ISO 14164:1999
(Main)Stationary source emissions — Determination of the volume flowrate of gas streams in ducts — Automated method
Stationary source emissions — Determination of the volume flowrate of gas streams in ducts — Automated method
This International Standard describes the operating principles and the most important performance characteristics of automated flow-measuring systems for determining the volume flowrate in the ducts of stationary sources. Procedures to determine the performance characteristics of automated volume flow-measuring systems are also contained in this International Standard. The performance characteristics are general and not limited to specific measurement principles or instrument systems. NOTE Commercial systems which use the operating principles described and meet the requirements of this International Standard are readily available.
Émissions de sources fixes — Détermination du débit-volume des courants gazeux dans des conduites — Méthode automatisée
La présente Norme internationale décrit les principes de fonctionnement et les caractéristiques de performance les plus importantes des systèmes de mesurage automatiques destinés à déterminer le débit-volume dans les conduites de sources fixes. Les modes opératoires permettant de déterminer les caractéristiques de performance des systèmes automatiques de mesurage du débit-volume figurent également dans la présente Norme internationale. Les caractéristiques de performance sont d'ordre général et ne sont pas limitées à des principes spécifiques de mesurage ou à des systèmes spécifiques d'instrumentation. NOTE Des systèmes du commerce utilisant ces principes de fonctionnement et respectant les exigences de la présente Norme internationale sont disponibles.
Emisije nepremičnih virov – Določevanje volumskega pretoka plinskih tokov v odvodnikih – Avtomatska metoda
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14164
First edition
1999-04-01
Stationary source emissions —
Determination of the volume flowrate of gas
streams in ducts — Automated method
Émissions de sources fixes — Détermination du débit-volume des courants
gazeux dans des conduites — Méthode automatisée
A
Reference number
ISO 14164:1999(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 14164:1999(E)
Contents
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Measuring principles of commercially available AMS .3
5 Numerical performance characteristics and their applicability .6
6 Test report .6
Annex A (normative) Determination of the main performance characteristics .7
Annex B (informative) Additional performance characteristics .11
Bibliography.13
© ISO 1999
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Switzerland
Internet iso@iso.ch
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
© ISO
ISO 14164:1999(E)
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 14164 was prepared by Technical Committee ISO/TC 146, Air quality, Subcommittee
SC 1, Stationary source emissions.
Annex A forms a normative part of this International Standard. Annex B is for information only.
iii
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 14164:1999(E)
Stationary source emissions — Determination of the volume
flowrate of gas streams in ducts — Automated method
1 Scope
This International Standard describes the operating principles and the most important performance characteristics
of automated flow-measuring systems for determining the volume flowrate in the ducts of stationary sources.
Procedures to determine the performance characteristics of automated volume flow-measuring systems are also
contained in this International Standard.
The performance characteristics are general and not limited to specific measurement principles or instrument
systems.
NOTE Commercial systems which use the operating principles described and meet the requirements of this International
Standard are readily available.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 6879: 1995, Air quality — Performance characteristics and related concepts for air quality measuring methods.
ISO 7935:1992, Air quality — Stationary source emissions — Determination of mass concentration of sulfur
dioxide — Performance characteristics of automated measuring methods.
ISO 9096:1992, Stationary source emissions — Determination of concentration and mass flow rate of particulate
material in gas-carrying ducts — Manual gravimetric method.
ISO 9169:1994, Air quality — Determination of performance characteristics of measurement methods.
ISO 10155:1995, Stationary source emissions — Automated monitoring of mass concentrations of particles —
Performance characteristics, test methods and specifications.
ISO 10780:1994,
Air quality — Stationary source emissions — Measurement of velocity and volume rate of flow of
gas streams in ducts.
ISO 10849:1996, Stationary source emissions — Determination of the mass concentration of nitrogen oxides —
Performance characteristics and calibration of automated measuring systems.
1)
ISO 12039: — , Stationary source emissions — Determination of the volumetric concentration of CO, CO and
2
O — Performance characteristics and calibration of automated measuring systems.
2
1)
To be published.
1
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© ISO
ISO 14164:1999(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
3.1
automated flow-measuring system
AMS
system that may be attached to a duct to continuously measure and record the volume flow of a gas
3.2
analyzer
that part of an AMS that measures the parameters used to calculate the volume flow of a gas
3.3
duct
stack, chimney or final exit duct on a stationary process, used for the dispersion of residual process gases
3.4
comparative measurements
measurements of volume gas flow in the duct by the AMS under test (evaluation) and compared to volume flow
simultaneously determined in the same duct in accordance with ISO 10780
3.5
comparative method
method for determination of volume gas flow in a duct in accordance with ISO 10780
NOTE Since the purpose of the comparative test is to demonstrate that the AMS under test yields an accurate estimate of the
volume flow in the duct, it is necessary for the comparative method to measure the volume flow profile of the entire duct. An
AMS cannot be used as the comparative method because all AMS used for measuring volume flow measure the velocity in a
small area of the duct and then extrapolate this measurement to obtain the volume flow in the duct.
3.6
standard deviation
s
A
a measure of the working precision of the installed AMS
NOTE 1 It is derived using the differences between the pairs of volume flow values obtained by comparative testing of the
AMS against ISO 10780 on the basis that a statistically sufficient number of comparative measurements are taken over the
period of unattended operation (see annex A). The value of
s is expressed as a function of the full-scale range of the AMS and
A
is calculated on the assumption that is an estimate of the precision of a normally distributed set of measurements.
s
A
NOTE 2 Whenever possible, the comparative method should measure the same portion of the gas flow as the AMS.
NOTE 3 It is not possible to determine directly the standard deviation of an AMS in a laboratory, because wind tunnels do
not normally reproduce all the properties of stack gases and do not replicate all possible measurement conditions. This is the
reason the standard deviation is determined after the AMS has been installed in the duct. Applying the comparative method in
conjunction with the test for systematic errors (see A.4.2.3) ensures that the AMS has a satisfactory accuracy.
NOTE 4 In addition to random error, s contains the effect that local site variables such as changes in the gas steams
A
temperature, fluctuations in the electrical power supplied to the AMS and zero and span drift have on the overall precision of
the AMS. It also includes the standard deviation of the comparative method. s is an estimate of the upper limiting value for the
A
precision of the AMS.
NOTE 5 The procedure in this International Standard is suitable for finding the uncertainty of the data obtained from the
AMS, as long as the standard deviation of the measured values of the comparative method, s , is significantly smaller than the
C
standard deviation, s , of the difference between the pairs of measured values.
D
3.7
period of unattended operation
period for which given values of the performance characteristics of an instrument can be guaranteed to remain
within 95 % probability without servicing or adjustment
[ISO 6879]
2
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© ISO
ISO 14164:1999(E)
NOTE For long-term monitoring installations, a minimum of seven days of unattended operation is required.
