ISO 4185:1980
(Main)Measurement of liquid flow in closed conduits — Weighing method
Measurement of liquid flow in closed conduits — Weighing method
Specifies a method of determining the liquid flow-rate by measuring the mass of liquid delivered into a weighing tank in a known time intervall. Deals in particular with the measuring apparatus, the procedure, the method for calculating the flow-rate and the uncertainties associated with the measurement. Does not cover the cases of corrosive or toxic liquids.
Mesure de débit des liquides dans les conduites fermées — Méthode par pesée
La présente Norme internationale spécifie une méthode de mesurage d'un débit de liquide en conduite fermée par mesurage de la masse de liquide déversé dans une cuve de pesée pendant un certain temps. Elle traite en particulier de l'appareillage de mesure, du mode opératoire, de la méthode de calcul du débit et des incertitudes sur les résultats de mesure. La méthode décrite peut être facilement étendue à tout liquide autre que l'eau, à condition que sa pression de vapeur saturante soit telle que la perte de liquide par évaporation lors de la pesée soit suffisamment faible pour ne pas affecter la précision de mesure recherchée. L'emploi d'une cuve de pesée fermée pour la mesure de débit des liquides ayant une pression de vapeur saturante élevée n'est pas pris en considération dans la présente Norme internationale. Le cas des liquides agressifs ou toxiques n'est pas envisagé dans la présente Norme internationale. Théoriquement, il n'y a aucune limite pour l'emploi de la prése
Measurement of liquid flow in closed conduits - Weighing method
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
International Standard 4185
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONeME>tUlYHAPO,D.HAR oprAH~3AU~R noCTAH,D.APT~3AU~~e()RGANISATIONINTERNATIONALE DE NORMALISATION
Measurement of liquid flow in closed conduits
Weighing method
Mesure de debit des liquides dans les conduites fermees - Methode par pesee
First edition - 1980-12-15
UDC 532.575: 531.753
Ref. No. ISO 4185-1980 (E)
~
~ Descriptors : flow measurement, liquid flow, pipe flow, measuring instruments, flowmeters, calibrating, weight measurement, error analysis.
~
:;
o
~ Price based on 21 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Forevvord
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards institutes (ISO member bodies). The work of developing Inter
national Standards is carried out through ISO technical committees. Every member
body interested in a subject for which a technical committee has been set up 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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council.
International Standard ISO 4185 was developed by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits, and was circulated to the member
bodies in August 1978.
It has been approved by the member bodies of the following countries:
Australia Germany, F.R. Poland
Belgium India Romania
Brazil Italy Spain
Chile Korea, Rep. of United Kingdom
Czechoslovakia Mexico USA
Egypt, Arab Rep. of Netherlands USSR
France Norway Yugoslavia
The member bodies of the following countries expressed disapproval of the document
on technical grounds :
Japan
South Africa, Rep. of
© International Organization for Standardization, 1980 •
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
CONTENTS
Page
1 General 1
1.1 Scope and field of application .
1.2 References .
1.3 Definitions .
1.4 Units .
1.5 Notation. . 2
1.6 Certification. 2
2 Principle. . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1 Statement of the principle. 2
2.2 Accuracy of the method. 7
3 Apparatus -. . 7
3.1 Diverter . . 7
3.2 Time-measuring apparatus. . . . . . . . . 8
3.3 Weighing tank. 9
3.4 Weighing machine. . . . . . . . . . . 9
3.5 Auxiliary measurements. 9
4 Procedure. 10
4.1 Static weighing method. 10
4.2 Dynamic weighing method. 10
4.3 Common provisions. 10
5 Calculation of flow-rate 10
5.1 Calculation of mass flow-rate. . 10
5.2 Calculation of volume flow-rate . 10
iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
6 Calculation of the overall uncertainty of the measurement of the flow-rate. 10
6.1 Presentation of results. . . . . . 10
6.2 Sources of error. . . . . . . . . . . . 11
6.3 Calculation of uncertainty in flow-rate measurement. 14
Annexes
A Corrections on the measurement of filling time. 16
B Density of pure water 18
C Definition of terms and procedures used in error analysis. . 19
D Student's I-distribution 21
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 4185-1980 (E)
Measurement of liquid flow in closed conduits
Weighing method
1 General OIML, Recommendations Nos. 1, 2, 3, 20, 28, 33.
1.1 Scope and field of application
1.3 Definitions
This International Standard specifies a method of liquid flow
Only terms which are used in a special sense or the meaning of
rate measurement in closed conduits by measuring the mass of
which merits restatement are defined below.
liquid delivered into a weighing tank in a known time interval. It
deals in particular with the measuring apparatus, the pro
1.3.1 static weighing : The method in which the net mass of
cedure, the method for calculating the flow-rate and the uncer
liquid collected is deduced from tare and gross weighings made
tainties associated with the measurement.
respectively before and after the liquid has been diverted for a
measured time interval into the weighing tank.
The method described may be applied to any liquid provided
that its vapour pressure is such that any escape of liquid from
the weighing tank by vaporization is not sufficient to affect the
1.3.2 dynamic weighing: The method in which the net
required measurement accuracy. Closed weighing tanks and
mass of liquid collected is deduced from weighings made while
their application to the flow measurement of liquids of high
fluid flow is being delivered into the weighing tank. (A diverter
vapour pressure are not considered in this International Stan
is not required with this method.)
dard.
1.3.3 diverter: A device which diverts the flow either to the
This International Standard does not cover the cases of cor
weighing tank or to its by-pass without changing the flow-rate
rosive or toxic liquids.
during the measurement interval.
Theoretically, there is no limit to the application of this method
which is used generally in fixed laboratory installations only.
1.3.4 flow stabilizer: A structure forming part of the
However, for economic reasons, usual hydraulic laboratories
measuring system, ensuring a stable flow-rate in the conduit
3
using this method can produce flow-rates of 1.5 m /s or less.
being supplied with liquid; for example, a constant level head
tank, the level of liquid in which is controlled by a weir of suffi
Owing to its high potential accuracy, this method is often used
cient length.
as a primary method for calibration of other methods or devices
for mass flow-rate measurement or volume flow-rate measure
1.3.5 buoyancy correction : The correction to be made to
mentprovidedthatthe density of the liquid is known accurately.
the readings of a weighing machine to take account of the dif
It must be ensured that the pipeline is running full with no air or
ference between the upward thrust exerted by the atmosphere,
vapour pockets present in the measuring section.
on the liquid being weighed and on the reference weights used
during the calibration of the weighing machine.
1.2 References
ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits 1.4 Units
Vocabulary and symbols.
The units used in this International Standard are the SI units,
ISO 5168, Measurement of fluid flow - Estimation of uncer
metre, kilogram, and second; the degree Celsius is used for
tainty of a flow-rate measurement. convenience instead of the kelvin.
1
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ISO 4185-1980 (E)
1.5 Notation
stated intervals. If a national metrology service does not exist, a
certified record of the basic measurement standards (weight
and time), and error analysis in accordance with this Inter
Symbol Designation Dimension SI Units
national Standard and ISO 5168, shall also constitute certifica
MT-l
Mass flow-rate kg/s
qm
tion for legal metrology purposes.
L3T-l 3
Volume flow-rate m /s
qv
m Mass M kg
3
L3
V Volume m
2 Principle
t Time T s
3
ML-3
{l Density of liquid kg/m
2.1 Statement of the principle
Density of air (at 20 QC
{la
3
ML-3
and 1 bar*) kg/m
3
ML-3
Density of standard weights kg/m
{lp 2.1.1 Static weighing
Estimated standard deviation
Sx
G Standard deviation of
The principle of the flow-rate measurement method by static
x
variable x
weighing (for schematic diagrams of typical installations, see
Uncertainty of measurement
e
figures 1A, 1S, 1C) is :
e Systematic uncertainty
s
Percentage systematic
E
to determine the initial mass of the tank plus any
s
uncertainty
residual liquid;
Random uncertainty
eR
Percentage random
ER
to divert the flow into the weighing tank (until it is con
uncertainty
sidered to contain a sufficient quantity to attain the desired
* 1 bar = 1()5 Pa
accuracy) by operation of the diverter, which actuates a
timer to measure the filling time;
1.6 Certification
to determine the final mass of the tank plus the liquid
collected in it.
If the installations for flow-rate measurement by the weighing
method are used for purposes of legal metrology, they should
The flow-rate is then derived from the mass collected, the
be certified and registered by the national metrology service. collection time and other data as discussed in clause 5 and
Such installations are then subject to periodical inspection at
annex A.
2
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ISO 4185-1980 (E)
Constant level head tank
Flow control
valve
Device under
calibration
Overflow
-------
Pump
Sump
Figure 1A - Diagram of an installation for calibration by weighing (static method, supply by a constant
level head tank)
3
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ISO 4185-1980 (E)
Constant level head tank
Machine being
tested
Overflow
--------
Pump
Sump
Figure 18 - Diagram of an installation for flow-rate measure by weighing (used for an hydraulic machine test;
static method, supply by a constant level head tank)
4
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ISO 4185-1980 (E)
Flow control
valve
Device under
calibration
Sump
Pump
Figure 1C - Diagram of an installation for calibration by weighing (static method, direct pumping supply)
5
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ISO 4185-1980 (E)
Constant level head tank
Flow control
valve
Device under
calibration
Weighing
tank Timer
Overflow
Switches
Pump
Sump
Figure 1,0 - Diagram of an installation for calibration by weighing (dynamic method, supply
by a constant level head tank)
6
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ISO 4185-1980 (E)
b) there is no accumulation (or depletion) of liquid in a part
2.1.2 Dynamic weighing
of the circuit by thermal contraction (or expansion) and
there is no accumulation (or depletion) by change of vapour
The principle of the flow-rate measurement method by dynamic
weighing (see figure 10 for a schematic diagram of a typical or gas volume contained unknowingly in the flow circuit;
installation) is :
to let the liquid collect in the tank to a predetermined c) necessary corrections for the influence of atmospheric
initial mass, when the timer is then started; buoyancy are made; this correction may be made when
calibrating the weighing apparatus;
to stop the timer when a predetermined final mass of
collected liquid is reached.
d) the weighing machine, the timer and means for starting
The flow-rate is then derived from the mass collected, the
and stopping it achieve the necessary accuracy;
collection time and other data as discussed in clause 5 and
annex A.
e) the time required by the diverter for traversing is small
Comparison of instantaneous and mean
2.1.3
with respect to the filling time, the timer being started and
flow-rate
stopped while the diverter is crossing the hydraulic centre
line;
It should, however, be emphasized that only the mean value of
flow-rate for the filling is given by the weighing method.
Instantaneous values of flow-rate as obtained on another f) in the case of the dynamic weighing method the effects
instrument or meter in the flow circuit can be compared with
of the dynamic phenomena are sufficiently small.
the mean rate only if the flow is maintained stable during the
measurem.ent interval by a flow-stabilizing system, or if the
instantaneous values are properly time-averaged during the
3 Apparatus
whole filling period.
2.2 Accuracy of the method
3.1 Diverter
2.2.1 Overall uncertainty on the weighing
The diverter is a moving device used to direct flow alternately
measurement
along its normal course or towards the weighing tank. It can be
made up of a conduit or moving gutter, or, better, by a baffle
The weighing method gives an absolute measurement of flow
plate pivoting around a horizontal or vertical axis (see figure 2).
which in principle requires only mass and time measurements.
Provided that the precautions listed in 2.2.2 are taken, this
method may be considered as one of the most accurate of all
The motion of the diverter should be sufficiently fast (less than
flow-rate measuring methods, and for this reason it is often
0,1 s, for example) to reduce the possibility of a significant
used as a calibration method. When the installation is carefully
error occurring in the measurement of the filling time. This is
constructed, maintained and used, an uncertainty of ± 0, 1 0/0
accomplished by rapid diverter travel through a thin liquid sheet
(with 95 % confidence limits for the random part of that uncer
as formed by a nozzle slot. Generally, this liquid sheet has a
tainty) can be achieved.
15 to 50 times its width in the direction of diverter travel.
length
The pressure drop across the nozzle slot should not exceed
1
about 20 000 Pa to avoid splashing, air entrainment ) and flow
2.2.2 Requirements for accurate measurements
across the diverter and turbulence in the weighing tank. This
The weighing method gives an accurate measurement of flow motion of the diverter can be generated by various electrical or
rate provided that: mechanical devices, for example by a spring or torsion bar or by
electrical or pneumatic actuators. The diverter should in no way
a) there is no leak in the flow circuit and there is no influence the flow in the circuit during any phase of themeasur
ing procedure.
unmetered leakage flow across the diverter;
1) In certain designs of nozzle slot, however, special vents to allow air ingress to the fluid jetmay be necessary to ensure stable flow within the test
circuit.
