ISO 24062:2023

Measurement of fluid flow in closed conduits - Clamp-on ultrasonic transit-time meters for liquids and gases

This document specifies requirements and recommendations for non-intrusive (clamp-on) ultrasonic flowmeters (USMs), which use the transit time of ultrasonic signals to measure the volumetric flowrate in closed conduits. Transit time flowmeters are predominantly used on single-phase fluids (liquid and gases) but can also be used where small quantities of additional phases are present. This document specifies performance, calibration, and output characteristics, and deals with installation conditions.

Mesurage du débit des fluides dans les conduites fermées — Débitmètres non intrusifs à ultrasons à temps de transit pour les liquides et les gaz

Le présent document spécifie les exigences et recommandations relatives aux débitmètres à ultrasons non intrusifs (de type accrochable), qui utilisent le temps de transit des signaux ultrasonores pour mesurer le débit-volume dans les conduites fermées. Les débitmètres à temps de transit sont principalement utilisés pour les fluides monophasiques (liquides et gaz), mais peuvent également être utilisés lorsque d’autres phases sont présentes en petites quantités. Le présent document spécifie les caractéristiques de performances, d’étalonnage et de sortie, et traite des conditions d’installation.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 19-Dec-2023
• ICS: 17.120.10 - Flow in closed conduits
• Technical Committee: ISO/TC 30/SC 5 - Velocity and mass methods
• Drafting Committee: ISO/TC 30/SC 5 - Velocity and mass methods
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 20-Dec-2023
• Due Date: 07-Oct-2023
• Completion Date: 20-Dec-2023

Overview

ISO 24062:2023 - Measurement of fluid flow in closed conduits - Clamp-on ultrasonic transit-time meters for liquids and gases - is the international standard that specifies requirements and recommendations for non-intrusive (clamp-on) ultrasonic flowmeters (USMs). It covers transit-time measurement principles for volumetric flowrate in closed pipes, primarily for single‑phase liquids and gases (and situations with small amounts of secondary phases). The standard addresses performance, calibration, output characteristics and installation conditions for clamp-on ultrasonic transit-time meters.

Key topics and technical requirements

• Principle of measurement: transit-time ultrasonic method and generic meter description (transducers, path configurations, electronics).
• Transducer and path design: guidance on transducer types, orientations, coupling and multiple-path configurations to optimize accuracy.
• Electronic unit functionality: signal processing, timing measurements and outputs required for flow calculation.
• Special considerations: gas measurements, extreme temperatures, non-Newtonian fluids, stratification and contamination by secondary phases.
• Additional measurements: procedures for deriving standard volume flow, mass flow and heat flow from transit-time data.
• Test and calibration: laboratory flow calibration under flowing conditions and individual testing requirements for performance verification.
• Installation requirements: recommended upstream/downstream straight-pipe lengths, mounting methods, cable guidance and effects of thermal insulation or vibration.
• Operational diagnostics: recommended diagnostic parameters such as fluid speed of sound, gain and signal‑to‑noise ratio (SNR) to assess meter performance in situ.
• Uncertainty analysis: mathematical model and contributory variances affecting measurement uncertainty (cross‑sectional area, velocity profile, path geometry, time measurement, delay times, and effects of multiple paths).

Practical applications

ISO 24062:2023 is practical for:

• Flow measurement in process industries (chemical, water/wastewater, HVAC, utilities)
• Plant instrumentation and control where non‑intrusive mounting minimizes downtime and contamination risk
• Situations requiring wide rangeability without pressure loss or invasive pipe penetration
• Applications needing traceable calibration, documented uncertainty budgets and diagnostic capabilities

Who should use this standard

• Flow meter manufacturers and calibrators
• Instrumentation and process engineers
• Metrology laboratories and testing facilities
• Asset owners and operators in oil & gas, water, utilities and industrial process sectors
• Procurement and quality teams specifying clamp-on ultrasonic transit-time meters

Related standards and notes

• Prepared by ISO/TC 30 (Measurement of fluid flow in closed conduits). ISO 24062:2023 aligns with ISO/IEC editorial rules and references normative documents used for metrology and calibration practices. For implementation, consult national standards bodies and manufacturer documentation for product‑specific details.

Standards Content (Sample)

International
Standard
ISO 24062
First edition
Measurement of fluid flow in closed
2023-12
conduits — Clamp-on ultrasonic
transit-time meters for liquids and
gases
Mesurage du débit des fluides dans les conduites fermées —
Débitmètres non intrusifs à ultrasons à temps de transit pour les
liquides et les gaz
Reference number
© ISO 2023
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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: [phone]
Email: [e-mail]
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Quantities .1
3.2 Meter design .2
3.3 Thermodynamic conditions . .2
3.4 Statistics .3
3.5 Calibration .4
3.6 Symbols and subscripts .4
4 Principle of measurement . 5
4.1 General .5
4.2 Generic description .6
4.2.1 Transducers .7
4.2.2 Ultrasonic path configurations .8
4.2.3 Electronic unit functionality .9
4.3 Special considerations .10
4.3.1 Gas .10
4.3.2 Extreme temperatures . .10
4.4 Additional measurements .10
4.4.1 Standard volume flow .10
4.4.2 Heat flow . .11
4.4.3 Mass flow .11
5 Test and calibration .11
5.1 General .11
5.2 Individual testing — Flow calibration under flowing conditions.11
5.2.1 General .11
5.2.2 Laboratory flow calibration . 12
6 Installation .13
6.1 General . 13
6.2 Installation location . 13
6.2.1 Upstream and downstream straight pipe length requirements and path
configuration . 13
6.3 Transmitter programming .14
6.4 Pressure and temperature inputs .14
6.5 Transducer installation . 15
6.5.1 Transducer type . 15
6.5.2 Transducer orientation . 15
6.5.3 Coupling. 15
6.5.4 Transducer mounting . 15
6.6 Gas considerations .17
6.7 Cable .17
6.8 Additional installation effects .18
6.8.1 Non-steady flow .18
6.8.2 Contamination by secondary phase .18
6.8.3 Vibration .18
6.8.4 Thermal insulation .18
6.8.5 Stratification .19
6.8.6 Wall roughness signal considerations .19
6.8.7 Non-Newtonian fluids.19
6.9 Operational diagnostics .19
6.9.1 Fluid speed of sound .19

iii
6.9.2 Gain. 20
6.9.3 Signal to noise ratio . 20
7 Maintenance .20
8 Uncertainty in measurement .20
8.1 General . 20
8.2 Mathematical model .21
8.3 Evaluation of the contributory variances . 22
8.3.1 Uncertainty of the cross-sectional area, u(A) . 22
8.3.2 Uncertainty in the velocity profile, u(K ) . 23
p
8.3.3 Uncertainty of the path-geometry factor, u(K ) and time measurement .24
g
8.3.4 Uncertainty of time measurement .24
8.3.5 Uncertainty of the delay time, u(t ) .24
8.3.6 Effect of multiple paths .24
8.4 Additional effects on measurement uncertainty . 25
8.4.1 Effect of pipe material on sound speed . 25
8.4.2 Effect of fluid sound speed . 25
8.4.3 Reproducibility of transmitter mounting . 25
8.4.4 External influences . 25
Annex A (informative) Example of uncertainty calculation .26
Bibliography .33

iv
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,
Subcommittee SC 5, Velocity and mass methods.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.

