ISO 7194:1983
(Main)Measurement of fluid flow in closed conduits — Velocity-area methods of flow measurement in swirling or asymmetric flow conditions in circular ducts by means of current-meters or Pitot static tubes
Measurement of fluid flow in closed conduits — Velocity-area methods of flow measurement in swirling or asymmetric flow conditions in circular ducts by means of current-meters or Pitot static tubes
In order to carry out measurements given above with satisfactory accuracy (of the order of 2 % for example), it is usually necessary to choose a measuring plane where the velocity distribution approaches that of fully developed flow (see ISO 3354 and ISO 3966). Specifies the measurements required, the precautions to be taken, the corrections to apply, and describes the additional uncertainties which are introduced when a measurement in asymmetric or swirling flow has to be made.
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées — Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le cas d'un écoulement giratoire ou dissymétrique par exploration du champ des vitesses au moyen de moulinets ou de tubes de Pitot doubles
La présente Norme internationale spécifie des méthodes par exploration du champ des vitesses au moyen de moulinets ou de tubes de Pitot doubles, pour mesurer le débit dans les conduites circulaires dans le cas d'un écoulement giratoire ou dissymétrique. Elle spécifie les mesures à effectuer, les précautions à prendre, les corrections à apporter et les sources d'erreurs supplémentaires à craindre lorsqu'on est contraint d'effectuer une mesure de débit en écoulement giratoire ou dissymétrique. Bien que des méthodes d'utilisation des techniques d'intégration du champ des vitesses afin de mesurer le débit lorsque l'écoulement présente une giration et/ou une dissymétrie soient décrites, il faut s'efforcer, toutefois, de choisir une section de mesure dans la conduite où la giration et la dissymétrie sont aussi réduites que possible. La présente Norme internationale ne traite cependant que des écoulements pour lesquels la composante radiale de la vitesse est négligeable. De plus,
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
International Standard
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION*ME)I(AYHAPO~HAR OPrAHH3AUHR n0 CTAHfWTH3AlWlH~RGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Measurement of fluid flow in closed conduits -
Velocity-area methods of flow measurement in swirling
or asymmetric flow conditions in circular ducts
by means of current-meters or Pitot static tubes
Mesure de ddbit des fluides dans les conduites fermhes - Mesure de dt+bit dans les conduites circulaires dans Ie cas d ’un
&ouIement giratoire ou dissymktrique par exploration du champ des vitesses au moyen de
moulinets ou de tubes de Pitot doubles
First edition - 1983-09-15
UDC 532.574.23 Ref. No. ISO 7194-1983 (EI
: flow measurement, liquid flow, pipe fiow, flowmeters, velocity measurement, measurement instrument.
Descriptors
Price based on 24 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bodies). The work of developing International
Standards is carried out through ISO technical committees. Every member body
interested in a subject for which a technical committee has been authorized has the
right to be represented on that committee. International organizations, governmental
and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council.
International Standard ISO 7194 was developed by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits, and was circulated to the member
bodies in May 1982.
lt has been approved by the member bodies of the following countries :
Australia India Romania
Belgium South Africa, Rep. of
Italy
Czechoslovakia Netherlands United Kingdom
USSR
Egypt, Arab Rep. of Norway
France Poland
bodies of the following countries expressed disapproval of the document
The member
on technical grounds :
Germany, F. R.
USA
0 International Organkation for Standardkation, 1983
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
Page
Contents
................................. 1
....................... :
0 Introduction
1
..........................................
1 Scope and field of application
1
References .
2
2
Symbols .
3
2
4 Principle .
2
............................................
5 Choice of measuring plane.
................................... 3
Devices for improving flow conditions
6
4
........................................
Measurement of localvelocities
7
6
Determination of mean flow velocity .
8
6
.......................................
9 Accuracy of flow-rate estimation
Annexes
16
....................
A Detection and removal of regular pressure fluctuations
17
.............................................
B Damping of manometers.
..................... 18
C Calculation of Pitot static tube locations for method B
.................. 20
Corrections to be applied when a Pitot static tube is used
D
.................... 21
E Corrections to be applied when a current-meter is used
24
F Errors due to non-axisymmetrical velocity distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . m . . .
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
This page intentionally lef ’t blank
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 71944983 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
Measurement of fluid flow in closed conduits -
Velocity-area methods of flow measurement in swirling
or asymmetric flow conditions in circular ducts
by means of current-meters or Pitot static tubes
0 Introduction ment in accordance with this International Standard if, at any
Point in the measuring Cross-section, the local velocity makes
In Order to carry out measurements of the flow-rate of Single an angle of greater than 40° with the axis of the duct, or where
Phase fluids in closed pipes by velocity-area methods, using the index of asymmetry Y (defined in annex F) is greater than
either current-meters or Pitot static tubes, with satisfactory ac-
0,15.
curacy (of the Order of + 2 % for example), it is usually
necessary to choose a measuring plane where the velocity lt should be noted that this International Standard deals only
distribution approaches that of fully developed flow (see with instruments for measuring local velocity as defined in
ISO 3354 and ISO 3966). ISO 3354 and ISO 3966. If Pitot static tubes are used, this Inter-
national Standard applies only to flows where the Mach
There are, however, some cases where it is practically impossi- number corresponding to local velocities does not exceed 0,25.
ble to obtain such a flow distribution, but where as good as
possible a measurement of the flow-rate is desirable.
2 References
ISO/TR 3313, Measurement of pulsating fluid flow in a pipe by
1 Scope and field of application means of orifke plates, nozzles or venturi tubes, in particular in
the case of sinusoidal or Square wave intermittent periodic-type
This International Standard specifies velocity-area methods for fluc tua tions.
measuring flow in swirling or asymmetric flow conditions in cir-
cular ducts by means of current-meters or Pitot static tubes. ISO 3354, Measurement of clean water flow in closed conduits
- Velocity-area me thod using curren t-me ters.
lt specifies the measurements required, the precautions to be
taken, the corrections to apply, and describes the additional ISO 3455, Liquid flow measurement in open channels -
uncertainties which are introduced when a measurement in Calibra tion o f ro ta ting-elemen t curren t-me ters in straigh t open
asymmetric or swirling flow has to be made. tank.
Although methods of using velocity-area integration techni- ISO 3966, Measurement of fluid flow in closed conduits -
Velocity-area method using Pitot static tubes.
ques to measure flow-rate under conditions where there is swirl
and/or asymmetry in the flow are described, every effort
should nevertheless be made to choose a measuring section in ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits -
Vocabulary and Symbols.
the pipe where the swirl or asymmetry is as small as possible.
Only flows with a negligible radial component are considered, ISO 5168, Measurement of fluid flow - Estimation of uncer-
however. Furthermore, it is not possible to make a measure- tainty of a flow-rate measurement.
1
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3
Symbols (sec also ISO 4006)
Symbol Description Dimension SI unit
D Pipe diameter L m
Diameter of the head of a Pitot static tube
d L m
Diameter of holes or tubes of a straightener
i
- -
E Uncertainty, as a relative value
* *
e Uncertainty, as an absolute value
- -
Directional calibration coefficient
k,
L m
1 Length of the head of a Pitot static tube
L m
R Pipe radius
r Measuring circle radius L m
LT-1
u Mean axial fluid velocity m/s
LT-’
Mean velocity along the jth radius m/s
6
V LT-1
Local velocity of the fluid m/s
Component of the local velocity parallel to the pipe axis LT-’ m/s
VX
-
-
Y Index of asymmetry of the flow
L m
Distance between the heel of a Pitot static tube and the wall
Y
Distance between the nose of a Pitot static tube and the wall L m
-h
- -
CY Calibration factor of a Pitot static tube
ML-1 T-2 Pa
Differential pressure registered by a Pitot static tube
AP
- -
Expansibility factor
&
-
rad**
8 Angle of the local velocity with the pipe axis
ML-3 kg/m3
Mass density of the fluid
e
-
Angle of the local velocity with the metering device axis rad**
fP
*
The dimensions and units are those of the quantity to which the Symbol refers.
+* Although the radian is the SI unit, for the purpose of this International Standard, angles are expressed in degrees.
4 Principle 5 Choice of measuring plane
This International Standard describes ’ When the configuration of the pipe and any fittings installed in
it is such that any changes of direction of the flow are all in the
-
methods which minimize the errors in carrying out a .
same plane (for example, a Single bend, a Single valve, or two
traverse in swirling or asymmetric flow;
bends in an “S” shape), no significant bulk swirl will be in-
troduced and the disturbance to the flow will result in an essen-
-
corrections which should be applied for certain sources
tially asymmetric velocity distribution.
of error;
-
methods of determining the increase in uncertainty in
the flow-rate measurement when it is not possible to com- If, however, the pipe configuration is such that the flow
pensate for a particular Source of error. changes direction in two or more different planes in rapid suc-
cession (for example, two bends at 90° to each other), a bulk
The origins of the errors giving rise to the uncertainties con-
swirl will be introduced in addition to the asymmetry which the
sidered in this International Standard are
individual fittings introduce.
a) errors in the determination of local velocities, due to the
behaviour of the instruments in a disturbed flow;
Unlike asymmetty, swirl has a big effect on the response of
Pitot static tubes and current-meters, and also persists for very
b) errors in the calculated mean pipe velocity, due to the
much longer distances; whenever possible, therefore, the
number and Position of the measuring Points and the
traverse plane should not be downstream of swirl inducing con-
methods of integration used.
figurations. Care should also be taken to avoid locating the
traverse plane downstream of any adjustable fitting for which
Corrections are possible for some of these errors, but, in
the geometry may Change (for example, a flow control valve),
general, the limiting uncertainty in the flow-rate measurement
has to be increased according to the characteristics of the flow. especially if several different flow-rates have to be measured.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
are often sufficient for disturbances such as a Single bend. Per-
6 Devices for improving flow conditions
forated plate straighteners have some effect in reducing swirl,
but are not designed for this; if, therefore, swirl is the dominant
6.1 Where asymmetric or swirling flow is to be measured, a
type of irregularity in the velocity distribution, one of the other
device (straightener) for improving flow conditions should be
straighteners should be used.
used, if possible. lt should be installed as shown in figure 1.
The lengths L,, L2, L3 shall fulfill the conditions : L1 > 30;
6.2.3 Type C - Tube bundle straightener (see figure 4)
L2 > 5D; L3 > 20.