3.8
response time
time it takes the AMS to display 90 % of the high-level calibration value on the data acquisition system, starting from
the time of initiation of the high-level calibration cycle
NOTE The response time may be determined either in the laboratory or after the AMS is installed.
3.9
stationary source emission
gas emitted by a stationary plant or process and transported to a duct for dispersion into the atmosphere
3.10
calibration
the setting and checking of the installed AMS before determining its performance characteristics or
before beginning any volume flow measurement
3.11
calibration function
correlation over the span range of the AMS between the volume flowrate of the duct as measured by the installed
AMS and as measured in accordance with the reference flowrate
NOTE 1 ISO 10780 is an example of a reference flow standard.
NOTE 2 A nonlinear calibration function is acceptable, provided this nonlinearity is compensated for in the output of the
AMS.
3.12
linearity
measure of the degree of agreement between the measurements of the comparative method (ISO 10780) and the
AMS when the differences between the AMS and the comparative method across a range of volume flows are
subjected to a linear regression
3.13
span
difference between the AMS output (reading) for a known flowrate and a zero flowrate
3.14
zero drift
change in the output of the AMS over a stated time interval when exposed to an unchanging zero flowrate
3.15
span drift
change in the output of the AMS over a stated time interval when exposed to an unchanging flowrate near the span
value
3.16
AMS location
point in the duct where the AMS is installed
4 Measuring principles of commercially available AMS
4.1 General
Most commercially available AMS operate on one of the following three principles: pressure differential, rate of heat
loss, or change in the speed of a sound wave. A brief description of each common type of AMS and the advantages
and disadvantages of each are presented below.
3
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© ISO
ISO 14164:1999(E)
Before selecting a specific type of AMS for installation, the characteristics of the flow profile shall be established at
the location in the duct where the AMS is to be installed (see clause A.2 in annex A). Volume flow-measuring AMS
systems should not be used in ducts where non-uniform, asymmetrical, developing, swirling and/or stratified flow is
present.
4.2 Differential pressure-sensing systems
4.2.1 Single Pitot tube methods
ISO 10780, the manual reference method for measuring velocity and volume flow in ducts, uses Pitot tubes, the
traditional means used to determine flow in ducts. A number of Pitot tubes are available, but the Type-S and Type-L
Pitot tubes specified in ISO 10780 are those used for the vast majority of flow measurements in ducts. Some Pitot
tube-based AMS simply combine devices which continuously record the pressure differential and the stack
temperature, an automated data reduction system such as a data-logger or a computer, and a Pitot tube to yield a
continuous measurement of flowrate.
Pitot tubes use the temperature of the gas stream and the difference in pressure measured at two or more points on
the Pitot’s surface to determine the velocity of the gas stream at individual points across a cross-section of the duct.
The volume flowrate is then determined by multiplying the average velocity across the cross-section by the area of
this cross-section.
These systems are simple and relatively inexpensive to install, operate and maintain, but are subject to the same
errors as the Pitot tubes described in clause 6 of ISO 10780:1994. For example, unless special precautions are
taken, Pitot tubes can give erroneous results when used to measure gas streams having any of the following
conditions:
a) Reynolds numbers less than 1 200;
b) velocities less than 5 m/s or greater than 50 m/s;
c) cyclonic or angular flow;
d) irregular pressure fluctuations; and
e) high concentrations of particles and/or aerosols.
These latter two problem areas frequently can be avoided by ensuring that the Pitot tube does not vibrate and by
periodically back-purging through the Pitot tube. Gas stream pressure fluctuations can be compensated for by
employing a damping device in the measurement system.
4.2.2 Multiple-point Pitot tube (MPPT) method
The MPPT is a modified form of the Pitot tube; it contains three or more openings (ports) in a pipe, located at the
traverse points corresponding to the centres of equal areas of the stack cross-section. The openings facing in the
direction of flow give the average impact pressure across the stack diameter, while those facing away from the
direction of flow give the average wake pressure. A divider in the centre of the tube separates the two pressure legs
of the MPPT. The average impact and wake pressures are compared using an electrical pressure transducer or
other differential pressure-sensing device. Since the orifice locations are different for each installation, stack
dimensions shall be carefully specified before the MPPT is constructed.
AMS systems based on the MPPT approach suffer from the same limitations as the single-Pitot AMS systems. They
can also yield erroneous measurements where the velocity varies substantially across the duct. This latter error
results because secondary flows in the MPPT affect the average pressure differentials measured.
4.3 Temperature-sensing systems
These systems, which are frequently referred to as thermal anemometers, operate on the phenomenon that a
flowing gas can cool a heated body. The most widely used systems employ two thermal convection mass flow
sensors; one of which is heated and the other maintained at ambient temperature. Both sensors are inserted into
the gas stream. The temperature differential (measured in terms of voltage or current) between the two sensors is
used to determine the flowrate of the gas stream.
4
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© ISO
ISO 14164:1999(E)
Two basic types of thermal convection mass flow sensors are in general use today: the constant-power sensor (CP)
and the constant-temperature sensor (CT). The CP-based systems are not widely used because they:
a) are slow to respond to changes in velocity and temperature;
b) do not have a stable “zero”; and
c) have a limited range of temperature compensation.
Because of the above limitations, most thermal-differential AMS systems use the CT approach. In this system, a
solid-state feedback control circuit is used to maintain the heated sensor at a constant temperature. The current
required to maintain this temperature is measured and converted to mass flow units based on calculations which
employ the transport properties of the gas stream. CT-based systems have a much faster response to velocity
changes than CP systems, because in the CT-based system only the outer surface of the heated sensor is
dependent on its thermal inertia, that is, the centre is already at constant temperature. CT-based systems usually
have response times of 5 s or less.
Temperature-differential-based AMS have the following advantages: high-level electronic signal output; accurate at
very low gas-stream velocities; no moving parts; and good repeatability from 0 °C to 450 °C. However, the output of
the sensor is not linear, and it is necessary to fine-tune the factory-calibrated AMS after it is installed to compensate
for differences between the properties of the actual gas stream and the gas stream generated in the manufacturer's
wind tunnel at the factory. This fine-tuning is generally done using one of the Pitot tubes described in ISO 10780.
Thermal sensor-based AMS cannot be used in ducts where condensing liquid droplets are present in the gas
stream, nor can they be used in cases where the velocity vector of the gas stream differs by more than 10° from the
duct’s primary axis. Buildup of particulate coating on the sensor or corrosion can also cause significant
measurement error.
Suppliers of thermal sensor-based AMS generally recommend installing and operating the AMS for a minimum of
seven days before attempting to fine-tune the AMS. This allows the AMS sensors and electronics to come to
equilibration with conditions in the duct.
