement teams specifying meters for natural gas and industrial gas systems
• Regulators and inspection bodies setting compliance for fiscal gas measurement

Related standards and considerations

• Use alongside national legal metrology rules and other ISO flow standards (refer to normative references in ISO 17089-1:2019).
• Note: ISO 17089-1 focuses on transit-time USMs; additional parts or complementary standards may cover other meter types or application-specific requirements.

Keywords: ISO 17089-1:2019, ultrasonic gas flowmeters, transit time, custody transfer, allocation measurement, flow calibration, meter verification, gas flow measurement.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17089-1
Second edition
2019-08
Measurement of fluid flow in closed
conduits — Ultrasonic meters for gas —
Part 1:
Meters for custody transfer and
allocation measurement
Mesurage du débit des fluides dans les conduites fermées —
Compteurs à ultrasons pour gaz —
Partie 1: Compteurs pour transactions commerciales et allocations
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Phone: [phone]
Fax: [phone]
Email: [e-mail]
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .vi
Introduction .vii
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.1.1 Quantities . 2
3.1.2 Meter design . 2
3.1.3 Thermodynamic conditions . 3
3.1.4 Statistics . 3
3.2 Symbols and subscripts . 5
3.3 Abbrevations . 7
4 Principles of measurement . 7
4.1 Basic formulae . 7
4.2 Factors affecting the performance . 9
4.3 Description of generic types. 9
4.3.1 General. 9
4.3.2 Transducers. 9
4.3.3 Meter body and acoustic path configurations .10
4.3.4 Average velocity calculation.12
4.4 Contributions to the uncertainty in measurement .13
4.5 Reynolds number .13
4.6 USM classification .13
5 Meter characteristics .14
5.1 Operating conditions .14
5.1.1 Flow rates and gas velocities .14
5.1.2 Pressure .14
5.1.3 Temperature .14
5.1.4 Gas quality .14
5.2 Meter body, materials, and construction .15
5.2.1 Materials .15
5.2.2 Meter body .15
5.2.3 Connections .15
5.2.4 Dimensions .15
5.2.5 Ultrasonic transducer ports .16
5.2.6 Pressure tappings .16
5.2.7 Anti-roll provision .16
5.2.8 Flow conditioner .17
5.2.9 Markings .17
5.2.10 Corrosion protection .18
5.3 Transducers .18
5.3.1 Specification . .18
5.3.2 Rate of pressure change.18
5.3.3 Transducer characterization .18
5.3.4 Path configuration .18
5.3.5 Marking .18
5.3.6 Cable .18
5.3.7 Robustness .19
5.4 Electronics .19
5.4.1 General requirements .19
5.4.2 Display .19
5.4.3 Power supply . .19
5.4.4 Signal detection method .19
5.4.5 Sampling or pulsating flow .19
5.4.6 Signal-to-noise ratio .19
5.4.7 Alarm signal .19
5.4.8 Processing of data .19
5.4.9 Output .20
5.4.10 Cable jackets and insulation.20
5.4.11 Marking .20
5.5 Software .20
5.5.1 Firmware .20
5.5.2 MODBUS communication data specification .21
5.5.3 Discontinuity .21
5.5.4 Marking and version management .21
5.5.5 Monitoring and recording of measuring and diagnostic data .21
5.5.6 Correction functions and parameters .21
5.5.7 Inspection and verification functions .22
5.6 Exchange of components . .22
5.7 Secondary measurements .22
5.7.1 General.22
5.7.2 Pressure measurement .22
5.7.3 Temperature measurement .22
5.8 Performance requirements .24
5.8.1 General.24
5.8.2 Accuracy requirements .24
5.8.3 Influence of pressure, temperature, and gas composition .25
5.9 Operation and installation requirements .26
5.9.1 General.26
5.9.2 Operational requirements .26
5.9.3 Installation requirements .27
5.9.4 Manual handling and transportation .30
5.10 Documentation .30
5.10.1 General.30
5.10.2 Generic meter documentation .30
5.10.3 Particular meter documentation .31
6 Test and calibration .31
6.1 Pressure testing and leakage testing.31
6.2 Individual testing — Static testing .31
6.2.1 General.31
6.2.2 Timing and time delays .31
6.2.3 Zero flow verification test .31
6.3 Individual testing — Flow calibration .32
6.3.1 General.32
6.3.2 Laboratory flow calibration .32
6.3.3 Judging the measurement performance of the meter.35
6.3.4 Adjustment and records .35
7 Type testing.37
7.1 General .37
7.2 Accuracy .38
7.3 Installation conditions.38
7.4 Path failure simulation and exchange of components .39
7.5 Electronics design testing .39
8 Audit trail and diagnostics for meter verification .40
8.1 General .40
8.2 USM Lifecycle Process .40
8.3 Production and Factory Acceptance Test .42
8.4 Initial Flow Calibration .42
8.5 Site installation and site acceptance test .43
iv © ISO 2019 – All rights reserved