The basic purpose of the tube bundle straightener is to
These distances should be increased whenever possible, and,
eliminate swirl, but it also has some effect in reducing asym-
where a total straight length of more than 10 pipe diameters ex-
metry. There shall be a minimum of 19 tubes, with a length of
ists upstream of the traverse plane, it is better to increase the
at least 20 times the diameter of the tubes, and each tube shall
distance between the pipe fitting and the straightener than to
have a maximum diameter of one-fifth of the pipe diameter.
increase the distance between the straightener and the traverse
The head loss of this straightener depends on the size and
plane.
length of the individual tubes, but is typically about five velocity
heads.
6.2 The choice of straightener is dependent on the nature of
6.2.4 Type D - AMCA straightener (see figure 5)
the velocity distribution which has to be corrected and on the
head loss which tan be tolerated. Five types of straightener are
The AMCA straightener is useful only in eliminating swirl; it
described below.
does not improve asymmetric velocity distributions. Its dimen-
sions are given in figure 5, and it has a very low head loss, nor-
Zanker straightener (see figure 2)
6.2.1 Type A -
mally about 0,25 times the velocity head.
The purpose of this device is to eliminate both swirl and asym-
6.2.5 Type E - itoile straightener (see figure 6)
metry, and has a head loss of approximately five velocity heads.
The various plates should be Chosen to provide adequate
The etoile straightener is again designed only to eliminate swirl,
strength, but should not be unnecessarily thick.
and is of no assistance with asymmetric velocity distributions.
The eight radial vanes should be Chosen to provide adequate
Sprenkle straightener (see figure 3)
6.2.2 Type B - strength, but should not be unnecessarily thick. This
straightener should have a length equal to two pipe diameters.
The Sprenkle straightener consists of three perforated plates in lt has a very low head loss, similar to that of the AMCA
series, and is particularly effective in eliminating asymmetry. lt straightener, but has the advantage that it is much easier to
does however have a high head loss (about 15 velocity heads) manufacture. In addition it allows the static pressure to
but two plates or even one plate (with head losses of about ten equalize radially as the flow Passes through it, unlike the
and five velocity heads respectively) tan be used if such a high AMCA, tube bundle or Zanker straighteners which tan induce
head loss is not acceptable. Although they cannot completely significant Variation in static pressure across the pipe
eliminate such severe asymmetry as tan the three plates, they downstream of them.
Any pipe fitting - v
Straightener
1 Measuring section
Installation of straightener
Figure 1 -
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 7194-1983 0
7 Measurement of local velocities linked to the turbulent components of the local velocities
superimposed on the mean flow. The traversing Pitot static
Unless specific indications are given to the contrary elsewhere tube will transmit these to the manometer or pressure
in this International Standard, the procedures to be followed
transducer as components of the instantaneous differential
and the conditions to be fulfilled by the local velocity measuring pressure. Sufficient damping in the manometer circuit will help
instruments shall conform to the specifications of ISO 3354 or the Operator to estimate the average differential pressure, but
ISO 3966.
such damping shall be symmetrical and linear, in Order to avoid
an additional error which cannot be assessed. The error in the
When swirl occurs to any significant extent, the fact that the
mean velocity estimated from the time mean differential
flow direction is different from the axial. direction has an effect pressure reading in the presence of turbulente is considered
on the measuring instrument which has to be taken into ac-
separately in clause 8.
count at each measuring Position across the pipe in Order to
determine the local axial velocities. The procedure for doing
There shall be sufficient symmetrical and linear damping in the
this depends on whether a Pitot static tube or a current-meter is
manometer circuit to ensure that fluctuations of the
used.
manometer reading at each Point of measurement do not ex-
ceed + 3 % of the averade reading at that Point.
71 .
Number and Position of measuring Points
Recommendations on ensuring that
damping 6 symmetrical
The number and Position of measuring Points in the measuring
and linear are given in
annex B.
section shall conform to the specifications of ISO 3354 or
ISO 3366, taking into account the integration technique
Pressure fluctuations of acoustic origin, quite unrelated to the
Chosen. However, the minimum number of measurements per
local flow velocities, may be present in some conduits, par-
radius shall be five (excluding any measurement on the centre
ticularly those subject to gas flows. Such pressure fluctuations
line) and, when there is reason to believe that the flow is asym-
are usually much greater than those arising from turbulente
metric, the minimum number of radii shall be six. Also, at least
and the smallest departure from linearity in damping of the
one measurement of local velocity shall be made in each of the
manometer circuit inevitably leads to a considerable error in the
following zones within the pipe on each radius in addition to
local velocities estimated from the average manometer reading.
any measurement which might be made on the centre line :
Therefore, before measurements tan be carried out in accor-
dance with this International Standard, the user shall check
r2
that no significant regular pressure fluctuations are present in
0 < .R < 0,2
0 the conduit and, if there are, shall eliminate them. Advice on
detection and removal is given in annex A.
r2
0,2 < R < 0,4
0
.
7.3 Axial velocity measurement using a Pitot
static tube
Guidance on the use of Pitot static tubes is given in annex D.
The Pitot static tube used shall be one of those specified in
ISO 3866, and measurement may be made by one of the two
following methods.
In method A (sec 7.3.11, the probe shall be aligned with the axis
of the pipe at each measuring Position, and use made of a
This condition is fulfilled automatically when the log-linear or
knowledge of the response of the particular Pitot static tube at
log-Tchebycheff methods of integration are used, but care has
various angles of inclination to the local flow direction. This
to be taken to choose the measuring positions in accordance
method may be used only for swirl angles up to 20°.
with this requirement when either the numerical or graphical in-
tegration method is used.
In method B (sec 7.3.21, the Pitot static tube shall be aligned
Often, especially when there is reason to believe that the flow
with the local flow direction at each measuring Position; from a
may be asymmetric, the uncertainty of flow measurement is
knowledge of the measured velocity and the angle the local
reduced more by increasing the number of radii along which
velocity makes with the pipe axis, the axial velocity tan be
measurements are made than by increasing the number of calculated. This method applies over the whole range covered
Points per radius. For example, if 48 current-meters are
by this International Standard (that is, up to swirl angles of
available for installation in a conduit, it is often slightly.better to
40 ”).
use six ’on each of eight radii rather than eight on each of six
NOTE - Fewer data are available at present to assess the uncertainty
for method B than for method A.
7.2 Effect of pressure fluctuations
In both cases, a preliminary traverse using a yaw probe is
necessary to determine the angle of swirl at each of the measur-
In any conduit subject to flow covered by ISO 3966 or this In-
ing positions.
ternational Standard, there will be pressure fluctuations directly
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
whenever swirl is present. They will not be located along a
Two types of yaw probe are illustrated in figures 7 and 8; in
diameter of the duct, but will follow a curved path. This is il-
both cases, the method of use is to rotate them about the axis
lustrated in figure 15 which Shows typical positions of the Pitot
of their stem until the pressures from the two pressure taps are
static tube when axi-symmetrical swirl occurs.
equal : the probe is at that Stage aligned with the local direction
of flow. Before use, a test should be made with appropriate
When prescribed locations of the Pitot static tube have to be
facilities (for example, in a wind tunnel) to determine the con-
used (as with the log-linear or log-Tchebycheff integration
nection between this direction and a reference plane of the yaw
techniques), it is necessary to calculate the positions at which
probe itself.
the Pitot static tube heel has to be located in Order that the
nose is at these radial positions. Conversely, if the numerical or
7.3.1 Method A
graphical integration technique is used, it is necessary to
calculate the radial positions at which the Pitot static tube nose
This method may be used only when the angle which the local
will be located in terms of the radial positions Chosen for the
velocity makes with the axis of the pipe is less than 20° at all the
heel. The equation for these computations is given in annex C.
measuring positions across the traverse plane.1)
When method B isused, the maximum value of the local swirl
The effect of swirl on the Pitot static tubes specified for use in
angle limits the maximum usable diameter of the Pitot static
this International Standard is given in figure 9 for typical
tube head. Figure 10 Shows the relationship between the
probes, but the directional response of the particular probe
maximum permissible value of the ratio dlD and the maximum
used for the measurement shall be determined from previous
local swirl angle, where dis the diameter of the Pitot static tube
calibration in an appropriate facility (for example, in a wind
head and D the diameter of the duct.
tunnel) since individual probes have different characteristics.
The result of the calibration shall be expressed in terms of
The axial velocities shall be computed for each Position from :
= vcose
“x
k, = cos cp
where
versus the swirl angle q, where Apo and Ap, are, for a given
is the axial velocity;
velocity, the values of differential pressure when the angle be- “X
tween the probe and the flow is, respectively, zero and ~3.
v is the magnitude of the vector velocity measured by
probe calculated as described in ISO 3966;
After determining the angle of swirl with a yaw probe at each of
the measuring positions, the head of the Pitot static tube shall
e is the angle
that the flow makes with the axis of the
be aligned parallel to the axis of the duct at each Position at
duct.
which a measurement of local velocity is required, and the dif-
ferential pressure noted. From measurements of individual dif-
ferential pressures Ape and of individual angles of swirl, the in-
74
Axial veloci ty measure ment using a
dividual Point axial velocities vX shall be calculated from the
c;r lrent-meter
equation
The effect of swirl on the response of a current-meter is not
well known and basically depends (among other things) on the
2 *Pq
-
= k,a(l - e)
“X
type of propeller. lt is, however, possible to relate the response
e
of a given Propeller to the angle it makes with the direction of
local velocity; such a calibration may be obtained by towing the
7.3.2 Method B current-meter in a calibration tank as specified (sec ISO 34551,
but aligning it successively at different angles with respect to
This method may be used only when the angle which the local the axis of the channel. Figure 11 Shows, as an example, the
response obtained in this way for certain specific propellers.
velocity makes with the axis of the pipe is less than 40° at all of
the measuring positions across the traverse plane.