Most of these AMS use multiple sensors located at predetermined points in the duct to yield an average velocity for
the gas stream. This average velocity is multiplied by the stack cross-section to yield the volume flowrate of the gas
in the duct. Since each sensor makes an independent measurement, multi-sensor systems can be used to monitor
the distribution of the gas flow across the cross-section of the duct.
4.4 Sound-based systems
These systems determine flowrate by comparing the time it takes for a sound pulse to travel in the general direction
of gas flow to the time it takes for an identical sound pulse to travel along the same path in the opposite direction. In
this type of AMS, two transceivers are located opposite each other on the stack and offset at a known angle. In
each transceiver, a piezoelectric transducer transmits ultrasonic pulses to the opposite transceiver. Each transducer
converts electrical signals to acoustic signals and acoustic signals to electrical signals. The speed at which the
pulse crosses the stack is dependent upon whether it travels with or against the flow.
Since this type of AMS transmits the sound pulse across the stack, it is extremely important to confirm that there are
no obstructions present that will interfere with the passage of the pulses across the duct. For highest accuracy, it is
also important to locate the AMS at a point where vibration in the duct walls is not present and to ensure that the
optical windows remain clean. However, if an air purge is used to keep the transceivers clean, care shall be taken to
correct the AMS response for any effect the purge air has on the gas velocity near the transceivers.
These systems have the following advantages: non-intrusive measurement, no moving parts, easily accessible
components and stable precision over a wide range of flowrates.
5
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© ISO
ISO 14164:1999(E)
5 Numerical performance characteristics and their applicability
Table 1 gives the performance characteristics for automated flow-measuring systems. These performance
characteristics were derived from tests done on commercially-available AMS which utilize one of the three operating
principles described above.
When measured in accordance
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 14164:1999
01-september-1999
(PLVLMHQHSUHPLþQLKYLURY±'RORþHYDQMHYROXPVNHJDSUHWRNDSOLQVNLKWRNRYY
RGYRGQLNLK±$YWRPDWVNDPHWRGD
Stationary source emissions -- Determination of the volume flowrate of gas streams in
ducts -- Automated method
Émissions de sources fixes -- Détermination du débit-volume des courants gazeux dans
des conduites -- Méthode automatisée
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 14164:1999
ICS:
13.040.40 (PLVLMHQHSUHPLþQLKYLURY Stationary source emissions
SIST ISO 14164:1999 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 14164:1999
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SIST ISO 14164:1999
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14164
First edition
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Stationary source emissions —
Determination of the volume flowrate of gas
streams in ducts — Automated method
Émissions de sources fixes — Détermination du débit-volume des courants
gazeux dans des conduites — Méthode automatisée
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ISO 14164:1999(E)
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SIST ISO 14164:1999
ISO 14164:1999(E)
Contents
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Measuring principles of commercially available AMS .3
5 Numerical performance characteristics and their applicability .6
6 Test report .6
Annex A (normative) Determination of the main performance characteristics .7
Annex B (informative) Additional performance characteristics .11
Bibliography.13
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member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
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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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 14164 was prepared by Technical Committee ISO/TC 146, Air quality, Subcommittee
SC 1, Stationary source emissions.
Annex A forms a normative part of this International Standard. Annex B is for information only.
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Stationary source emissions — Determination of the volume
flowrate of gas streams in ducts — Automated method
1 Scope
This International Standard describes the operating principles and the most important performance characteristics
of automated flow-measuring systems for determining the volume flowrate in the ducts of stationary sources.
Procedures to determine the performance characteristics of automated volume flow-measuring systems are also
contained in this International Standard.
The performance characteristics are general and not limited to specific measurement principles or instrument
systems.
NOTE Commercial systems which use the operating principles described and meet the requirements of this International
Standard are readily available.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 6879: 1995, Air quality — Performance characteristics and related concepts for air quality measuring methods.
ISO 7935:1992, Air quality — Stationary source emissions — Determination of mass concentration of sulfur
dioxide — Performance characteristics of automated measuring methods.
ISO 9096:1992, Stationary source emissions — Determination of concentration and mass flow rate of particulate
material in gas-carrying ducts — Manual gravimetric method.
ISO 9169:1994, Air quality — Determination of performance characteristics of measurement methods.
ISO 10155:1995, Stationary source emissions — Automated monitoring of mass concentrations of particles —
Performance characteristics, test methods and specifications.
ISO 10780:1994,
Air quality — Stationary source emissions — Measurement of velocity and volume rate of flow of
gas streams in ducts.
ISO 10849:1996, Stationary source emissions — Determination of the mass concentration of nitrogen oxides —
Performance characteristics and calibration of automated measuring systems.
1)
ISO 12039: — , Stationary source emissions — Determination of the volumetric concentration of CO, CO and
2
O — Performance characteristics and calibration of automated measuring systems.
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1)
To be published.
1
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3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
3.1
automated flow-measuring system
AMS
system that may be attached to a duct to continuously measure and record the volume flow of a gas
3.2
analyzer
that part of an AMS that measures the parameters used to calculate the volume flow of a gas
3.3
duct
stack, chimney or final exit duct on a stationary process, used for the dispersion of residual process gases
3.4
comparative measurements
measurements of volume gas flow in the duct by the AMS under test (evaluation) and compared to volume flow
simultaneously determined in the same duct in accordance with ISO 10780
3.5
comparative method
method for determination of volume gas flow in a duct in accordance with ISO 10780
NOTE Since the purpose of the comparative test is to demonstrate that the AMS under test yields an accurate estimate of the
volume flow in the duct, it is necessary for the comparative method to measure the volume flow profile of the entire duct. An
AMS cannot be used as the comparative method because all AMS used for measuring volume flow measure the velocity in a
small area of the duct and then extrapolate this measurement to obtain the volume flow in the duct.
3.6
standard deviation
s
A
a measure of the working precision of the installed AMS
NOTE 1 It is derived using the differences between the pairs of volume flow values obtained by comparative testing of the
AMS against ISO 10780 on the basis that a statistically sufficient number of comparative measurements are taken over the
period of unattended operation (see annex A). The value of
s is expressed as a function of the full-scale range of the AMS and
A
is calculated on the assumption that is an estimate of the precision of a normally distributed set of measurements.
s
A
NOTE 2 Whenever possible, the comparative method should measure the same portion of the gas flow as the AMS.
NOTE 3 It is not possible to determine directly the standard deviation of an AMS in a laboratory, because wind tunnels do
not normally reproduce all the properties of stack gases and do not replicate all possible measurement conditions. This is the
reason the standard deviation is determined after the AMS has been installed in the duct. Applying the comparative method in
conjunction with the test for systematic errors (see A.4.2.3) ensures that the AMS has a satisfactory accuracy.
NOTE 4 In addition to random error, s contains the effect that local site variables such as changes in the gas steams
A
temperature, fluctuations in the electrical power supplied to the AMS and zero and span drift have on the overall precision of
the AMS. It also includes the standard deviation of the comparative method. s is an estimate of the upper limiting value for the
A
precision of the AMS.