v
Introduction
Non-intrusive (clamp-on) ultrasonic meters (USMs) have become one of the accepted flow measurement
technologies for a wide range of applications, including process and control measurements. Non-intrusiveness
also brings characteristics relevant for economics, safety, and environment. Ultrasonic technology has
inherent features such as no pressure loss and wide rangeability. USMs can deliver diagnostic information
through which it may be possible to demonstrate that an ultrasonic flowmeter is performing in accordance
with specification.
This document provides a description of the non-intrusive (clamp-on) meter, typical application areas, the
measures which should be used in assessing the likely performance in terms of error, repeatability and
reproducibility when used under ideal and non-ideal operational conditions.

vi
International Standard ISO 24062:2023(en)
Measurement of fluid flow in closed conduits — Clamp-on
ultrasonic transit-time meters for liquids and gases
1 Scope
This document specifies requirements and recommendations for non-intrusive (clamp-on) ultrasonic
flowmeters (USMs), which use the transit time of ultrasonic signals to measure the volumetric flowrate in
closed conduits. Transit time flowmeters are predominantly used on single-phase fluids (liquid and gases)
but can also be used where small quantities of additional phases are present.
This document specifies performance, calibration, and output characteristics, and deals with installation
conditions.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 4006 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1 Quantities
3.1.1
volume flowrate
q
V
dV
q =
V
dt
where
V is volume;
t is time
[2]
[SOURCE: ISO 80000-4:2006, 4-31 ]
3.1.2
mean flow velocity
v
p
volume flowrate (3.1.1) divided by the cross-sectional area of the pipe

3.1.3
path velocity
v
l
average fluid velocity on an ultrasonic path
3.1.4
Reynolds number
Re
D
dimensionless parameter expressing the ratio between the inertia and viscous forces in the fluid
ρvvDD
AA
Re ==
D
μν
kv
where
ρ is density;
v is the mean flow velocity;
A
D is the pipe internal diameter;
μ is the dynamic viscosity;
ν is the kinematic viscosity
kv
3.2 Meter design
3.2.1
ultrasonic path
path travelled by an ultrasonic signal between a pair of ultrasonic transducers
3.2.2
electronic unit
part of the meter that controls the transducers, processes the signals into a flowrate and provides outputs
(see 4.2.3)
3.3 Thermodynamic conditions
3.3.1
metering conditions
conditions, at the point of measurement, of the fluid of which the volume flow is to be measured
Note 1 to entry: Also known as operating conditions or actual conditions.
3.3.2
standard conditions
defined temperature and pressure conditions used in the measurement of fluid quantity so that the standard
volume is the volume that would be occupied by a quantity of fluid if it were at standard temperature and
pressure
Note 1 to entry: Standard conditions may be defined by regulation or contract.
[3]
Note 2 to entry: Not preferred alternatives: reference conditions, base conditions, normal conditions, etc (see ISO 91 ).
Note 3 to entry: Metering and standard conditions relate only to the volume of the fluid to be measured or indicated
and should not be confused with rated operating conditions or reference conditions (see ISO/IEC Guide 99:2007, 4.9
[4] [4]
and 4.11 ), which refer to influence quantities (see ISO/IEC Guide 99:2007, 2.52 ).

3.4 Statistics
3.4.1
error
measured quantity value minus a reference quantity value
[4]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.16 ]
3.4.2
repeatability (of results of measurements)
closeness of the agreement between the results of successive measurements of the same measurand carried
out under the same conditions of measurement
Note 1 to entry: These conditions are called repeatability conditions.
Note 2 to entry: Repeatability conditions include:
— the same measurement procedure;
— the same observer;
— the same measuring instrument, used under the same conditions;
— the same location;
— repetition over a short period of time.
Note 3 to entry: Repeatability may be expressed quantitatively in terms of the dispersion characteristics of the results.
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, B.2.15 ]
3.4.3
reproducibility (of results of measurements)
closeness of the agreement between the results of measurements of the same measurand carried out under
changed conditions of measurement
Note 1 to entry: A valid statement of reproducibility requires specification of the conditions changed.
Note 2 to entry: The changed conditions may include:
— principle of measurement;
— method of measurement;
— observer;
— measuring instrument;
— reference standard;
— location;
— conditions of use;
— time.
Note 3 to entry: Reproducibility may be expressed quantitatively in terms of the dispersion characteristics of the
results.
Note 4 to entry: Results are here usually understood to be corrected results.
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, B.2.16 ]
3.4.4
resolution
smallest difference between indications of a meter that can be meaningfully distinguished

3.4.5
zero flow
meter reading when the fluid is at rest, i.e. both axial and non-axial velocity components are essentially zero
3.4.6
uncertainty (of measurement)
parameter, associated with the result of measurement, that characterizes the dispersion of the values that
could reasonably be attributed to the measurand
Note 1 to entry: The parameter may be, for example, a standard deviation (or a given multiple of it), or the half-width
of an interval having a stated level of confidence.
Note 2 to entry: Uncertainty of measurement comprises, in general, many components. Some of these components may
be evaluated from the statistical distribution of the results of a series of measurements and can be characterized by
experimental standard deviations. The other components, which can also be characterized by standard deviations,
are evaluated from assumed probability distributions based on experience or other information.
Note 3 to entry: It is understood that the result of the measurement is the best estimate of the value of the measurand,
and that all components of uncertainty, including those arising from systematic effects, such as components associated
with corrections and reference standards, contribute to the dispersion.
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, B.2.18 ]
3.4.7
standard uncertainty
u
uncertainty of the result of a measurement expressed as a standard deviation
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.1 ]
3.4.8
expanded uncertainty
U
quantity defining an interval about the result of a measurement that may be expected to encompass a large
fraction of the distribution of values that could reasonably be attributed to the measurand
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.5 ]
Note 1 to entry: The large fraction is normally 95 % and is generally associated with a coverage factor k = 1,96.
Note 2 to entry: The expanded uncertainty is often referred to as the uncertainty.
3.4.9
coverage factor
numerical factor used as a multiplier of the standard uncertainty in order to obtain an expanded uncertainty
(3.4.8)
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.6 ]
3.5 Calibration
3.5.1
flow calibration
calibration of a meter against a reference using fluid flowing through the meter
3.6 Symbols and subscripts
The symbols and subscripts used in this document are given in Table 1 and Table 2.