When it is believed that swirl is present at the measuring sec-
tion, it is generally advisabie to use a special “self-
After determining the angle of swirl with a yaw probe at each of
compensating” design of Propeller, which has been designed
the measuring positions, one of the Pitot static tubes specified
to measure directly the axial component, vcos6, of the local
in ISO 3966 shall be installed at each measuring Position in
velocity for velocities which make an angle of up to 30° with the
turn. lt shall be installed in such a way that the axis of the head
Propeller axis, In cases where the swirl angle never exceeds
is parallel to the local flow direction in each case. The differen-
30°, no correction is therefore required for this type of pro-
tial pressures are then noted.
peller. lt should, however, be noted that such propellers have
the disadvantage of being particularly sensitive to the influence
With this method, the radial positions of the nose of the Pitot
yaw probe of the current-meter support and to turbulente in the flow.
static tube will be different from those of the
1) The AMCA probe may only be used for swirl of up to Eo with Method A, since information is not available on its response to greater yaw angles.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 71944983 (EI
If, for these reasons, the use of a conventional type of Propeller
9.2 Uncertainty arising from swirl
is preferred, it is necessary to determine in advance the angle of
swirl, for example by traversing the measuring section with a
The uncertainty which the existente of swirl might contribute
yaw probe as described in 7.3. If 6 is less than 5O, it tan be
to the flow-rate estimation will depend on the method and in-
assumed that a conventional Propeller, aligned with the axis of
strument used. There is little information on the effect of swirl-
the duct, will give a satisfactorily accurate measurement of the
ing flow in Pitot static tubes and current-meters.
local axial velocity (the error will be less than * 1 % 1. If 6 is be-
tween 5O and 40°, then the reading of a given Propeller shall be
For Pitot static tubes used with method A (7.3.11, there will be
corrected according to a previous calibration of that Propeller one error due to the determination of directional response of
which has established the response of the instrument to inclina-
the probe and another error due to the fact that using a Pitot
tions at different angles to the flow. Above 40°, it is not possi- static tube in swirling flow is not exactly equivalent to inclining
ble to make accurate measurements. Further guidance on the a Pitot tube in parallel flow : this was the case in the facility
use of current-meters is given in annex E.
used to determine this response.
For Pitot static tubes used with method B (7.3.2), the main
Source of error due to the swirl is the not insignificant size of
8 Determination of mean flow velocity
the probe and thus the effect of transverse velocity gradient.
The mean flow velocity shall be calculated by any of the in-
For current-meters, the same sources of error as for Pitot tubes
tegration techniques described in ISO 3354 or ISO 3966.
arise, increased by the fact that the conditions under which
current-meters are calibrated depart still further from the
When a Pitot static tube is used, the turbulente of the flow pro-
operating conditions, the directional calibration being made
duces an overestimate of the flow-rate (see annex C of
generally by towing in still water.
ISO 3966) which, taking into account the particular conditions
of the flows dealt with in this International Standard, lies
In all cases, the percentage uncertainty E, arising from swirl
generally between 1 and 2 %. This overestimate depends not
shall be assumed to increase with swirl angles. For the purpose
only on the turbulente level, but also on the shape of the Pitot
of this International Standard, and for lack of more precise
tube nose and it decreases when the Reynolds number in-
data, the value of E, shall be taken as + 5 % of the maximum
creases. The value of the mean flow velocity previously ob-
value (expressed in degrees) of swirl angle observed in the
tained shall therefore be reduced by an amount between 1 and
measuring section. For swirl angles above 20°, the assessment
2 %, that the user of this International Standard shall estimate
of the uncertainty is less reliable.
to his best, taking into account the particular conditions of the
measurement (sec annex D).
9.3 Uncertainty arising from turbulente
When current-meters are used, no correction shall be applied
to the measured value since, with these instruments, tur-
In swirling or asymmetric flow conditions, the level of tur-
bulence tan introduce either positive or negative errors (sec
bulence is often higher than it usually is for more regular flows,
annex EL
as considered in ISO 3354 or ISO 3966; the uncertainty from
this Source of error is thereby increased.
9 Accuracy of flow-rate estimation
For Pitot static tubes, after reducing the observed flow-rate as
indicated in clause 8, the value of the percentage uncertainty
The uncertainty in the measurement of flow-rate shall be
I? ‘r arising from turbulente shall be taken as equal to the applied
calculated in accordance with ISO 5168. Thus if the indepen-
correction (that is, within + 1 to $- 2 % according to the
dant variables which have to be measured in Order to compute
measuring conditions).
the flow-rate are XI, X2, . . . Xkl the absolute uncertainty e4 in
the flow-rate is given by :
For current-meters, the axial and tangential components of the
turbulente have opposite effects on the propellers normally
used; these effects may partly compensate one another (sec
e?= [$e,]y+[ze2]2+.+ [gk%j2
annex EL lt is possible, therefore, that turbulente will in-
troduce a smaller error to current-meter results than to Pitot
where el, e2, . . . ek, are the absolute uncertainties of XI,
tube results. Nevertheless, as a precaution, the percentage
x2, . . .
xk, respectively.
uncertainty IZ-r shall again be taken as being within + 1 to
+ 2 % according to the measuring conditions.
Since flow conditions tan vary greatly, it is not possible to state
that the flow-rate estimation will always have an uncertainty
9.4 Overall uncertainties
below some limiting value. lt is however possible to give an in-
dication of the Order of magnitude of the errors which may arise
The methods for calculating the Overall uncertainty of a flow-
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.ME~YHAPOJ,JHAR OPTAHHJA~HR Il0 CTAH(IAPTH3Al&WWORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATIC)N
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées -
Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le cas
d’un écoulement giratoire ou dissymétrique par
exploration du champ des vitesses au moyen de
moulinets ou de tubes de Pitot doubles
Measurement of fluid flow in closed conduits - Velocity-area methods of flow measurement in swirling or asymmetric flow
conditions in circular duc ts b y means of curren t-meters or Pito t s ta tic’ tubes
Première édition - 1983-09-15
CDU 532.574.23 Réf. no : ISO 7194-1983 (FI
mesurage de débit, koulement de liquide, écoulement en conduite fermée, mesurage de vitesse, instrument de mesurage.
Descripteurs :
Prix basé sur 24 pages
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 7194 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées, et a été soumise aux comités
membres en mai 1982.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Afrique du Sud, Rép. d’ Inde Roumanie
Australie Italie Royaume-Uni
Belgique Norvkge
Tchécoslovaquie
Égypte, Rép. arabe d’
Pays- Bas URSS
France Pologne
Les comités membres des suivants l’ont désapprouvée raisons techni-
pour des
Pays
ques :
Allemagne, R. F.
USA
Organisation internationale de normalisation, 1983
0
Imprimé en Suisse
ii
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Page
Sommaire
........................................................ 1
0 Introduction.
......................................... 1
1 Objet et domaine d’application
1 .
2 Références .
2
3 Symboles .
2
............................................................
4 Principe
.......................................... 2
5 Choix de la section de mesure
.................................. 3
6 Dispositifs pour améliorer l’écoulement
...................................... 4
7 Détermination des vitesses locales
................................... 6
8 Détermination de la vitesse débitante.
........................................ 6
9 Précision sur la mesure de débit
Annexes
............ 17
Détection et suppression des fluctuations réguliéres de pression
....................................... 19
Amortissement des manomètres
20
Détermination des emplacements du tube de Pitot double pour la méthode B .
.............. 22
Corrections à appliquer dans le cas d’un tube de Pitot double.
......................... 23
Corrections à appliquer dans le cas d’un moulinet
............... 26
Erreurs dues à une répartition des vitesses non axisymétrique
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Page blanche
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ISO 71944983 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées -
Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le cas
d’un écoulement giratoire ou dissymétrique par
exploration du champ des vitesses au moyen de
moulinets ou de tubes de Pitot doubles
tée conforme à la présente Norme internationale si en un point
0 Introduction
quelconque de la section de mesure, la vitesse locale forme un
Pour pouvoir effectuer des mesures de débit de fluides mono- angle de plus de 40° avec l’axe de la conduite ou si l’indice de
dissymétrie Y (défini en annexe FI est supérieur à 0,15.
phasiques dans des conduites fermées par la méthode d’explo-
ration du champ des vitesses à l’aide soit de moulinets, soit de
II faut souligner que la présente Norme internationale ne traite
tubes de Pitot doubles avec une précision satisfaisante (de
l’ordre de + 2 % par exemple), il faut normalement disposer que des cas où la vitesse locale est mesurée à l’aide des appa-
reils definis dans I’ISO 3354 et I’ISO 3966. Si l’on utilise des
d’une section de mesure où règne une répartition régulière des
vitesses, se rapprochant de celle d’un écoulement établi (voir tubes de Pitot doubles, la présente Norme internationale ne
s’applique qu’aux écoulements pour lesquels le nombre de
ISO 3354 et ISO 3966).
Mach correspondant aux vitesses locales est inférieur ou égal
Dans certains cas cependant, il est pratiquement impossible à 0,25.
d’obtenir un tel écoulement mais il est souhaitable de parvenir à
une mesure du débit aussi bonne que possible.
2 Références
1 Objet et domaine d’application
ISOITR 3313, Mesure du débit d’un écoulement pulsatoire de
fluide dans une conduite, au moyen de diaphragmes, tuyhes
La présente Norme internationale spécifie des méthodes par
ou tubes de venturi, en particulier dans le cas de pulsations
exploration du champ des vitesses au moyen de moulinets ou
sinusoïdales ou périodiques intermittentes à ondes rectangulai-
de tubes de Pitot doubles, pour mesurer le débit dans les con-
res.
duites circulaires dans le cas d’un écoulement giratoire ou
dissymétrique.
ISO 3354, Mesure du débit d’eau propre dans les conduites fer-
m&es - Mhhode d’exploration du champ des vitesses au
. Elle spécifie les mesures à effectuer, les précautions à prendre,
moyen de moulinets.
les corrections à apporter et les sources d’erreurs supplémen-
taires à craindre lorsqu’on est contraint d’effectuer une mesure
ISO 3455, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
de débit en écoulement giratoire ou dissymétrique.
verts - Étalonnage des moulinets à élhmen t rota tif en bassins
découverts rectilignes.
Bien que des méthodes d’utilisation des techniques d’intégra-
tion du champ des vitesses afin de mesurer le débit lorsque
ISO 3966, Mesure du débit des fluides dans les conduites fer-
l’écoulement présente une giration et/ou une dissymétrie
mhes - Méthode d’exploration du champ des vitesses au
soient décrites, il faut s’efforcer, toutefois, de choisir une sec-
moyen de tubes de Pitot doubles.
tion de mesure dans la conduite où la giration et la dissymétrie
sont aussi réduites que possible.
