Measurement of total discharge — Electromagnetic method using a full-channel-width coil

Mesurage du débit total — Méthode électromagnétique à l'aide d'une bobine d'induction couvrant toute la largeur du chenal

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Technical report
ISO/TR 9213:1988 - Measurement of total discharge -- Electromagnetic method using a full-channel-width coil
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Technical report
ISO/TR 9213:1988 - Measurement of total discharge — Electromagnetic method using a full-channel-width coil Released:1/21/1988
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Published 1988-02-01


Measurement of total discharge - Electromagnetic
method using a full-channel-width coil

Mesurage du débit total - Méthode électromagnétique à l'aide d'une bobine d'induction couvrant toute la largeur du chenal

IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (IS0 member bodies).

The work of preparing International Standards is normally carried out through IS0 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.

The main task of IS0 technical committees is to prepare International Standards. In exceptional circumstances a technical committee

may propose the publication of a technical report of one of the following types :

- type 1, when the necessary support within the technical committee cannot be obtained for the publication of an International

Standard, despite repeated efforts;

- type 2, when the subject is still under technical development requiring wider exposure;

- type3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an

International Standard ("state of the art", for example).

Technical reports are accepted for publication directly by IS0 Council. Technical reports types 1 and 2 are subject to review within

three years of publication, to decide whether they can be transformed into International Standards. Technical reports type 3 do not

necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be no longer valid or useful.

ISO/TR 9213 was prepared by Technical Committee ISO/TC 113, Measurement of liquid flow in open channels.

The reasons which led to the decision to publish this document in. the form of a technical report type 2 are explained in the

O Introduction

The method of total discharge measurement described in this Technical Report is still under technical development. The method is

based on experimental data obtained from field observations carried out in the United Kingdom. These data are presented in annex D,

which does not form an integral part of this Technical Report.

The theory of the electromagnetic gauge is presented in annex A and specifications for a site survey are given in annex 6; these

annexes form integral parts of this Technical Report. In annex C the design aspects of the electromagnetic coil are presented; this

annex does not form an integral part of this Technical Report.
Ref. No. ISO/TR 9213 : 1988 (E)

Descriptors: liquid flow, open channel flow, flow measurement, gauging stations, specifications.

0 International Organization for Standardization, 1988 O
Printed in Switzerland
Price based on 15 pages
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ISO/TR 9213 : 1988 (E)
1 Scope and field of application

This Technical Report deals with the establishment and operation of an electromagnetic gauging station for the measurement of

discharge in an open channel, or a closed conduit with a free water surface.

The application of the method is restricted to sites where the magnetic field is generated by an electromagnetic coil which traverses

the full channel width.

This Technical Report is not applicable to discharge measurements using flow-meters which operate by using the Earth’s magnetic

2 References
IS0 772, Liquid flow measurement in open channels - Vocabulary and symbols.

IS0 1100-2, liquid flow measurement in open channels - Part 2: Determination of stage-discharge relation.

IS0 4373, Measurement of liquid flow in open channels - Water level masuring devices.

IS0 5168, Measurement of fluid flow - Estimation of uncertainty of a flow-rate measurement.

IS0 7066-1, Assessment of uncertainty in the calibration and use of flow measurement devices - Part 7 : Linear calibration relation-

ships. 1)
3 Definitions

For the purposes of this Technical Report, the definitions given in IS0 772 apply.

4 Principle of the method
4.1 Principle of operation

A vertical magnetic field is produced using a coil which is either buried in the channel bed or bridged across the channel at a cross-

section of the open channel or closed conduit with free water surface. The water in the channel is insulated from the channel bed and

banks using a membrane. The small potential set up between opposite banks of the channel, which is caused by electromagnetic

induction as the water flows, is measured.

The potential generated is proportional to the width, in metres, of the river times the sum of the magnetic field strength, in tesla, and

the average velocity of the river water, in metres per second. The magnetic field strength is proportional to the number of ampere

turns in the coil divided by a linear dimension of the coil (i.e. the length of one side of the coil).

Therefore, the following relationship can be written :
E=KV-b . . . (1)
E is the induced potential, in microvolts;
K is a constant;
V is the average water velocity, in metres per second;
N is the number of ampere turns in the coil;
I is the side length of the square coil, in metres;
b is the channel width, in metres.
1) At present at the stage of draft.
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ISO/TR 9213 : 1988 (E)
Normally, I is equal to b, and therefore equation (1 1 becomes
E = KiN

K has been deduced empirically to have a value of approximately 0,5. Therefore, for a typical coil of 500 ampere turns, the induced

potential between the opposite banks of the channel would be 250 pV for an average water velocity of 1 m/s.

The total discharge is obtained by using the velocity-area principle in which the velocity inferred from the electrode potential is

multiplied by the cross-sectional area of the channel. The cross-sectional area of the channel is a function of the recorded water level.

4.2 Factors to be taken into consideration

4.2.1 In most applications the vertical magnetic field is generated using an electromagnetic coil which traverses the whole of the

channel cross-section.