7
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ISO 4185-1980 (E)
Flow input
+ Nozzle
~
Splitter plate u
\ Flow output
Figure 2 - Examples of diverter design
For large flow-rates which could involve excessive stresses,
figure 3, which represent flow variation with time, are equal. In
however, a diverter with a proportionately slow performance practice, however, it is generally accepted that this point corre
rate (1 to 2 s, for example) can be used provided that the sponds to the mid-travel position of the diverter in the fluid jet.
operating law is constant and the variation of the flow-rate The error will be negligible provided that the time of passage of
distribution as a function of the diverter stroke is preferably the diverter through the stream is negligible in comparison with
linear and is in any case known and can be verified. the period of diversion to the tank.
Care shall be taken when designing the mechanical parts of the If the operating law of the diverter, if any, is identical in both
directions (see figure 4), the timer may be started and stopped
device and the diverter, as well as during frequent checks in
service, that no leak or splash of liquid occurs either towards at the instant when the motion of the diverter is started in each
the outside or from one diverter channel to the other. direction; this is the case particularly when the time-flow rate
law is linear.
Besides a thin flat liquid stream, other shapes of liquid stream
are permissible in the diverter duct, if the necessary corrections
~ rTriggering point for timer
for the diverting time are applied as indicated in annex A.
B 100 % ,
~ ---~
3.2 Time-measuring apparatus
:.E
0)
.~
The time of discharge into the weighing tank is normally
g
measured by an electronic counter with an in-built accurate
~
o
time reference, for example a quartz crystal. The diversion
iI
period can thus be read to 0,01 s or better. The error arising
Time
O%,-.:."'-"-"'.L-----+------ ~
from this source can be regarded as negligible provided that the
Time of diverter motion
discrimination of the timer display is sufficiently high and the
~ ----t-
equipment is checked periodically against a national time stan
dard - for example, the frequency signals transmitted by cer
Figure 3 - Operational law of diverter
tain radio stations.
The timer shall be actuated by the motion of the diverter itself
If, however, the error in the filling time measurement arising
through a switch fitted on the diverter (for example, optical or
from the operation of the diverter and starting and stopping of
magnetic). Strictly speaking, the time measurement shall be
the timer is not negligible, a correction should be made in
started (or stopped) at the instant when the hatched areas in
accordance with the directions of annex A.
8
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ISO 4185-1980 (E)
indispensable links shall therefore be extremely flexible, and
their flexibility verified during the calibration of the weighing
Stopping of
timer
machine.
3.4 Weighing machine
The weighing machine may be of any type - mechanical or
with strain-gauge load cells, for example - provided that it
offers the required sensitivity, accuracy and reliability. When
the weighing method of measuring flow-rate is applied for the
purposes of legal metrology, it is advisable to employ the
weighing machine according to OIML Recommendations Nos.
Time 3 and 28.
Metering duration
After its installation in the test facility, the weighing machine
shall be calibrated over the whole measuring range using stan
Figure 4 - Time metering for a diverter the
dard weights. Here it is advisable to follow OIML Recommen
operation law of which is identical in both
dations Nos. 1, 2, 20 and 33.
directions
The weighing machine shall be regularly maintained and its
3.3 Weighing tank
calibration shall be periodically checked. If the weights available
are not sufficient in number or size to cover the whole measur
The tank into which flow discharges during each measuring
ing rang"e, a calibration shall be made in steps by replacing the
stage shall be of sufficient capacity so that the error in timing is
weights by liquid and by using standard weights to verify inter
negligible. Taking account of what is stated in 3.1 and 3.2, the
vals accurately.
filling time for the highest expected flow-rate shall be at least
30 s. Nevertheless, this time may be reduced provided that it is
It should be noted that in view of the difference in buoyancy
possible to determine experimentally, according to procedures
when calibrating the weighing machine with weights and when
such as described in annex A, that the required accuracy is
weighing an equivalent mass of liquid, a correction to the
achieved.
readings is necessary (see the calculation in 5.1).
The tank may be of any shape but it is essential that it is
perfectly leak-tight, and care should be taken to avoid liquid
3.5 Auxiliary measurements
spillage. Internal walls or baffles may be required to reduce
oscillations of the liquid in the tank and to improve structural
To obtain the volume flow-rate from mass measurement, it is
rigidity.
essential to know the density of the liquid with the required
accuracy at the time of weighing.
The tank may be suspended from the weighing machine or may
constitute the platform of the latter or may be placed on one of
If the liquid to be measured is reasonably pure and clean, it is
the platforms. To prevent sudden overloads detrimental to the
acceptable to measure its temperature and to derive its density
weighing apparatus, it may be necessary to lock the tank in
from a table of physical properties (see annex B for the case of
position on the scale during filling.
water). Temperature may be measured with a simple mercury
in-glass thermometer or, better, by any device such as a
The tank may be drained by different means :
resistance probe or thermocouple, preferably placed in the flow
circuit where it is required to know the volume flow-rate. For
by a gate-valve at the base, the leak-tightness of which
the case of water, taking account of the small variation of den
shall be capable of being verified (free discharge,
sity with temperature about ambient temperature, an accuracy
4
transparent hose, or leak detection circuit);
of 0,5 QC is enough to ensure less than 10- error on density
evaluation.
or by a siphon fitted with an efficient and checkable
siphon break;
If, however, the purity of the liquid is in doubt, it is essential to
measure its density. To this end, a sample can be collected and
or by a self-priming or submersible pump.
its density measured either by a direct method, by weighing in a
graduated cylinder on an analytical balance, or by an indirect
The rate of draining shall be sufficiently high that test runs can
method, for example by measuring the hydrostatic thrust
follow each other at short intervals.
exerted on a calibrated float (hydrostatic balance). Whatever
the method used, the liquid temperature must be measured
In all cases it shall be carefully checked that no pipe connec when measuring the density; in many cases it may be assumed
that the relative variation of density with respect to temperature
tions or electric wire links exist likely to transmit stresses be
is the same as for the pure liquid.
tween the weighing tank and the fixed parts of the installation;
9
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ISO 4185-1980 (E)
4 Procedure If necessary, t is corrected in concordance with one of the pro
cedures described in annex A to take into account the diverter
timing error or the dynamic weighing timing error. The final
4.1 Static weighing method
term in this equation is a correction term introduced to take into
account the difference in buoyancy exerted by the atmosphere
In order to eliminate the effect of residual liquid likely to have
on a given mass of liquid and on the equivalent mass in the
remained in the bottom of the tank or adhering to the walls, a
form of weights made for example, of cast iron, used when
i
sufficient quantity of liquid shall first be discharged into the
calibrating the weighing machine.
tank (or left at the end of draining after the preceding measure
ment) to reach the operational threshold of the weighing
machine. This initial mass mo will be recorded while the diverter NOTE - In view of the relative magnitudes of the quantities, this equa
tion can be written as follows with satisfactory approximation :
directs the flow to storage, and while the flow-rate is being
stabilized. After steady flow has been achieved, the diverter is
operated to direct the liquid into the weighing tank, this opera
tion automatically starting the timer. After collection of an
appropriate quantity of liquid, the diverter is operated in the where
opposite direction to return the liquid to storage, automatically
stopping the timer and thus allowing the filling time t to be
determined. When the oscillations in the tank have subsided,
the apparent final mass m, of the weighing tank is recorded.
In the case where the liquid is water, it is sufficient to calculate the cor
The tank shall then be drained.
rection factor f from mean approximate values :
3
e = 1 000 kg/m
4.2 Dynamic weighing method
3
ea = 1,21 kg/m (at 20 QC and 1 bar)
3
e = 8 000 kg/m (conventional mean value according to OIML
p
After steady flow has been achieved, the drain valve of the
Recommendation No. 33)
weighing tank is closed; as the mass of liquid in the tank
increases, it overcomes the resistance due to counterpoise
Hence,
mass M, on the end of the balance beam, which then rises and
3
f = 1,06 X 10-
starts the timer. An additional mass A m is then added to the
pan of the balance beam to depress the latter. When the
and
balance beam rises again, it stops the timer, and the filling time
m, - m
o
t is recorded. Mass Am is used as (m, - m{J) in the subse
qm = 1,001 06---
quent calculation of the flow-rate.
There exist other possible methods of measurement; for exam
5.2 Calculation of volume flow-rate
ple, automatic reading of the weighing machine indication.
The volume flow-rate is calculated from the mass flow-rate as
4.3 Common provisions computed in 5.1, and from the density of the liquid at the
temperature of operation, as read from standard tables - for
It is recommended that at least two measurements be carried
example, as given in annex B for water in the range of ambient
out for each of a series of flow-rate measurements if a subse temperatures. (In exceptional cases, it may be necessary to
quent analysis of random uncertainties is to be carried out. measure the density directly.)
The various quantities to be measured may be noted manually
qm m, - mo
qv = - =--- (1 + f)
by an operator or be transmitted by an automatic data acquisi
() et
tion system to be recorded in numerical form on a printer or
provide direct entry into a computer.
6 Calculation of the overall uncertainty of the
measurement of the flow-rate
5 Calculation of .flow-rate
The calculation of the uncertainty in the measurement of flow
rate should be carried out in accordance with ISO 5168 but for
5.1 Calculation of mass flow-rate
convenience the main procedures to be followed are given here
as they apply to the measurement of flow-rate by the weighing
The mean mass flow-rate during the filling time is obtained by
method.
dividing the real mass m of the liquid collected by the filling
time t:
6.1 Presentation of results
(}a
1 -
Equation (3) of annex C should preferably be evaluated
m,
- mo (}p
m
X
qm = separately for the uncertainties due to the random and
(}a
systematic components of error. Denoting the contributions to
1 -
() the uncertainty in the flow-rate measurement from these two
10
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 4185-1980 (E)
sources by (eR)95 and e respectively when expressed in 6.2 Sources of error
s
absolute terms, and by (E )95 and E when expressed as a
R s
Only the principal sources of systematic and random errors are
percentage, the flow-rate measurement shall then be presented
in one of the following forms : considered below, the numerical values of errors mentioned
being given as examples.
a) Flow-rate = q
of systematic and random errors are considered
The sources
separately here, but it should be noted that only a single deter
mination of flow-rate is being considered. It should also be
Uncertainties calculated according to ISO 5168.
noted that the purpose of the measurement is considered to be
the determination of the mean flow-rate over the period of the
b) Flow-rate = q
diversion. Thus the effect of instability in the flow need not be
considered provided that it is not so severe as to affect the
operation of the diverter system.
Uncertainties calculated according to ISO 5168.
6.2.1 Systematic errors
An alternative, although less satisfactory, method is to com
bine the uncertainties arising from random and systematic
errors by the root-sum-square method. Even then, however, it
6.2.1.1 Errors due to weighing machine
is necessary to evaluate equation (3) for the random com
ponents since the value of (eR)95 or (E )95 must be given. In
R
The systematic errors which may be associated with the use of
this case, the flow-rate measurement shall be presented in one
a weighing machine may arise, for example in the case of a
of the following forms :
steelyard, from:
c) Flow-rate = q ± oq
a) the notch positions on the steelyard;
b) evaluation of e.
Uncertainties calculated according to ISO 5168.
2
d) Flow-rate = q(1 ± 10- oq') Each notch position on the steelyard will be in error by an
amount which ideally should be less than the discrimination of
the weighing machine. In many cases, however, this ideal will
not be attained, and a calibration of the weighing machine will
Uncertainties calculated according to ISO 5168. produce an error distribution such as that shown in figure 5.
Uncertainty in
estimation of om
N
£ - _X__
- -
~ x ~ X ¥
~ X X.-.---- x
,~ C)c x. - - x -x _ - - - ~ - -x - -
.- __-- x x X
],~ t--------~F---~~.-=~X~X~~-----l----------~
Q) Q)
~ ~
C c
': :.2
o (J
Jj E
Mass registered on weighing machine
Figure 5 - Example of error distribution in calibration of weighing machine
11
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 4185-1980 (E)
In the general case, the best-fit curve through the individual
This uncertainty (es)p may be calculated from the equation in
points can be expressed as a polynominal : annex A, clause A.l, using the general principle outlined in
equation 3 of annex C, or from the uncertainty of the slope of
the line in the graph in annex A (figure 7) when the alternative
2 n
Bm = 00 + 01 m + 02 m + . + an m
method 2 is used.
It is recommended that the lowest order polynominal for the
The value (Es)p must be less than 0,05 %.
data should be chosen.