ISO 4006, Mesure de d&bit des fluides dans les conduites fer-
mées - Vocabulaire et symboles.
La présente Norme internationale ne traite cependant que des
ecoulements pour lesquels la composante radiale de la vitesse
ISO 5168, Mesure de debit des fluides - Calcul de l’erreur
est négligeable. De plus, on ne peut pas faire de mesure répu-
limite sur une mesure de dhbit.
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ISO 7194-1983 (FI
3 Symboles (voir également ISO 4006)
Symbole Grandeur Dimensions Unité SI
D Diamétre de la conduite L m
Diamètre de l’antenne d’un tube de Pitot double
d L m
Diamètre des orifices ou des tubes d’un tranquilliseur 1
- -
E Erreur limite, en valeur relative
* *
e Erreur limite, en valeur absolue
- -
Coefficient d’étalonnage directionnel
kv
Longueur de l’antenne d’un tube de Pitot double m
1 L
R Rayon de la conduite L m
r Rayon d’une circonférence de mesure L m
u Vitesse débitante LT-1 mis
LT-1
Vitesse moyenne le long du ième rayon mis
4
V Vitesse locale du fluide LT-1 mis
Composante de la vitesse locale paralléle à l’axe de la conduite LT-’ mis
VX
- -
Indice de dissymétrie de l’écoulement
Y
Distance à la paroi de l’intersection des axes de l’antenne et de la hampe d’un
Y
L m
tube Pitot double
Distance à la paroi de l’étrave d’un tube de Pitot double L m
y1
- -
a Coefficient d’étalonnage d’un tube de Pitot double
Pression différentielle mesurée par un tube de Pitot double ML-JT-2 Pa
AP
- -
Cœff icient de détente
&
-
e Angle de la vitesse locale avec l’axe de la conduite rad**
Masse volumique du fluide ML-3 kglm3
e
-
rad**
Angle de la vitesse locale avec l’axe de l’appareil de mesure
P
*
Les dimensions et unités sont celles de la grandeur considérée.
** Bien que l’unité SI soit le radian, dans le cadre de la présente Norme internationale les angles sont exprimés en degrés.
mesure du débit doit être augmentée en fonction des caracté-
4 Principe
ristiques de l’écoulement.
La présente Norme internationale décrit
5 Choix de la section de mesure
- les méthodes qui permettent d’effectuer une explora-
Lorsque la disposition de la conduite et de ses accessoires est
tion en écoulement dissymétrique ou giratoire en minimi-
telle que tous les changements de direction de l’écoulement se
sant les erreurs;
trouvent dans le même plan (par exemple avec un seul coude,
une seule vanne, ou deux coudes en
- les corrections qui devraient être appliquées pour cer-
aucune giration d’ensemble et la perturbation de l’écoulement
taines sources d’erreurs;
qui en r&uIte se résume pour l’essentiel à une répartition dissy-
métrique des vitesses.
- les méthodes pour déterminer l’augmentation de
l’erreur limite sur la mesure du débit lorsqu’il n’est pas possi-
Cependant, si la disposition de la conduite est telle que I’écou-
ble d’éliminer l’influence d’une source d’erreur particulière.
lement change de direction sur une faible distance dans au
moins deux plans différents (par exemple avec deux coudes
Les sources d’erreurs qui sont à l’origine des erreurs limites
dans des plans orthogonaux), une giration d’ensemble de
dont il est question dans la présente Norme internationale sont
l’écoulement sera créée en plus de la dissymétrie introduite par
les suivantes :
chacun des accessoires.
a) sur la détermination des vitesses locales, les erreurs Contrairement à la dissymétrie, la giration a un effet important
dues au comportement des instruments dans un écoule-
sur la réponse des tubes de Pitot doubles et des moulinets, et
ment perturbé; de plus elle se conserve sur de beaucoup plus longues distan-
ces. Aussi, chaque fois que possible, le plan de mesure ne
b) sur le calcul de la vitesse débitante, les erreurs dues au devra pas être en aval d’une configuration créant une giration. II
nombre et à la position des points de mesure et à la
faut s’efforcer dans la mesure du possible d’éviter de placer le
méthode d’intégration utilisée. plan de mesure en aval d’un dispositif réglable dont la configu-
ration peut varier (par exemple une vanne de réglage du débit)
Certaines de ces erreurs peuvent éventuellement faire l’objet de dans les cas où il est nécessaire de mesurer des débits diffé-
corrections, mais dans le cas général, l’erreur limite sur la rents.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
Tranquilliseur Sprenkle (voir figure 3)
6 Dispositifs pour améliorer l’écoulement 6.2.2 Type B -
Le tranquilliseur Sprenkle est composé de trois plaques perfo-
6.1 Lorsque l’on doit effectuer une mesure en écoulement
dissymétrique ou giratoire, un dispositif (tranquilliseur) pour rées en serie, et il est particulièrement efficace pour éliminer la
améliorer l’écoulement doit être utilisé, si cela est possible. dissymétrie. Toutefois, il engendre une perte d’énergie mécani-
que importante (environ 15 fois l’énergie cinétique correspon-
Celui-ci doit être installé selon le schéma donné à la figure 1.
dant a la vitesse débitante) mais si une telle perte n’est pas
Les longueurs L1, acceptable, on peut utiliser deux plaques ou même une seule
L2, L3 doivent remplir les conditions :
L, > 30; L2 > 50; L3 > 20. (avec des pertes respectives d’environ dix et cinq fois l’énergie
cinétique). Les dispositifs à deux ou une seule plaque n’élimi-
Chaque fois que possible, ces distances doivent être augmen- nent pas complètement une forte dissymétrie comme le ferait
tées. Lorsqu’une longueur droite totale supérieure à un ensemble à trois plaques, mais sont souvent suffisants pour
10 diamètres de la conduite est disponible à l’amont de la sec- des perturbations telles que celles créées par un coude simple.
tion de mesure, il est préférable d’augmenter la distance entre Les tranquilliseurs a plaques perforées réduisent en partie la
l’accessoire et le tranquilliseur plutôt que d’augmenter la dis- giration, mais ne sont pas concus pour cela; si, toutefois, la
tance entre le tranquilliseur et la section de mesure. giration est le phénomène dominant dans l’irrégularité de la
répartition des vitesses, un des autres tranquilliseurs doit être
utilisé.
6.2 Le choix du tranquilliseur dépend de la nature de la répar-
tition des vitesses qui doit être corrigée et de la «perte de
Tranquilliseur à faisceau de tubes (voir
6.2.3 Type C -
charge))l) admissible. Cinq types de tranquilliseurs sont décrits
figure 4)
ci-dessous.
Le but principal des tranquilliseurs à faisceau de tubes est d’éli-
miner la giration, mais ils ont également quelque effet pour
6.2.1 Type A - Tranquilliseur Zanker (voir figure 2)
réduire la dissymétrie. Ils doivent avoir au moins 19 tubes,
d’une longueur d’au moins 20 fois le diamètre des tubes et cha-
Le but de ce dispositif est d’éliminer à la fois la giration et la
que tube doit avoir un diamètre maximal égal au cinquiéme du
dissymétrie, et il engendre une perte d’énergie mécanique
diamètre de la conduite. La perte d’énergie mécanique due à ce
d’environ cinq fois l’énergie cinétique correspondant à la
tranquilliseur dépend de la taille et de la longueur des tubes
vitesse débitante. Les diverses plaques doivent être choisies de
individuels, mais elle est généralement d’environ cinq fois
maniere à assurer une bonne tenue mécanique mais ne doivent
l’énergie cinétique.
pas être plus épaisses que nécessaire.
Tout accessoire de la conduite Tout accessoire de la conduite
r Tranquilliseur
1
L
2
I
Section de mesure
Écoulement
Figure 1 - Installation du tranquilliseur
1) Expression courante (quoique impropre en écoulement compressible) pour &%igner la pette d’énergie m&anique de I’&oulement.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
lso 71~91983 (F)
6.2.4 Type D - Tranquilliseur AMCA (voir figure 5)
Le tranquilliseur AMCA n’est utile que pour éliminer la giration.
II n’améliore pas les répartitions des vitesses dissymétriques.
Ses dimensions sont données à la figure 5, et il engendre une
très faible perte d’énergie mécanique, normalement environ
0,25 fois l’énergie cinétique.
Cette condition est automatiquement remplie lorsque l’on uti-
lise les méthodes d’intégration log-linéaire ou log-Tchebycheff,
6.2.5 Type E - Tranquilliseur étoile (voir figure 6)
mais il faut choisir les positions des points de mesure de façon à
ce qu’elles vérifient cette prescription lorsque l’on utilise une
Le tranquilliseur étoile est aussi destiné à éliminer la giration et
méthode d’intégration graphique ou numérique.
n’est d’aucun secours contre les répartitions de vitesses dissy-
métriques. Les huits lames radiales doivent être choisies de
Souvent, s’il y a une raison de croire que l’écoulement puisse
manière à assurer une bonne tenue mécanique, mais ne doivent
être dissymétrique, l’erreur limite sur la mesure du débit sera
pas être plus épaisses que nécessaire. Ce tranquilliseur doit
davantage réduite en augmentant le nombre de rayons sur les-
avoir une longueur égale à deux fois le diamètre de la conduite.
quels les mesures sont faites qu’en augmentant le nombre de
II engendre une tres faible perte d’énergie mécanique, sembla-
points par rayon. Par exemple, si l’on dispose de 48 moulinets à
ble à celle du tranquilliseur AMCA, mais a l’avantage d’être
installer dans la conduite, il est préférable d’en placer six sur
beaucoup plus facile à construire. De plus, il permet une bonne
chacun des huit rayons plutôt que d’en placer huit sur chacun
répartition radiale de la pression statique lorsque l’écoulement
des six rayons.
le traverse, ce qui n’est pas le cas des tranquilliseurs AMCA,
Zanker ou à faisceau de tubes, à l’aval desquels la répartition de
la pression dans une section de la conduite peut présenter des
variations notables.