4.2.2 The coil may be either buried in the channel bed (see figure 1) or bridged across the channel at a height above the highest

water level (see figure 2) at which flow measurements are required. A bridged coil configuration is normally used where the coil is not

subject to vandalism and its physical presence is aesthetically acceptable. However, on wide channels, a bridged coil may be imprac-

tical, and the use of a buried coil may be impractical in existing reinforced-concrete channels.

The method of installation of the coil will normally be chosen on the basis of financial considerations since technically there is no

significant difference between the two methods.

The magnitude of the magnetic field produced is proportional to the electric current flowing through the coil. This current will

normally remain substantially constant but may vary slightly owing to ambient temperature fluctuations and fluctuations in the mains

voltage, The current should therefore be measured and corrections should be made to the results as necessary.

4.2.3 Each element of water flowing through the channel cross-section will contribute to the electrode voltage, and for an ideal

arrangement the voltage is proportional to the true spatial integration of the velocity across the cross-section. In practice, the

magnetic field is non-uniform and there are deviations from the ideal spatial integration, but these deviations are usually small and

therefore the method is suitable for sites where the velocity profiles are irregular and variable. This means that the method is suitable

for sites where there is considerable weed growth and limited variable accretion and can be used successfully downstream of bends

and large obstructions in the channel.

4.2.4 In most natural channels the bed will be an electrical conductor and hence will partially reduce the induced voltage owing to

electrical leakage currents. It may be necessary to line the channel with an electrically insulating impervious membrane to reduce the

leakage currents to an acceptable level (see figure 1).
4.2.5 The theory of the electromagnetic method is presented in annex A.
5 Selection of site

5.1 Owing to cost considerations, the method is suitable for a maximum width of river of approximately 30 m. This limit is set

mainly by the need to insulate the channel with a membrane. Different criteria apply to sites where a degraded version of the gauge is

satisfactory (see 5.9). in which case the mgximum river width is approximately 40 m.

5.2 A site survey should be carried out as outlined in annex 6 to measure any external electrical interference (e.g. power cables,

radio stations and electric railways). Areas of high electrical interference should be avoided (see also 5.9).

5.3 An electrical energy source of 2 kW should be available.

5.4 The site should afford adequate on-bank working space for the handling of the membrane and cable.

5.5 There should be good access to the site for installation, operation and maintenance of the station.

5.6 The site characteristics should be such that the calibration of the station can be checked using an alternative method.

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ISO/TR 9213 : 1988 (E)

5.7 Sites should be selected where there is no spatial variation in water conductivity. Whether or not the channel is insulated, the

accuracy of the method will be reduced if the spatial conductivity is not uniform throughout the cross-section. Temporal variations are

unimportant provided that the spatial uniformity of the conductivity is maintained. This requirement makes an electromagnetic gauge

unsuitable for channels in which fresh water flows over saline water, which often occurs in small estuaries. Provided that these re-

quirements are met, the quality of the water, ranging from mountain water to foul sewage, does not affect the operation of the gauge

and, similarly, the conductivity of the water will not affect the operation of the gauge.

5.8 For non-insulated channels, the signal attenuation increases as the width-to-depth ratio increases. It is recommended that the

width-to-depth ratio of channels does not exceed 10: 1.

5.9 In a non-insulated channel the accuracy of measurement is reduced. A preliminary survey should be carried out to measure the

conductivity of the water and bed to estimate the signal loss before deciding whether the site is suitable. The allowable signal loss

should not normally exceed a factor of 5 (see annex 6).
6 Applications

Electromagnetic gauges are particularly suited for measuring the flow of untreated domestic effluent, treated effluent being dis-

charged into rivers, potable water in a treatment works and cooling water in power stations. It should be noted that with this method

there is no head loss in the channel and hence pumping costs in a treatment or reclamation works can be considerably reduced.

Other applications include the gauging of natural channels and small streams up to a width of approximately 30 m. Within the size

limitations, the method is suitable for measuring flow in any type of river and overcomes many of the problems associated with tradi-

tional methods, A version of the electromagnetic gauge is suitable for measuring flow in part-filled pipes or culverts carrying storm

water, raw effluent or foul sewage.
The attributes of the method include the following :
a) it is unaffected by weed growth;
b) it is unaffected by entrained air;
c) it is unaffected by temperature stratification;
d) it is unaffected by suspended sediment or floating debris;
e) it is tolerant of deposited sediment or other accretion on the membrane;
f) it is unaffected by variable backwater from a confluence;

g) it is tolerant of upstream inflows which can cause unusual flow profiles [if the conductivity of the inflow is significantly

different from that of the water in the main channel, there shall be sufficient distance for adequate mixing (see 5.711;

h) it can detect a minimum velocity of approximately 2 mm/s;

i) it is very tolerant of unusual velocity profiles, including skew flow and severe eddy currents, in the measurement area;

j) it is suitable for very shallow water;

it inherently integrates the velocity profile over the whole channel cross-section;

I) it can measure a wide range of stage and discharge;
m) it gives a high accuracy of measurement;
n) it does not produce a constriction to the flow;
O) it measures reverse flow.