The systematic error in a determination of mass in the wei'ghing
6.2.1.4 Errors due to density measurement
tank, B(~m), is then given by :
When the volumetric flow-rate has to be calculated, there will
be a systematic error associated with the value used for the
density of the liquid, which will arise from
In order to assess the value of this systematic error, it is
therefore necessary to use a calibration curve of the form given
a) the measurement of the temperature of liquid in the
in figure 5, but even after correcting mass differences by the
installation;
appropriate amount there will be a residual uncertainty (es)b,
equal to the uncertainty in the determination of B(~m),
b) the use of the density measuring equipment or density
introduced to the flow-rate measurement. This will be the
tables.
uncertainty of the determinat
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 4185:1997
01-september-1997
Measurement of liquid flow in closed conduits - Weighing method
Measurement of liquid flow in closed conduits -- Weighing method
Mesure de débit des liquides dans les conduites fermées -- Méthode par pesée
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 4185:1980
ICS:
17.120.10 Pretok v zaprtih vodih Flow in closed conduits
SIST ISO 4185:1997 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
International Standard 4185
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONeME>tUlYHAPO,D.HAR oprAH~3AU~R noCTAH,D.APT~3AU~~e()RGANISATIONINTERNATIONALE DE NORMALISATION
Measurement of liquid flow in closed conduits
Weighing method
Mesure de debit des liquides dans les conduites fermees - Methode par pesee
First edition - 1980-12-15
UDC 532.575: 531.753
Ref. No. ISO 4185-1980 (E)
~
~ Descriptors : flow measurement, liquid flow, pipe flow, measuring instruments, flowmeters, calibrating, weight measurement, error analysis.
~
:;
o
~ Price based on 21 pages
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
Forevvord
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards institutes (ISO member bodies). The work of developing Inter
national Standards is carried out through ISO technical committees. Every member
body interested in a subject for which a technical committee has been set up 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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council.
International Standard ISO 4185 was developed by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits, and was circulated to the member
bodies in August 1978.
It has been approved by the member bodies of the following countries:
Australia Germany, F.R. Poland
Belgium India Romania
Brazil Italy Spain
Chile Korea, Rep. of United Kingdom
Czechoslovakia Mexico USA
Egypt, Arab Rep. of Netherlands USSR
France Norway Yugoslavia
The member bodies of the following countries expressed disapproval of the document
on technical grounds :
Japan
South Africa, Rep. of
© International Organization for Standardization, 1980 •
Printed in Switzerland
ii
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SIST ISO 4185:1997
CONTENTS
Page
1 General 1
1.1 Scope and field of application .
1.2 References .
1.3 Definitions .
1.4 Units .
1.5 Notation. . 2
1.6 Certification. 2
2 Principle. . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1 Statement of the principle. 2
2.2 Accuracy of the method. 7
3 Apparatus -. . 7
3.1 Diverter . . 7
3.2 Time-measuring apparatus. . . . . . . . . 8
3.3 Weighing tank. 9
3.4 Weighing machine. . . . . . . . . . . 9
3.5 Auxiliary measurements. 9
4 Procedure. 10
4.1 Static weighing method. 10
4.2 Dynamic weighing method. 10
4.3 Common provisions. 10
5 Calculation of flow-rate 10
5.1 Calculation of mass flow-rate. . 10
5.2 Calculation of volume flow-rate . 10
iii
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
6 Calculation of the overall uncertainty of the measurement of the flow-rate. 10
6.1 Presentation of results. . . . . . 10
6.2 Sources of error. . . . . . . . . . . . 11
6.3 Calculation of uncertainty in flow-rate measurement. 14
Annexes
A Corrections on the measurement of filling time. 16
B Density of pure water 18
C Definition of terms and procedures used in error analysis. . 19
D Student's I-distribution 21
iv
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SIST ISO 4185:1997
INTERNATIONAL STANDARD ISO 4185-1980 (E)
Measurement of liquid flow in closed conduits
Weighing method
1 General OIML, Recommendations Nos. 1, 2, 3, 20, 28, 33.
1.1 Scope and field of application
1.3 Definitions
This International Standard specifies a method of liquid flow
Only terms which are used in a special sense or the meaning of
rate measurement in closed conduits by measuring the mass of
which merits restatement are defined below.
liquid delivered into a weighing tank in a known time interval. It
deals in particular with the measuring apparatus, the pro
1.3.1 static weighing : The method in which the net mass of
cedure, the method for calculating the flow-rate and the uncer
liquid collected is deduced from tare and gross weighings made
tainties associated with the measurement.
respectively before and after the liquid has been diverted for a
measured time interval into the weighing tank.
The method described may be applied to any liquid provided
that its vapour pressure is such that any escape of liquid from
the weighing tank by vaporization is not sufficient to affect the
1.3.2 dynamic weighing: The method in which the net
required measurement accuracy. Closed weighing tanks and
mass of liquid collected is deduced from weighings made while
their application to the flow measurement of liquids of high
fluid flow is being delivered into the weighing tank. (A diverter
vapour pressure are not considered in this International Stan
is not required with this method.)
dard.
1.3.3 diverter: A device which diverts the flow either to the
This International Standard does not cover the cases of cor
weighing tank or to its by-pass without changing the flow-rate
rosive or toxic liquids.
during the measurement interval.
Theoretically, there is no limit to the application of this method
which is used generally in fixed laboratory installations only.
1.3.4 flow stabilizer: A structure forming part of the
However, for economic reasons, usual hydraulic laboratories
measuring system, ensuring a stable flow-rate in the conduit
3
using this method can produce flow-rates of 1.5 m /s or less.
being supplied with liquid; for example, a constant level head
tank, the level of liquid in which is controlled by a weir of suffi
Owing to its high potential accuracy, this method is often used
cient length.
as a primary method for calibration of other methods or devices
for mass flow-rate measurement or volume flow-rate measure
1.3.5 buoyancy correction : The correction to be made to
mentprovidedthatthe density of the liquid is known accurately.
the readings of a weighing machine to take account of the dif
It must be ensured that the pipeline is running full with no air or
ference between the upward thrust exerted by the atmosphere,
vapour pockets present in the measuring section.
on the liquid being weighed and on the reference weights used
during the calibration of the weighing machine.
1.2 References
ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits 1.4 Units
Vocabulary and symbols.
The units used in this International Standard are the SI units,
ISO 5168, Measurement of fluid flow - Estimation of uncer
metre, kilogram, and second; the degree Celsius is used for
tainty of a flow-rate measurement. convenience instead of the kelvin.
1
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
1.5 Notation
stated intervals. If a national metrology service does not exist, a
certified record of the basic measurement standards (weight
and time), and error analysis in accordance with this Inter
Symbol Designation Dimension SI Units
national Standard and ISO 5168, shall also constitute certifica
MT-l
Mass flow-rate kg/s
qm
tion for legal metrology purposes.
L3T-l 3
Volume flow-rate m /s
qv
m Mass M kg
3
L3
V Volume m
2 Principle
t Time T s
3
ML-3
{l Density of liquid kg/m
2.1 Statement of the principle
Density of air (at 20 QC
{la
3
ML-3
and 1 bar*) kg/m
3
ML-3
Density of standard weights kg/m
{lp 2.1.1 Static weighing
Estimated standard deviation
Sx
G Standard deviation of
The principle of the flow-rate measurement method by static
x
variable x
weighing (for schematic diagrams of typical installations, see
Uncertainty of measurement
e
figures 1A, 1S, 1C) is :
e Systematic uncertainty
s
Percentage systematic
E
to determine the initial mass of the tank plus any
s
uncertainty
residual liquid;
Random uncertainty
eR
Percentage random
ER
to divert the flow into the weighing tank (until it is con
uncertainty
sidered to contain a sufficient quantity to attain the desired
* 1 bar = 1()5 Pa
accuracy) by operation of the diverter, which actuates a
timer to measure the filling time;
1.6 Certification
to determine the final mass of the tank plus the liquid
collected in it.
If the installations for flow-rate measurement by the weighing
method are used for purposes of legal metrology, they should
The flow-rate is then derived from the mass collected, the
be certified and registered by the national metrology service. collection time and other data as discussed in clause 5 and
Such installations are then subject to periodical inspection at
annex A.
2
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
Constant level head tank
Flow control
valve
Device under
calibration
Overflow
-------
Pump
Sump
Figure 1A - Diagram of an installation for calibration by weighing (static method, supply by a constant
level head tank)
3
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
Constant level head tank
Machine being
tested
Overflow
--------
Pump
Sump
Figure 18 - Diagram of an installation for flow-rate measure by weighing (used for an hydraulic machine test;
static method, supply by a constant level head tank)
4
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
Flow control
valve
Device under
calibration
Sump
Pump
Figure 1C - Diagram of an installation for calibration by weighing (static method, direct pumping supply)
5
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
Constant level head tank
Flow control
valve
Device under
calibration
Weighing
tank Timer
Overflow
Switches
Pump
Sump
Figure 1,0 - Diagram of an installation for calibration by weighing (dynamic method, supply
by a constant level head tank)
6
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
b) there is no accumulation (or depletion) of liquid in a part
2.1.2 Dynamic weighing
of the circuit by thermal contraction (or expansion) and
there is no accumulation (or depletion) by change of vapour
The principle of the flow-rate measurement method by dynamic
weighing (see figure 10 for a schematic diagram of a typical or gas volume contained unknowingly in the flow circuit;
installation) is :
to let the liquid collect in the tank to a predetermined c) necessary corrections for the influence of atmospheric
initial mass, when the timer is then started; buoyancy are made; this correction may be made when
calibrating the weighing apparatus;
to stop the timer when a predetermined final mass of
collected liquid is reached.
d) the weighing machine, the timer and means for starting
The flow-rate is then derived from the mass collected, the
and stopping it achieve the necessary accuracy;
collection time and other data as discussed in clause 5 and
annex A.
e) the time required by the diverter for traversing is small
Comparison of instantaneous and mean
2.1.3
with respect to the filling time, the timer being started and
flow-rate
stopped while the diverter is crossing the hydraulic centre
line;
It should, however, be emphasized that only the mean value of
flow-rate for the filling is given by the weighing method.
Instantaneous values of flow-rate as obtained on another f) in the case of the dynamic weighing method the effects
instrument or meter in the flow circuit can be compared with
of the dynamic phenomena are sufficiently small.
the mean rate only if the flow is maintained stable during the
measurem.ent interval by a flow-stabilizing system, or if the
instantaneous values are properly time-averaged during the
3 Apparatus
whole filling period.
2.2 Accuracy of the method
3.1 Diverter
2.2.1 Overall uncertainty on the weighing
The diverter is a moving device used to direct flow alternately
measurement
along its normal course or towards the weighing tank. It can be
made up of a conduit or moving gutter, or, better, by a baffle
The weighing method gives an absolute measurement of flow
plate pivoting around a horizontal or vertical axis (see figure 2).
which in principle requires only mass and time measurements.
Provided that the precautions listed in 2.2.2 are taken, this
method may be considered as one of the most accurate of all
The motion of the diverter should be sufficiently fast (less than
flow-rate measuring methods, and for this reason it is often
0,1 s, for example) to reduce the possibility of a significant
used as a calibration method. When the installation is carefully
error occurring in the measurement of the filling time. This is
constructed, maintained and used, an uncertainty of ± 0, 1 0/0
accomplished by rapid diverter travel through a thin liquid sheet
(with 95 % confidence limits for the random part of that uncer
as formed by a nozzle slot. Generally, this liquid sheet has a
tainty) can be achieved.
15 to 50 times its width in the direction of diverter travel.
length
The pressure drop across the nozzle slot should not exceed
1
about 20 000 Pa to avoid splashing, air entrainment ) and flow
2.2.2 Requirements for accurate measurements
across the diverter and turbulence in the weighing tank. This
The weighing method gives an accurate measurement of flow motion of the diverter can be generated by various electrical or
rate provided that: mechanical devices, for example by a spring or torsion bar or by
electrical or pneumatic actuators. The diverter should in no way
a) there is no leak in the flow circuit and there is no influence the flow in the circuit during any phase of themeasur
ing procedure.
unmetered leakage flow across the diverter;
1) In certain designs of nozzle slot, however, special vents to allow air ingress to the fluid jetmay be necessary to ensure stable flow within the test
circuit.
7
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
Flow input
+ Nozzle
~
Splitter plate u
\ Flow output
Figure 2 - Examples of diverter design
For large flow-rates which could involve excessive stresses,
figure 3, which represent flow variation with time, are equal. In
however, a diverter with a proportionately slow performance practice, however, it is generally accepted that this point corre
rate (1 to 2 s, for example) can be used provided that the sponds to the mid-travel position of the diverter in the fluid jet.
operating law is constant and the variation of the flow-rate The error will be negligible provided that the time of passage of
distribution as a function of the diverter stroke is preferably the diverter through the stream is negligible in comparison with
linear and is in any case known and can be verified. the period of diversion to the tank.
Care shall be taken when designing the mechanical parts of the If the operating law of the diverter, if any, is identical in both
directions (see figure 4), the timer may be started and stopped
device and the diverter, as well as during frequent checks in
service, that no leak or splash of liquid occurs either towards at the instant when the motion of the diverter is started in each
the outside or from one diverter channel to the other. direction; this is the case particularly when the time-flow rate
law is linear.
Besides a thin flat liquid stream, other shapes of liquid stream
are permissible in the diverter duct, if the necessary corrections
~ rTriggering point for timer
for the diverting time are applied as indicated in annex A.