7.2 Influence des fluctuations de pression
Dans toute conduite où se produit un écoulement dans les con-
7 Détermination des vitesses locales
ditions définies dans I’ISO 3966 aussi bien que dans la présente
Norme internationale, il existe des fluctuations de pression
Sauf indications contraires mentionnées dans le corps de la
directement liées aux composantes turbulentes des vitesses
présente Norme internationale, la mise en œuvre et les condi-
locales qui s’ajoutent à l’écoulement moyen. Le tube de Pitot
tions à remplir par les instruments de mesure des vitesses loca-
double utilisé pour l’exploration transmettra ces fluctuations au
les doivent être conformes aux spécifications de I’ISO 3354 ou
manometre ou au capteur de pression sous forme de compo-
I’ISO 3966.
santes de la pression différentielle instantanée. Un amortisse-
ment suffisant dans le circuit manométrique aidera l’opérateur à
Lorsqu’il se produit une giration notable, le fait que la direction
évaluer la pression différentielle moyenne, mais un tel amortis-
de l’écoulement diffère de la direction axiale influe sur la
sement doit être symétrique et linéaire, afin d’éviter une erreur
réponse de l’instrument de mesure. Ceci doit être pris en consi-
supplémentaire impossible à chiffrer. L’erreur sur la vitesse
dération pour chaque position de mesure dans la section de
moyenne évaluée à partir de la moyenne temporelle des lectu-
conduite afin de déterminer la composante axiale des vitesses
res de la pression différentielle en présence de turbulence est
locales. La procédure varie selon que l’on utilise un tube de
considérée séparément au chapitre 8.
Pitot double ou un moulinet.
,
L’amortissement symétrique et linéaire du circuit manométri-
7.1 Nombre et emplacement des points de
que doit être suffisant pour éviter que les fluctuations des indi-
mesure
cations du manomètre en chaque point de mesure ne dépas-
sent + 3 % de la lecture moyenne en ce point.
Le nombre et l’emplacement des points de mesure dans la sec-
tion de mesure doivent être conformes aux spécifications de
Des recommandations pour s’assurer que l’amortissement est
I’ISO 3354 ou I’ISO 3866, compte tenu de la méthode d’intégra-
symétrique et linéaire sont données à l’annexe B.
tion choisie. Cependant, le nombre minimal de points de
mesure par rayon doit être de cinq (non compris une éventuelle
Des fluctuations de pression d’origine acoustique, tout à fait
mesure au centre) et, lorsqu’on peut penser que l’écoulement
indépendantes des vitesses locales de l’écoulement, peuvent se
est dissymétrique, le nombre minimal de rayons doit être de six.
produire dans certaines conduites, notamment dans le cas des
II faut également effectuer sur chaque rayon au moins une
écoulements gazeux. Ces fluctuations de pression sont généra-
mesure de la vitesse locale dans chacune des zones suivantes
lement beaucoup plus importantes que celles dues à la turbu-
sans tenir compte de la mesure éventuelle faite au centre :
lence. Le moindre défaut de linéarité de l’amortissement du cir-
cuit manométrique entraîne alors inévitablement une erreur
r2
importante sur les vitesses locales déduites des lectures moyen-
0 < R < 0,2
nes du manomètre.
0
r2
Avant de pouvoir effectuer des mesurages réputés conformes à
0,2 < R < 0,4
la présente Norme internationale, l’utilisateur doit vérifier qu’il
0
n’existe pas dans la conduite de fluctuations de pressions régu-
r2
lières notables et de les éliminer s’il en existe. Des conseils pour
0,4 < R < 0,6
leur détection et leur suppression sont donnés à l’annexe A.
0
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 7194-3983 03
7.3 Mesure de la vitesse axiale d l’aide d’un tube en fonction de l’angle de giration cp, où Apo et Apu, sont, pour
de Pitot double une vitesse donnée, les valeurs des pressions différentielles
lorsque l’angle entre la sonde et l’ecoulement est, respective-
Des indications pour l’utilisation des tubes de Pitot doubles
ment, zero et ~3.
sont données à l’annexe D. Le tube de Pitot double utilisé doit
être un de ceux décrits dans I’ISO 3966 et les mesures peuvent Après avoir déterminé l’angle de giration avec une sonde clino-
être faites selon l’une des deux méthodes suivantes. métrique pour chaque position de mesure, l’antenne du tube de
Pitot double doit être alignée parallelement à l’axe de la con-
Dans la méthode A (voir 7.3.11, la sonde doit être alignée en duite pour chaque position pour laquelle on veut mesurer la
chaque position de mesure selon l’axe de la conduite et il faudra
vitesse locale, et la pression différentielle est notée. À partir des
connaître la réponse de chaque tube de Pitot double selon son mesures locales des pressions différentielles Ap@ et des angles
inclinaison par rapport à la direction de l’écoulement. Cette de giration, les vitesses axiales locales v, doivent être calculées
méthode ne peut être utilisée que pour des angles de giration
d’aprés l’équation
inferieurs à 20°.
2 AP(p
vx =
k,cr(l - 8)
-
Dans la méthode B (voir 7.3.21, le tube de Pitot double doit être
e
aligné en chaque position de mesure selon la direction de
l’écoulement et, connaissant la vitesse mesurée et l’angle de la
vitesse locale avec l’axe de la conduite, on peut calculer la
vitesse axiale. Cette méthode s’applique dans tout le domaine
7.3.2 Mbhode B
couvert par la présente Norme internationale (c’est-à-dire des
angles de giration inférieurs à 400).
Cette méthode n’est utilisable que lorsque l’angle entre la
NOTE - À l’heure actuelle, il existe moins de données expérimentales vitesse locale et l’axe de la conduite est inférieur à 40° pour tou-
permettant d’évaluer les erreurs pour la méthode B que pour la tes les positions de mesure dans la section transversale.
méthode A.
Après avoir détermine l’angle de giration avec une sonde clino-
Dans les deux cas, il est nécessaire d’effectuer une exploration
metrique à chaque position de mesure, un tube de Pitot double
préliminaire avec une sonde clinométrique pour determiner
conforme aux spécifications de I’ISO 3966 doit être mis en
l’angle de giration à chaque position de mesure.
place de telle sorte que l’axe de l’antenne soit parallèle en cha-
que point à la direction locale du fluide et on relève les pres-
Deux types recommandés de sondes clinométriques sont repré-
sions différentielles.
sentés aux figures 7 et 8 et dans chaque cas, la méthode con-
siste à les faire tourner autour de l’axe de leur hampe jusqu’à ce
Dans cette méthode, les positions radiales de l’étrave du tube
que les pressions enregistrées par les deux prises soient égales;
de Pitot double seront différentes de celles de la sonde clinomé-
on sait alors que la sonde est alignée avec la direction de I’écou- trique chaque fois qu’il existe une giration. Elles ne seront pas
lement. Avant utilisation, il faut effectuer un essai dans une ins-
disposées le long d’un diametre de la conduite, mais selon une
tallation appropriée (par exemple dans une soufflerie) afin de
courbe. Ceci est illustré à la figure 15 qui représente les posi-
déterminer la correspondance entre cette direction et le plan de
tions caractéristiques du tube de Pitot double quand il existe
référence de la sonde clinométrique elle-même.
une giration axisymétrique.
Lorsque l’on doit utiliser des emplacements prédéterminés pour
7.3.1 Mbthode A
les tubes de Pitot doubles (comme dans les mesures par les
méthodes log-linéaire ou log-Tchebycheff), il est nécesaire de
Cette méthode est utilisable seulement lorsque l’angle entre la
calculer les positions où doit se trouver le coude du tube de
vitesse locale et l’axe de la conduite est inférieur à 20° pour tou-
Pitot double pour que l’étrave puisse être à ces positions radia-
tes les positions de mesure dans la section transversale.1)
les. Inversement, si on utilise les méthodes par intégration
numérique ou graphique, il est nécessaire de calculer les posi-
L’effet de la giration sur le tube de Pitot double spécifié pour
tions radiales effectives de l’étrave du tube de Pitot double en
utilisation dans cette Norme internationale est donné à la
fonction des positions où l’on a placé le coude. L’équation pour
figure 9 pour des sondes typiques mais la réponse direction-
effectuer ces calculs est donnée à l’annexe C.
nelle de la sonde particuliére utilisée pour le mesurage doit être
déterminée par un étalonnage préliminaire dans une installation
Lorsque l’on utilise la méthode 8, la valeur maximale de l’angle
appropriée (par exemple dans une soufflerie) car les sondes
de giration locale limite le diamètre maximal admissible de
individuelles ont des caractéristiques différentes. Le resultat de
l’antenne du tube du Pitot double. La figure 10 montre la rela-
cet étalonnage doit être exprimé en termes de
tion entre la valeur maximale admissible du rapport dlD et le
plus grand angle local de giration, d étant le diamètre de
AP0
l’antenne du tube de Pitot double et D le diamètre de la con-
kcp = COS qJ -
duite.
A4
La sonde AMCA ne peut être utilisée dans la méthode A que pour des angles inférieurs
1) de giration données disponibles sur
la réponse de ce type de sonde pour des angles d’incidence plus grands.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
IsO 71941983 (FI
Les vitesses axiales do livent être calculées pour chaque position annexe C de I’ISO 39661 qui, compte tenu des conditions parti-
d’après la formule : culières des écoulements considérés dans la présente Norme
internationale, sera généralement comprise entre 1 et 2 %.
Cette surestimation dépend non seulement du niveau de turbu-
vx = vcos 8
lence, mais aussi de la forme de l’étrave du tube de Pitot, et elle
diminue lorsque le nombre de Reynolds augmente. La valeur de
où
la vitesse débitante obtenue précédemment devra donc être
est la vitesse axiale; minorée d’une quantité comprise entre 1 et 2 % que l’utilisateur
Vx
de la norme devra évaluer au mieux en tenant compte des con-
v est le module du vecteur vitesse, calculé comme indiqué ditions particuliéres du mesurage (voir annexe D).
dans I’ISO 3966;
Lorsqu’on utilise des moulinets, aucune correction n’est à
0 est l’angle entre l’écoulement et l’axe de la conduite. apporter à la valeur mesurée car, pour ces appareils, la turbu-
lence peut entraîner des erreurs, tantôt positives, tantôt négati-
ves (voir annexe E).