8.6 Operation .43
8.7 Diagnostic warning and alarm levels in operation .44
8.7.1 MSOS and MSOS ratios warning & alarm levels .44
8.7.2 Velocity ratios warning & alarm levels .45
8.7.3 S/N ratios warning & alarm levels .45
8.8 Service and recalibration .45
8.8.1 General.45
8.8.2 Service Related Diagnostics .46
8.9 Diagnostic parameters .47
8.9.1 Speed of sound . . .47
8.9.2 Automatic gain control .49
8.9.3 Signal-to-noise ratio (S/N) .49
8.9.4 Acoustic signal acceptance .50
8.9.5 Flow profile .50
8.9.6 Standard deviation/turbulence .50
9 Operational practice .51
9.1 Temperature and pressure correction .51
9.1.1 Correction for the temperature .51
9.1.2 Correction for the pressure .53
Annex A (informative) Registration of error bands .58
Annex B (informative) Derivation and correction of USM errors .59
Annex C (informative) Valve characterization and noise in a metering and regulating station .63
Annex D (informative) The calibration time of ultrasonic flow meters .74
Annex E (informative) Detailed calculation of geometry-related temperature and pressure
corrections .80
Annex F (normative) MODBUS communication data specification .102
Annex G (informative) Disturbance tests .108
Bibliography .110
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed
conduits, Subcommittee SC 5, Velocity and mass methods.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 17089-1:2010), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— Clause 3 has been revised;
— Formulae have been corrected throughout the document;
— editorial and terminological changes throughout the document;
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
vi © ISO 2019 – All rights reserved

Introduction
Ultrasonic meters (USMs) for gas flow measurement have penetrated the market for meters rapidly
since 2000 and have become one of the prime flowmeter concepts for operational use as well as custody
transfer and allocation measurement. Next to the high repeatability and high accuracy, ultrasonic
technology has inherent features like: negligible pressure loss; high rangeability; and the capability to
handle pulsating flows.
USMs can deliver extended diagnostic information through which it may be possible to demonstrate the
functionality of an USM. Also, the measured speed of sound of the USM may be compared with the speed
of sound calculated from pressure, temperature, and gas composition, to check the mutual consistency
of the four instruments involved. Due to the extended diagnostic capabilities, this document advocates
the addition and use of automated diagnostics instead of labour-intensive quality checks.
This document focuses on meters for custody transfer and allocation measurement (class 1 and class 2
meters). Meters for industrial gas applications, such as utilities and process, as well as flare gas and
vent measurement, is the subject of ISO 17089-2.
Typical performance factors of the classification scheme are:
Class Typical applications Required accuracy class Reference
1 Custody transfer class 0.5 or class 1.0 This document
2 Allocation class 1.5 This document
3 Utilities and process ISO 17089-2
4 Flare gas and vent gas ISO 17089-2
Typical configurations for class 1 and class 2 meters are multi-path meters with chords at different
radial positions.
Typical configurations for class 3 and class 4 meters are single-path meters, meters with only
diametrical paths, insertion type meters, household type, stack or chimney type, and flare type meters.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 17089-1:2019(E)
Measurement of fluid flow in closed conduits — Ultrasonic
meters for gas —
Part 1:
Meters for custody transfer and allocation measurement
1 Scope
This document specifies requirements and recommendations for ultrasonic gas flowmeters (USMs),
which utilize the transit time of acoustic signals to measure the flow of single phase homogenous gases
in closed conduits.
This document applies to transit time ultrasonic gas flowmeters used for custody transfer and allocation
metering, such as full-bore, reduced-area, high-pressure, and low-pressure meters or any combination
of these. There are no limits on the minimum or maximum sizes of the meter. This document can be
applied to the measurement of almost any type of gas, such as air, natural gas, and ethane.
Included are flow measurement performance requirements for meters of two accuracy classes suitable
for applications such as custody transfer and allocation measurement.
This document specifies construction, performance, calibration, diagnostics for meter verification,
and output characteristics of ultrasonic meters for gas flow measurement and deals with installation
conditions.
NOTE It is possible that national or other regulations apply which can be more stringent than those in this
document.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
lSO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits — Vocabulary and symbols
ISO 5168, Measurement of fluid flow — Procedures for the evaluation of uncertainties
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 4006 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1.1 Quantities
3.1.1.1
volume flow rate
dV
q =
V
dt
where
V is volume
t is time
3.1.1.2
pressure
p
absolute gas pressure in a meter under flowing conditions to which the indicated volume of gas is related
3.1.1.3
average velocity
v
volume flow rate divided by the cross-sectional area
3.1.2 Meter design
3.1.2.1
meter body
pressure-containing structure of the meter
3.1.2.2
acoustic path
path travelled by an acoustic signal between a pair of ultrasonic transducers
3.1.2.3
axial path
path travelled by an acoustic signal entirely in the direction of the main pipe axis
Note 1 to entry: An axial path can be both on or parallel to the centre-line or long axis of the pipe, see Figure 1.
Figure 1 — Axial path
3.1.2.4
diametrical path
acoustic path whereby the acoustic signal travels through the centre-line or long axis of the pipe
Note 1 to entry: See Figure 2 for a representation.
2 © ISO 2019 – All rights reserved