NOTE 5 The procedure in this International Standard is suitable for finding the uncertainty of the data obtained from the
AMS, as long as the standard deviation of the measured values of the comparative method, s , is significantly smaller than the
C
standard deviation, s , of the difference between the pairs of measured values.
D
3.7
period of unattended operation
period for which given values of the performance characteristics of an instrument can be guaranteed to remain
within 95 % probability without servicing or adjustment
[ISO 6879]
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SIST ISO 14164:1999
© ISO
ISO 14164:1999(E)
NOTE For long-term monitoring installations, a minimum of seven days of unattended operation is required.
3.8
response time
time it takes the AMS to display 90 % of the high-level calibration value on the data acquisition system, starting from
the time of initiation of the high-level calibration cycle
NOTE The response time may be determined either in the laboratory or after the AMS is installed.
3.9
stationary source emission
gas emitted by a stationary plant or process and transported to a duct for dispersion into the atmosphere
3.10
calibration
the setting and checking of the installed AMS before determining its performance characteristics or
before beginning any volume flow measurement
3.11
calibration function
correlation over the span range of the AMS between the volume flowrate of the duct as measured by the installed
AMS and as measured in accordance with the reference flowrate
NOTE 1 ISO 10780 is an example of a reference flow standard.
NOTE 2 A nonlinear calibration function is acceptable, provided this nonlinearity is compensated for in the output of the
AMS.
3.12
linearity
measure of the degree of agreement between the measurements of the comparative method (ISO 10780) and the
AMS when the differences between the AMS and the comparative method across a range of volume flows are
subjected to a linear regression
3.13
span
difference between the AMS output (reading) for a known flowrate and a zero flowrate
3.14
zero drift
change in the output of the AMS over a stated time interval when exposed to an unchanging zero flowrate
3.15
span drift
change in the output of the AMS over a stated time interval when exposed to an unchanging flowrate near the span
value
3.16
AMS location
point in the duct where the AMS is installed
4 Measuring principles of commercially available AMS
4.1 General
Most commercially available AMS operate on one of the following three principles: pressure differential, rate of heat
loss, or change in the speed of a sound wave. A brief description of each common type of AMS and the advantages
and disadvantages of each are presented below.
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ISO 14164:1999(E)
Before selecting a specific type of AMS for installation, the characteristics of the flow profile shall be established at
the location in the duct where the AMS is to be installed (see clause A.2 in annex A). Volume flow-measuring AMS
systems should not be used in ducts where non-uniform, asymmetrical, developing, swirling and/or stratified flow is
present.
4.2 Differential pressure-sensing systems
4.2.1 Single Pitot tube methods
ISO 10780, the manual reference method for measuring velocity and volume flow in ducts, uses Pitot tubes, the
traditional means used to determine flow in ducts. A number of Pitot tubes are available, but the Type-S and Type-L
Pitot tubes specified in ISO 10780 are those used for the vast majority of flow measurements in ducts. Some Pitot
tube-based AMS simply combine devices which continuously record the pressure differential and the stack
temperature, an automated data reduction system such as a data-logger or a computer, and a Pitot tube to yield a
continuous measurement of flowrate.
Pitot tubes use the temperature of the gas stream and the difference in pressure measured at two or more points on
the Pitot’s surface to determine the velocity of the gas stream at individual points across a cross-section of the duct.
The volume flowrate is then determined by multiplying the average velocity across the cross-section by the area of
this cross-section.
These systems are simple and relatively inexpensive to install, operate and maintain, but are subject to the same
errors as the Pitot tubes described in clause 6 of ISO 10780:1994. For example, unless special precautions are
taken, Pitot tubes can give erroneous results when used to measure gas streams having any of the following
conditions:
a) Reynolds numbers less than 1 200;
b) velocities less than 5 m/s or greater than 50 m/s;
c) cyclonic or angular flow;
d) irregular pressure fluctuations; and
e) high concentrations of particles and/or aerosols.
These latter two problem areas frequently can be avoided by ensuring that the Pitot tube does not vibrate and by
periodically back-purging through the Pitot tube. Gas stream pressure fluctuations can be compensated for by
employing a damping device in the measurement system.
4.2.2 Multiple-point Pitot tube (MPPT) method
The MPPT is a modified form of the Pitot tube; it contains three or more openings (ports) in a pipe, located at the
traverse points corresponding to the centres of equal areas of the stack cross-section. The openings facing in the
direction of flow give the average impact pressure across the stack diameter, while those facing away from the
direction of flow give the average wake pressure. A divider in the centre of the tube separates the two pressure legs
of the MPPT. The average impact and wake pressures are compared using an electrical pressure transducer or
other differential pressure-sensing device. Since the orifice locations are different for each installation, stack
dimensions shall be carefully specified before the MPPT is constructed.
AMS systems based on the MPPT approach suffer from the same limitations as the single-Pitot AMS systems. They
can also yield erroneous measurements where the velocity varies substantially across the duct. This latter error
results because secondary flows in the MPPT affect the average pressure differentials measured.
4.3 Temperature-sensing systems
These systems, which are frequently referred to as thermal anemometers, operate on the phenomenon that a
flowing gas can cool a heated body. The most widely used systems employ two thermal convection mass flow
sensors; one of which is heated and the other maintained at ambient temperature. Both sensors are inserted into
the gas stream. The temperature differential (measured in terms of voltage or current) between the two sensors is
used to determine the flowrate of the gas stream.
4
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SIST ISO 14164:1999
© ISO
ISO 14164:1999(E)
Two basic types of thermal convection mass flow sensors are in general use today: the constant-power sensor (CP)
and the constant-temperature sensor (CT). The CP-based systems are not widely used because they:
a) are slow to respond to changes in velocity and temperature;
b) do not have a stable “zero”; and
c) have a limited range of temperature compensation.
Because of the above limitations, most thermal-differential AMS systems use the CT approach. In this system, a
solid-state feedback control circuit is used to maintain the heated sensor at a constant temperature. The current
required to maintain this temperature is measured and converted to mass flow units based on calculations which
employ the transport properties of the gas stream. CT-based systems have a much faster response to velocity
changes than CP systems, because in the CT-based system only the outer surface of the heated sensor is
dependent on its thermal inertia, that is, the centre is already at constant temperature. CT-based systems usually
have response times of 5 s or less.
Temperature-differential-based AMS have the following advantages: high-level electronic signal output; accurate at
very low gas-stream velocities; no moving parts; and good repeatability from 0 °C to 450 °C. However, the output of
the sensor is not linear, and it is necessary to fine-tune the factory-calibrated AMS after it is installed to compensate
for differences between the properties of the actual gas stream and the gas stream generated in the manufacturer's
wind tunnel at the factory. This fine-tuning is generally done using one of the Pitot tubes described in ISO 10780.