7.4 Mesure de la vitesse axiale à l’aide d’un
moulinet
L’effet d’une giration de l’ecoulement sur la réponse d’un mou-
9 Précision sur la mesure de débit
linet n’est qu’imparfaitement connu et dépend essentiellement,
parmi d’autres facteurs, du type d’hélice. II est cependant pos-
L’erreur limite sur la mesure de débit doit être calculée selon
sible d’établir la loi de réponse d’une hélice donnée en fonction
I’ISO 5168. Donc, si XI, X2, . . . Xk sont les variables indépen-
de son orientation par rapport à la vitesse d’écoulement; cette
dantes que l’on doit mesurer afin de-déterminer le débit, l’erreur
réponse peut être obtenue en traînant le moulinet dans un canal
limite absolue eq sur le débit est donnée par :
de tarage comme spécifié dans I’ISO 3455, mais en lui donnant
successivement des différentes orientations par rapport à l’axe
du canal. La figure 11 reproduit, à titre d’exemple, la réponse
ainsi obtenue pour certaines hélices bien définies.
Lorsqu’on craint que l’écoulement dans la section de mesure où el, e2, . . . ek sont les erreurs limites absolues sur XI,
présente une giration, il est généralement avantageux d’utiliser x2, . . . xk, respectivement.
des hélices d’un modèle spécial dites «autocompensantes», qui
ont et6 conçues pour mesurer directement la composante Comme les conditions d’écoulement peuvent grandement
axiale de la vitesse locale ~COS~ pour des vitesses formant avec varier, il n’est pas possible d’admettre que l’estimation du débit
aura une erreur limite inférieure à une valeur donnée. II est tou-
l’axe de l’hélice un angle ne dépassant pas 30°. Dans les cas où
l’angle de giration ne dépasse jamais 30°, aucune correction tefois possible de donner un ordre de grandeur des erreurs qui
n’est donc nécessaire avec les hélices de ce type. II faut toute- peuvent advenir dans la plupart des cas.
fois attirer l’attention sur l’inconvénient que représente la sensi-
bilite particulière de ce type d’hélices à l’influence du support
9.1 Erreur limite due à la dissymétrie
du moulinet et a la turbulence de l’ecoulement.
L’erreur limite relative E, correspondante est donnée par des
Si pour ces raisons, on préfère utiliser des hélices d’un type
équations a l’annexe F, selon le nombre de rayons le long des-
usuel, il est nécessaire, avant les essais, de déterminer l’angle
quels sont faites les explorations.
de giration, par exemple en explorant la section de mesure à
l’aide d’une sonde clinométrique comme décrit en 7.3. Si 0 est
9.2 Erreur limite due & la giration
inférieur à 5O, on peut considérer que les helices usuelles, orien-
tées suivant l’axe de la conduite, donnent avec une précision
L’erreur limite sur l’évaluation du débit qu’entraîne la présence
satisfaisante la valeur de la composante axiale de la vitesse
d’une
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.ME~YHAPOJ,JHAR OPTAHHJA~HR Il0 CTAH(IAPTH3Al&WWORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATIC)N
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées -
Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le cas
d’un écoulement giratoire ou dissymétrique par
exploration du champ des vitesses au moyen de
moulinets ou de tubes de Pitot doubles
Measurement of fluid flow in closed conduits - Velocity-area methods of flow measurement in swirling or asymmetric flow
conditions in circular duc ts b y means of curren t-meters or Pito t s ta tic’ tubes
Première édition - 1983-09-15
CDU 532.574.23 Réf. no : ISO 7194-1983 (FI
mesurage de débit, koulement de liquide, écoulement en conduite fermée, mesurage de vitesse, instrument de mesurage.
Descripteurs :
Prix basé sur 24 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 7194 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées, et a été soumise aux comités
membres en mai 1982.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Afrique du Sud, Rép. d’ Inde Roumanie
Australie Italie Royaume-Uni
Belgique Norvkge
Tchécoslovaquie
Égypte, Rép. arabe d’
Pays- Bas URSS
France Pologne
Les comités membres des suivants l’ont désapprouvée raisons techni-
pour des
Pays
ques :
Allemagne, R. F.
USA
Organisation internationale de normalisation, 1983
0
Imprimé en Suisse
ii
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Page
Sommaire
........................................................ 1
0 Introduction.
......................................... 1
1 Objet et domaine d’application
1 .
2 Références .
2
3 Symboles .
2
............................................................
4 Principe
.......................................... 2
5 Choix de la section de mesure
.................................. 3
6 Dispositifs pour améliorer l’écoulement
...................................... 4
7 Détermination des vitesses locales
................................... 6
8 Détermination de la vitesse débitante.
........................................ 6
9 Précision sur la mesure de débit
Annexes
............ 17
Détection et suppression des fluctuations réguliéres de pression
....................................... 19
Amortissement des manomètres
20
Détermination des emplacements du tube de Pitot double pour la méthode B .
.............. 22
Corrections à appliquer dans le cas d’un tube de Pitot double.
......................... 23
Corrections à appliquer dans le cas d’un moulinet
............... 26
Erreurs dues à une répartition des vitesses non axisymétrique
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Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 71944983 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées -
Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le cas
d’un écoulement giratoire ou dissymétrique par
exploration du champ des vitesses au moyen de
moulinets ou de tubes de Pitot doubles
tée conforme à la présente Norme internationale si en un point
0 Introduction
quelconque de la section de mesure, la vitesse locale forme un
Pour pouvoir effectuer des mesures de débit de fluides mono- angle de plus de 40° avec l’axe de la conduite ou si l’indice de
dissymétrie Y (défini en annexe FI est supérieur à 0,15.
phasiques dans des conduites fermées par la méthode d’explo-
ration du champ des vitesses à l’aide soit de moulinets, soit de
II faut souligner que la présente Norme internationale ne traite
tubes de Pitot doubles avec une précision satisfaisante (de
l’ordre de + 2 % par exemple), il faut normalement disposer que des cas où la vitesse locale est mesurée à l’aide des appa-
reils definis dans I’ISO 3354 et I’ISO 3966. Si l’on utilise des
d’une section de mesure où règne une répartition régulière des
vitesses, se rapprochant de celle d’un écoulement établi (voir tubes de Pitot doubles, la présente Norme internationale ne
s’applique qu’aux écoulements pour lesquels le nombre de
ISO 3354 et ISO 3966).
Mach correspondant aux vitesses locales est inférieur ou égal
Dans certains cas cependant, il est pratiquement impossible à 0,25.
d’obtenir un tel écoulement mais il est souhaitable de parvenir à
une mesure du débit aussi bonne que possible.
2 Références
1 Objet et domaine d’application
ISOITR 3313, Mesure du débit d’un écoulement pulsatoire de
fluide dans une conduite, au moyen de diaphragmes, tuyhes
La présente Norme internationale spécifie des méthodes par
ou tubes de venturi, en particulier dans le cas de pulsations
exploration du champ des vitesses au moyen de moulinets ou
sinusoïdales ou périodiques intermittentes à ondes rectangulai-
de tubes de Pitot doubles, pour mesurer le débit dans les con-
res.
duites circulaires dans le cas d’un écoulement giratoire ou
dissymétrique.
ISO 3354, Mesure du débit d’eau propre dans les conduites fer-
m&es - Mhhode d’exploration du champ des vitesses au
. Elle spécifie les mesures à effectuer, les précautions à prendre,
moyen de moulinets.
les corrections à apporter et les sources d’erreurs supplémen-
taires à craindre lorsqu’on est contraint d’effectuer une mesure
ISO 3455, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
de débit en écoulement giratoire ou dissymétrique.
verts - Étalonnage des moulinets à élhmen t rota tif en bassins
découverts rectilignes.
Bien que des méthodes d’utilisation des techniques d’intégra-
tion du champ des vitesses afin de mesurer le débit lorsque
ISO 3966, Mesure du débit des fluides dans les conduites fer-
l’écoulement présente une giration et/ou une dissymétrie
mhes - Méthode d’exploration du champ des vitesses au
soient décrites, il faut s’efforcer, toutefois, de choisir une sec-
moyen de tubes de Pitot doubles.
tion de mesure dans la conduite où la giration et la dissymétrie
sont aussi réduites que possible.
ISO 4006, Mesure de d&bit des fluides dans les conduites fer-
mées - Vocabulaire et symboles.
La présente Norme internationale ne traite cependant que des
ecoulements pour lesquels la composante radiale de la vitesse
ISO 5168, Mesure de debit des fluides - Calcul de l’erreur
est négligeable. De plus, on ne peut pas faire de mesure répu-
limite sur une mesure de dhbit.
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ISO 7194-1983 (FI
3 Symboles (voir également ISO 4006)
Symbole Grandeur Dimensions Unité SI
D Diamétre de la conduite L m
Diamètre de l’antenne d’un tube de Pitot double
d L m
Diamètre des orifices ou des tubes d’un tranquilliseur 1
- -
E Erreur limite, en valeur relative
* *
e Erreur limite, en valeur absolue
- -
Coefficient d’étalonnage directionnel
kv
Longueur de l’antenne d’un tube de Pitot double m
1 L
R Rayon de la conduite L m
r Rayon d’une circonférence de mesure L m
u Vitesse débitante LT-1 mis
LT-1
Vitesse moyenne le long du ième rayon mis
4
V Vitesse locale du fluide LT-1 mis
Composante de la vitesse locale paralléle à l’axe de la conduite LT-’ mis
VX
- -
Indice de dissymétrie de l’écoulement
Y
Distance à la paroi de l’intersection des axes de l’antenne et de la hampe d’un
Y
L m
tube Pitot double
Distance à la paroi de l’étrave d’un tube de Pitot double L m
y1
- -
a Coefficient d’étalonnage d’un tube de Pitot double
Pression différentielle mesurée par un tube de Pitot double ML-JT-2 Pa
AP
- -
Cœff icient de détente
&
-
e Angle de la vitesse locale avec l’axe de la conduite rad**
Masse volumique du fluide ML-3 kglm3
e
-
rad**
Angle de la vitesse locale avec l’axe de l’appareil de mesure
P
*
Les dimensions et unités sont celles de la grandeur considérée.
** Bien que l’unité SI soit le radian, dans le cadre de la présente Norme internationale les angles sont exprimés en degrés.
mesure du débit doit être augmentée en fonction des caracté-
4 Principe
ristiques de l’écoulement.
La présente Norme internationale décrit
5 Choix de la section de mesure
- les méthodes qui permettent d’effectuer une explora-
Lorsque la disposition de la conduite et de ses accessoires est
tion en écoulement dissymétrique ou giratoire en minimi-
telle que tous les changements de direction de l’écoulement se
sant les erreurs;
trouvent dans le même plan (par exemple avec un seul coude,
une seule vanne, ou deux coudes en
- les corrections qui devraient être appliquées pour cer-
aucune giration d’ensemble et la perturbation de l’écoulement
taines sources d’erreurs;
qui en r&uIte se résume pour l’essentiel à une répartition dissy-
métrique des vitesses.