Figure 2 — Diametrical paths
3.1.2.5
chordal path
acoustic path whereby the acoustic signal travels parallel to the diametrical path
Note 1 to entry: See Figure 3 for a representation.
Figure 3 — Chordal paths
3.1.3 Thermodynamic conditions
3.1.3.1
metering conditions
conditions, at the point of measurement, of the fluid whose volume is to be measured
Note 1 to entry: Metering conditions include gas composition, gas temperature, and gas pressure.
[SOURCE: ISO 9951:1993, 3.1.6, modified — the term fluid is used instead of gas.]
3.1.3.2
base conditions
conditions to which the measured volume of the fluid is converted
Note 1 to entry: Base conditions include base temperature and base pressure.
[SOURCE: ISO 9951:1993, 3.1.7, modified — the term fluid is used instead of gas.]
3.1.4 Statistics
3.1.4.1
measurement error
the error of measurement is the measured quantity value minus a reference quantity value
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.16]
EXAMPLE Measured quantity value of meter under test minus quantity value of reference meter.
3.1.4.2
calibration curve
set of measurmement errors, at a number of different flow rates, with respect to a known reference
quantity meter
3.1.4.3
maximum permissible error
extreme value of measurement error, with respect to a known reference quantity value, permitted by
specifications or regulations for a given operational range of the meter
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 4.26, modified — the term measurement has been removed from the
definition, thus the current term can be abbribivated by MPE.]
3.1.4.4
maximum peak-to-peak error
maximum difference between any two error values
3.1.4.5
repeatability
closeness of the agreement between the results of successive measurements of the same measurand
carried out under the same conditions of measurement
Note 1 to entry: The repeatability shall be calculated in absolute terms for the meter error as the type A
uncertainty in a single measurement (U ) according to ISO 5168. The coverage factor k shall be derived from
AS 95
the Student’s distribution for a 95,45 % confidence level depending on the number of measurements taken. See
ISO 5168:2005, Table C.1.
n
EE−
()
i
∑
i=1
rU==k
pAS 95
n−1
()
Typical values of the coverage factor k are:
Measurements
3 5 7 10 100 ∞
taken
Coverage factor
4,53 2,87 2,52 2,32 2,02 2,00
k
3.1.4.6
reproducibility
closeness of the agreement between the results of measurements of the same measurand carried out
under changed conditions of measurement
3.1.4.7
resolution
smallest difference between indications of a meter that can be meaningfully distinguished
[SOURCE: ISO 11631:1998, 3.28, modified — the term meter has been replaced by flowmeter.]
3.1.4.8
zero flow reading
flow-velocity reading when the gas is assumed to be at rest, i.e. both the axial and non-axial velocity
components are essentially zero
4 © ISO 2019 – All rights reserved

3.1.4.9
linearization
way of reducing the non-linearity and offset of the ultrasonic meter readingby applying corrections in
the software
Note 1 to entry: The linearization can be applied to meter electronics or in a flow computer connected to the
USM. The correction can be, for example, piece-wise linearization or polynomial linearization.
3.2 Symbols and subscripts
The symbols and subscripts used in this document are given in Tables 1 and 2. Examples of uses of the
volume flow rate symbol are given in Table 3.
Table 1 — Symbols
a
Quantity Symbol Dimensions SI unit
2 2
Cross-sectional area A L m
−1
Speed of sound in fluid c LT m/s
Outside pipe diameter D L m
Inside diameter of the meter body d L m
−1 −2
Modulus of elasticity; Young modulus meter body E ML T MPa
−1 −2
Modulus of elasticity; Young modulus tranducer E ML T MPa
t
Indicated flow error E — 1
i
Weighting factor (live inputs) f — 1
i
Integers (1, 2, 3, …) i, j, n — 1
−3 −3
Impulse factor I L m
Calibration factor K — 1
Body style factor K — 1
s
Body end correction factor K — 1
E
Velocity distribution correction factor k — 1
h
Flange stiffening factor K — 1
f
Minimum distance to a specified upstream flow dis-
l L m
min
turbance
Typical averaging length in the ultrasonic flow meter L L m
AV
Noise amplitude L — dB
p
Path length l L m
p
Attenuation factor N — 1
d
Valve-weighting factor N — 1
v
−1 −2
Absolute pressure p ML T Pa
−1 −2
Pressure difference Δp ML T Pa
−1 −2
Emitted acoustic pressure p ML T Pa
n
−1 −2
Signal strength of the USM P ML T Pa
s
3 −1 3
Volume flow rate q L T m /s
V
Outside pipe radius R L m
Inside pipe radius r L m
Reynolds number Re — 1
Repeatability r — 1
p
Repeatability during calibration r — 1
cal
Absolute temperature of the gas T Θ K
a
M ≡ mass; L ≡ length; T ≡ time; Θ ≡ temperature.
Table 1 (continued)
a
Quantity Symbol Dimensions SI unit
Temperature difference ΔT Θ K
Time t T s
Standard deviation of the instantaneous turbulent
u* — 1
scatter
standard deviation of the required turbulent scatter
u — 1
d
after averaging
−1
Velocity v LT m/s
Average velocity
−1
LT m/s
v
−1
Velocity of the acoustic path i v LT m/s
i
3 3
Volume V L m
Weighting factor (fixed value) w — 1
I
Compressibility Z — 1
−1 −1
Coefficient of thermal expansion α Θ K
Error at a flow rate q Δ — %
V,i i
Pipe wall thickness δ L M
−1 −1
Dynamic viscosity η L MT Pa⋅s
Wavelength of ultrasonic oscillation λ L M
Poisson ratio μ — 1
−3 3
Density of fluid ρ ML kg/m
Sensing point for pressure measurement p — —
m
Path angle ϕ — rad
a
M ≡ mass; L ≡ length; T ≡ time; Θ ≡ temperature.
Table 2 — Subscripts
Subscript Meaning
cal calibration
min minimum
max maximum
op operational
t transition
Table 3 — Examples of flow rate symbols
Symbol Meaning
q Designed maximum flow rate, designed for maximum gas speed of 20 m/s
V, max, 20
q Designed maximum flow rate, designed for maximum gas speed of x m/s
V, max, x
q Operational maximum flow rate; defined only when smaller than designed maximum
V, max, op
q Highest flow rate calibrated; defined only when smaller than operational maximum
V, max, cal
q Designed minimum flow rate
V, min
q Transition flow rate for defining accuracy requirements
V, t
6 © ISO 2019 – All rights reserved