Thermal sensor-based AMS cannot be used in ducts where condensing liquid droplets are present in the gas
stream, nor can they be used in cases where the velocity vector of the gas stream differs by more than 10° from the
duct’s primary axis. Buildup of particulate coating on the sensor or corrosion can also cause significant
measurement error.
Suppliers of thermal sensor-based AMS generally recommend installing and operating the AMS for a minimum of
seven days before attempting to fine-tune the AMS. This allows the AMS sensors and electronics to come to
equilibration with conditions in the duct.
Most of these AMS use multiple sensors located at predetermined points in the duct to yield an average velocity for
the gas stream. This average velocity is multiplied by the stack cross-section to yield the volume flowrate of the gas
in the duct. Since each sensor makes an independent measurement, multi-sensor systems can be used to monitor
the distribution of the gas flow across the cross-section of the duct.
4.4 Sound-based systems
These systems determine flowrate by comparing the time it takes for a sound pulse to travel in the general direction
of gas flow to the time it takes for an identical sound pulse to travel along the same path in the opposite direction. In
this type of AMS, two transceivers are located opposite each other on the stack and offset at a known angle. In
each transceiver, a piezoelectric transducer transmits ultrasonic pulses to the opposite transceiver. Each transducer
converts electrical signals to acoustic signals and acoustic signals to electrical signals. The speed at which the
pulse crosses the stack is dependent upon whether it travels with or against the flow.
Since this type of AMS transmits the sound pulse across the stack, it is extremely important to confirm that there are
no obstructions present that will interfere with the passage of the pulses across the duct. For highest accuracy, it is
also important to locate the AMS at a point where vibration in the duct walls is not present and to ensure that the
optical windows remain clean. However, if an air purge is used to keep the transceivers clean, care shall be taken to
correct the AMS response for any effect the purge air has on the gas velocity near the transceivers.
These systems have the following advantages: non-intrusive measurement, no moving parts, ea
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14164
Première édition
1999-04-01
Émissions de sources fixes —
Détermination du débit-volume des
courants gazeux dans des conduites —
Méthode automatisée
Stationary source emissions — Determination of the volume flowrate of gas
streams in ducts — Automated method
A
Numéro de référence
ISO 14164:1999(F)
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ISO 14164:1999(F)
Sommaire
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Principes de mesurage des AMS disponibles .4
5 Caractéristiques de performance numériques et leur applicabilité.6
6 Rapport d'essai .6
Annexe A (normative) Détermination des principales caractéristiques de performance.8
Annexe B (informative) Caractéristiques de performance supplémentaires .13
Bibliographie.15
© ISO 1999
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
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© ISO
ISO 14164:1999(F)
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 14164 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 146, Qualité de l'air, sous-
comité SC 1, Émissions de sources fixes.
L’annexe A fait partie intégrante de la présente Norme internationale. L’annexe B est donnée uniquement à titre
d’information.
iii
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 14164:1999(F)
Émissions de sources fixes — Détermination du débit-volume des
courants gazeux dans des conduites — Méthode automatisée
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale décrit les principes de fonctionnement et les caractéristiques de performance les
plus importantes des systèmes de mesurage automatiques destinés à déterminer le débit-volume dans les
conduites de sources fixes. Les modes opératoires permettant de déterminer les caractéristiques de performance
des systèmes automatiques de mesurage du débit-volume figurent également dans la présente Norme
internationale.
Les caractéristiques de performance sont d'ordre général et ne sont pas limitées à des principes spécifiques de
mesurage ou à des systèmes spécifiques d'instrumentation.
NOTE Des systèmes du commerce utilisant ces principes de fonctionnement et respectant les exigences de la présente
Norme internationale sont disponibles.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur à un moment donné.
ISO 6879:1995, Qualité de l'air — Caractéristiques de fonctionnement et concepts connexes pour les méthodes de
mesurage de la qualité de l'air.
ISO 7935:1992, Émissions de sources fixes — Détermination de la concentration en masse de dioxyde de
soufre — Caractéristiques de performance des méthodes de mesurage automatiques.
ISO 9096:1992, Émissions de sources fixes — Détermination de la concentration et du débit-masse de matières
particulaires dans des veines gazeuses — Méthode gravimétrique manuelle.
ISO 9169:1994, Qualité de l'air — Détermination des caractéristiques de fonctionnement des méthodes de
mesurage.
ISO 10155:1995, Émissions de sources fixes — Contrôle automatique des concentrations en masse de
particules — Caractéristiques de fonctionnement, modes opératoires d'essai et spécifications.
ISO 10780:1994, Émissions de sources fixes — Mesurage de la vitesse et du débit-volume des courants gazeux
dans des conduites.
ISO 10849:1996, Émissions de sources fixes — Détermination de la concentration en masse des oxydes d'azote —
Caractéristiques de performance des systèmes de mesurage automatiques.
1)
ISO 12039:— , Émissions de sources fixes — Dosage du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de
l’oxygène — Méthodes automatisées.
1)
À publier.
1
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3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
système automatique de mesurage du débit
AMS
système pouvant être fixé sur une conduite pour mesurer et enregistrer en continu le débit-volume d’un gaz
3.2
analyseur terme
partie d'un AMS qui mesure les paramètres servant à calculer le débit-volume d’un gaz
3.3
conduite
gaine, cheminée ou conduit de rejet d'une source fixe d'émission servant à la dispersion des gaz résiduels du
processus
3.4
mesurages comparatifs
mesurages de l'écoulement de gaz effectués dans la conduite par l'AMS soumis à l'essai (évaluation) et comparés
au débit-volume mesuré simultanément dans la même conduite, conformément à l'ISO 10780
3.5
méthode comparative
méthode pour la détermination du débit-volume d’un gaz dans une conduite, conformément à l'ISO 10780
NOTE L'essai comparatif ayant pour but de montrer que l'AMS soumis à l'essai donne une estimation exacte du
débit-volume dans la conduite, la méthode comparative nécessite le mesurage de la répartition du débit-volume sur la section
entière de la conduite. Il n'est pas possible d'utiliser un AMS comme méthode comparative car tous les AMS servant à mesurer
le débit-volume mesurent la vitesse dans une petite zone de la conduite et extrapolent ensuite ce mesurage pour obtenir le
débit-volume dans la conduite.
3.6
écart-type
s
A
mesure de la fidélité de travail de l'AMS installé
NOTE 1 L’écart-type est estimé d'après les différences entre les paires de valeurs du débit-volume obtenues en effectuant
des essais comparatifs de l'AMS conformément à l'ISO 10780 et en se basant sur le fait que le nombre de mesurages
comparatifs effectué sur la période de fonctionnement sans intervention (voir annexe A) est statistiquement suffisant. La valeur
de s s'exprime en fonction de l'étendue de mesure de l'AMS et est calculée en prenant pour hypothèse que s est une
A A
estimation de la fidélité d'une série de mesurages normalement répartis.