B 100 % ,
~ ---~
3.2 Time-measuring apparatus
:.E
0)
.~
The time of discharge into the weighing tank is normally
g
measured by an electronic counter with an in-built accurate
~
o
time reference, for example a quartz crystal. The diversion
iI
period can thus be read to 0,01 s or better. The error arising
Time
O%,-.:."'-"-"'.L-----+------ ~
from this source can be regarded as negligible provided that the
Time of diverter motion
discrimination of the timer display is sufficiently high and the
~ ----t-
equipment is checked periodically against a national time stan
dard - for example, the frequency signals transmitted by cer
Figure 3 - Operational law of diverter
tain radio stations.
The timer shall be actuated by the motion of the diverter itself
If, however, the error in the filling time measurement arising
through a switch fitted on the diverter (for example, optical or
from the operation of the diverter and starting and stopping of
magnetic). Strictly speaking, the time measurement shall be
the timer is not negligible, a correction should be made in
started (or stopped) at the instant when the hatched areas in
accordance with the directions of annex A.
8
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SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
indispensable links shall therefore be extremely flexible, and
their flexibility verified during the calibration of the weighing
Stopping of
timer
machine.
3.4 Weighing machine
The weighing machine may be of any type - mechanical or
with strain-gauge load cells, for example - provided that it
offers the required sensitivity, accuracy and reliability. When
the weighing method of measuring flow-rate is applied for the
purposes of legal metrology, it is advisable to employ the
weighing machine according to OIML Recommendations Nos.
Time 3 and 28.
Metering duration
After its installation in the test facility, the weighing machine
shall be calibrated over the whole measuring range using stan
Figure 4 - Time metering for a diverter the
dard weights. Here it is advisable to follow OIML Recommen
operation law of which is identical in both
dations Nos. 1, 2, 20 and 33.
directions
The weighing machine shall be regularly maintained and its
3.3 Weighing tank
calibration shall be periodically checked. If the weights available
are not sufficient in number or size to cover the whole measur
The tank into which flow discharges during each measuring
ing rang"e, a calibration shall be made in steps by replacing the
stage shall be of sufficient capacity so that the error in timing is
weights by liquid and by using standard weights to verify inter
negligible. Taking account of what is stated in 3.1 and 3.2, the
vals accurately.
filling time for the highest expected flow-rate shall be at least
30 s. Nevertheless, this time may be reduced provided that it is
It should be noted that in view of the difference in buoyancy
possible to determine experimentally, according to procedures
when calibrating the weighing machine with weights and when
such as described in annex A, that the required accuracy is
weighing an equivalent mass of liquid, a correction to the
achieved.
readings is necessary (see the calculation in 5.1).
The tank may be of any shape but it is essential that it is
perfectly leak-tight, and care should be taken to avoid liquid
3.5 Auxiliary measurements
spillage. Internal walls or baffles may be required to reduce
oscillations of the liquid in the tank and to improve structural
To obtain the volume flow-rate from mass measurement, it is
rigidity.
essential to know the density of the liquid with the required
accuracy at the time of weighing.
The tank may be suspended from the weighing machine or may
constitute the platform of the latter or may be placed on one of
If the liquid to be measured is reasonably pure and clean, it is
the platforms. To prevent sudden overloads detrimental to the
acceptable to measure its temperature and to derive its density
weighing apparatus, it may be necessary to lock the tank in
from a table of physical properties (see annex B for the case of
position on the scale during filling.
water). Temperature may be measured with a simple mercury
in-glass thermometer or, better, by any device such as a
The tank may be drained by different means :
resistance probe or thermocouple, preferably placed in the flow
circuit where it is required to know the volume flow-rate. For
by a gate-valve at the base, the leak-tightness of which
the case of water, taking account of the small variation of den
shall be capable of being verified (free discharge,
sity with temperature about ambient temperature, an accuracy
4
transparent hose, or leak detection circuit);
of 0,5 QC is enough to ensure less than 10- error on density
evaluation.
or by a siphon fitted with an efficient and checkable
siphon break;
If, however, the purity of the liquid is in doubt, it is essential to
measure its density. To this end, a sample can be collected and
or by a self-priming or submersible pump.
its density measured either by a direct method, by weighing in a
graduated cylinder on an analytical balance, or by an indirect
The rate of draining shall be sufficiently high that test runs can
method, for example by measuring the hydrostatic thrust
follow each other at short intervals.
exerted on a calibrated float (hydrostatic balance). Whatever
the method used, the liquid temperature must be measured
In all cases it shall be carefully checked that no pipe connec when measuring the density; in many cases it may be assumed
that the relative variation of density with respect to temperature
tions or electric wire links exist likely to transmit stresses be
is the same as for the pure liquid.
tween the weighing tank and the fixed parts of the installation;
9
---------------------- Page: 15 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
4 Procedure If necessary, t is corrected in concordance with one of the pro
cedures described in annex A to take into account the diverter
timing error or the dynamic weighing timing error. The final
4.1 Static weighing method
term in this equation is a correction term introduced to take into
account the difference in buoyancy exerted by the atmosphere
In order to eliminate the effect of residual liquid likely to have
on a given mass of liquid and on the equivalent mass in the
remained in the bottom of the tank or adhering to the walls, a
form of weights made for example, of cast iron, used when
i
sufficient quantity of liquid shall first be discharged into the
calibrating the weighing machine.
tank (or left at the end of draining after the preceding measure
ment) to reach the operational threshold of the weighing
machine. This initial mass mo will be recorded while the diverter NOTE - In view of the relative magnitudes of the quantities, this equa
tion can be written as follows with satisfactory approximation :
directs the flow to storage, and while the flow-rate is being
stabilized. After steady flow has been achieved, the diverter is
operated to direct the liquid into the weighing tank, this opera
tion automatically starting the timer. After collection of an
appropriate quantity of liquid, the diverter is operated in the where
opposite direction to return the liquid to storage, automatically
stopping the timer and thus allowing the filling time t to be
determined. When the oscillations in the tank have subsided,
the apparent final mass m, of the weighing tank is recorded.
In the case where the liquid is water, it is sufficient to calculate the cor
The tank shall then be drained.
rection factor f from mean approximate values :
3
e = 1 000 kg/m
4.2 Dynamic weighing method
3
ea = 1,21 kg/m (at 20 QC and 1 bar)
3
e = 8 000 kg/m (conventional mean value according to OIML
p
After steady flow has been achieved, the drain valve of the
Recommendation No. 33)
weighing tank is closed; as the mass of liquid in the tank
increases, it overcomes the resistance due to counterpoise
Hence,
mass M, on the end of the balance beam, which then rises and
3
f = 1,06 X 10-
starts the timer. An additional mass A m is then added to the
pan of the balance beam to depress the latter. When the
and
balance beam rises again, it stops the timer, and the filling time
m, - m
o
t is recorded. Mass Am is used as (m, - m{J) in the subse
qm = 1,001 06---
quent calculation of the flow-rate.
There exist other possible methods of measurement; for exam
5.2 Calculation of volume flow-rate
ple, automatic reading of the weighing machine indication.
The volume flow-rate is calculated from the mass flow-rate as
4.3 Common provisions computed in 5.1, and from the density of the liquid at the
temperature of operation, as read from standard tables - for
It is recommended that at least two measurements be carried
example, as given in annex B for water in the range of ambient
out for each of a series of flow-rate measurements if a subse temperatures. (In exceptional cases, it may be necessary to
quent analysis of random uncertainties is to be carried out. measure the density directly.)
The various quantities to be measured may be noted manually
qm m, - mo
qv = - =--- (1 + f)
by an operator or be transmitted by an automatic data acquisi
() et
tion system to be recorded in numerical form on a printer or
provide direct entry into a computer.
6 Calculation of the overall uncertainty of the
measurement of the flow-rate
5 Calculation of .flow-rate
The calculation of the uncertainty in the measurement of flow
rate should be carried out in accordance with ISO 5168 but for
5.1 Calculation of mass flow-rate
convenience the main procedures to be followed are given here
as they apply to the measurement of flow-rate by the weighing
The mean mass flow-rate during the filling time is obtained by
method.
dividing the real mass m of the liquid collected by the filling
time t:
6.1 Presentation of results
(}a
1 -
Equation (3) of annex C should preferably be evaluated
m,
- mo (}p
m
X
qm = separately for the uncertainties due to the random and
(}a
systematic components of error. Denoting the contributions to
1 -
() the uncertainty in the flow-rate measurement from these two
10
---------------------- Page: 16 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
sources by (eR)95 and e respectively when expressed in 6.2 Sources of error
s
absolute terms, and by (E )95 and E when expressed as a
R s
Only the principal sources of systematic and random errors are
percentage, the flow-rate measurement shall then be presented
in one of the following forms : considered below, the numerical values of errors mentioned
being given as examples.
a) Flow-rate = q
of systematic and random errors are considered
The sources
separately here, but it should be noted that only a single deter
mination of flow-rate is being considered. It should also be
Uncertainties calculated according to ISO 5168.
noted that the purpose of the measurement is considered to be
the determination of the mean flow-rate over the period of the
b) Flow-rate = q
diversion. Thus the effect of instability in the flow need not be
considered provided that it is not so severe as to affect the
operation of the diverter system.
Uncertainties calculated according to ISO 5168.
6.2.1 Systematic errors
An alternative, although less satisfactory, method is to com
bine the uncertainties arising from random and systematic
errors by the root-sum-square method. Even then, however, it
6.2.1.1 Errors due to weighing machine
is necessary to evaluate equation (3) for the random com
ponents since the value of (eR)95 or (E )95 must be given. In
R
The systematic errors which may be associated with the use of
this case, the flow-rate measurement shall be presented in one
a weighing machine may arise, for example in the case of a
of the following forms :
steelyard, from:
c) Flow-rate = q ± oq
a) the notch positions on the steelyard;
b) evaluation of e.
Uncertainties calculated according to ISO 5168.
2
d) Flow-rate = q(1 ± 10- oq') Each notch position on the steelyard will be in error by an
amount which ideally should be less than the discrimination of
the weighing machine. In many cases, however, this ideal will
not be attained, and a calibration of the weighing machine will
Uncertainties calculated according to ISO 5168. produce an error distribution such as that shown in figure 5.
Uncertainty in
estimation of om
N
£ - _X__
- -
~ x ~ X ¥
~ X X.-.---- x
,~ C)c x. - - x -x _ - - - ~ - -x - -
.- __-- x x X
],~ t--------~F---~~.-=~X~X~~-----l----------~
Q) Q)
~ ~
C c
': :.2
o (J
Jj E
Mass registered on weighing machine
Figure 5 - Example of error distribution in calibration of weighing machine
11
---------------------- Page: 17 ----------------------
SIST ISO 4185:1997
ISO 4185-1980 (E)
In the general case, the best-fit curve through the individual
This uncertainty (es)p may be calculated from the equation in
points can be expressed as a polynominal : annex A, clause A.l, using the general principle outlined in
equation 3 of annex C, or from the uncertainty of the slope of
the line in the graph in annex A (figure 7) when the alternative
2 n
Bm = 00 + 01 m + 02 m + . + an m
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.MEX,tiYHAPO~HAR OPrAHM3Al.&lR l-l0 CTAHC\APTM3AL(MM.ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les conduites
- Méthode par pesée
fermées
Measurement of liquid flow in closed conduits - Weighing method
Première édition - 1980-12-15
CDU 532.575 : 531.753 Réf. no : ISO 4185-1980 (F)
iî
Descripteurs : mesure de débit, écoulement de liquide, écoulement en conduite fermée, instrument de mesurage, débitmètre, étalonnage,
pesage, calcul d’erreur.
Prix basé sur 21 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 4185 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de d&bit des fluides dans les conduites fermées, et a été soumise aux comités
membres en août 1978.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Allemagne, R.F. Pologne
Espagne
Australie France Roumanie
Belgique Royaume-Uni
Inde
Brésil Italie Tchécoslovaquie
Chili Mexique URSS
Corée, Rép. de USA
Norvège
Égypte, Rép. arabe d’ Pays- Bas Yougoslavie
pour des
Les comités membres des suivants l’ont désapprouvée raisons techni-
Pays
ques :
Afrique du Sud, Rép. d’
Japon
Organisation internationale de normalisation, 1980
0
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
SOMMAIRE
Page
1
1 Généralités .
1
......................................................
1 .l Objet et domaine d’application
1
1.2 Références .
1
1.3 Définitions .
1
.....................................................................................
1.4 Unités
2
1.5 Notation .
2
1.6 Agrément .
2
2 Principe .
2
2.1 Exposé du principe .
7
Précision de la méthode .
2.2
7
3 Appareillage .
7
3.1 Partiteur .
8
Appareillage de mesure du temps .
3.2
9
...........................................................................
3.3 Cuve de pesée
9
3.4 Bascule .
..................................................................... 9
3.5 Mesures auxiliaires
10
4 Mode opératoire .
10
4.1 Méthode de pesée statique .
10
.......................................................
4.2 Méthode de pesée dynamique
10
...............................................................