3.3 Abbrevations
CMC calibration and measurement capability
ES electronics system
FAT factory acceptance test
FC flow conditioner
FWME flow-weighted mean error
M&R metering and regulating stations
MPE Maximum permissible error
MSOS measured speed of sound
SAT Site Acceptance Test
S/N signal-to-noise ratio
SOS speed of sound
TSOS theoretical speed of sound
USM ultrasonic flow meter
USMP USM package, including meter tubes, flow conditioner, and thermowell
USM(P) USM and USMP
4 Principles of measurement
4.1 Basic formulae
USMs are based on the measurement of the propagation time of acoustic signals in a flowing medium.
Figure 4 shows the basic system setup. On both sides of the pipe, at positions A and B, are mounted
transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic sound signals. These transducers
transmit sound signals within such a short interval that the speed of sound (SOS) is identical for both
measurements and their transit times are measured. With zero flow, the transit time from A to B, t , is
AB
equal to the transit time from B to A, t . However, if there is flow, the transit time of the sound signal
BA
from A to B decreases and the one from B to A increases, according to (ignoring second order effects,
such as path curvature):
l
p
t = (1)
AB
cv+ cosφ
()
and
l
p
t = (2)
BA
cv− cosφ
()
where
l is the path length;
p
c is the SOS;
v is the average velocity;
ϕ is the path angle;
t , t are transit times of the acoustic signal.
AB BA
Key
A, B positions
l path length
P
v average velocity
Φ path angle
Figure 4 — Basic system set-up
Formula (3) for the measured gas velocity can be derived by subtracting Formula (2) from Formula (1):
l
 
p
v =− (3)
 
i
2cosφ tt
 AB BA 
Note that the term for the SOS in the gas has been eliminated in Formula (3). This means that the
measurement of the gas velocity is independent of the properties of the gas, e.g. pressure, temperature,
and gas composition.
In a similar way, the SOS can be derived by adding Formulas (1) and (2) and rearranging:
l
 
p 11
c =+ (4)
 
2 tt
 AB BA 
In multi-path meters, the individual path velocity measurements are combined by a mathematical
function to yield an estimate of the average velocity:
vf=…()vv (5)
1 n
where n is the total number of paths. Due to variations in path configuration and different proprietary
approaches to solving Formula (7), even for a given number of paths, the exact form of f(v . v ) can differ.
1 n
8 © ISO 2019 – All rights reserved