Table 1 — Symbols
a
Quantity Symbol Dimension SI unit
2 2
Cross-sectional area of pipe A L m
−1
Speed of sound in fluid c LT m/s
Internal pipe diameter D L m
i
External pipe diameter D L m
e
Integers (1.2.3. ,,,) i,j,n — 1
Calibration factor K — 1
b −1 c b c
Path-geometry factor K L or LT m or m/s
g
Velocity profile correction factor K — 1
p
Minimum distance to a specified upstream flow disturbance l L m
min
Path length l L m
p
−1 −2
Absolute pressure p ML T Pa
3 −1 3
Volume flowrate q L T m /s
V
Pipe Reynolds number Re — 1
D
Transit time t T s
tr
Delay time t T s
−1 − -1
Compressibility Z M LT Pa
Pipe wall thickness δ L m
−1 −1
Dynamic viscosity μ ML T Pa s
2 −1 2
Kinematic viscosity ν L T m /s
kv
−3 3
Density of the fluid ρ ML kg/m
Angle between ultrasonic path and pipe axis ϕ — rad
a
M ≡ mass; L ≡length; T ≡ time; Θ ≡ temperature.
b
Non-refracting configuration.
c
Refracting configuration.
Table 2 — Subscripts
Subscript Meaning
cal under calibration conditions
meas measured (uncorrected)
op under operational conditions
true actual (corrected)
4 Principle of measurement
4.1 General
This subclause is a generic description of USMs for liquids and gases. It recognizes the scope for variation
within commercial designs and the potential for new developments. For the purpose of description, USMs
are considered to consist of several components, namely:
a) transducers and mounting arrangement
b) electronic data processing and presentation unit.

4.2 Generic description
Ultrasonic transit time clamp-on flowmeters measure non-intrusively. Figure 1 outlines the basic system
setup to demonstrate the principle. A pair of transducers is located on the outside of the pipe. The transducers
are alternatively working as transmitter and receiver. Ultrasonic pulses are sent through the fluid, in the
flow direction, and against it. The transit-time t of the ultrasonic signal propagating in the flow
me_dn
direction (down-stream) is shorter than the transit-time t of the signal propagating against the flow
me_up
direction (up-stream). The average flow velocity v on the sound path is directly proportional to the
l
[6]
measured difference Δt in transit time :
c
Δt
t
v = (1)
l
cosφ tt+−2t
()
t me_upme_dn 0
The delay time t is the portion of the transit time outside the flowing fluid. The average of the transit times
measured upstream and downstream is the transit time t at zero flow:
tr
tt=+t (2)
()
tr me__up me dn
The angle φ and the sound speed c in the coupling wedge define the propagation angles δ and φ in the
t t
pipe wall and the fluid according to Snell’s law:
c c
c
t Δ
K == = (3)
g
coscφφos cosφ
t δ
[6]
K could be denoted as the path-geometry factor, according to. The ultrasonic signal is shifted in axial
g
direction while propagating through the flowing fluid. K defines the ratio of the shift to the time difference
g
measured. With Formulae (2) and (3), Formula (1) results in:
Δt
vK= (4)
l g
2()tt−
tr 0
When multiple paths are installed a weighted sum of the path velocities is calculated.
The mean velocity is obtained by applying a velocity profile factor, K , which expresses the relationship
p
between the mean velocity v and the measured path velocity ν :
A l
vK=⋅ν (5)
Alp
The velocity profile factor K is calculated by the meter based on an empirical model of the flow profile
p
assuming a fully developed turbulent flow profile. The model is parameterized by the Reynolds number and
the roughness of the inner pipe wall. The influence of upstream flow disturbances can be corrected based on
experimental or validated computational evaluation.
The volume flowrate is given as the product of the mean velocity and the cross-sectional area A of the pipe:
qA=⋅ν (6)
VA
With Formulae (4), (5) and (6) the meter formula for the volume flowrate would be:
Δt
qA=⋅KK⋅ (7)
V pg
2 tt−
()
tr 0
Key
ϕ incident wedge angle
t
ϕ pipe wall refracted angle
δ
l path length
p
ϕ angle between ultrasonic path and pipe axis
Figure 1 — Basic system setup of clamp-on flowmeter
4.2.1 Transducers
Transducers are the transmitters and receivers of the ultrasonic signal. They can be supplied in various
forms. Typically, they comprise a piezoelectric element with electrode connections and a supporting
mechanical structure with which the process connection is made.
The Transducers frequency is defined by the materials used and its dimensions, in the case of piezoelectric
elements, the lateral dimensions and thickness of this element.
Selection of an appropriate frequency will be dependent on the application. It mainly depends on the pipe
diameter. As a rough orientation, the proportion of the ultrasonic wavelength to the pipe diameter should
be kept within a certain range. As the wavelength decreases with increasing frequency, lower frequencies
are used on bigger pipes and higher frequencies on smaller pipes. In addition, the attenuation increases with
the frequency. Therefore, if the fluid has a high ultrasonic attenuation, a lower frequency may be beneficial.
Another aspect is the resolution of the time measurement which increases with the frequency. Refer to
manufacturer guidance for the best choice for a particular application.
There are two main types of transducers used for clamp-on transit-time flow measurement: shear wave and
Lamb wave. It is most common to find shear wave transducers used on liquid applications however both
shear and Lamb wave transducers can be used for gas flow measurement.
Typical arrangements are shown in Figure 1 and Figure 2. To measure the axial velocity, the transducer
transmits ultrasonic waves at a non-perpendicular angle to the pipe axis in the direction of a second
transducer or reflection point on the inner pipe wall.