NOTE 2 Il convient, dans la mesure du possible, que la méthode comparative mesure la même portion d'écoulement de gaz
que l'AMS.
NOTE 3 Il n'est pas possible de déterminer directement l'écart-type d'un AMS dans un laboratoire car les souffleries ne
reproduisent pas normalement toutes les propriétés des gaz dans les conduites et ne sont pas la réplique de toutes les
conditions possibles de mesurage. L'écart-type est donc déterminé après installation de l'AMS dans la conduite. L'application
de la méthode comparative associée à l'essai de recherche d'erreurs systématiques (voir A.4.2.3) garantit une précision
satisfaisante de l'AMS.
NOTE 4 Outre l'erreur aléatoire, s englobe l'effet sur la fidélité globale de l'AMS de variables locales propres au site, telles
A
que variations de température du flux gazeux, fluctuations d'alimentation électrique de l'AMS ainsi que de la dérive de zéro et
du gain. Il inclut également l'écart-type de la méthode comparative. s est une estimation de la limite supérieure pour la fidélité
A
de l'AMS.
NOTE 5 Le mode opératoire de la présente Norme internationale convient pour trouver l'incertitude des données fournies
par l'AMS tant que l'écart-type des valeurs mesurées de la méthode comparative, s , est nettement inférieur à l'écart-type de la
C
différence entre les paires de valeurs mesurées, s .
D
2
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3.7
période de fonctionnement sans intervention
période pour laquelle les valeurs données des caractéristiques de performance d'un instrument peuvent être
garanties avec une probabilité de 95 %, sans entretien ou réglage
[ISO 6879]
NOTE Un fonctionnement minimum de sept jours sans intervention est requis pour les installations de surveillance à long
terme.
3.8
temps de réponse
temps mis par l'AMS pour afficher 90 % du niveau élevé de la valeur d'étalonnage sur le système d'acquisition de
données à partir du moment du lancement du cycle d'étalonnage de haut niveau
NOTE Le temps de réponse peut être déterminé en laboratoire ou après installations de l'AMS.
3.9
émissions de sources fixes
gaz émis par une usine ou un processus fixe et transportés vers une conduite pour dispersion dans l'atmosphère
3.10
étalonnage
Æau titre de la présente Norme internationaleæ réglage et vérification de l'AMS installé avant de déterminer ses
caractéristiques de performance ou avant de commencer tout mesurage du débit-volume
3.11
fonction étalonnage
corrélation, dans la plage de gain de l'AMS, entre le débit-volume circulant dans la conduite, mesuré par l'AMS
installé, et le débit-volume de référence
NOTE 1 L'ISO 10780 est un exemple de norme de débit de référence.
NOTE 2 Une fonction étalonnage non linéaire est acceptable à condition de compenser cette non-linéarité dans la valeur de
sortie de l'AMS.
3.12
linéarité
dans une plage de débits-volumes, mesure du degré d'accord entre les mesurages de la méthode comparative
(ISO 10780) et ceux de l'AMS lorsque les différences entre l'AMS et la méthode comparative sont soumises à une
régression linéaire
3.13
gain
différence entre la valeur de sortie de l'AMS (valeur lue) pour un débit connu, et un débit nul
3.14
dérive de zéro
variation de la valeur de sortie de l'AMS, dans un intervalle de temps donné, lors d'une exposition à un débit nul
3.15
dérive du gain
variation de la valeur de sortie de l'AMS, dans un intervalle de temps donné, lors d'une exposition à un débit
constant proche de la valeur du gain
3.16
emplacement de l'AMS
point de la conduite où l'AMS est installé
3
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4 Principes de mesurage des AMS disponibles
4.1 Généralités
La plupart des AMS disponibles dans le commerce fonctionnent selon l'un des trois principes suivants: pression
différentielle, taux de déperdition de chaleur et variation de la vitesse d'une onde sonore. Une brève description de
chaque type courant d'AMS ainsi que les avantages et les inconvénients de chacun sont présentés ci-dessous.
Avant toute décision d'achat d'un type particulier d'AMS, il faut établir les caractéristiques du profil de débit à
l'endroit de la conduite où l'AMS sera installé (voir l’article A.2). Il convient de ne pas utiliser les AMS de mesurage
du débit-volume dans les conduites où l'écoulement est non uniforme, asymétrique, non stabilisé, rotationnel et/ou
stratifié.
4.2 Sonde de pression différentielle
4.2.1 Méthode du tube de Pitot simple
L'ISO 10780, la méthode manuelle de référence pour le mesurage de la vitesse et du débit-volume dans les
conduites, utilise des tubes de Pitot qui sont des moyens traditionnels servant à déterminer le profil de vitesse de
l'écoulement dans les conduites. Il existe un certain nombre de tubes de Pitot, mais les tubes de Pitot de type S et
de type L, spécifiés dans l'ISO 10780, sont ceux utilisés pour la grande majorité des mesurages de débit dans les
conduites. Certains AMS basés sur le tube de Pitot combinent simplement des dispositifs enregistrant en continu la
pression différentielle et la température dans la conduite, un système automatique de réduction des données, tel
qu'un enregistreur de données ou un ordinateur, et un tube de Pitot pour obtenir un mesurage en continu du débit.
Les tubes de Pitot utilisent la température du flux gazeux et la différence de pression mesurée en deux points ou
plus de la surface du tube de Pitot pour déterminer la vitesse du flux de gaz en des points particuliers de la section
transversale de la conduite. Le débit-volume est alors déterminé en multipliant la vitesse moyenne sur la section
transversale par l'aire de cette section.
Ces systèmes sont simples et relativement économiques à installer, à faire fonctionner et à entretenir, mais ils sont
sujets aux mêmes erreurs que les tubes de Pitot décrits à l'article 6 de l'ISO 10780:1994. À moins de prendre des
précautions particulières, les tubes de Pitot peuvent, par exemple, donner des résultats erronés lors de leur
utilisation pour le mesurage de flux de gaz se trouvant dans l'une des conditions suivantes:
a) nombres de Reynolds inférieurs à 1 200;
b) vitesses inférieures à 5 m/s ou supérieures à 50 m/s;
c) écoulement rotationnel ou angulaire;
d) variations de pression irrégulières;
e) concentrations élevées en particules et/ou aérosols.
Ces deux derniers types de problèmes peuvent être souvent évités en s'assurant que le tube de Pitot ne vibre pas
et en le purgeant périodiquement en retour, les variations de pression du flux de gaz pouvant être compensées en
employant un amortisseur dans le système de mesurage.