4.3 Dispositions communes
10
5 Calcul du débit .
10
5.1 Calcul du débit-masse .
10
5.2 Calcul du débit-volume .
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
6 Calcul de l’erreur limite globale sur une mesure de débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.1 Présentation des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.2 Sources d’erreurs .,.,.,. II
6.3 Calcul de l’erreur limite sur la mesure du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Annexes
A Corrections de mesurage du temps de remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
B Masse volumique de l’eau pure *.,,. 18
C Définition des termes et méthodes utilisés dans l’analyse des erreurs. . . . . . . . . . . . 19
21
D Loi du t de Student . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des liquides dans les conduites
fermées - Méthode par pesée
OIML, Recommandations nos 1, 2, 3, 20, 28, 33.
1 Généralités
1.1 Objet et domaine d’application
1.3 Définitions
La présente Norme internationale spécifie une méthode de
Les définitions suivantes ne sont données que pour les termes
mesurage d’un débit de liquide en conduite fermée par mesu-
employés dans un sens particulier ou dont il semble utile de rap-
rage de la masse de liquide déversé dans une cuve de pesée
peler la signification.
pendant un certain temps. Elle traite en particulier de I’appareil-
lage de mesure, du mode opératoire, de la méthode de calcul
du débit et des incertitudes sur les résultats de mesure.
1.3.1 pesée statique : Méthode selon laquelle la masse nette
du liquide écoulé est déduite de la pesée de la tare et de la
La méthode décrite peut être facilement étendue à tout liquide
masse brute, ces mesures étant faites, respectivement, avant la
autre que l’eau, à condition que sa pression de vapeur satu-
déviation de l’écoulement vers la bascule et après sa déviation
rante soit telle que la perte de liquide par évaporation lors de la
vers le circuit de contournement.
pesée soit suffisamment faible pour ne pas affecter la précision
de mesure recherchée. L’emploi d’une cuve de pesée fermée
pour la mesure de débit des liquides ayant une pression de
: Méthode selon laquelle la masse
1.3.2 pesée dynamique
vapeur saturante élevée n’est pas pris en considération dans la
nette du liquide écoulé est déduite de pesées faites pendant
présente Norme internationale.
que le liquide s’écoule dans la bascule. (Avec cette méthode,
un partiteur n’est pas nécessaire.)
Le cas des liquides agressifs ou toxiques n’est pas envisagé
dans la présente Norme internationale.
1.3.3 partiteur : Dispositif qui oriente l’écoulement soit vers
Théoriquement, il n’y a aucune limite pour l’emploi de la pré- la bascule, soit vers son circuit de contournement sans pertur-
sente méthode qui n’est généralement utilisée que dans des ber le débit au cours de la mesure.
installations fixes de laboratoire. Toutefois, pour des raisons
économiques, les laboratoires d’hydraulique courants utilisant
cette méthode ne peuvent mettre en œuvre que des débits ne stabilisateur de débit : Dispositif inséré dans le circuit
1.3.4
dépassant pas 1,5 m3ls. de mesure, assurant dans celui-ci un écoulement stable. II peut
s’agir par exemple d’un bac à niveau constant dans lequel le
Du fait de la grande précision qu’elle peut atteindre, cette
niveau est réglé par une arête déversante suffisamment longue.
méthode est souvent utilisée comme méthode primaire pour
étalonner d’autres méthodes ou appareils de mesure du débit-
masse, ou bien de mesure du débit-volume, sous réserve que la 1.3.5 correction de poussée aérostatique : Correction à
masse volumique du fluide soit connue exactement. II faut apporter aux indications d’une bascule pour tenir compte de la
s’assurer que la conduite est complètement remplie de liquide différence de poussée exercée par l’atmosphère sur le liquide
dans la section de mesurage et qu’elle ne renferme ni air ni pesé et sur les poids de référence utilisés lors de l’étalonnage de
vapeur. la bascule.
1.2 Références
1.4 Unités
ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fer-
Les unités utilisées dans la présente Norme internationale sont
mées - Vocabulaire et symboles.
celles du Système International : le mètre, la seconde, le kilo-
gramme, tandis que par commodité on utilise le degré Celsius
ISO 5168, Mesure de débit des fluides - Calcul de l’erreur
au lieu du kelvin.
limite sur une mesure de débit.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
1.5 Notation et une analyse des incertitudes selon les prescriptions de la pré-
sente Norme internationale et de I’ISO 5168, peuvent tenir lieu
d’agrément au regard de la métrologie légale.
Dhignation Dimension Unité SI
Symbole
MT-’
Débit-masse kgls
qn7
Débit-volume LST-’ m3ls
qv
2 Principe
m Masse M
kg
V Volume L3 m3
t Temps T S
2.1 Exposé du principe
Masse volumique du liquide ML-3 kglm3
e
Masse volumique de l’air
&l
(à 20 OC et 1 bar*) ML-3 kg/mJ
2.1.1 Méthode de pesée statique
Masse volumique des poids
QP
normalisés ML-3 kg/m3
Le principe de la méthode de mesure d’un débit par pesée stati-
Estimation de l’écart-type de
Sx
la variable x que (voir schémas d’installations-types sur les figures lA, lB,
IC) consiste à :
Écart-type de la variable x
%
e Erreur limite de mesure
Erreur limite systématique ’
es - déterminer la masse initiale de la cuve et du liquide rési-
Pourcentage d’erreur limite
Es
duel qu’elle contient;
systématique
Erreur limite fortuite
eR
-
détourner l’écoulement vers celle-ci puis (lorsqu’on
Pourcentage d’erreur limite
ER
fortuite considère que la cuve contient une quantité d’eau suffisante
pour obtenir la précision recherchée), le détourner à nou-
* 1 bar = 105 Pa
veau hors de celle-ci, à l’aide d’un partiteur commandant un
chronomètre pour la mesure du temps de remplissage;
1.6 Agrément
-
déterminer la masse finale de la cuve contenant l’eau
Si les installations de mesure par pesée sont utilisées pour les
recueillie.
buts de la métrologie légale, elles doivent être agréées par les
services métrologiques nationaux. Ces installations sont soumi-
On calcule alors le débit à partir de la masse d’eau recueillie, du
ses au renouvellement périodique de cet agrément à des inter-
temps de remplissage et de données auxiliaires, comme précisé
valles fixes. À défaut de service métrologique national, une
au chapitre 5 et à l’annexe A.
homologation des mesures physiques de base (masse et temps)
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO4185-1980(F)
Vanne de réglage
Dispositif à étalonner
Pompe
Réservoir
Figure 1A - Schéma-type d’une installation d’étalonnage par pesée (méthode statique, alimentation par bac
à niveau constant)
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
. Bac à niveau constant
Machine à l’essai
Cuve inférieure
Trop-plein
--
--
Pompe
Réservoir
Figure 16 - Schéma-type d’une installation de mesure de débit par pesée utilisée pour un essai de machine
hydraulique (méthode statique, alimentation par bac à niveau constant)
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 41851980 (FI
Vanne de réglage
Dispositif à étalonner
I
Stabilisateur
-p--
--v
de débit
-- -e
Réservoir
Pompe
Figure 1C - Schéma-type d’une installation d’étalonnage par pesée (méthode statique, alimentation directe)
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
.
ISO 4185-1980 (F)
Bac à niveau constant,
\
Vanne de réglage
Dispositif à étalonner
Compteur
de temps
\
- ’
+
Contacteurs
----
---
em-
Réservoir
Fe-
Figure 1D - Schéma-type d’une installation d’étalonnage par pesée (méthode dynamique, alimentation
par bac à: niveau constant)
6
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 41854980 IF)
a
b) qu’il ne se produise pas d’accumulation de liquide (ou
2.1.2 Méthode de pesée dynamique
de restitution) dans une portion du circuit par contraction
Le principe de la méthode de mesure d’un débit par pesée dyna- (ou expansion) thermique ou par variation du volume de
vapeur ou de gaz contenu dans le circuit à l’insu de I’opéra-
mique (voir schéma d’une installation type sur la figure 1D)
consiste à : teur;
-
recueillir l’eau dans la cuve jusqu’à atteindre une masse
c) que l’on effectue les corrections nécessaires pour tenir
initiale préalablement choisie et déclencher alors le chrono-
compte de la poussée aérostatique; cette correction peut
mètre;
être établie une fois pour toutes lors de l’étalonnage de la
bascule;
-
arrêter le chronomètre lorsqu’une masse finale de l’eau
recueillie préalablement choisie est atteinte.
d) que la bascule, le chronomètre et le dispositif de com-
On calcule alors le débit à partir de la masse d’eau recueillie, du
mande de celui-ci assurent la précision requise;
temps de remplissage et de données auxiliaires, comme précisé
au chapitre 5 et à l’annexe A.
e) que le temps de basculement du partiteur soit petit par
rapport à la durée de remplissage, le chronomètre étant mis
2.1.3 Comparaison du débit moyen et du débit
en marche et arrêté lorsque le partiteur traverse la veine
instantané
moyenne de l’écoulement;
II y a toutefois lieu de souligner que seule la valeur moyenne du
débit pendant la durée du remplissage peut être obtenue par la
f) que, dans le cas de la méthode par pesée dynamique,
méthode de pesée. Les valeurs instantanées du débit, fournies
les effets des phénomènes dynamiques soient suffisamment
par un autre instrument placé dans le circuit, ne peuvent être
petits.
comparées à cette valeur moyenne que si le régime est stable
pendant la durée de la mesure, ce qui sera assuré par un dispo-
sitif de stabilisation de l’écoulement, ou si les valeurs instanta-
3 Appareillage
nées sont convenablement moyennées pendant toute la durée
du remplissage.
3.1 Partiteur
2.2 Précision de la méthode
Le partiteur est un dispositif mobile permettant de diriger alter-
nativement l’écoulement soit vers son cours normal, soit vers la
2.2.1 Incertitude globale sur la mesure par pesée cuve de pesée. II peut être constitué par une conduite ou une
goulotte mobile, ou, de préférence, par un déflecteur pivotant
La méthode par pesée est une mesure absolue du débit, ne autour d’un axe horizontal ou vertical (voir figure 2).
nécessitant en principe que la mesure d’une masse et d’un
temps. A condition d’observer les précautions énumérées en
Le mouvement du partiteur doit être suffisamment rapide
2.2.2, cette méthode peut être considérée comme l’une des
(moins de 0,l s par exemple), afin de réduire tout risque
plus précises des méthodes de mesure du débit, et c’est à ce
d’erreur importante sur la mesure du temps de remplissage.
titre qu’elle est souvent utilisée comm,e méthode d’étalonnage.
Ceci est obtenu par déplacement rapide du partiteur à travers
Avec une installation construite, entretenue et utilisée avec
l’écoulement en forme de lame mince issue d’un ajutage se ter-
soin, on peut obtenir une erreur limite (au niveau de confiance
minant par une fente rectangulaire. Généralement, cette lame a
de 95 % pour la partie aléatoire de cette erreur) de l’ordre de
une largeur de 15 à 50 fois son épaisseur dans le sens du dépla-
zk 0,l %.
cement du partiteur. La chute de pression dans I’ajutage ne doit
pas excéder 20 000 Pa, afin d’éviter des rejaillissements, des
entraînements d’air’), des écoulements à travers le partiteur et
2.2.2 Conditions à respecter pour une mesure précise
des turbulences dans la cuve de pesée. Le mouvement du parti-
teur peut être produit au moyen de divers dispositifs mécani-
La méthode par pesée fournit une mesure précise du débit à
ques ou électriques, par exemple par un ressort ou une barre de
condition :
torsion, ou par un moteur électrique ou pneumatique. Le parti-
teur ne doit en aucune manière influer sur l’écoulement dans le
a)
qu’il n’existe pas de fuite dans le circuit, ni d’écoule-
circuit, durant une quelconque phase des mesures.
ment parasite à travers le partiteur;
1) Dans certaines formes d’ajutage, il peut toutefois être nécessai re de prévoir des évents spéciaux permettant à l’air de pénétrer sous le jet, afin
d’assukr un écoulement stable dans le circuit de mesurage.
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
Entrée de l’écoulement
II
Ajutage
‘1
b-
Sortie de l’écoulement
- Exemples de réalisation d’un partiteur
Fig&e 2
Toutefois, pour les débits importants qui pourraient mettre en que les zones hachurées sur la figure 3, qui représente la varia-
jeu des efforts excessifs, on peut utiliser un partiteur à manœu- tion du débit en fonction du temps au cours de la manoeuvre du
vre relativement lente (1 à 2 s par exemple), à condition que la partiteur, soient égales. On admet, cependant, généralement
loi de manoeuvre soit immuable, et que la variation de la réparti- en pratique, que cet instant correspond à la mi-course du parti-
tion du débit en fonction de la course du partiteur soit de préfé- teur à travers le jet. L’erreur ainsi commise sera négligeable, à
condition que la durée de manoeuvre du partiteur soit très faible
rence linéaire, mais de toute manière, connue et contrôlable.
par rapport à la durée de remplissage de la cuve.