Shear wave transducers (see Figure 2 a)) operate by the direct transmission of the ultrasound through both
pipe and media and are conventionally the standard for ultrasonic liquid meters. They are called shear wave
as they are designed to produce a shear wave in steel pipes and pipe materials of similar sound speed. They
are, however, suitable for most pipe materials and most liquids and are not constrained by pipe thickness
within the capability of the individual instrument and application.
Lamb wave transducers (see Figure 2 b)) involve ultrasonic signals being excited into the pipe at an
appropriate frequency for the pipe wall which causes the pipe to become part of both the transmitting
and sensing device. The active transmission area of the pipe wall created is several times the length of the
actual transducer, resulting in broader signal characteristics which allow measurements over a wider range
of operating conditions. Lamb wave transducers are not suitable for the measurement of flow on all pipe
materials and will have pipe thickness limitations.
a)  Shear wave configuration b)  Lamb wave configuration
Figure 2 — Shear and lamb wave configurations
Since the transducers are external to the pipe wall boundary, the beam is always refracted. The geometry
of a refracted beam is governed by Snell’s law as shown in Formula (3). The beam geometry determines the
optimal transducer position. If the transducers are not placed at their optimal position, the measurement
uncertainty increases.
4.2.2 Ultrasonic path configurations
4.2.2.1 General
Although clamp-on meters can be delivered with the transducers mounted on a spool piece to factory
specification, they usually are installed on existing pipe.
Sound paths are either direct paths as shown in Figure 3 a) or reflect paths as shown in Figure 3 b). Two-path
configurations are shown in Figure 3 c) and Figure 3 d). Velocity measurements made on multiple paths are
typically less susceptible to non-ideal upstream flow conditions than those made on a single path. Reflecting
paths and crossed direct paths are much less sensitive to non-axial velocity components than a single direct
path (see 6.2.1). The effect of non-symmetrical flow profiles can be reduced by installing in multiple planes
as shown in Figure 3.
In order to increase the transit time in the fluid, the multiple reflection of the signal at the inner pipe wall
can be used. Instead of consisting of only two paths a reflecting configuration can consist of 4 or more paths.
With a direct path configuration, the number of paths can be 3 or more. This will increase the resolution
when measuring on small pipes.
The different path configurations can be described as follows.
4.2.2.2 Same side
This is referred to in different ways, "Reflection" being one (Figure 3 b)). It can also be defined by the number
of reflections of the ultrasonic signal within the pipe: "V" or "Two Paths/Passes" and "W" or "Four Paths/
Passes" are common.
4.2.2.3 Opposite side
This is sometimes referred to as, "Diagonal", “Crossed” or "Direct" mode (Figure 3 a)). It is also referred to by
the number of "Paths/Passes" such as "1" or "3". A single path/pass may also be named “Z mode”.
This method may be more difficult as the location of the transducers is not easily visible around the
circumference of the pipe. It has the advantage of being able to maximise the available received signal by
shortening the path length. This is particularly useful on liquids with higher solid or gaseous content.
a)  Direct paths b)  Reflecting paths
c)  Crossed direct paths d)  Dual reflecting paths
Figure 3 — Ultrasonic path types configurations
A flow profile can be represented by a vector field. The vectors can be expressed as the composition of an
axial component and a radial component. With a fully developed flow profile the radial components are
zero and the axial components are rotationally symmetric. Any disturbance will cause radial components,
also called cross flow or swirl, and asymmetry of the axial components. The sensitivity to such profile
distortions depends on the path configuration. Cross flow is strongly compensated by reflecting path
configurations as shown in Figure 3. Cross path configurations have the same effect. However, the effect on
the axial component is not compensated for. Asymmetries can be reduced by installing multiple planes of
measurement as shown in Figure 3 d).
4.2.3 Electronic unit functionality
In addition to the transducers, USMs comprise an electronic unit (sometimes referred to as the Meter
Electronics or as a Transmitter) which accomplishes the following functions:
— Generation of a signal to drive the transducers
— Receiving and processing the signal returned from the transducers in order to determine the transit
times
— Performing calculations and diagnostic functions to interpret the processed signal
— Providing a user interface
— Displaying the flowrate
The unit may be housed with the transducers or connected to them.
4.3 Special considerations
4.3.1 Gas
The operating principle and meter formula are the same for gases and liquids. So, there is no principal
difference between measuring flow of gas and flow of liquids. However, with gas the signal amplitude
decreases with decreasing pressure. Therefore, manufacturers specify a lower limit for pressure.
Signal amplitude depends on the loss the ultrasonic signal experiences when propagating from the
transmitting transducer to the receiving transducer by crossing the pipe wall boundaries and the fluid.
At each boundary between different materials a part of the signal energy is lost by reflection. This is called
insertion loss. The insertion loss depends on the difference in acoustic impedance of the materials on both
sides of the boundary. Acoustic impedance is the product of sound speed and density. The density of gas is
proportional to pressure. Therefore, the insertion loss increases with decreasing pressure.
While propagating through the fluid the signal amplitude decreases due to absorption. This is called
propagation loss. The absorption in gas increases with decreasing pressure.
The difference between clamp-on measurement on gases and liquids is that, depending on gas pressure, the
density of gas is much lower than the density of liquids. This can cause a high insertion loss which increases
with decreasing pressure. With very low pressure, depending on the type of gas, also the absorption can be
high.
4.3.2 Extreme temperatures
The measurement range of the transducer will be defined by the materials used for both the piezo crystal
and transducer wedge. Once the temperature exceeds the range of the transducers, they will lose the ability
to generate an ultrasonic pulse and cease operation.
It may therefore be necessary for manufacturers to have options for making measurements outside of the
normal range both at the upper and lower ends of the scale.
An option is to use a thermal barrier between the surface of the pipe and the measurement surface of the
transducer. This generally takes the form of a metallic plate or rod which is coupled to the surface of the
pipe allowing propagation of the ultrasonic signal from the transducer, into the pipe. A thermal gradient is
created allowing the transducers to remain within their standard operating conditions. However, the impact
should be included in the uncertainty estimation.
It is important to consult the manufacturer to determine if the transducers being offered are suitable under
the process conditions.
4.4 Additional measurements
4.4.1 Standard volume flow
When the effect of temperature and pressure on the density of the fluid is not negligible the measured
volume flow is converted to volume flow at standard temperature and pressure.
Gases are compressible. Their density strongly depends on pressure and temperature. Therefore, with gas
measurement applications, standard volume correction usually is required. The correction is calculated

using temperature and pressure T and p at operating conditions, standard temperature and standard
pressure T and p and the compressibility factors at operating and standard conditions Z and Z :
s s s
T Z
p
ss
qq= (8)
s V
p T Z
s
The compressibility factors account for the difference between the real gas and an ideal gas. They depend on
[7][8]
the gas composition. The calculation is defined in several International and American standards .
Liquid flow measurement applications may require standard volume correction. Standard volume correction
for liquid flow is calculated by multiplying the measured volume flow with a volume correction factor, V :
CF
qq=⋅V (9)
s V CF
Several industry standards define the calculation of the volume correction factor. The correction can be
carried out by the flow transmitter, by an external flow computer or by the user in the control system.
4.4.2 Heat flow
Clamp-on ultrasonic flowmeters can be used to measure the heat flow of heating or cooling systems if the
volume flow measurement is supplemented with a temperature measurement at the supply and return
line. Using clamp-on temperature sensors enables a non-intrusive heat flow measurement. The heat flow
is calculated from the volume flow measured in the supply or the return line, the temperature difference
between supply and return line and the specific heat capacity of the fluid.
4.4.3 Mass flow
The mass flow can be derived by multiplying the volumetric flow with density if input measurements of
pressure and temperature are available. If the fluid composition is constant and known, density can be
calculated from the relationship between the fluid density and the pressure and temperature.
If the fluid composition can change, in some applications the density can be calculated with additional
consideration of the directly measured sound speed. Examples are hydrocarbons and fluid mixtures
consisting of only two components.
5 Test and calibration
5.1 General
The requirements for calibration of clamp-on meters may be substantially different from the requirements
for other meters. The calibration requirement depends on the application.
5.2 Individual testing — Flow calibration under flowing conditions
5.2.1 General
A clamp-on USM may be calibrated against a volumetric reference to demonstrate that it meets the
manufacturer specification under ideal conditions. Results are based on the measurement setup and
conditions during calibration. The specific measurement setups and conditions shall be considered when
calibration results will be used in any other application.
One of the main advantages of clamp-on USMs is that they can be retrofitted to existing pipework to measure
the flow. If required, a clamp-on flowmeter can be calibrated as a package when the device is attached to a
pipe spool. This pipe should be preferably supplied by the end user. However, if the device is dissembled
from the pipe the calibration of the “package" is no longer valid and this should be stated on the calibration
certificate.
[9]
A flow calibration in a laboratory working to ISO/IEC 17025 can be used to assess the influencing factors
due to operating conditions in the piping system. The flow calibration del
...