4.2.2 Méthode de la sonde à prises de pression multiples
La sonde à prises de pression multiples est une variante du tube de Pitot; elle comporte trois ouvertures ou plus
aménagées dans un tube, situées aux points du tracé correspondant aux centres d'aires égales de la section
transversale de la conduite. Les ouvertures situées face au sens de l'écoulement donnent la pression d'impact
moyenne sur le diamètre de la conduite, celles tournées dans le sens contraire à celui de l'écoulement donnant la
pression de sillage moyenne. Une cloison, placée au centre du tube, sépare les deux zones de la sonde à prises de
pression multiples. On compare la pression d'impact moyenne et la pression de sillage moyenne à l'aide d'un
capteur de pression électrique ou d'un autre indicateur de pression différentielle. L'emplacement des ouvertures
4
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variant sur chaque installation, il faut soigneusement spécifier les dimensions de la conduite avant de construire la
sonde à prises de pression multiples.
Les systèmes AMS basés sur l'approche de la sonde à prises de pression multiples souffrent des mêmes limites
que les systèmes AMS à tube de Pitot simple. Ils peuvent également donner des mesurages erronés lorsque la
vitesse varie sensiblement dans la conduite. Cette dernière erreur est due au fait que des écoulements secondaires
se produisant dans la sonde à prises de pression multiples affectent les mesures des pressions différentielles
moyennes.
4.3 Capteurs thermiques
Ces systèmes, que l'on désigne fréquemment sous le nom d'anémomètres thermiques, fonctionnent selon le
principe qu'un écoulement de gaz peut refroidir un corps chauffé. Le type le plus couramment utilisé de ces
systèmes met en œuvre deux débitmètres massiques à convection, l'un étant chauffé et l'autre maintenu à
température ambiante. Les deux débitmètres sont insérés dans le flux de gaz. L'écart de température (mesuré en
termes de tension ou d'intensité) entre les deux capteurs sert à déterminer le débit du flux gazeux.
Deux types fondamentaux de débitmètres massiques à convection sont actuellement d'usage courant, à savoir le
capteur à puissance constante (CP) et le capteur à température constante (CT). Les systèmes basés sur le CP ne
sont pas très utilisés car:
a) ils sont lents à réagir aux variations de vitesse et de température;
b) ils n'ont pas de «zéro» stable; et
c) leur plage de compensation en température est limitée.
Du fait des limites ci-dessus, la plupart des systèmes AMS à écart thermique utilisent l'approche CT. Dans ce
système, on utilise un circuit de régulation à semi-conducteurs pour maintenir le capteur chauffé à température
constante. Le courant nécessaire pour maintenir le capteur à température constante est mesuré et converti en
unités de débit-masse basées sur des calculs faisant intervenir les propriétés de transport du flux de gaz. Les
systèmes basés sur le CT réagissent beaucoup plus vite aux variations de vitesse que les systèmes CP car seule
la surface externe du capteur chauffé dépend de son inertie thermique; le centre est donc déjà à température
constante. Les temps de réponse des systèmes basés sur le CT sont généralement inférieurs ou égaux à 5 s.
Les AMS basés sur un écart de température présentent les avantages suivants: signaux électroniques de sortie
élevés; précision à des vitesses très basses du flux gazeux; aucune partie mobile; et enfin bonne répétabilité entre
0 °C et 450 °C. Cependant, la sortie du capteur n'est pas linéaire et il est nécessaire de procéder à un ajustement
précis de l'AMS étalonné en usine après son installation afin de compenser les différences entre les propriétés du
flux gazeux et le flux gazeux créé dans la soufflerie du fabricant à l'usine. Cet ajustement précis est généralement
effectué à l'aide de l'un des tubes de Pitot décrits dans l'ISO 10780.
Il n'est pas possible d'utiliser les AMS basés sur un capteur thermique dans les conduites où il y a des gouttelettes
de condensation ni dans les cas où le vecteur vitesse de l'écoulement gazeux s'écarte de plus de 10° de l'axe
primaire de la conduite. La formation d'un dépôt de matières particulaires sur le capteur et la corrosion peuvent
également provoquer une erreur de mesurage significative.
Les fournisseurs d'AMS basés sur les capteurs thermiques recommandent généralement d'installer et de faire
fonctionner l'AMS pendant au moins sept jours avant d'essayer de réaliser un ajustement précis. Cela permet
d'établir un équilibre entre les capteurs et l'électronique et les conditions existant dans la conduite.
La plupart de ces AMS font appel à des capteurs multiples placés en des points prédéterminés de la conduite afin
d'obtenir une vitesse moyenne du flux de gaz, cette vitesse moyenne étant multipliée par la section transversale de
la conduite pour donner le débit-volume du gaz dans cette conduite. Chaque capteur effectuant un mesurage
séparé, les systèmes à plusieurs capteurs peuvent être utilisés pour surveiller la répartition du débit de gaz dans la
section transversale de la conduite.
5
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4.4 Systèmes basés sur les ondes sonores
Ces systèmes déterminent le débit en comparant le temps mis par une impulsion sonore pour aller dans le sens
général du flux de gaz avec le temps mis par une impulsion sonore identique pour aller dans le sens opposé en
empruntant la même trajectoire. Sur ce type d'AMS, deux émetteurs-récepteurs sont placés en vis-à-vis sur la
conduite et décalés d'un angle connu. Sur chaque émetteur-récepteur, un transducteur piézoélectrique transmet les
impulsions ultrasoniques à l'émetteur-récepteur opposé. Chaque transducteur convertit les signaux électriques en
signaux acoustiques et inversement. La vitesse à laquelle l'impulsion traverse la conduite dépend du sens de son
déplacement, en suivant le flux ou en sens contraire du flux.
Ce type d'AMS transmettant l'impulsion sonore à travers la conduite, il est extrêmement important de confirmer
l'absence d'obstacle empêchant la propagation des ondes dans la conduite. Afin d'améliorer la précision, il importe
également de placer l'AMS en un point où les parois de la conduite ne sont pas soumises à des vibrations et de
s'assurer que les fenêtres restent propres. Cependant, en cas d'utilisation d'une purge à air pour garder les
émetteurs-récepteurs propres, il faut veiller à corriger la réponse de l'AMS en tenant compte de tout effet de l'air de
purge sur la vitesse du gaz à proximité des émetteurs-récepteurs.
Ces systèmes présentent les avantages suivants: aucun mesurage intrusif, aucune partie mobile, éléments
facilement accessibles et fidélité stable sur une large plage de débits.
5 Caractéristiques de performance numériques et leur applicabilité
Le Tableau 1 donne les caractéristiques de performance des systèmes automatiques de mesurage du débit. Ces
caractéristiques résultent des essais effectués sur des AMS disponibles dans le commerce et basés sur l'un des
trois principes de fonctionnement décrits ci-dessus.