To obtain the volume flow rate, q , multiply the estimate of the average velocity, v, by the cross-sectional
V
area of the measurement section, A, as follows:
qA=⋅v (6)
V
4.2 Factors affecting the performance
The performance of a USM is dependent on a number of intrinsic and extrinsic factors. Intrinsic factors
(i.e. those related to the meter and its calibration prior to delivery) include:
— the geometry of the meter body and ultrasonic transducer locations and the uncertainty with which
these are known (including the temperature and pressure coefficient);
— the accuracy and quality of the transducers and electronic components used in the transit time
measurement circuitry (e.g. the electronic clock stability);
— the techniques utilized for transit time detection and computation of average velocity (the latter of
which determines the sensitivity of the meter to variations in the flow velocity distribution);
— adjustments (including proper compensation for signal delays in electronic components and
transducers).
Extrinsic factors, i.e. those related to the flow and environmental conditions of the application, include:
a) the flow velocity profile including swirl and skewness;
b) change of wall roughness due to corrosion, solid and liquid contamination over time;
c) the temperature distribution;
d) flow pulsations;
e) noise, both acoustic and electromagnetic;
f) temporary or permanent buildup resulting in a reduction of the meter body cross sectional area.
4.3 Description
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17089-1
Deuxième édition
2019-08
Mesurage du débit des fluides dans
les conduites fermées — Compteurs à
ultrasons pour gaz —
Partie 1:
Compteurs pour transactions
commerciales et allocations
Measurement of fluid flow in closed conduits — Ultrasonic meters
for gas —
Part 1: Meters for custody transfer and allocation measurement
Numéro de référence
©
ISO 2019
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
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E-mail: [e-mail]
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Sommaire Page
Avant-propos .vi
Introduction .vii
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.1.1 Grandeurs . 2
3.1.2 Conception du compteur . 2
3.1.3 Conditions thermodynamiques . 3
3.1.4 Statistiques . 4
3.2 Symboles et indices . 5
3.3 Abréviations . 7
4 Principes de mesure . 7
4.1 Formules de base . 7
4.2 Facteurs ayant une incidence sur les performances . 9
4.3 Description des types génériques .10
4.3.1 Généralités .10
4.3.2 Transducteurs .10
4.3.3 Corps du compteur et configurations de trajet acoustique .11
4.3.4 Calcul de la vitesse moyenne .13
4.4 Contributions à l'incertitude de mesure .14
4.5 Nombre de Reynolds .14
4.6 Classification des compteurs à ultrasons .15
5 Caractéristiques du compteur .15
5.1 Conditions de fonctionnement .15
5.1.1 Débits et vitesses de gaz .15
5.1.2 Pression .15
5.1.3 Température .16
5.1.4 Qualité du gaz .16
5.2 Corps, matériaux et construction du compteur .16
5.2.1 Matériaux .16
5.2.2 Corps du compteur .16
5.2.3 Raccordements .16
5.2.4 Dimensions .17
5.2.5 Orifices des transducteurs à ultrasons .17
5.2.6 Prises de pression .17
5.2.7 Dispositif antiroulis .18
5.2.8 Tranquilliseur .18
5.2.9 Marquages .19
5.2.10 Protection contre la corrosion .20
5.3 Transducteurs .20
5.3.1 Spécification . .20
5.3.2 Vitesse de variation de la pression .20
5.3.3 Caractérisation des transducteurs .20
5.3.4 Configuration du trajet .20
5.3.5 Marquage .20
5.3.6 Câble .20
5.3.7 Robustesse .20
5.4 Électronique .20
5.4.1 Exigences générales .20
5.4.2 Affichage.21
5.4.3 Alimentation électrique .21
5.4.4 Méthode de détection du signal .21
5.4.5 Échantillonnage ou écoulement pulsatoire .21
5.4.6 Rapport signal/bruit .21
5.4.7 Signal d’alarme .21
5.4.8 Traitement des données .21
5.4.9 Sortie .21
5.4.10 Gaines et isolation de câble .22
5.4.11 Marquage .22
5.5 Logiciel .22
5.5.1 Micrologiciel .22
5.5.2 Spécification des données de communication MODBUS .23
5.5.3 Discontinuité .23
5.5.4 Marquage et gestion des versions .23
5.5.5 Surveillance et enregistrement des données de mesurage et de diagnostic .23
5.5.6 Paramètres et fonctions de correction .23
5.5.7 Fonctions d'inspection et de vérification .24
5.6 Échange de composants .24
5.7 Mesurages secondaires .25
5.7.1 Généralités .25
5.7.2 Mesurage de la pression .25
5.7.3 Mesurage de la température .25
5.8 Exigences de performance .26
5.8.1 Généralités .26
5.8.2 Exigences d’exactitude .26
5.8.3 Influence de la pression, de la température et de la composition du gaz .28
5.9 Exigences relatives à l’installation et au fonctionnement .29
5.9.1 Généralités .29
5.9.2 Exigences relatives au fonctionnement .29
5.9.3 Exigences relatives à l’installation .30
5.9.4 Manutention manuelle et transport .33
5.10 Documentation .34
5.10.1 Généralités .34
5.10.2 Documentation générique du compteur .34
5.10.3 Documentation spécifique du compteur .35
6 Essais et étalonnage .35
6.1 Essais de pression et essais d'étanchéité .35
6.2 Essais individuels — Essais statiques .35
6.2.1 Généralités .35
6.2.2 Synchronisation et temporisation .35
6.2.3 Essai de vérification de débit nul .35
6.3 Essais individuels — Étalonnage du débit .36
6.3.1 Généralités .36
6.3.2 Étalonnage du débit en laboratoire .37
6.3.3 Évaluation de la performance de mesurage du compteur .39
6.3.4 Ajustements et enregistrements .40
7 Essais de type .42
7.1 Généralités .42
7.2 Exactitude .42
7.3 Conditions d'installation .43
7.4 Simulation d'une défaillance sur le trajet acoustique et échange de composants .44
7.5 Essais de conception de l'électronique .44
8 Historique d’expertise et diagnostic pour la vérification des compteurs .44
8.1 Généralités .44
8.2 Processus de cycle de vie d’un compteur à ultrasons .45
8.3 Production et essai de réception en usine.47
8.4 Étalonnage initial du débit .47
8.5 Installation sur site et essai de réception sur site .48
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés

8.6 Fonctionnement .48
8.7 Niveaux de diagnostic d’avertissement et d’alarme en fonctionnement .49
8.7.1 Niveaux d’avertissement et d’alarme relatifs à la MSOS et au rapport de MSOS .49
8.7.2 Niveaux d’avertissement et d’alarme relatifs au rapport de vitesses .50
8.7.3 Niveaux d’avertissement et d’alarme relatifs au rapport signal/bruit .50
8.8 Entretien et réétalonnage .51
8.8.1 Généralités .51
8.8.2 Diagnostic relatif à l’entretien .51
8.9 Paramètres de diagnostic.52
8.9.1 Vitesse du son .52
8.9.2 Contrôle automatique du gain .54
8.9.3 Rapport signal/bruit (S/N) .54
8.9.4 Taux d’acceptation des impulsions acoustiques .55
8.9.5 Profil des vitesses .55
8.9.6 Écart-type/turbulence .55
9 Pratique de fonctionnement .56
9.1 Correction de température et de pression .56
9.1.1 Correction relative à la température .56
9.1.2 Correction relative à la pression .58
Annexe A (informative) Enregistrement des bandes d'erreur .64
Annexe B (informative) Calcul et correction des erreurs du compteur à ultrasons .65
Annexe C (informative) Caractérisation et bruit des vannes dans un poste de comptage et
de régulation.70
Annexe D (informative) Durée d’étalonnage des compteurs à ultrasons.81
Annexe E (informative) Calcul détaillé des corrections de température et de pression liées
à la géométrie .86
Annexe F (normative) Spécification des données de communication MODBUS .108
Annexe G (informative) Essais de perturbation .115
Bibliographie .117
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans
les conduites fermées, sous-comité SC 5, Méthodes de vitesse et massiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 17089-1:2010) qui a fait l'objet d'une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— L'Article 3 a été révisé;
— Les formules ont été corrigées dans tout le document;
— Des changements terminologiques et d’ordre éditorial ont été apportés au document.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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Introduction
Les compteurs à ultrasons pour le mesurage du débit de gaz ont rapidement pénétré le marché des
débitmètres au cours de la dernière décennie et constituent aujourd'hui l'un des principaux concepts
de débitmètres employés à des fins d'exploitation ainsi que pour les transactions commerciales et les
allocations. Outre une répétabilité et une exactitude élevées, la technologie des ultrasons présente des
caractéristiques intrinsèques telles qu'une perte de charge négligeable, une marge de réglage théorique
étendue et la capacité de gérer des écoulements pulsatoires.
Les compteurs à ultrasons peuvent fournir de nombreuses informations de diagnostic permettant de
démontrer la fonctionnalité d'un compteur à ultrasons pour gaz. De plus, la vitesse du son mesurée
par le compteur à ultrasons peut être comparée à la vitesse du son calculée à partir de la pression,
de la température et de la composition du gaz, afin de vérifier la concordance des quatre instruments
concernés. En raison des capacités de diagnostic étendues, le présent document préconise l'ajout et
l'utilisation d'un diagnostic automatique en lieu et place des contrôles qualité à forte intensité de main
d'œuvre.
Le présent document traite des compteurs pour le mesurage des transactions commerciales et des
allocations (classe 1 et classe 2). Les compteurs pour les applications de gaz industrielles, telles que
pour les services et les procédés, aussi bien que pour les gaz brûlés ou le mesurage dans les conduits
feront l'objet de l'ISO 17089-2.
Les facteurs de performance types de schéma de classification sont présentés ci dessous:
Classe Applications types Classe d’exactitude Référence
requise
1 Transactions commerciales Classe 0.5 ou classe 1.0 Le présent document
2 Allocations Classe 1.5 Le présent document
3 Services/Procédés ISO 17089-2
Gaz brûlés/Gaz dans les
4 ISO 17089-2
conduites
Les configurations types des compteurs de classe 1 et de classe 2 sont des compteurs multicordes avec
des cordes en différentes positions radiales.
Les configurations types des compteurs de classes 3 et 4 sont des compteurs monocorde, des compteurs
avec des cordes en position diamétrale uniquement, des compteurs de type insertion, de type ménage,
de type cheminée ou à pile et de type fusée.
NORME INTERNATIONALE ISO 17089-1:2019(F)
Mesurage du débit des fluides dans les conduites
fermées — Compteurs à ultrasons pour gaz —
Partie 1:
Compteurs pour transactions commerciales et allocations
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les exigences et les recommandations relatives aux compteurs à ultrasons
pour gaz qui utilisent le temps de transit de signaux acoustiques pour mesurer le débit de gaz homogènes
à phase unique dans des conduites fermées.
Le présent document s'applique aux compteurs à ultrasons à temps de transit pour gaz utilisés pour le
mesurage des transactions commerciales et des allocations, tels que les compteurs à passage intégral,
les compteurs à surface réduite, les compteurs haute pression, les compteurs basse pression et toute
combinaison de ceux-ci. Il n'y a pas de limites aux dimensions minimales ou maximales du compteur. Le
présent document peut s'appliquer au mesurage de pratiquement tous les types de gaz, tels que l'air, le
gaz naturel et l'éthane.
Des exigences de performance de mesurage du débit sont incluses pour les compteurs appartenant
à deux classes d’exactitude appropriées pour des applications telles que le mesurage à des fins de
transactions commerciales et d'allocations.
Le présent document spécifie la construction, les performances, l'étalonnage, le diagnostic pour
la vérification des compteurs et les caractéristiques du signal de sortie des compteurs à ultrasons
employés pour le mesurage du débit de gaz et traite des conditions d'installation.
NOTE Il est possible que des réglementations nationales ou d'autres réglementations qui s'appliquent soient
plus sévères que celles données dans le présent document.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées — Vocabulaire et symboles
ISO 5168, Mesure de débit des fluides — Procédures pour le calcul de l'incertitude
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 4006 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1.1 Grandeurs
3.1.1.1
débit volumique
dV
q =
V
dt
où
V est le volume;
t est le temps.
3.1.1.2
pression
p
pression absolue de gaz dans un compteur dans les conditions d'écoulement associées au volume de
gaz indiqué
3.1.1.3
vitesse moyenne
v
débit volumique divisé par l'aire de la section droite
3.1.2 Conception du compteur
3.1.2.1
corps du compteur
structure sous pression du compteur
3.1.2.2
trajet acoustique
parcours d'une onde sonore entre deux transducteurs à ultrasons
3.1.2.3
trajet axial
parcours d'une onde sonore entièrement dans la direction de l'axe principal de la tuyauterie
Note 1 à l'article: Un trajet axial peut coïncider ou être parallèle à l'axe longitudinal de la tuyauterie, voir Figure 1.
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés

Figure 1 — Trajet axial
3.1.2.4
trajet diamétral
trajet acoustique dans lequel l'onde sonore passe par l'axe longitudinal de la tuyauterie
Note 1 à l'article: Voir un exemple de représentation à la Figure 2.
Figure 2 — Trajets diamétraux
3.1.2.5
trajet à la corde
trajet acoustique dans lequel l'onde sonore se déplace parallèlement au trajet diamétral
Note 1 à l'article: Voir un exemple de représentation à la Figure 3.
Figure 3 — Trajets à la corde
3.1.3 Conditions thermodynamiques
3.1.3.1
conditions de mesure
conditions observées au point de mesure du fluide dont le volume est à mesurer
Note 1 à l'article: Les conditions de mesure incluent la composition du gaz, la température et la pression.
[SOURCE: ISO 9951:1993, 3.1.6, modifiée — le terme fluide est utilisé à la place de gaz.]
3.1.3.2
conditions de base
conditions auxquelles est converti le volume de gaz mesuré
Note 1 à l'article: Les conditions de base incluent la température et la pression de base.
[SOURCE: ISO 9951:1993, 3.1.7, modifiée — le terme fluide est utilisé à la place de gaz.]
3.1.4 Statistiques
3.1.4.1
erreur de mesure
différence entre la valeur mesurée d'une grandeur et une valeur de référence
[SOURCE: Guide ISO/IEC 99:2007, 2.16]
EXEMPLE Valeur d'une grandeur mesurée par le compteur soumis à essai moins la valeur de la grandeur
mesurée par un compteur de référence.
3.1.4.2
courbe d'erreur
interconnexion de la courbe (par exemple polynomiale) ajustée sur l'ensemble des erreurs en fonction
du débit du compteur de référence
3.1.4.3
erreur maximale tolérée
valeur extrême de l'erreur de mesure, par rapport à une valeur de référence connue, qui est tolérée par
les spécifications ou les règlementations pour une plage de fonctionnement donnée du compteur
[SOURCE: Guide ISO/IEC 99:2007, 4.26, modifié — Le terme mesure a été retiré de la définition, donc on
peut désigner le terme usuel par son abréviation EMT.]
3.1.4.4
erreur maximale de crête à crête
différence maximale entre deux valeurs d'erreur
3.1.4.5
répétabilité
faible dispersion des résultats de mesurages successifs du même mesurande, mesurages effectués dans
les mêmes conditions de mesure
Note 1 à l'article: La répétabilité doit être calculée en termes absolus pour l’erreur d’un compteur, comme
l’incertitude de type A d'une seule mesure (U ) conformément à l’ISO 5168. Le facteur d’élargissement k doit
AS 95
être calculé à partir de la distribution de Student pour un niveau de confiance de 95,45 % selon le nombre de
mesures relevées. Voir l’ISO 5168, Tableau C.1.
n
EE−
()
∑ i
i=1
rU==k
pAS 95
n−1
()
Les valeurs types du facteur d'élargissement k sont:
Mesures relevées 3 5 7 10 100 ∞
Facteur d'élargissement k 4,53 2,87 2,52 2,32 2,02 2,00
3.1.4.6
reproductibilité
faible dispersion des résultats des mesurages du même mesurande, mesurages effectués en faisant
varier les conditions de mesure
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3.1.4.7
résolution
variation la plus faible entre indications d'un compteur pouvant être significativement perceptible
[SOURCE: ISO 11631:1998, 3.28, modifiée — Le terme compteur a été remplacé par débimètre.]
3.1.4.8
mesure de débit nul
mesure lorsque le gaz est au repos (vitesse nulle)
3.1.4.9
linéarisation
manière de réduire la non-linéarité du compteur à ultrasons, généralement en appliquant des
corrections au logiciel
Note 1 à l'article: La linéarisation peut être appliquée à l'électronique du compteur ou à un calculateur de débit
connecté au compteur à ultrasons. La correction peut être, par exemple, une linéarisation par échelon ou une
linéarisation polynomiale.
3.2 Symboles et indices
Les symboles et indices utilisés dans le présent document sont indiqués dans les Tableaux 1 et 2. Des
exemples d'utilisation du symbole de débit volumique sont donnés dans le Tableau 3.
Tableau 1 — Symboles
a
Grandeur Symbole Dimensions Unité SI
2 2
Aire de la section droite A L m
−1
Vitesse du son dans un fluide c LT m/s
Diamètre extérieur de la tuyauterie D L m
Diamètre intérieur du corps du compteur d L m
Module d'élasticité; module de Young du corps du
−1 −2
E ML T MPa
compteur
−1 −2
Module d'élasticité; module de Young du transducteur E ML T MPa
t
Erreur de débit indiquée E — 1
i
Facteur de pondération (entrées directes) f — 1
i
Nombres entiers (1, 2, 3, …) i, j, n — 1
−3 −3
Coefficient d'impulsion I L m
Coefficient d'étalonnage K — 1
Coefficient de style de corps K — 1
s
Coefficient de correction d'extrémité de raccordement K — 1
E
Coefficient de correction de répartition des vitesses k — 1
h
Coefficient de rigidité de la bride K — 1
f
Distance minimale par rapport à une perturbation
l L m
min
spécifiée de l'écoulement en amont
Longueur de moyennage type dans le compteur à
L L m
AV
ultrasons
Amplitude du bruit L — dB
p
Longueur du trajet l L m