Norme
internationale
ISO 24062
Première édition
Mesurage du débit des fluides
2023-12
dans les conduites fermées —
Débitmètres non intrusifs à
ultrasons à temps de transit pour
les liquides et les gaz
Measurement of fluid flow in closed conduits — Clamp-on
ultrasonic transit-time meters for liquids and gases
Numéro de référence
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Grandeurs . .1
3.2 Conception des débitmètres .2
3.3 Conditions thermodynamiques .2
3.4 Statistiques .3
3.5 Étalonnage .5
3.6 Symboles et indices .5
4 Principe de mesure . 6
4.1 Généralités .6
4.2 Description générale .6
4.2.1 Transducteurs .8
4.2.2 Configurations du trajet ultrasonore .9
4.2.3 Fonctionnalité de l’unité électronique .10
4.3 Considérations particulières .11
4.3.1 Gaz .11
4.3.2 Températures extrêmes .11
4.4 Mesurages supplémentaires .11
4.4.1 Débit-volume standard .11
4.4.2 Flux thermique . 12
4.4.3 Débit massique . 12
5 Étalonnage et essai .12
5.1 Généralités . 12
5.2 Essais individuels — Étalonnage en débit dans des conditions d’écoulement . 12
5.2.1 Généralités . 12
5.2.2 Étalonnage en débit en laboratoire . 13
6 Installation . 14
6.1 Généralités .14
6.2 Emplacement d’installation .14
6.2.1 Exigences de longueur droite de conduite en amont et en aval et configuration
du trajet ultrasonore . .14
6.3 Programmation du transmetteur . . 15
6.4 Données d’entrée de pression et de température .16
6.5 Installation du transducteur .16
6.5.1 Type de transducteur .16
6.5.2 Orientation du transducteur .16
6.5.3 Couplage .16
6.5.4 Montage du transducteur .17
6.6 Considérations relatives au gaz .19
6.7 Câble .19
6.8 Effets supplémentaires liés à l’installation .19
6.8.1 Écoulement non permanent .19
6.8.2 Contamination par la phase secondaire .19
6.8.3 Vibrations . 20
6.8.4 Isolation thermique . 20
6.8.5 Stratification . 20
6.8.6 Considérations relatives au signal de rugosité de la paroi .21
6.8.7 Fluides non newtoniens .21
6.9 Diagnostic opérationnel .21
6.9.1 Vitesse du son dans le fluide .21

iii
6.9.2 Gain.21
6.9.3 Rapport signal/bruit . 22
7 Maintenance .22
8 Incertitude de mesure.22
8.1 Généralités . 22
8.2 Modèle mathématique . 23
8.3 Évaluation des variances contributives .24
8.3.1 Incertitude de mesure de l’aire de la section transversale, u(A) .24
8.3.2 Incertitude de mesure du facteur de correction du profil de vitesse, u(K ) . 26
p
8.3.3 Incertitude de mesure du facteur de géométrie du trajet ultrasonore, u(K ) et
g
du temps . 26
8.3.4 Incertitude de mesure du temps . 26
8.3.5 Incertitude de mesure du temps de retard, u(t ) .27
8.3.6 Effet de plusieurs trajets ultrasonores .27
8.4 Effets supplémentaires sur l’incertitude de mesure .27
8.4.1 Effet du matériau de la conduite sur la vitesse du son .27
8.4.2 Effet de la vitesse du son dans le fluide . 28
8.4.3 Reproductibilité du montage du transmetteur . 28
8.4.4 Influences extérieures . 28
Annexe A (informative) Exemples de calcul de l’incertitude de mesure .29
Bibliographie .36

iv
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n’avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l’adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de
brevets.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de
l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les
conduites fermées, sous-comité SC 5, Méthodes de vitesse et massiques.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.

v
Introduction
Les débitmètres à ultrasons non intrusifs (de type accrochable) sont devenus l’une des technologies de
mesure de débit reconnues pour une large gamme d’applications, y compris les mesures du processus et
de contrôle. Les dispositifs non intrusifs présentent également des caractéristiques pertinentes pour
l’économie, la sécurité et l’environnement. La technologie à ultrasons présente des caractéristiques
inhérentes, telles que l’absence de perte de charge et une plage de fonctionnement étendue. Les débitmètres
à ultrasons peuvent fournir des informations de diagnostic qui rendent possible la démonstration du bon
fonctionnement d’un débitmètre à ultrasons vis-à-vis de ses spécifications techniques.
Le présent document fournit une description des débitmètres non intrusifs (de type accrochable),
des domaines d’application types ainsi que des données qu’il convient d’utiliser pour évaluer les
performances attendues en matière d’erreurs, de répétabilité et de reproductibilité lorsqu’ils sont utilisés
dans des conditions opérationnelles idéales et non idéales.

vi
Norme internationale ISO 24062:2023(fr)
Mesurage du débit des fluides dans les conduites fermées —
Débitmètres non intrusifs à ultrasons à temps de transit pour
les liquides et les gaz
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les exigences et recommandations relatives aux débitmètres à ultrasons non
intrusifs (de type accrochable), qui utilisent le temps de transit des signaux ultrasonores pour mesurer le
débit-volume dans les conduites fermées. Les débitmètres à temps de transit sont principalement utilisés
pour les fluides monophasiques (liquides et gaz), mais peuvent également être utilisés lorsque d’autres
phases sont présentes en petites quantités.
Le présent document spécifie les caractéristiques de performances, d’étalonnage et de sortie, et traite des
conditions d’installation.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 4006 ainsi que les suivants
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1 Grandeurs
3.1.1
débit-volume
q
V
dV
q =
V
dt
où
V est le volume;
t est le temps
[2]
[SOURCE: ISO 80000-4:2006, 4-31 ]