Lorsque le mesurage est réalisé conformément aux méthodes données à l'annexe A, l'AMS évalué doit fournir des
résultats répondant aux critères présentés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Principales caractéristiques de performance des systèmes de mesurage de débit en continu
Caractéristique de fonctionnement Valeur numérique Méthodes d'essai
(voir annexe A)
a
Écart-type, s A.4
A ≤ 5 %
b
Erreur systématique A.5
≤ 3 %
NOTE 1 Le Tableau B.1 dans l'annexe B donne des caractéristiques de performance supplémentaires pouvant servir de lignes
directrices afin de faciliter le respect des spécifications de fonctionnement données dans le Tableau 1.
NOTE 2 La sortie d'un AMS, corrigée des erreurs systématiques connues, est supposée se situer au centre d'un intervalle
contenant la valeur réelle du débit-volume au niveau d'incertitude statistique de 95 %. La différence entre la limite supérieure ou
inférieure de cet intervalle et la valeur corrigée de l'AMS est appelée incertitude de la mesure.
a
Exprimé en valeur absolue (100 %) (s ) divisée par toute l'étendue de mesure de l'AMS.
A
b
Exprimée en valeur absolue (100 %) (différence moyenne) divisée par toute l'étendue de mesure de l'AMS.
6 Rapport d'essai
Le rapport d'essai doit comporter les informations suivantes:
a) une référence à la présente Norme internationale;
b) l'identification complète de toutes les conditions d'échantillonnage et de mesurage;
c) les détails indiquant les essais effectués en laboratoire et ceux effectués sur site et les détails relatifs à
l'emplacement et aux conditions des essais sur site, tels que température du gaz, débit et composition du gaz;
d) toute modification des modes opératoires spécifiés dans la présente Norme internationale;
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e) tout mode opératoire supplémentaire ou facultatif intégré à l'essai;
f) tous les résultats d'essai requis aux annexes A et B (selon le cas) et une indication de la conformité des
résultats au Tableau 1;
g) les paramètres définitifs de fonctionnement de l'AMS et tout réglage réalisé sur l'AMS installé lors de la
détermination des caractéristiques de performance;
h) la date et l'heure des mesures.
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Annexe A
(normative)
Détermination des principales caractéristiques de performance
A.1 Domaine d'application
La présente annexe décrit les méthodes permettant de déterminer les principales caractéristiques de performance
de l'AMS. Le temps de réponse peut être déterminé au laboratoire. Cependant, l'écart-type est déterminé en
fonction des conditions du processus après installation de l'AMS dans la conduite à l'usine. Il est déterminé en
comparant le débit-volume calculé (prévu) par l'AMS avec celui réellement mesuré dans la conduite, pendant le
même intervalle de temps, selon la méthode comparative. Les données obtenues servent à déterminer les
caractéristiques de performance reportées dans le Tableau 1.
Les caractéristiques de performance établies après mise en place de l'AMS nécessitent une nouvelle validation en
cas de changement dans la marche de l'usine susceptible d'influer sur les performances de l'AMS.
Sauf indication contraire dans la présente annexe, les valeurs numériques des caractéristiques de performance des
systèmes automatiques de mesurage de débit doivent être déterminées pour l'AMS complet, ce qui inclut le
matériel nécessaire pour l'échantillonnage, l'analyse, le mesurage et la fourniture, en continu, d'un enregistrement
permanent du débit-volume.
L'AMS doit permettre une opération (un mode manuel est acceptable) permettant de régler et de vérifier la précision
de l'étalonnage de l'AMS installé sur toute sa plage de gain. Il convient, autant que possible, que cette opération
couvre le capteur de débit jusque et y compris le système d'acquisition des données. L'opération doit permettre un
contrôle de l'AMS toutes les 24 h à deux niveaux: (1) entre 0 % et 20 % de la lecture de l'échelle de mesure et (2)
entre 60 % et 80 % de la lecture de l'échelle. Le fabricant de l'AMS doit également indiquer par écrit les éléments de
l'AMS n'étant pas contrôlés dans le cadre des modes opératoires d'étalonnage.
A.2 Choix et installation de l'AMS
A.2.1 Vue d'ensemble
Le choix de l'AMS, l'emplacement où il sera installé et l'endroit où seront réalisés les échantillons pour essais
comparatifs constituent des activités interdépendantes. Avant de décider quel AMS acheter, il faut établir
soigneusement les caractéristiques des profils de vitesse dans la conduite aux emplacements possibles. Tous les
systèmes de mesurage de débit en continu mesurent la vitesse uniquement dans un petit segment de la conduite et
utilisent cette valeur ainsi que les dimensions de la conduite pour obtenir une estimation du débit-volume total dans
la conduite. Il importe donc de choisir un AMS qui sera précis dans les conditions de débit de la conduite et de
placer le ou les capteurs de l'AMS en un ou plusieurs points afin d'obtenir des mesurages de la vitesse
représentatifs du débit-volume total de la conduite. Il importe également de choisir une position d'échantillonnage
dans la conduite où la méthode comparative établira avec précision la répartition du débit et le débit total de la
conduite.
Il convient de loger l'AMS à un endroit de la conduite facilement accessible et limitant les effets de condensation,
dépôt, corrosion, colmatage et autres conditions susceptibles d'influer sur le fonctionnement de l'AMS. Comme
indiqué à l'article 4 de la présente Norme internationale, le principe de fonctionnement et les éléments de l'AMS
affectent le degré de précision de l'AMS s'il est placé dans des conditions non idéales et de faible débit et lorsqu'il
rencontre un flux de gaz contenant des gouttelettes d'eau, des concentrations élevées en particules, une
stratification de la température ou de l'écoulement, des gaz corrosifs, l'infiltration d'air, etc.
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© ISO
ISO 14164:1999(F)
Une stratification peut exister dans une conduite même en l'absence de giration. Une stratification de l'écoulement
peut être provoquée par une fuite d'air dans une conduite du fait de garnitures d'étanchéité inadaptées, de la
combinaison d'au moins deux flux de gaz de processus, d'écarts de température etc. La configuration de la
stratification peut varier en fonction des conditions du processus. Le changement de charge du processus ou
d'autres conditions peuvent entraîner une variation dynamique et profonde du profil de la vitesse du gaz.
Afin d'éviter les problèmes de stratification, il convient de choisir l'emplacement de mesurage suffisamment loin de
tout point de fuite d'air ou de combiner les flux gazeux de manière à bien mélanger des flux dissemblables. Dans
les conduites à section circulaire et dans les conduites non circulaires, il convient que l'AMS soit situé à au moins
cinq diamètres hydrauliques en amont et cinq en aval de toute perturbation de l'écoulement. Le diamètre
hydraulique se calcule en multipliant l'aire de la section transversale de la conduite par quatre et en divisant la
grandeur ainsi obtenue par le périmètre de la conduite.
A.2.2 Détermination de l'acceptabilité de l'installation candidate et des emplacements des
essais comparatifs
A.2.2.1 Détermination des débits et profils d'écoulement
Déterminer le débit-volume à chaque emplacement de la conduite selon l'
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