II faut veiller très soigneusement, tant par la conception méca-
Si la loi de manoeuvre du partiteur, bien que quelconque, est la
nique du dispositif et du profil du déflecteur, que par de fré-
même dans les deux sens (figure 41, le chronométrage peut être
quents contrôles en exploitation, à ce qu’il ne se produise ni
déclenché et arrêté à l’instant où l’on déclenche la manoeuvre
fuite, ni rejaillissement, soit vers l’extérieur, soit d’un côté à
l’autre du partiteur. du partiteur dans chacun des deux sens; c’est notamment le
cas lorsque la loi débit-temps est linéaire.
Outre un écoulement en forme de lame mince, d’autres formes
d’écoulement peuvent être prévues pour l’alimentation du parti-
teur, pour autant que les corrections nécessaires, pour le temps
de partition, soient appliquées, comme indiqué dans l’annexe A.
32 . Appareillage de mesure du temps
La durée de remplissage de la cuve est généralement mesurée
par comptage électronique avec une base de temps de préci-
sion incorporée telle qu’un cristal de quartz. La durée de rem-
0%
plissage peut ainsi être lue au moins à 0,Ol s prés. L’erreur pro-
Durée du déplacement
venant de cette source peut être considérée comme négligea- ~-
du partiteur
ble, a condition que l’affichage du chronomètre ait une résolu-
tion suffisante, et que l’appareillage soit contrôlé périodique-
ment par comparaison avec une horloge-étalon, par exemple
Figure 3 - Loi de fonctionnement du partiteur
les signaux de fréquence transmis par certaines stations radio.
Le comptage du temps doit être commandé par le mouvement Si toutefois l’erreur sur la durée de remplissage due à la
même du partiteur, à l’aide d’un dispositif (par exemple, opti- manoeuvre du partiteur et à la mise en marche et à l’arrêt du
que ou magnétique) porté par celui-ci. En toute rigueur, le chronométre n’était pas négligeable, une correction devrait être
chronométrage doit être déclenché (ou arrêté) à un instant tel apportée, conformément aux indications de l’annexe A.
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ISO 4185-1980 (F)
fixes de l’installation; les liaisons indispensables devront donc
Déclenchement Arrêt du être suffisamment flexibles et leur flexibilité doit être vérifiée
du chronométre
lors de l’étalonnage de la bascule.
3.4 Bascule
La bascule peut être d’un type quelconque, mécanique ou à
jauges de contrainte par exemple, pourvu qu’elle offre la sensi-
bilité, l’exactitude et la fidélité convenables. Lorsqu’on utilise la
méthode de mesure des débits par pesée pour les besoins de la
métrologie légale, il est conseillé d’utiliser la bascule conformé-
ment aux Recommandations nos 3 et 28 de I’OIML.
Temps
Durée de comptage
Après son installation sur la station d’essai, la bascule doit être
étalonnée sur toute son étendue de mesure, au moyen de poids
de précision; à cet effet, il est conseillé de se conformer aux
Figure 4 - Comptage du temps dans le cas d’un
Recommandations n 0s 1, 2, 20 et 33 de I’OIML,
partiteur dont la loi de manoeuvre est la même
dans les deux sens
La bascule doit être régulièrement entretenue et son étalonnage
contrôlé périodiquement. Si les poids sont en nombre insuffi-
sant pour couvrir toute l’étendue de mesure, on peut procéder
3.3 Cuve de pesée
par échelons, en remplacant alternativement les poids par du
liquide et en utilisant les poids de précision pour contrôler exac-
La cuve dans laquelle s’écoule le liquide pendant la durée d’une
tement les intervalles.
opération de mesure doit avoir une capacité suffisante pour
rendre négligeable l’erreur commise sur le temps. Compte tenu
II y a lieu de noter qu’en raison de la différence de poussée
des indications mentionnées en 3.1 et 3.2, le temps de remplis-
aérostatique entre l’étalonnage de la bascule avec des poids
sage au plus fort débit prévu doit être d’au moins 30 s. Toute-
d’une part, et la pesée d’une masse équivalente de liquide
fois, cette durée pourra être réduite, à condition que l’on ait pu
d’autre part, une correction, dont le calcul est indiqué en 5.1,
déterminer expérimentalement, par une méthode telle que celle
devra être apportée aux masses lues.
décrite à l’annexe A, la durée minimale permettant d’atteindre
la précision recherchée.
3.5 Mesures auxiliaires
La forme de la cuve peut être quelconque, mais il est essentiel
qu’elle soit parfaitement étanche et que des précautions soient
Afin d’obtenir le débit-volume à partir de mesures de masse, il
prises pour éviter tout rejaillissement de liquide en dehors de
est indispensable de connaître avec précision la masse volumi-
cette cuve. II peut être nécessaire de prévoir des cloisons inter-
que du liquide au moment de la pesée.
nes ou des dispositifs de tranquillisation, afin de réduire les
oscillations du liquide dans la cuve et d’améliorer sa rigidité
Si le liquide dont on mesure le débit est suffisamment pur et
mécanique.
propre, il suffit de mesurer sa température et d’en déduire la
masse volumique à partir d’une table de ses propriétés physi-
La cuve peut être, ou bien suspendue à une bascule, ou bien en
ques (voir l’annexe B pour le cas de l’eau). La température peut
constituer le plateau ou être posée sur celui-ci. Pour empêcher
être mesurée par un simple thermomètre à mercure, ou mieux,
les à-coups de charge nuisibles à l’appareillage de pesée, il peut
par tout appareil tel que sonde à résistance, thermocouple, etc.
être avantageux de bloquer la cuve durant le remplissage.
placé de préférence dans le circuit, à l’endroit où l’on a besoin
de connaître le débit-volume. Dans le cas de l’eau, compte tenu
La vidange de la cuve peut être effectuée :
de la faible variation de la masse volumique en fonction de la
température au voisinage de la température ambiante, une pré-
-
soit par une vanne de fond dont l’étanchéité doit pou-
cision de 0,5 OC suffit pour assurer une erreur inférieure à 10-a
voir être contrôlée (décharge à l’air libre, manchette trans-
sur la masse volumique.
parente ou détecteur de fuite);
-
Si par contre on a quelque doute quant à la pureté du liquide, il
soit par un siphon mu ni d’un dis positif de désamorcage
efficace et contrôlable; est nécessaire de mesurer sa masse volumique. À cet effet, on
peut prélever un échantillon et utiliser soit une méthode directe,
en pesant une éprouvette jaugée sur une balance de précision,
soit par pompe auto-amorcante ou immergée.
soit une méthode indirecte, par exemple en mesurant la pous-
sée hydrostatique exercée sur un flotteur étalonné. Quelle que
Le débit de vidange doit être suffisant, afin que les mesures
se assez rapidement. soit la méthode employée, il ne faut pas omettre de relever la
puissent succéder
température du liquide au moment de la mesure de la masse
volumique; dans la plupart des cas, on admettra que la varia-
Dans tous les cas, il faut veiller à ce qu’il n’existe aucune Iiai-
tion relative de celle-ci en fonction de la température est la
son, par tuyauteries ou câbles électriques, susceptible de trans-
mettre des efforts entre la cuve en cours de pesée et les parties même que pour le même liquide pur.
9
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 4185-1980 (FI
4 Mode opératoire Si nécessaire, t est corrigé selon l’un des procédés décrits à
l’annexe A pour tenir compte de l’erreur du chronométrage due
au mouvement du partiteur ou aux phénomènes dynamiques
4.1 Méthode de pesée statique
sur la bascule. Le terme final de cette équation est un terme de
correction introduit pour tenir compte du fait que la poussée
Afin de tenir compte du liquide résiduel pouvant subsister dans
exercée par l’atmosphère sur une masse de liquide est diffé-
le fond de la cuve ou adhérer aux parois, on déverse d’abord
rente de celle exercée sur la même masse sous forme de poids
dans la cuve (ou on laisse subsister en fin de vidange après la
en fonte, par exemple, lors de l’étalonnage de la bascule.
mesure précédente) une quantité de liquide suffisante pour
dépasser le seuil d’utilisation de la bascule et on relève cette
NOTE - Compte tenu des ordres de grandeur de
ces quantités, on
masse initiale mg pendant que l’écoulement est dirigé par le par-
peut écrire, avec une approximation satisfaisante,
titeur vers le réservoir et que le régime se stabilise. Un régime
stable étant obtenu, on manoeuvre le partiteur pour diriger
ml - m.
-------il + El
l’écoulement vers la cuve de pesée, ce qui met automatique-
%t= &
ment le chronomètre en marche. Après avoir recueilli une quan-
où
tité suffisante de liquide, on manoeuvre le partiteur en sens
1 1
inverse pour ramener l’écoulement vers le réservoir, ce qui
=
c @, ---
e
arrête automatiquement le chronomètre et permet donc de
@P
( 1
déterminer le temps de remplissage t. Les oscillations dans la
et il suffit, dans le cas où le liquide est de l’eau, de calculer le coefficient
cuve ayant cessé, on relève la masse finale ml de la cuve. On
de correction 6 à partir de valeurs approchées moyennes
peut ensuite vidanger la cuve.
= 1 000 kg/m3
Q
4.2 Méthode de pesée dynamique
= 1,21 kg/m3 (à 20 OC et 1 bar)
@a
Dans des conditions d’écoulement stables, la vanne de vidange
= 8 000 kg/m3 (valeur moyenne conventionnelle selon la
@P
de la cuve de pesée est fermée. Lorsque la masse de liquide Recommandation no 33 de I’OIM L).
dans la cuve augmente, elle vient à dépasser celle du contre-
On obtient ainsi
poids MI faisant office de tare à l’extrémité du fléau, de sorte
que celui-ci remonte et déclenche le chronomètre. Une masse
tE = 1,06 x 10-3
additionnelle Am est alors ajoutée sur le plateau du fléau, ce
et
qui fait redescendre celui-ci. Lorsque le fléau remonte, il arrête
ml - mo
= 1,001 06 ~
le chronomètre et on relève le temps de remplissage t. La masse
%l
t
Am est utilisée à la place de ( ml - mo) pour le calcul du débit.
II est possible d’employer d’autres procédés de mesure, par
5.2 Calcul du débit-volume
exemple, avec lecture automatique des indications de la bas-
cule.
Le débit-volume s’obtient à partir du débit-masse, calculé
comme indiqué en 5.1 et de la masse volumique du liquide à la
température de fonctionnement, telle qu’elle est donnée dans
4.3 Dispositions communes
des tables officielles - par exemple la masse volumique de
l’eau est donnée dans la table de l’annexe B pour la gamme des
II est recommandé d’effectuer au moins deux mesures du
températures ambiantes. (Dans des cas exceptionnels, il peut
même débit dans toute la gamme de mesures, si cela est néces-
être nécessaire de mesurer directement la masse volumique.)
saire pour une analyse ultérieure de l’erreur limite aléatoire.
4rn
ml - mg
Les différentes grandeurs à mesurer peuvent être relevées
(1 + d
manuellement par un opérateur ou être transmises par des chaî-
qv=e= et
nes de mesure automatique pour être enregistrées sous forme
numérique par une imprimante, ou introduites dans un calcula-
teur.
6 Calcul de l’erreur limite globale sur une
mesure de débit
5 Calcul du débit
Le calcul de l’erreur limite sur une mesure de débit doit être
effectué conformément à I’ISO 5168, mais il a paru utile d’indi-
5.1 Calcul du débit-masse quer ci-après les principales méthodes à suivre telles qu’elles
s’appliquent dans le cas d’une mesure de débit par pesée.
Le débit-masse moyen pendant la durée du remplissage est le
quotient de la masse réelle m du liquide déversé par le temps t
6.1 Présentation des résultats
de remplissage.
@a La relation (3) de l’annexe C doit de préférence être calculée
l--
séparément pour les erreurs limites dues aux composantes
m ml - mg
QP
-X-
aléatoires et systématiques de l’erreur. En désignant les
qrn=-=
t t
@a
contributions à l’erreur limite sur la mesure de débit prove-
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.MEX,tiYHAPO~HAR OPrAHM3Al.&lR l-l0 CTAHC\APTM3AL(MM.ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les conduites
- Méthode par pesée
fermées
Measurement of liquid flow in closed conduits - Weighing method
Première édition - 1980-12-15
CDU 532.575 : 531.753 Réf. no : ISO 4185-1980 (F)
iî
Descripteurs : mesure de débit, écoulement de liquide, écoulement en conduite fermée, instrument de mesurage, débitmètre, étalonnage,
pesage, calcul d’erreur.
Prix basé sur 21 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 4185 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de d&bit des fluides dans les conduites fermées, et a été soumise aux comités
membres en août 1978.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Allemagne, R.F. Pologne
Espagne
Australie France Roumanie
Belgique Royaume-Uni
Inde
Brésil Italie Tchécoslovaquie
Chili Mexique URSS
Corée, Rép. de USA
Norvège
Égypte, Rép. arabe d’ Pays- Bas Yougoslavie
pour des
Les comités membres des suivants l’ont désapprouvée raisons techni-
Pays
ques :
Afrique du Sud, Rép. d’
Japon
Organisation internationale de normalisation, 1980
0
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
SOMMAIRE
Page
1
1 Généralités .
1
......................................................