3.1.2
vitesse moyenne d’écoulement
v
p
débit-volume (3.1.1) divisé par l’aire de la section transversale de la conduite
3.1.3
vitesse le long du trajet
v
l
vitesse moyenne du fluide le long d’un trajet ultrasonore (corde)
3.1.4
nombre de Reynolds
Re
D
paramètre sans dimension, exprimant le rapport entre les forces d’inertie et les forces de viscosité dans le
fluide:
ρvvDD
AA
Re ==
D
μν
kv
où
ρ est la densité;
v est la vitesse moyenne de l’écoulement;
A
D est le diamètre intérieur de la conduite;
μ est la viscosité dynamique;
ν est la viscosité cinématique
kv
3.2 Conception des débitmètres
3.2.1
trajet ultrasonore
corde
trajet parcouru par un signal ultrasonore entre une paire de transducteurs à ultrasons
3.2.2
unité électronique
partie du débitmètre qui contrôle les transducteurs, convertit les signaux en débit et fournit les résultats
(voir 4.2.3)
3.3 Conditions thermodynamiques
3.3.1
conditions de mesure
conditions, au point de mesure, du fluide dont le débit-volume doit être mesuré
Note 1 à l'article: Ces conditions sont également appelées «conditions d’utilisation» ou «conditions réelles».
3.3.2
conditions standard
conditions de température et de pression utilisées lors du mesurage du volume de fluide, de sorte que le
volume standard corresponde au volume qui serait occupé par une quantité de fluide si le fluide se trouve à
une température et une pression standard
Note 1 à l'article: Les conditions standard peuvent être définies par les réglementations ou par contrat.
Note 2 à l'article: Alternatives non recommandées: conditions de référence, conditions de base, conditions normales,
[3]
etc. (voir l’ISO 91 ).
Note 3 à l'article: Les conditions standard et de mesure se réfèrent uniquement au volume du fluide à mesurer
ou au volume indiqué et il convient de ne pas les confondre avec les conditions d’utilisation évaluées ou les
[4]
conditions de référence (voir Guide ISO/IEC 99:2007, 4.9 et 4.11 ), qui se réfèrent aux grandeurs d’influence (voir
[4]
Guide ISO/IEC 99:2007, 2.52 ).
3.4 Statistiques
3.4.1
erreur
différence entre la valeur mesurée d’une grandeur et une valeur de référence
[4]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.16 ]
3.4.2
répétabilité (des résultats des mesurages)
étroitesse de l’accord entre les résultats des mesurages successifs du même mesurande, mesurages effectués
dans la totalité des mêmes conditions de mesure
Note 1 à l'article: Ces conditions sont appelées conditions de répétabilité.
Note 2 à l'article: Les conditions de répétabilité comprennent:
— même mode opératoire;
— même observateur;
— même instrument de mesure, utilisé dans les mêmes conditions;
— même lieu;
— répétition durant une courte période.
Note 3 à l'article: La répétabilité peut s’exprimer quantitativement à l’aide des caractéristiques de dispersion des
résultats.
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, B.2.15 ]
3.4.3
reproductibilité (des résultats des mesurages)
étroitesse de l’accord entre les résultats des mesurages du même mesurande, mesurages effectués en faisant
varier les conditions de mesure
Note 1 à l'article: Pour qu’une expression de la reproductibilité soit valable, il est nécessaire de spécifier les conditions
que l’on fait varier.
Note 2 à l'article: Les conditions que l’on fait varier peuvent comprendre:
— principe de mesure;
— méthode de mesure;
— observateur;
— instrument de mesure;
— étalon de référence;
— lieu;
— conditions d’utilisation;
— temps.
Note 3 à l'article: La reproductibilité peut s’exprimer quantitativement à l’aide des caractéristiques de dispersion des
résultats.
Note 4 à l'article: Les résultats considérés ici sont habituellement les résultats corrigés.
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, B.2.16 ]
3.4.4
résolution
plus petite différence d’indications d’un débitmètre qui peut être perçue de manière significative
3.4.5
lecture à débit nul
lecture du débitmètre lorsque le fluide est au repos, c’est-à-dire lorsque les composantes de vitesse axiale et
non axiale sont nécessairement nulles
3.4.6
incertitude (de mesure)
paramètre, associé au résultat d’un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient
raisonnablement être attribuées au mesurande
Note 1 à l'article: Le paramètre peut être, par exemple, un écart-type (ou un multiple de celui-ci) ou la demi-largeur
d’un intervalle de niveau de confiance déterminé.
Note 2 à l'article: L’incertitude de mesure comprend, en général, plusieurs composantes. Certaines peuvent être
évaluées à partir de la distribution statistique des résultats de séries de mesurages et peuvent être caractérisées par
des écarts-types expérimentaux. Les autres composantes, qui peuvent aussi être caractérisées par des écarts-types,
sont évaluées en admettant des lois de probabilité, d’après l’expérience acquise ou d’après d’autres informations.
Note 3 à l'article: Il est entendu que le résultat du mesurage est la meilleure estimation de la valeur du mesurande,
et que toutes les composantes de l’incertitude, y compris celles qui proviennent d’effets systématiques, telles que les
composantes associées aux corrections et aux étalons de référence, contribuent à la dispersion.
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, B.2.18 ]
3.4.7
incertitude-type
u
incertitude du résultat d’un mesurage exprimée sous la forme d’un écart-type
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.1 ]
3.4.8
incertitude élargie
U
grandeur définissant un intervalle autour du résultat d’un mesurage, dont on peut s’attendre à ce qu’il
comprenne une fraction élevée de la distribution des valeurs qui pourraient être attribuées raisonnablement
au mesurande
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.5 ]
Note 1 à l'article: La fraction élevée est normalement de 95 % et est généralement associée à un facteur d’élargissement
k = 1,96.
Note 2 à l'article: L’incertitude élargie est souvent appelée l’incertitude.
3.4.9
facteur d’élargissement
facteur numérique utilisé comme multiplicateur de l’incertitude-type pour obtenir l’incertitude élargie
(3.4.8)
[5]
[SOURCE: ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.6 ]