- les méthodes pour déterminer l’augmentation de
l’erreur limite sur la mesure du débit lorsqu’il n’est pas possi-
Cependant, si la disposition de la conduite est telle que I’écou-
ble d’éliminer l’influence d’une source d’erreur particulière.
lement change de direction sur une faible distance dans au
moins deux plans différents (par exemple avec deux coudes
Les sources d’erreurs qui sont à l’origine des erreurs limites
dans des plans orthogonaux), une giration d’ensemble de
dont il est question dans la présente Norme internationale sont
l’écoulement sera créée en plus de la dissymétrie introduite par
les suivantes :
chacun des accessoires.
a) sur la détermination des vitesses locales, les erreurs Contrairement à la dissymétrie, la giration a un effet important
dues au comportement des instruments dans un écoule-
sur la réponse des tubes de Pitot doubles et des moulinets, et
ment perturbé; de plus elle se conserve sur de beaucoup plus longues distan-
ces. Aussi, chaque fois que possible, le plan de mesure ne
b) sur le calcul de la vitesse débitante, les erreurs dues au devra pas être en aval d’une configuration créant une giration. II
nombre et à la position des points de mesure et à la
faut s’efforcer dans la mesure du possible d’éviter de placer le
méthode d’intégration utilisée. plan de mesure en aval d’un dispositif réglable dont la configu-
ration peut varier (par exemple une vanne de réglage du débit)
Certaines de ces erreurs peuvent éventuellement faire l’objet de dans les cas où il est nécessaire de mesurer des débits diffé-
corrections, mais dans le cas général, l’erreur limite sur la rents.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
Tranquilliseur Sprenkle (voir figure 3)
6 Dispositifs pour améliorer l’écoulement 6.2.2 Type B -
Le tranquilliseur Sprenkle est composé de trois plaques perfo-
6.1 Lorsque l’on doit effectuer une mesure en écoulement
dissymétrique ou giratoire, un dispositif (tranquilliseur) pour rées en serie, et il est particulièrement efficace pour éliminer la
améliorer l’écoulement doit être utilisé, si cela est possible. dissymétrie. Toutefois, il engendre une perte d’énergie mécani-
que importante (environ 15 fois l’énergie cinétique correspon-
Celui-ci doit être installé selon le schéma donné à la figure 1.
dant a la vitesse débitante) mais si une telle perte n’est pas
Les longueurs L1, acceptable, on peut utiliser deux plaques ou même une seule
L2, L3 doivent remplir les conditions :
L, > 30; L2 > 50; L3 > 20. (avec des pertes respectives d’environ dix et cinq fois l’énergie
cinétique). Les dispositifs à deux ou une seule plaque n’élimi-
Chaque fois que possible, ces distances doivent être augmen- nent pas complètement une forte dissymétrie comme le ferait
tées. Lorsqu’une longueur droite totale supérieure à un ensemble à trois plaques, mais sont souvent suffisants pour
10 diamètres de la conduite est disponible à l’amont de la sec- des perturbations telles que celles créées par un coude simple.
tion de mesure, il est préférable d’augmenter la distance entre Les tranquilliseurs a plaques perforées réduisent en partie la
l’accessoire et le tranquilliseur plutôt que d’augmenter la dis- giration, mais ne sont pas concus pour cela; si, toutefois, la
tance entre le tranquilliseur et la section de mesure. giration est le phénomène dominant dans l’irrégularité de la
répartition des vitesses, un des autres tranquilliseurs doit être
utilisé.
6.2 Le choix du tranquilliseur dépend de la nature de la répar-
tition des vitesses qui doit être corrigée et de la «perte de
Tranquilliseur à faisceau de tubes (voir
6.2.3 Type C -
charge))l) admissible. Cinq types de tranquilliseurs sont décrits
figure 4)
ci-dessous.
Le but principal des tranquilliseurs à faisceau de tubes est d’éli-
miner la giration, mais ils ont également quelque effet pour
6.2.1 Type A - Tranquilliseur Zanker (voir figure 2)
réduire la dissymétrie. Ils doivent avoir au moins 19 tubes,
d’une longueur d’au moins 20 fois le diamètre des tubes et cha-
Le but de ce dispositif est d’éliminer à la fois la giration et la
que tube doit avoir un diamètre maximal égal au cinquiéme du
dissymétrie, et il engendre une perte d’énergie mécanique
diamètre de la conduite. La perte d’énergie mécanique due à ce
d’environ cinq fois l’énergie cinétique correspondant à la
tranquilliseur dépend de la taille et de la longueur des tubes
vitesse débitante. Les diverses plaques doivent être choisies de
individuels, mais elle est généralement d’environ cinq fois
maniere à assurer une bonne tenue mécanique mais ne doivent
l’énergie cinétique.
pas être plus épaisses que nécessaire.
Tout accessoire de la conduite Tout accessoire de la conduite
r Tranquilliseur
1
L
2
I
Section de mesure
Écoulement
Figure 1 - Installation du tranquilliseur
1) Expression courante (quoique impropre en écoulement compressible) pour &%igner la pette d’énergie m&anique de I’&oulement.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
lso 71~91983 (F)
6.2.4 Type D - Tranquilliseur AMCA (voir figure 5)
Le tranquilliseur AMCA n’est utile que pour éliminer la giration.
II n’améliore pas les répartitions des vitesses dissymétriques.
Ses dimensions sont données à la figure 5, et il engendre une
très faible perte d’énergie mécanique, normalement environ
0,25 fois l’énergie cinétique.
Cette condition est automatiquement remplie lorsque l’on uti-
lise les méthodes d’intégration log-linéaire ou log-Tchebycheff,
6.2.5 Type E - Tranquilliseur étoile (voir figure 6)
mais il faut choisir les positions des points de mesure de façon à
ce qu’elles vérifient cette prescription lorsque l’on utilise une
Le tranquilliseur étoile est aussi destiné à éliminer la giration et
méthode d’intégration graphique ou numérique.
n’est d’aucun secours contre les répartitions de vitesses dissy-
métriques. Les huits lames radiales doivent être choisies de
Souvent, s’il y a une raison de croire que l’écoulement puisse
manière à assurer une bonne tenue mécanique, mais ne doivent
être dissymétrique, l’erreur limite sur la mesure du débit sera
pas être plus épaisses que nécessaire. Ce tranquilliseur doit
davantage réduite en augmentant le nombre de rayons sur les-
avoir une longueur égale à deux fois le diamètre de la conduite.
quels les mesures sont faites qu’en augmentant le nombre de
II engendre une tres faible perte d’énergie mécanique, sembla-
points par rayon. Par exemple, si l’on dispose de 48 moulinets à
ble à celle du tranquilliseur AMCA, mais a l’avantage d’être
installer dans la conduite, il est préférable d’en placer six sur
beaucoup plus facile à construire. De plus, il permet une bonne
chacun des huit rayons plutôt que d’en placer huit sur chacun
répartition radiale de la pression statique lorsque l’écoulement
des six rayons.
le traverse, ce qui n’est pas le cas des tranquilliseurs AMCA,
Zanker ou à faisceau de tubes, à l’aval desquels la répartition de
la pression dans une section de la conduite peut présenter des
variations notables.
7.2 Influence des fluctuations de pression
Dans toute conduite où se produit un écoulement dans les con-
7 Détermination des vitesses locales
ditions définies dans I’ISO 3966 aussi bien que dans la présente
Norme internationale, il existe des fluctuations de pression
Sauf indications contraires mentionnées dans le corps de la
directement liées aux composantes turbulentes des vitesses
présente Norme internationale, la mise en œuvre et les condi-
locales qui s’ajoutent à l’écoulement moyen. Le tube de Pitot
tions à remplir par les instruments de mesure des vitesses loca-
double utilisé pour l’exploration transmettra ces fluctuations au
les doivent être conformes aux spécifications de I’ISO 3354 ou
manometre ou au capteur de pression sous forme de compo-
I’ISO 3966.
santes de la pression différentielle instantanée. Un amortisse-
ment suffisant dans le circuit manométrique aidera l’opérateur à
Lorsqu’il se produit une giration notable, le fait que la direction
évaluer la pression différentielle moyenne, mais un tel amortis-
de l’écoulement diffère de la direction axiale influe sur la
sement doit être symétrique et linéaire, afin d’éviter une erreur
réponse de l’instrument de mesure. Ceci doit être pris en consi-
supplémentaire impossible à chiffrer. L’erreur sur la vitesse
dération pour chaque position de mesure dans la section de
moyenne évaluée à partir de la moyenne temporelle des lectu-
conduite afin de déterminer la composante axiale des vitesses
res de la pression différentielle en présence de turbulence est
locales. La procédure varie selon que l’on utilise un tube de
considérée séparément au chapitre 8.
Pitot double ou un moulinet.
,
L’amortissement symétrique et linéaire du circuit manométri-
7.1 Nombre et emplacement des points de
que doit être suffisant pour éviter que les fluctuations des indi-
mesure
cations du manomètre en chaque point de mesure ne dépas-
sent + 3 % de la lecture moyenne en ce point.
Le nombre et l’emplacement des points de mesure dans la sec-
tion de mesure doivent être conformes aux spécifications de
Des recommandations pour s’assurer que l’amortissement est
I’ISO 3354 ou I’ISO 3866, compte tenu de la méthode d’intégra-
symétrique et linéaire sont données à l’annexe B.
tion choisie. Cependant, le nombre minimal de points de
mesure par rayon doit être de cinq (non compris une éventuelle
Des fluctuations de pression d’origine acoustique, tout à fait
mesure au centre) et, lorsqu’on peut penser que l’écoulement
indépendantes des vitesses locales de l’écoulement, peuvent se
est dissymétrique, le nombre minimal de rayons doit être de six.
produire dans certaines conduites, notamment dans le cas des
II faut également effectuer sur chaque rayon au moins une
écoulements gazeux. Ces fluctuations de pression sont généra-
mesure de la vitesse locale dans chacune des zones suivantes
lement beaucoup plus importantes que celles dues à la turbu-
sans tenir compte de la mesure éventuelle faite au centre :
lence. Le moindre défaut de linéarité de l’amortissement du cir-
cuit manométrique entraîne alors inévitablement une erreur
r2
importante sur les vitesses locales déduites des lectures moyen-
0 < R < 0,2
nes du manomètre.