1 .l Objet et domaine d’application
1
1.2 Références .
1
1.3 Définitions .
1
.....................................................................................
1.4 Unités
2
1.5 Notation .
2
1.6 Agrément .
2
2 Principe .
2
2.1 Exposé du principe .
7
Précision de la méthode .
2.2
7
3 Appareillage .
7
3.1 Partiteur .
8
Appareillage de mesure du temps .
3.2
9
...........................................................................
3.3 Cuve de pesée
9
3.4 Bascule .
..................................................................... 9
3.5 Mesures auxiliaires
10
4 Mode opératoire .
10
4.1 Méthode de pesée statique .
10
.......................................................
4.2 Méthode de pesée dynamique
10
...............................................................
4.3 Dispositions communes
10
5 Calcul du débit .
10
5.1 Calcul du débit-masse .
10
5.2 Calcul du débit-volume .
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
6 Calcul de l’erreur limite globale sur une mesure de débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.1 Présentation des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.2 Sources d’erreurs .,.,.,. II
6.3 Calcul de l’erreur limite sur la mesure du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Annexes
A Corrections de mesurage du temps de remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
B Masse volumique de l’eau pure *.,,. 18
C Définition des termes et méthodes utilisés dans l’analyse des erreurs. . . . . . . . . . . . 19
21
D Loi du t de Student . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des liquides dans les conduites
fermées - Méthode par pesée
OIML, Recommandations nos 1, 2, 3, 20, 28, 33.
1 Généralités
1.1 Objet et domaine d’application
1.3 Définitions
La présente Norme internationale spécifie une méthode de
Les définitions suivantes ne sont données que pour les termes
mesurage d’un débit de liquide en conduite fermée par mesu-
employés dans un sens particulier ou dont il semble utile de rap-
rage de la masse de liquide déversé dans une cuve de pesée
peler la signification.
pendant un certain temps. Elle traite en particulier de I’appareil-
lage de mesure, du mode opératoire, de la méthode de calcul
du débit et des incertitudes sur les résultats de mesure.
1.3.1 pesée statique : Méthode selon laquelle la masse nette
du liquide écoulé est déduite de la pesée de la tare et de la
La méthode décrite peut être facilement étendue à tout liquide
masse brute, ces mesures étant faites, respectivement, avant la
autre que l’eau, à condition que sa pression de vapeur satu-
déviation de l’écoulement vers la bascule et après sa déviation
rante soit telle que la perte de liquide par évaporation lors de la
vers le circuit de contournement.
pesée soit suffisamment faible pour ne pas affecter la précision
de mesure recherchée. L’emploi d’une cuve de pesée fermée
pour la mesure de débit des liquides ayant une pression de
: Méthode selon laquelle la masse
1.3.2 pesée dynamique
vapeur saturante élevée n’est pas pris en considération dans la
nette du liquide écoulé est déduite de pesées faites pendant
présente Norme internationale.
que le liquide s’écoule dans la bascule. (Avec cette méthode,
un partiteur n’est pas nécessaire.)
Le cas des liquides agressifs ou toxiques n’est pas envisagé
dans la présente Norme internationale.
1.3.3 partiteur : Dispositif qui oriente l’écoulement soit vers
Théoriquement, il n’y a aucune limite pour l’emploi de la pré- la bascule, soit vers son circuit de contournement sans pertur-
sente méthode qui n’est généralement utilisée que dans des ber le débit au cours de la mesure.
installations fixes de laboratoire. Toutefois, pour des raisons
économiques, les laboratoires d’hydraulique courants utilisant
cette méthode ne peuvent mettre en œuvre que des débits ne stabilisateur de débit : Dispositif inséré dans le circuit
1.3.4
dépassant pas 1,5 m3ls. de mesure, assurant dans celui-ci un écoulement stable. II peut
s’agir par exemple d’un bac à niveau constant dans lequel le
Du fait de la grande précision qu’elle peut atteindre, cette
niveau est réglé par une arête déversante suffisamment longue.
méthode est souvent utilisée comme méthode primaire pour
étalonner d’autres méthodes ou appareils de mesure du débit-
masse, ou bien de mesure du débit-volume, sous réserve que la 1.3.5 correction de poussée aérostatique : Correction à
masse volumique du fluide soit connue exactement. II faut apporter aux indications d’une bascule pour tenir compte de la
s’assurer que la conduite est complètement remplie de liquide différence de poussée exercée par l’atmosphère sur le liquide
dans la section de mesurage et qu’elle ne renferme ni air ni pesé et sur les poids de référence utilisés lors de l’étalonnage de
vapeur. la bascule.
1.2 Références
1.4 Unités
ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fer-
Les unités utilisées dans la présente Norme internationale sont
mées - Vocabulaire et symboles.
celles du Système International : le mètre, la seconde, le kilo-
gramme, tandis que par commodité on utilise le degré Celsius
ISO 5168, Mesure de débit des fluides - Calcul de l’erreur
au lieu du kelvin.
limite sur une mesure de débit.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
1.5 Notation et une analyse des incertitudes selon les prescriptions de la pré-
sente Norme internationale et de I’ISO 5168, peuvent tenir lieu
d’agrément au regard de la métrologie légale.
Dhignation Dimension Unité SI
Symbole
MT-’
Débit-masse kgls
qn7
Débit-volume LST-’ m3ls
qv
2 Principe
m Masse M
kg
V Volume L3 m3
t Temps T S
2.1 Exposé du principe
Masse volumique du liquide ML-3 kglm3
e
Masse volumique de l’air
&l
(à 20 OC et 1 bar*) ML-3 kg/mJ
2.1.1 Méthode de pesée statique
Masse volumique des poids
QP
normalisés ML-3 kg/m3
Le principe de la méthode de mesure d’un débit par pesée stati-
Estimation de l’écart-type de
Sx
la variable x que (voir schémas d’installations-types sur les figures lA, lB,
IC) consiste à :
Écart-type de la variable x
%
e Erreur limite de mesure
Erreur limite systématique ’
es - déterminer la masse initiale de la cuve et du liquide rési-
Pourcentage d’erreur limite
Es
duel qu’elle contient;
systématique
Erreur limite fortuite
eR
-
détourner l’écoulement vers celle-ci puis (lorsqu’on
Pourcentage d’erreur limite
ER
fortuite considère que la cuve contient une quantité d’eau suffisante
pour obtenir la précision recherchée), le détourner à nou-
* 1 bar = 105 Pa
veau hors de celle-ci, à l’aide d’un partiteur commandant un
chronomètre pour la mesure du temps de remplissage;
1.6 Agrément
-
déterminer la masse finale de la cuve contenant l’eau
Si les installations de mesure par pesée sont utilisées pour les
recueillie.
buts de la métrologie légale, elles doivent être agréées par les
services métrologiques nationaux. Ces installations sont soumi-
On calcule alors le débit à partir de la masse d’eau recueillie, du
ses au renouvellement périodique de cet agrément à des inter-
temps de remplissage et de données auxiliaires, comme précisé
valles fixes. À défaut de service métrologique national, une
au chapitre 5 et à l’annexe A.
homologation des mesures physiques de base (masse et temps)
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO4185-1980(F)
Vanne de réglage
Dispositif à étalonner
Pompe
Réservoir
Figure 1A - Schéma-type d’une installation d’étalonnage par pesée (méthode statique, alimentation par bac
à niveau constant)
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
. Bac à niveau constant
Machine à l’essai
Cuve inférieure
Trop-plein
--
--
Pompe
Réservoir
Figure 16 - Schéma-type d’une installation de mesure de débit par pesée utilisée pour un essai de machine
hydraulique (méthode statique, alimentation par bac à niveau constant)
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 41851980 (FI
Vanne de réglage
Dispositif à étalonner
I
Stabilisateur
-p--
--v
de débit
-- -e
Réservoir
Pompe
Figure 1C - Schéma-type d’une installation d’étalonnage par pesée (méthode statique, alimentation directe)
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
.
ISO 4185-1980 (F)
Bac à niveau constant,
\
Vanne de réglage
Dispositif à étalonner
Compteur
de temps
\
- ’
+
Contacteurs
----
---
em-
Réservoir
Fe-
Figure 1D - Schéma-type d’une installation d’étalonnage par pesée (méthode dynamique, alimentation
par bac à: niveau constant)
6
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 41854980 IF)
a
b) qu’il ne se produise pas d’accumulation de liquide (ou
2.1.2 Méthode de pesée dynamique
de restitution) dans une portion du circuit par contraction
Le principe de la méthode de mesure d’un débit par pesée dyna- (ou expansion) thermique ou par variation du volume de
vapeur ou de gaz contenu dans le circuit à l’insu de I’opéra-
mique (voir schéma d’une installation type sur la figure 1D)
consiste à : teur;
-
recueillir l’eau dans la cuve jusqu’à atteindre une masse
c) que l’on effectue les corrections nécessaires pour tenir
initiale préalablement choisie et déclencher alors le chrono-
compte de la poussée aérostatique; cette correction peut
mètre;
être établie une fois pour toutes lors de l’étalonnage de la
bascule;
-
arrêter le chronomètre lorsqu’une masse finale de l’eau
recueillie préalablement choisie est atteinte.
d) que la bascule, le chronomètre et le dispositif de com-
On calcule alors le débit à partir de la masse d’eau recueillie, du
mande de celui-ci assurent la précision requise;
temps de remplissage et de données auxiliaires, comme précisé
au chapitre 5 et à l’annexe A.
e) que le temps de basculement du partiteur soit petit par
rapport à la durée de remplissage, le chronomètre étant mis
2.1.3 Comparaison du débit moyen et du débit
en marche et arrêté lorsque le partiteur traverse la veine
instantané
moyenne de l’écoulement;
II y a toutefois lieu de souligner que seule la valeur moyenne du
débit pendant la durée du remplissage peut être obtenue par la
f) que, dans le cas de la méthode par pesée dynamique,
méthode de pesée. Les valeurs instantanées du débit, fournies
les effets des phénomènes dynamiques soient suffisamment
par un autre instrument placé dans le circuit, ne peuvent être
petits.
comparées à cette valeur moyenne que si le régime est stable
pendant la durée de la mesure, ce qui sera assuré par un dispo-
sitif de stabilisation de l’écoulement, ou si les valeurs instanta-
3 Appareillage
nées sont convenablement moyennées pendant toute la durée
du remplissage.
3.1 Partiteur
2.2 Précision de la méthode
Le partiteur est un dispositif mobile permettant de diriger alter-
nativement l’écoulement soit vers son cours normal, soit vers la
2.2.1 Incertitude globale sur la mesure par pesée cuve de pesée. II peut être constitué par une conduite ou une
goulotte mobile, ou, de préférence, par un déflecteur pivotant
La méthode par pesée est une mesure absolue du débit, ne autour d’un axe horizontal ou vertical (voir figure 2).
nécessitant en principe que la mesure d’une masse et d’un
temps. A condition d’observer les précautions énumérées en
Le mouvement du partiteur doit être suffisamment rapide
2.2.2, cette méthode peut être considérée comme l’une des
(moins de 0,l s par exemple), afin de réduire tout risque
plus précises des méthodes de mesure du débit, et c’est à ce
d’erreur importante sur la mesure du temps de remplissage.
titre qu’elle est souvent utilisée comm,e méthode d’étalonnage.
Ceci est obtenu par déplacement rapide du partiteur à travers
Avec une installation construite, entretenue et utilisée avec
l’écoulement en forme de lame mince issue d’un ajutage se ter-
soin, on peut obtenir une erreur limite (au niveau de confiance
minant par une fente rectangulaire. Généralement, cette lame a
de 95 % pour la partie aléatoire de cette erreur) de l’ordre de
une largeur de 15 à 50 fois son épaisseur dans le sens du dépla-
zk 0,l %.
cement du partiteur. La chute de pression dans I’ajutage ne doit
pas excéder 20 000 Pa, afin d’éviter des rejaillissements, des
entraînements d’air’), des écoulements à travers le partiteur et
2.2.2 Conditions à respecter pour une mesure précise
des turbulences dans la cuve de pesée. Le mouvement du parti-
teur peut être produit au moyen de divers dispositifs mécani-
La méthode par pesée fournit une mesure précise du débit à
ques ou électriques, par exemple par un ressort ou une barre de
condition :
torsion, ou par un moteur électrique ou pneumatique. Le parti-
teur ne doit en aucune manière influer sur l’écoulement dans le
a)
qu’il n’existe pas de fuite dans le circuit, ni d’écoule-
circuit, durant une quelconque phase des mesures.
ment parasite à travers le partiteur;
1) Dans certaines formes d’ajutage, il peut toutefois être nécessai re de prévoir des évents spéciaux permettant à l’air de pénétrer sous le jet, afin
d’assukr un écoulement stable dans le circuit de mesurage.