3.5 Étalonnage
3.5.1
étalonnage en débit
étalonnage d’un débitmètre par rapport à une référence à l’aide d’un fluide s’écoulant par le débitmètre
3.6 Symboles et indices
La liste des symboles et indices utilisés dans le présent document est donnée dans les Tableaux 1 et 2.
Tableau 1 — Symboles
a
Grandeur Symbole Dimension Unité SI
2 2
Aire de la section transversale de la conduite A L m
−1
Vitesse du son dans le fluide c LT m/s
Diamètre intérieur de la conduite D L m
i
Diamètre extérieur de la conduite D L m
e
Nombres entiers (1, 2, 3…) i,j,n — 1
Facteur d’étalonnage K — 1
b −1c b c
Facteur de géométrie du trajet ultrasonore K L ou LT m ou m/s
g
Facteur de correction du profil de vitesse K — 1
p
Distance minimale par rapport à une perturbation de l’écoulement
l L m
min
spécifique en amont
Longueur du trajet l L m
p
−1 −2
Pression absolue p ML T Pa
3 −1 3
Débit-volume q L T m /s
V
Nombre de Reynolds rapporté à la conduite Re — 1
D
Temps de transit t T s
tr
Retard t T s
−1 − −1
Compressibilité Z M LT Pa
Épaisseur de paroi de la conduite δ L m
−1 −1
Viscosité dynamique μ ML T Pa s
2 −1 2
Viscosité cinématique ν L T m /s
kv
−3 3
Masse volumique du fluide ρ ML kg/m
Angle entre le trajet ultrasonore et l’axe de la conduite ϕ — rad
a
M = masse, L = longueur, T = temps, Θ = température.
b
Configuration sans réfraction.
c
Configuration avec réfraction.
Tableau 2 — Indices
Indice Signification
cal dans des conditions d’étalonnage
mes mesuré (sans correction)
op dans des conditions opérationnelles
vrai réel (avec correction)
4 Principe de mesure
4.1 Généralités
Le présent paragraphe est une description générique des débitmètres à ultrasons pour les liquides et les gaz.
Il reconnaît les possibilités de variation au sein des conceptions commerciales et le potentiel de nouveaux
développements. Pour les besoins de la description, les débitmètres à ultrasons sont considérés comme
étant constitués de plusieurs composants, à savoir:
a) les transducteurs et dispositifs de montage;
b) l’unité électronique de traitement et d’affichage des données.
4.2 Description générale
Les débitmètres à ultrasons à temps de transit de type acrochable permettent de réaliser des mesurages non
intrusifs. La Figure 1 décrit la configuration du système de base pour démontrer le principe. Une paire de
transducteurs est située à l’extérieur de la conduite. Les transducteurs fonctionnent alternativement en tant
qu’émetteur et récepteur. Les impulsions ultrasonores sont envoyées à travers le fluide, dans le sens de
l’écoulement, ainsi que dans le sens inverse. Le temps de transit t du signal ultrasonore se propageant
me_dn
dans le sens de l’écoulement (vers l’aval) est plus court que le temps de transit t du signal se propageant
me_up
dans le sens inverse de l’écoulement (vers l’amont). La vitesse moyenne de l’écoulement, v , sur le trajet
l
[6]
ultrasonore est directement proportionnelle à la différence en temps de transit mesurée, Δt :
c
Δt
t
v = (1)
l
cosφ
tt+−2t
()
t
me_upme_dn 0
Le temps de retard t est la partie du temps de transit en dehors du fluide en circulation. La moyenne des
temps de transit mesurés en amont et en aval correspond au temps de transit t lorsque l’écoulement est
tr
nul:
tt=+t (2)
()
tr me__up me dn
L’angle φ et la vitesse du son c dans le sabot définissent les angles de propagation δ et φ dans la paroi de
t t
la conduite et le fluide conformément à la loi de Snell:
c c
c
t Δ
K == = (3)
g
coscφφos cosφ
t δ
[6]
K peut être désigné comme étant le facteur de géométrie du trajet ultrasonore, conformément à. Le signal
g
ultrasonore est décalé dans la direction axiale tout en se propageant à travers le fluide en circulation.
K définit le rapport entre le décalage et la différence de temps mesurée. Avec les Formules (2) et (3), la
g
Formule (1) donne:
Δt
vK= (4)
l g
2()tt−
tr 0
Lorsque plusieurs trajets sont installés, une somme pondérée des vitesses le long de chaque trajet est
calculée.
La vitesse moyenne est obtenue en appliquant un facteur de correction du profil de vitesse, K , qui exprime
p
la relation entre la vitesse moyenne v et la vitesse mesurée le long du trajet ν :
A l
vK=⋅ν (5)
Alp
Le facteur de correction du profil de vitesse K est calculé par le débitmètre sur la base d’un modèle
p
empirique du profil d’écoulement en présumant un profil d’écoulement turbulent pleinement établi.
Le modèle est paramétré par le nombre de Reynolds et la rugosité de la paroi interne de la conduite.
L’influence des perturbations d’écoulement en amont peut être corrigée sur la base d’une évaluation
statistique expérimentale ou validée.
Le débit-volume est donné comme étant le produit de la vitesse moyenne par l’aire de la section transversale
A de la conduite:
qA=⋅ν (6)
VA
Avec les Formules (4), (5) et (6), la formule du débitmètre pour le débit-volume serait:
Δt
qA=⋅KK⋅ (7)
V pg
2 tt−
()
tr 0
Légende
ϕ angle incident du sabot
t
ϕ angle réfracté de la paroi de la conduite
δ
l longueur du trajet
p
ϕ angle entre le trajet ultrasonore et l’axe de la conduite
Figure 1 — Configuration du système de base du débitmètre non intrusif

4.2.1 Transducteurs
Les transducteurs sont les émetteurs et récepteurs du signal ultrasonore. Ils peuvent être fournis sous
différentes formes. En règle générale, ils comprennent un élément piézoélectrique avec raccordements
d’électrode et une structure mécanique de support qui permet le raccordement du processus.
La fréquence des transducteurs est définie par les matériaux utilisés et les dimensions. Dans le cas d’éléments
piézoélectriques, il s’agit des dimensions latérales et de l’épaisseur de cet élément.
La sélection d’une fréquence appropriée dépend de l’application, ainsi que principalement du diamètre
de la conduite. À titre de recommandation générale, il convient que la proportion de la longueur d’onde
ultrasonore par rapport au diamètre de la conduite soit maintenue dans une certaine plage. À mesure que
la longueur d’onde diminue avec l’augmentation de la fréquence, des fréquences plus basses sont utilisées
sur des conduites plus grandes et des fréquences plus élevées sur des conduites plus petites. De plus,
l’atténuation augmente avec la fréquence. Par conséquent, si le fluide présente une atténuation aux ultrasons
élevée, une fréquence inférieure peut être bénéfique. Un autre aspect est la résolution du mesurage temporel
qui augmente avec la fréquence. Se reporter aux recommandations du fabricant pour connaître le meilleur
choix pour une application particulière.
Il existe deux principaux types de transducteurs utilisés pour le mesurage non intrusif du débit à temps de
transit: à onde de cisaillement et à onde de Lamb. Les transducteurs à ondes de cisaillement sont les plus
couramment utilisés pour les applications liquides. Les transducteurs à ondes de cisaillement ou à onde de
Lamb peuvent en revanche être utilisés pour mesurer le débit de gaz.
Des dispositions types sont présentées à la Figure 1 et à la Figure 2. Pour mesurer la vitesse axiale,
le transducteur transmet des ondes ultrasonores à un angle non perpendiculaire par rapport à l’axe de la
conduite dans la direction d’un second transducteur ou d’un point de réflexion sur la paroi interne de la
conduite.
Les transducteurs à ondes de cisaillement (voir la Figure 2 a)) fonctionnent par transmission directe des
ultrasons à travers la conduite et le milieu et sont, par convention, la norme pour les débitmètres à ultrasons.
Ils sont appelés «à ondes de cisaillement», car ils sont conçus pour produire une onde de cisaillement dans
les conduites en acier ainsi que les matériaux de conduites présentant une vitesse du son similaire. Ils
sont toutefois adaptés à la plupart des matériaux de conduite ainsi qu’à la plupart des liquides et ne sont
pas limités par l’épaisseur de conduite, dans les limites individuelles de la capacité de l’instrument et de
l’application.
Les transducteurs à ondes de Lamb (voir la Figure 2 b)) impliquent que des signaux ultrasonores soient
générés dans la conduite à une fréquence appropriée vis-à-vis de sa paroi, la conduite participant ainsi à
la fois à l’émission et à la réception du signal. La surface utile de transmission de la paroi de la conduite
ainsi créée représente plusieurs fois la longueur du transducteur employé, ce qui donne des caractéristiques
de signal plus larges qui permettent par conséquent d’effectuer des mesurages sur une plage étendue de
conditions d’utilisation. Les transducteurs à ondes de Lamb ne conviennent pas pour le mesurage du débit
sur tous les matériaux de tuyau et présentent des limites d’épaisseur de la conduite.
a)  Configuration des ondes de cisaillement b)  Configuration des ondes de Lamb
Figure 2 — Configuration des ondes de cisaillement et de Lamb