0
r2
Avant de pouvoir effectuer des mesurages réputés conformes à
0,2 < R < 0,4
la présente Norme internationale, l’utilisateur doit vérifier qu’il
0
n’existe pas dans la conduite de fluctuations de pressions régu-
r2
lières notables et de les éliminer s’il en existe. Des conseils pour
0,4 < R < 0,6
leur détection et leur suppression sont donnés à l’annexe A.
0
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 7194-3983 03
7.3 Mesure de la vitesse axiale d l’aide d’un tube en fonction de l’angle de giration cp, où Apo et Apu, sont, pour
de Pitot double une vitesse donnée, les valeurs des pressions différentielles
lorsque l’angle entre la sonde et l’ecoulement est, respective-
Des indications pour l’utilisation des tubes de Pitot doubles
ment, zero et ~3.
sont données à l’annexe D. Le tube de Pitot double utilisé doit
être un de ceux décrits dans I’ISO 3966 et les mesures peuvent Après avoir déterminé l’angle de giration avec une sonde clino-
être faites selon l’une des deux méthodes suivantes. métrique pour chaque position de mesure, l’antenne du tube de
Pitot double doit être alignée parallelement à l’axe de la con-
Dans la méthode A (voir 7.3.11, la sonde doit être alignée en duite pour chaque position pour laquelle on veut mesurer la
chaque position de mesure selon l’axe de la conduite et il faudra
vitesse locale, et la pression différentielle est notée. À partir des
connaître la réponse de chaque tube de Pitot double selon son mesures locales des pressions différentielles Ap@ et des angles
inclinaison par rapport à la direction de l’écoulement. Cette de giration, les vitesses axiales locales v, doivent être calculées
méthode ne peut être utilisée que pour des angles de giration
d’aprés l’équation
inferieurs à 20°.
2 AP(p
vx =
k,cr(l - 8)
-
Dans la méthode B (voir 7.3.21, le tube de Pitot double doit être
e
aligné en chaque position de mesure selon la direction de
l’écoulement et, connaissant la vitesse mesurée et l’angle de la
vitesse locale avec l’axe de la conduite, on peut calculer la
vitesse axiale. Cette méthode s’applique dans tout le domaine
7.3.2 Mbhode B
couvert par la présente Norme internationale (c’est-à-dire des
angles de giration inférieurs à 400).
Cette méthode n’est utilisable que lorsque l’angle entre la
NOTE - À l’heure actuelle, il existe moins de données expérimentales vitesse locale et l’axe de la conduite est inférieur à 40° pour tou-
permettant d’évaluer les erreurs pour la méthode B que pour la tes les positions de mesure dans la section transversale.
méthode A.
Après avoir détermine l’angle de giration avec une sonde clino-
Dans les deux cas, il est nécessaire d’effectuer une exploration
metrique à chaque position de mesure, un tube de Pitot double
préliminaire avec une sonde clinométrique pour determiner
conforme aux spécifications de I’ISO 3966 doit être mis en
l’angle de giration à chaque position de mesure.
place de telle sorte que l’axe de l’antenne soit parallèle en cha-
que point à la direction locale du fluide et on relève les pres-
Deux types recommandés de sondes clinométriques sont repré-
sions différentielles.
sentés aux figures 7 et 8 et dans chaque cas, la méthode con-
siste à les faire tourner autour de l’axe de leur hampe jusqu’à ce
Dans cette méthode, les positions radiales de l’étrave du tube
que les pressions enregistrées par les deux prises soient égales;
de Pitot double seront différentes de celles de la sonde clinomé-
on sait alors que la sonde est alignée avec la direction de I’écou- trique chaque fois qu’il existe une giration. Elles ne seront pas
lement. Avant utilisation, il faut effectuer un essai dans une ins-
disposées le long d’un diametre de la conduite, mais selon une
tallation appropriée (par exemple dans une soufflerie) afin de
courbe. Ceci est illustré à la figure 15 qui représente les posi-
déterminer la correspondance entre cette direction et le plan de
tions caractéristiques du tube de Pitot double quand il existe
référence de la sonde clinométrique elle-même.
une giration axisymétrique.
Lorsque l’on doit utiliser des emplacements prédéterminés pour
7.3.1 Mbthode A
les tubes de Pitot doubles (comme dans les mesures par les
méthodes log-linéaire ou log-Tchebycheff), il est nécesaire de
Cette méthode est utilisable seulement lorsque l’angle entre la
calculer les positions où doit se trouver le coude du tube de
vitesse locale et l’axe de la conduite est inférieur à 20° pour tou-
Pitot double pour que l’étrave puisse être à ces positions radia-
tes les positions de mesure dans la section transversale.1)
les. Inversement, si on utilise les méthodes par intégration
numérique ou graphique, il est nécessaire de calculer les posi-
L’effet de la giration sur le tube de Pitot double spécifié pour
tions radiales effectives de l’étrave du tube de Pitot double en
utilisation dans cette Norme internationale est donné à la
fonction des positions où l’on a placé le coude. L’équation pour
figure 9 pour des sondes typiques mais la réponse direction-
effectuer ces calculs est donnée à l’annexe C.
nelle de la sonde particuliére utilisée pour le mesurage doit être
déterminée par un étalonnage préliminaire dans une installation
Lorsque l’on utilise la méthode 8, la valeur maximale de l’angle
appropriée (par exemple dans une soufflerie) car les sondes
de giration locale limite le diamètre maximal admissible de
individuelles ont des caractéristiques différentes. Le resultat de
l’antenne du tube du Pitot double. La figure 10 montre la rela-
cet étalonnage doit être exprimé en termes de
tion entre la valeur maximale admissible du rapport dlD et le
plus grand angle local de giration, d étant le diamètre de
AP0
l’antenne du tube de Pitot double et D le diamètre de la con-
kcp = COS qJ -
duite.
A4
La sonde AMCA ne peut être utilisée dans la méthode A que pour des angles inférieurs
1) de giration données disponibles sur
la réponse de ce type de sonde pour des angles d’incidence plus grands.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
IsO 71941983 (FI
Les vitesses axiales do livent être calculées pour chaque position annexe C de I’ISO 39661 qui, compte tenu des conditions parti-
d’après la formule : culières des écoulements considérés dans la présente Norme
internationale, sera généralement comprise entre 1 et 2 %.
Cette surestimation dépend non seulement du niveau de turbu-
vx = vcos 8
lence, mais aussi de la forme de l’étrave du tube de Pitot, et elle
diminue lorsque le nombre de Reynolds augmente. La valeur de
où
la vitesse débitante obtenue précédemment devra donc être
est la vitesse axiale; minorée d’une quantité comprise entre 1 et 2 % que l’utilisateur
Vx
de la norme devra évaluer au mieux en tenant compte des con-
v est le module du vecteur vitesse, calculé comme indiqué ditions particuliéres du mesurage (voir annexe D).
dans I’ISO 3966;
Lorsqu’on utilise des moulinets, aucune correction n’est à
0 est l’angle entre l’écoulement et l’axe de la conduite. apporter à la valeur mesurée car, pour ces appareils, la turbu-
lence peut entraîner des erreurs, tantôt positives, tantôt négati-
ves (voir annexe E).
7.4 Mesure de la vitesse axiale à l’aide d’un
moulinet
L’effet d’une giration de l’ecoulement sur la réponse d’un mou-
9 Précision sur la mesure de débit
linet n’est qu’imparfaitement connu et dépend essentiellement,
parmi d’autres facteurs, du type d’hélice. II est cependant pos-
L’erreur limite sur la mesure de débit doit être calculée selon
sible d’établir la loi de réponse d’une hélice donnée en fonction
I’ISO 5168. Donc, si XI, X2, . . . Xk sont les variables indépen-
de son orientation par rapport à la vitesse d’écoulement; cette
dantes que l’on doit mesurer afin de-déterminer le débit, l’erreur
réponse peut être obtenue en traînant le moulinet dans un canal
limite absolue eq sur le débit est donnée par :
de tarage comme spécifié dans I’ISO 3455, mais en lui donnant
successivement des différentes orientations par rapport à l’axe
du canal. La figure 11 reproduit, à titre d’exemple, la réponse
ainsi obtenue pour certaines hélices bien définies.
Lorsqu’on craint que l’écoulement dans la section de mesure où el, e2, . . . ek sont les erreurs limites absolues sur XI,
présente une giration, il est généralement avantageux d’utiliser x2, . . . xk, respectivement.
des hélices d’un modèle spécial dites «autocompensantes», qui
ont et6 conçues pour mesurer directement la composante Comme les conditions d’écoulement peuvent grandement
axiale de la vitesse locale ~COS~ pour des vitesses formant avec varier, il n’est pas possible d’admettre que l’estimation du débit
aura une erreur limite inférieure à une valeur donnée. II est tou-
l’axe de l’hélice un angle ne dépassant pas 30°. Dans les cas où
l’angle de giration ne dépasse jamais 30°, aucune correction tefois possible de donner un ordre de grandeur des erreurs qui
n’est donc nécessaire avec les hélices de ce type. II faut toute- peuvent advenir dans la plupart des cas.
fois attirer l’attention sur l’inconvénient que représente la sensi-
bilite particulière de ce type d’hélices à l’influence du support
9.1 Erreur limite due à la dissymétrie
du moulinet et a la turbulence de l’ecoulement.
L’erreur limite relative E, correspondante est donnée par des
Si pour ces raisons, on préfère utiliser des hélices d’un type
équations a l’annexe F, selon le nombre de rayons le long des-
usuel, il est nécessaire, avant les essais, de déterminer l’angle
quels sont faites les explorations.
de giration, par exemple en explorant la section de mesure à
l’aide d’une sonde clinométrique comme décrit en 7.3. Si 0 est
9.2 Erreur limite due & la giration
inférieur à 5O, on peut considérer que les helices usuelles, orien-
tées suivant l’axe de la conduite, donnent avec une précision
L’erreur limite sur l’évaluation du débit qu’entraîne la présence
satisfaisante la valeur de la composante axiale de la vitesse
d’une
...
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