p
Coefficient d'atténuation N — 1
d
Facteur de pondération de vanne N — 1
v
−1 −2
Pression absolue p ML T Pa
a
M ≡ masse; L ≡ longueur; T ≡ temps; Θ ≡ température.
Tableau 1 (suite)
a
Grandeur Symbole Dimensions Unité SI
−1 −2
Différence de pression Δp ML T Pa
−1 −2
Pression acoustique d'émission p ML T Pa
n
−1 −2
Intensité du signal du compteur à ultrasons P ML T Pa
s
3 −1 3
Débit volumique q L T m /s
V
Rayon extérieur de la tuyauterie R L m
Rayon intérieur de la tuyauterie r L m
Nombre de Reynolds Re — 1
Répétabilité r — 1
p
Répétabilité pendant l’étalonnage r — 1
cal
Écart-type expérimental s — 1
Température absolue du gaz T Θ K
Différence de température ΔT Θ K
Temps t T s
Écart-type de la dispersion turbulente instantanée u* — 1
Écart-type de la dispersion turbulente requise après
u — 1
d
moyennage
−1
Vitesse v LT m/s
−1
Vitesse moyenne LT m/s
v
−1
Vitesse du trajet acoustique i v LT m/s
i
3 3
Volume V L M
Facteur de pondération (valeur fixe) wI — 1
Compressibilité Z — 1
−1 −1
Coefficient de dilatation thermique α Θ K
Erreur au débit q Δ — %
V,i i
Épaisseur de paroi de la tuyauterie δ L m
−1 −1
Viscosité dynamique η L MT Pa⋅s
Longueur d'onde de l'oscillation ultrasonore λ L m
Coefficient de Poisson μ — 1
−3 3
Masse volumique du fluide ρ ML kg/m
Point de détection pour la mesure de pression p — —
m
Angle du trajet ϕ — rad
a
M ≡ masse; L ≡ longueur; T ≡ temps; Θ ≡ température.
Tableau 2 — Indices
Indice Signification
cal étalonnage
min minimal
max maximal
op opérationnel
t transition
Tableau 3 — Exemples de symboles de débits
Symbole Signification
q Débit maximal de conception, prévu pour une vitesse maximale du gaz de 20 m/s
V, max, 20
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Tableau 3 (suite)
Symbole Signification
q Débit maximal de conception, prévu pour une vitesse maximale du gaz de x m/s
V, max, x
q Débit maximal de fonctionnement, défini uniquement lorsqu'il est inférieur au débit maximal de
V, max, op
conception
q Débit maximal étalonné, défini uniquement lorsqu'il est inférieur au débit maximal de
V, max, cal
fonctionnement
q Débit minimal de conception
V, min
q Débit de transition permettant de définir des exigences d'exactitude
V, t
3.3 Abréviations
CMC capacité d'étalonnage et de mesure
ES système électronique
FAT essai de réception en usine
FC tranquilliseur
FWME erreur moyenne pondérée du débit
M&R postes de comptage et de régulation
MPE erreur maximale tolérée
MSOS vitesse du son mesurée
SAT essai de réception sur site
S/N rapport signal/bruit
SOS vitesse du son
TSOS vitesse théorique du son
USM compteur (débitmètre) à ultrasons
USMP compteur à ultrasons complet, y compris tubes de mesurage, tranquilliseur et puits
thermométrique
USM(P) USM et USMP
4 Principes de mesure
4.1 Formules de base
Les compteurs à ultrasons sont fondés sur le mesurage du temps de propagation des ondes sonores
dans un milieu en écoulement.
La configuration de base du système est représentée à la Figure 4. De part et d'autre de la tuyauterie,
des transducteurs capables d'émettre et de recevoir des impulsions ultrasonores sont montés aux
emplacements A et B. Ces transducteurs émettent des impulsions sonores dans un intervalle tellement
bref que la vitesse du son est identique pour les deux mesurages et les temps de transit sont mesurés.
Avec un débit nul, le temps de transit de A à B, t , est égal au temps de transit de B à A, t . Toutefois, en
AB BA
présence d'un écoulement, le temps de transit de l'impulsion sonore de A à B diminuera et celui de B à A
augmentera selon les équations suivantes (en ne tenant pas compte des effets de second ordre tels que
la courbure du trajet):
l
p
t = (1)
AB
cv+ cosφ
()
et
l
p
t = (2)
BA
cv− cosφ
()
où
l est la longueur du trajet;
p
c est la vitesse du son;
v est la vitesse moyenne;
ϕ est l'angle du trajet;
t , t sont les temps de transit de l'impulsion sonore.
AB BA
Légende
A, B positions
l longueur du trajet
P
v vitesse moyenne
Φ angle du trajet
Figure 4 — Configuration de base du système
La Formule (3) pour la vitesse mesurée du gaz peut être dérivée en soustrayant la Formule (2) de la
Formule (1):
l
 
p 11
v =− (3)
 
i
2cosφ tt
 AB BA 
Il est important de noter que le terme relatif à la vitesse du son dans le gaz a été supprimé dans la
Formule (3). Cela signifie que le mesurage de la vitesse du gaz est indépendant des propriétés du gaz
telles que la pression, la température et la composition du gaz.
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De la même manière, la vitesse du son est calculée en additionnant la Formule (1) et la Formule (2):
l
 
p 11
c =+ (4)
 
2 tt
 AB BA 
Dans les compteurs multicordes, les mesurages individuels de la vitesse de parcours sont combinés par
une fonction mathématique pour obtenir une estimation de la vitesse
...