Comme les transducteurs sont positionnés sur la surface externe de la conduite, le faisceau est toujours
réfracté. La géométrie d’un faisceau réfracté est régie par la loi de Snell comme indiqué dans la Formule (3).
La géométrie du faisceau détermine la position optimale du transducteur. Si les transducteurs ne sont pas
placés dans leur position optimale, l’incertitude de mesure augmente.
4.2.2 Configurations du trajet ultrasonore
4.2.2.1 Généralités
Bien que les débitmètres non intrusifs puissent être fournis avec les transducteurs montés sur une manchette
de raccordement selon les spécifications d’usine, ils sont généralement installés sur une conduite existante.
Les trajets ultrasonores sont soit des trajets directs tels que représentés à la Figure 3 a), soit des trajets
de réflexion comme représentés à la Figure 3 b). Les configurations à deux trajets sont représentées à la
Figure 3 c) et à la Figure 3 d). Les mesurages de vitesse effectués sur plusieurs trajets sont généralement
moins sensibles aux conditions d’écoulement en amont non idéales que ceux effectués sur un trajet unique.
Les trajets de réflexion et les trajets directs transversaux sont beaucoup moins sensibles aux composantes
de vitesse non axiale qu’un seul trajet direct (voir 6.2.1). L’effet des profils d’écoulement non symétriques
peut être atténué en installant plusieurs plans comme illustré à la Figure 3.
Afin d’augmenter le temps de transit dans le fluide, la réflexion multiple du signal au niveau de la paroi interne
de la conduite peut être utilisée. Au lieu de se composer uniquement de deux trajets, une configuration
réfléchie peut être constituée de quatre trajets ou plus. Avec une configuration de trajet direct, le nombre
de trajets peut être de trois ou plus. Cela permet d’augmenter la résolution lors du mesurage sur de petites
conduites.
Les différentes configurations de trajet peuvent être décrites comme suit.
4.2.2.2 Même côté
Il est fait référence à cette configuration de différentes manières, la «réflexion» étant l’une d’entre elles
(Figure 3 b)). Elle peut également être définie par le nombre de réflexions du signal ultrasonore à l’intérieur
de la conduite: «V» ou «deux trajets/passages» et «W» ou «quatre trajets/passages» sont des configurations
courantes.
4.2.2.3 Côté opposé
Cette configuration est parfois appelée «diagonale», «transversale» ou «directe» (Figure 3 a)). Elle est
parfois désignée par le nombre de «trajets/passages», tels que «1» ou «3». Un trajet/passage unique peut
également être appelé «mode Z».
Cette méthode peut être plus difficile, car l’emplacement des transducteurs n’est pas facilement visible sur la
circonférence de la conduite. Elle présente toutefois l’avantage de pouvoir maximiser le signal reçu disponible
en raccourcissant la longueur du trajet. Cela est particulièrement utile pour les liquides comportant une
teneur élevée en matières solides ou gazeuses.

a)  Trajets directs b)  Trajets de réflexion
c)  Trajets directs transversaux d)  Trajets à double réflexion
Figure 3 — Configurations des types de trajets ultrasonores
Un profil d’écoulement peut être représenté par un champ vectoriel. Les vecteurs peuvent être exprimés
comme la composition d’une composante axiale et d’une composante transversale. Avec un profil
d’écoulement entièrement développé, les composantes transversales sont nulles et les composantes axiales
sont symétriques par rotation. Toute perturbation provoque des composantes transversales, également
appelées écoulement transversal ou giratoire, ainsi que l’asymétrie des composantes axiales. La sensibilité
à de telles distorsions de profil dépend de la configuration du trajet. L’écoulement transversal est fortement
compensé par les configurations de trajet de réflexion, comme le montre la Figure 3. Les configurations
des trajets transversaux ont le même effet. Cependant, l’effet sur la composante axiale n’est pas compensé.
Les asymétries peuvent être réduites en installant plusieurs plans de mesurage, comme représenté à la
Figure 3 d).
4.2.3 Fonctionnalité de l’unité électronique
Outre les transducteurs, les débitmètres à ultrasons comprennent une unité électronique (parfois appelée
électronique du débitmètre ou transmetteur) qui remplit les fonctions suivantes:
— génération d’un signal pour piloter les transducteurs;
— réception et traitement du signal renvoyé par les transducteurs afin de déterminer les temps de transit;
— réalisation de calculs et de fonctions de diagnostic pour interpréter le signal traité;
— mise à disposition d’une interface utilisateur;
— affichage du débit.
L’unité peut être logée avec les transducteurs ou connectée à ceux-ci.

4.3 Considérations particulières
4.3.1 Gaz
Le principe de fonctionnement et la formule du débitmètre sont les mêmes pour les gaz et les liquides.
Il n’existe donc pas de différence principale entre le mesurage du débit de gaz et celui du débit des liquides.
Cependant, avec le gaz, l’amplitude du signal diminue lorsque la pression diminue. Par conséquent, les
fabricants spécifient une limite inférieure de pression.
L’amplitude du signal dépend de la perte du signal ultrasonore qui se produit lors de la propagation du
transducteur émetteur au transducteur récepteur en traversant les parois de la conduite et le fluide.
À chaque interface entre différents matériaux, une partie de l’énergie du signal est perdue par réflexion.
C’est ce qu’on appelle l’atténuation d’insertion. L’atténuation d’insertion dépend de la différence d’impédance
acoustique des matériaux des deux côtés de l’interface. L’impédance acoustique est le produit de la vitesse
et de la densité du son. La masse volumique du gaz est proportionnelle à la pression. Par conséquent,
l’atténuation d’insertion augmente lorsque la pression diminue.
Lors de la propagation dans le fluide, l’amplitude du signal diminue en raison de l’absorption. C’est ce qu’on
appelle l’atténuation de propagation. L’atténuation de propagation dans un gaz augmente lorsque sa pression
diminue.
Pour les mesurages non intrusifs sur des applications gaz et sur des applications liquides, la différence
réside dans le fait que la masse volumique d’un gaz (qui dépend de la pression du gaz) est très inférieure
à la masse volumique d’un liquide. Cela peut entraîner une atténuation d’insertion élevée qui augmente
lorsque la pression du gaz diminue. Avec une pression de gaz très basse, selon le type de gaz, l’atténuation de
propagation peut également être élevée.
4.3.2 Températures extrêmes
La plage de mesure du transducteur est définie par les matériaux utilisés pour le cristal piézoélectrique et
pour le sabot du transducteur. Une fois que la température sort de la plage de mesure des transducteurs,
ceux-ci ne sont plus capables de générer une impulsion ultrasonore et cessent de fonctionner.
Il peut donc être nécessaire que les fabricants proposent des solutions alternatives pour effectuer des
mesurages en dehors des plages habituelles d’utilisation, que ce soit au-delà ou en deçà de ces plages.
Une alternative consiste à utiliser une barrière thermique entre la surface de la conduite et la surface de
mesure du transducteur. Elle se présente généralement sous la forme d’une plaque ou d’une tige métallique
qui est reliée à la surface de la conduite, permettant ainsi la propagation
...