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
Entrée de l’écoulement
II
Ajutage
‘1
b-
Sortie de l’écoulement
- Exemples de réalisation d’un partiteur
Fig&e 2
Toutefois, pour les débits importants qui pourraient mettre en que les zones hachurées sur la figure 3, qui représente la varia-
jeu des efforts excessifs, on peut utiliser un partiteur à manœu- tion du débit en fonction du temps au cours de la manoeuvre du
vre relativement lente (1 à 2 s par exemple), à condition que la partiteur, soient égales. On admet, cependant, généralement
loi de manoeuvre soit immuable, et que la variation de la réparti- en pratique, que cet instant correspond à la mi-course du parti-
tion du débit en fonction de la course du partiteur soit de préfé- teur à travers le jet. L’erreur ainsi commise sera négligeable, à
condition que la durée de manoeuvre du partiteur soit très faible
rence linéaire, mais de toute manière, connue et contrôlable.
par rapport à la durée de remplissage de la cuve.
II faut veiller très soigneusement, tant par la conception méca-
Si la loi de manoeuvre du partiteur, bien que quelconque, est la
nique du dispositif et du profil du déflecteur, que par de fré-
même dans les deux sens (figure 41, le chronométrage peut être
quents contrôles en exploitation, à ce qu’il ne se produise ni
déclenché et arrêté à l’instant où l’on déclenche la manoeuvre
fuite, ni rejaillissement, soit vers l’extérieur, soit d’un côté à
l’autre du partiteur. du partiteur dans chacun des deux sens; c’est notamment le
cas lorsque la loi débit-temps est linéaire.
Outre un écoulement en forme de lame mince, d’autres formes
d’écoulement peuvent être prévues pour l’alimentation du parti-
teur, pour autant que les corrections nécessaires, pour le temps
de partition, soient appliquées, comme indiqué dans l’annexe A.
32 . Appareillage de mesure du temps
La durée de remplissage de la cuve est généralement mesurée
par comptage électronique avec une base de temps de préci-
sion incorporée telle qu’un cristal de quartz. La durée de rem-
0%
plissage peut ainsi être lue au moins à 0,Ol s prés. L’erreur pro-
Durée du déplacement
venant de cette source peut être considérée comme négligea- ~-
du partiteur
ble, a condition que l’affichage du chronomètre ait une résolu-
tion suffisante, et que l’appareillage soit contrôlé périodique-
ment par comparaison avec une horloge-étalon, par exemple
Figure 3 - Loi de fonctionnement du partiteur
les signaux de fréquence transmis par certaines stations radio.
Le comptage du temps doit être commandé par le mouvement Si toutefois l’erreur sur la durée de remplissage due à la
même du partiteur, à l’aide d’un dispositif (par exemple, opti- manoeuvre du partiteur et à la mise en marche et à l’arrêt du
que ou magnétique) porté par celui-ci. En toute rigueur, le chronométre n’était pas négligeable, une correction devrait être
chronométrage doit être déclenché (ou arrêté) à un instant tel apportée, conformément aux indications de l’annexe A.
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 4185-1980 (F)
fixes de l’installation; les liaisons indispensables devront donc
Déclenchement Arrêt du être suffisamment flexibles et leur flexibilité doit être vérifiée
du chronométre
lors de l’étalonnage de la bascule.
3.4 Bascule
La bascule peut être d’un type quelconque, mécanique ou à
jauges de contrainte par exemple, pourvu qu’elle offre la sensi-
bilité, l’exactitude et la fidélité convenables. Lorsqu’on utilise la
méthode de mesure des débits par pesée pour les besoins de la
métrologie légale, il est conseillé d’utiliser la bascule conformé-
ment aux Recommandations nos 3 et 28 de I’OIML.
Temps
Durée de comptage
Après son installation sur la station d’essai, la bascule doit être
étalonnée sur toute son étendue de mesure, au moyen de poids
de précision; à cet effet, il est conseillé de se conformer aux
Figure 4 - Comptage du temps dans le cas d’un
Recommandations n 0s 1, 2, 20 et 33 de I’OIML,
partiteur dont la loi de manoeuvre est la même
dans les deux sens
La bascule doit être régulièrement entretenue et son étalonnage
contrôlé périodiquement. Si les poids sont en nombre insuffi-
sant pour couvrir toute l’étendue de mesure, on peut procéder
3.3 Cuve de pesée
par échelons, en remplacant alternativement les poids par du
liquide et en utilisant les poids de précision pour contrôler exac-
La cuve dans laquelle s’écoule le liquide pendant la durée d’une
tement les intervalles.
opération de mesure doit avoir une capacité suffisante pour
rendre négligeable l’erreur commise sur le temps. Compte tenu
II y a lieu de noter qu’en raison de la différence de poussée
des indications mentionnées en 3.1 et 3.2, le temps de remplis-
aérostatique entre l’étalonnage de la bascule avec des poids
sage au plus fort débit prévu doit être d’au moins 30 s. Toute-
d’une part, et la pesée d’une masse équivalente de liquide
fois, cette durée pourra être réduite, à condition que l’on ait pu
d’autre part, une correction, dont le calcul est indiqué en 5.1,
déterminer expérimentalement, par une méthode telle que celle
devra être apportée aux masses lues.
décrite à l’annexe A, la durée minimale permettant d’atteindre
la précision recherchée.
3.5 Mesures auxiliaires
La forme de la cuve peut être quelconque, mais il est essentiel
qu’elle soit parfaitement étanche et que des précautions soient
Afin d’obtenir le débit-volume à partir de mesures de masse, il
prises pour éviter tout rejaillissement de liquide en dehors de
est indispensable de connaître avec précision la masse volumi-
cette cuve. II peut être nécessaire de prévoir des cloisons inter-
que du liquide au moment de la pesée.
nes ou des dispositifs de tranquillisation, afin de réduire les
oscillations du liquide dans la cuve et d’améliorer sa rigidité
Si le liquide dont on mesure le débit est suffisamment pur et
mécanique.
propre, il suffit de mesurer sa température et d’en déduire la
masse volumique à partir d’une table de ses propriétés physi-
La cuve peut être, ou bien suspendue à une bascule, ou bien en
ques (voir l’annexe B pour le cas de l’eau). La température peut
constituer le plateau ou être posée sur celui-ci. Pour empêcher
être mesurée par un simple thermomètre à mercure, ou mieux,
les à-coups de charge nuisibles à l’appareillage de pesée, il peut
par tout appareil tel que sonde à résistance, thermocouple, etc.
être avantageux de bloquer la cuve durant le remplissage.
placé de préférence dans le circuit, à l’endroit où l’on a besoin
de connaître le débit-volume. Dans le cas de l’eau, compte tenu
La vidange de la cuve peut être effectuée :
de la faible variation de la masse volumique en fonction de la
température au voisinage de la température ambiante, une pré-
-
soit par une vanne de fond dont l’étanchéité doit pou-
cision de 0,5 OC suffit pour assurer une erreur inférieure à 10-a
voir être contrôlée (décharge à l’air libre, manchette trans-
sur la masse volumique.
parente ou détecteur de fuite);
-
Si par contre on a quelque doute quant à la pureté du liquide, il
soit par un siphon mu ni d’un dis positif de désamorcage
efficace et contrôlable; est nécessaire de mesurer sa masse volumique. À cet effet, on
peut prélever un échantillon et utiliser soit une méthode directe,
en pesant une éprouvette jaugée sur une balance de précision,
soit par pompe auto-amorcante ou immergée.
soit une méthode indirecte, par exemple en mesurant la pous-
sée hydrostatique exercée sur un flotteur étalonné. Quelle que
Le débit de vidange doit être suffisant, afin que les mesures
se assez rapidement. soit la méthode employée, il ne faut pas omettre de relever la
puissent succéder
température du liquide au moment de la mesure de la masse
volumique; dans la plupart des cas, on admettra que la varia-
Dans tous les cas, il faut veiller à ce qu’il n’existe aucune Iiai-
tion relative de celle-ci en fonction de la température est la
son, par tuyauteries ou câbles électriques, susceptible de trans-
mettre des efforts entre la cuve en cours de pesée et les parties même que pour le même liquide pur.
9
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 4185-1980 (FI
4 Mode opératoire Si nécessaire, t est corrigé selon l’un des procédés décrits à
l’annexe A pour tenir compte de l’erreur du chronométrage due
au mouvement du partiteur ou aux phénomènes dynamiques
4.1 Méthode de pesée statique
sur la bascule. Le terme final de cette équation est un terme de
correction introduit pour tenir compte du fait que la poussée
Afin de tenir compte du liquide résiduel pouvant subsister dans
exercée par l’atmosphère sur une masse de liquide est diffé-
le fond de la cuve ou adhérer aux parois, on déverse d’abord
rente de celle exercée sur la même masse sous forme de poids
dans la cuve (ou on laisse subsister en fin de vidange après la
en fonte, par exemple, lors de l’étalonnage de la bascule.
mesure précédente) une quantité de liquide suffisante pour
dépasser le seuil d’utilisation de la bascule et on relève cette
NOTE - Compte tenu des ordres de grandeur de
ces quantités, on
masse initiale mg pendant que l’écoulement est dirigé par le par-
peut écrire, avec une approximation satisfaisante,
titeur vers le réservoir et que le régime se stabilise. Un régime
stable étant obtenu, on manoeuvre le partiteur pour diriger
ml - m.
-------il + El
l’écoulement vers la cuve de pesée, ce qui met automatique-
%t= &
ment le chronomètre en marche. Après avoir recueilli une quan-
où
tité suffisante de liquide, on manoeuvre le partiteur en sens
1 1
inverse pour ramener l’écoulement vers le réservoir, ce qui
=
c @, ---
e
arrête automatiquement le chronomètre et permet donc de
@P
( 1
déterminer le temps de remplissage t. Les oscillations dans la
et il suffit, dans le cas où le liquide est de l’eau, de calculer le coefficient
cuve ayant cessé, on relève la masse finale ml de la cuve. On
de correction 6 à partir de valeurs approchées moyennes
peut ensuite vidanger la cuve.
= 1 000 kg/m3
Q
4.2 Méthode de pesée dynamique
= 1,21 kg/m3 (à 20 OC et 1 bar)
@a
Dans des conditions d’écoulement stables, la vanne de vidange
= 8 000 kg/m3 (valeur moyenne conventionnelle selon la
@P
de la cuve de pesée est fermée. Lorsque la masse de liquide Recommandation no 33 de I’OIM L).
dans la cuve augmente, elle vient à dépasser celle du contre-
On obtient ainsi
poids MI faisant office de tare à l’extrémité du fléau, de sorte
que celui-ci remonte et déclenche le chronomètre. Une masse
tE = 1,06 x 10-3
additionnelle Am est alors ajoutée sur le plateau du fléau, ce
et
qui fait redescendre celui-ci. Lorsque le fléau remonte, il arrête
ml - mo
= 1,001 06 ~
le chronomètre et on relève le temps de remplissage t. La masse
%l
t
Am est utilisée à la place de ( ml - mo) pour le calcul du débit.
II est possible d’employer d’autres procédés de mesure, par
5.2 Calcul du débit-volume
exemple, avec lecture automatique des indications de la bas-
cule.
Le débit-volume s’obtient à partir du débit-masse, calculé
comme indiqué en 5.1 et de la masse volumique du liquide à la
température de fonctionnement, telle qu’elle est donnée dans
4.3 Dispositions communes
des tables officielles - par exemple la masse volumique de
l’eau est donnée dans la table de l’annexe B pour la gamme des
II est recommandé d’effectuer au moins deux mesures du
températures ambiantes. (Dans des cas exceptionnels, il peut
même débit dans toute la gamme de mesures, si cela est néces-
être nécessaire de mesurer directement la masse volumique.)
saire pour une analyse ultérieure de l’erreur limite aléatoire.
4rn
ml - mg
Les différentes grandeurs à mesurer peuvent être relevées
(1 + d
manuellement par un opérateur ou être transmises par des chaî-
qv=e= et
nes de mesure automatique pour être enregistrées sous forme
numérique par une imprimante, ou introduites dans un calcula-
teur.
6 Calcul de l’erreur limite globale sur une
mesure de débit
5 Calcul du débit
Le calcul de l’erreur limite sur une mesure de débit doit être
effectué conformément à I’ISO 5168, mais il a paru utile d’indi-
5.1 Calcul du débit-masse quer ci-après les principales méthodes à suivre telles qu’elles
s’appliquent dans le cas d’une mesure de débit par pesée.
Le débit-masse moyen pendant la durée du remplissage est le
quotient de la masse réelle m du liquide déversé par le temps t
6.1 Présentation des résultats
de remplissage.
@a La relation (3) de l’annexe C doit de préférence être calculée
l--
séparément pour les erreurs limites dues aux composantes
m ml - mg
QP
-X-
aléatoires et systématiques de l’erreur. En désignant les
qrn=-=
t t
@a
contributions à l’erreur limite sur la mesure de débit prove-
...
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