As stated previously, the major disadvantage is that the method is limited to fairly small rivers and artificial channels because of the

a large coil across the full channel width and a membrane to insulate the flowing water from

cost associated with the need to install
the bed of the channel.
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ISO/TR 9213 : 1988 (E)
7 Design and construction

An electromagnetic gauging station should consist of the following elements (see figures 1 and 2) :

a) a field coil installed below or above the channel;
b) a pair of electrodes, one on each side of the channel;
c) an insulating membrane, where necessary;
d) an instrumentation unit, including a coil power supply unit;
e) a water level measuring device;
f) a reference gauge and station bench mark.
7.1 The coil

The coil should be wound with a known number of turns of wire which will depend on the accuracy required, the river width, the

minimum water velocity and the coil power supply. Normally a coil with between 50 and 300 turns will be required. The design aspects

of a typical coil are presented in annex C.

The coil should be installed in ducting (of diameter approximately250 mm) to afford access for maintenance of the cable. Construc-

tional constraints normally require the coil to be rectangular in plan.

For a coil installed in the bed of a channel, the cable insulation shall be suitable for permanent immersion in water (e.g. polyethylene).

For a bridged coil, a lesser grade of insulation is acceptable [e.g. polybinyl chloride) may be used for insulationl. The coil should span

the full width of the channel at a height above the maximum stage for which measurements are required. The coil should be designed,

therefore, to provide sufficient flux density for the full range of flows to be measured (see annex Cl.

The coil should normally be wound with a multiway cable to simplify installation. The cable shall not be armoured with steel armouring

since this partially contains the field. Non-ferrous armouring is permissible, but the armouring shall be insulated from the water to

avoid leakage paths for the induced signal.
7.2 The electrodes

The electrodes should preferably be made from stainless steel strip or tube and should be covered by a mechanical filter to reduce sur-

face movement of the water at the electrodes. This filter reduces varying oxidation potentials. Typically, the width of flat electrodes

in the range from 50 to 150 mm. The diameter of tubular electrodes should be from 10 to 20 mm.

should be

The electrodes should follow the geometry of the banks from the bed level to the maximum surface level and should be supported on

the water side if an insulating membrane is used. They should extend from the bed level to above the highest expected stage.

The potential between the electrodes is likely to reach several hundred volts in the event of a lightning strike in the vicinity of the

gauge. To protect the instrumentation from such an event a Zener barrier is essential between the electrodes and the input to the

instrumentation. (A Zener barrier is a voltage and current limiting circuit which gives protection against high voltage inputs from light-

ning strikes.)

The inductive coupling between the signal cable and the coil shall be a minimum. This can be achieved by passing the feed from the

electrode on the far bank in a straight line through the coil centre to bisect the plan area of the coil. An alternative arrangement is to

take two signal cables from the far bank electrode: one electrode cable passes through the same ducting as the upstream coil cable

and the second electrode cable passes through the downstream coil ducting. Ducting for the electrode cables shall be installed across

the channel below the insulated membrane (where used) or it shall be bridged across the channel.

In open channels the electrodes should be supported in guides mounted on the walls or banks on either side of the channel. These

mountings’ should extend throughout the full depth of flow.

In closed conduits the electrodes should be installed as part of the preformed pipe section (see 7.3 and figure 3).

In open channels the guides may consist of slotted plastic rods for flat electrodes or perforated plastic tubing for tubular electrodes.

The guides should be secured to the channel walls or banks, but the membrane should not be punctured (see figure 1).

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Figure 1 - Buried coil configuration
instrumentation unit
Figure 2 - Bridged coil configuration
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1 8
I \
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ISO/TR 9213 : 1988 (E)
7.3 The insulating membrane

If the channel is to be lined, the insulating membrane used should be tough enough to withstand the stresses involved. A heavy duty

1012 Q-m.

polyethylene, or equivalent material, should be employed and the resistivity of the material should be greater than

The membrane lining should be anchored mechanically and sealed at the leading and side edges to protect against local scour and

seepage. The lining should be laid and secured in such a way as to prevent subsequent movement. The bed at the trailing edge should

be protected against damage by local scour.

In practice, the membrane may be covered by a variety of materials to protect it against damage. Where the membrane lies on the

river bed, a layer of concrete (which should not be reinforced) 10 cm thick is a suitable means of protection. The membrane on the

banks of the river may be protected by gabions or, in some instances, a layer of concrete. In a rectangular channel, the membrane

may be set behind a vertical wall of concrete or similar material, such as concrete blocks or clay bricks.

The membrane should not be punctured except along the edges for anchoring purposes (see also 7.2). For this reason the take-off

point to a stilling well should be beyond the limits of the membrane.

In a concrete channel the upstream leading edge and sides of the membrane should be battened to the concrete or fixed by similar

means. In a river, the edges of the membrane may be anchored by concrete bagging to trap the membrane in a trench. The length of

membrane should preferably be not less than 1,5 times the water surface width at the maximum stage at which measurements are to

be made. The membrane shoul

Publié 1988-02-01


Mesurage du débit total - Méthode électromagnétique
a l'aide d'une bobine d'induction couvrant toute la largeur
I du chenal

Measurement of total discharge - Electromagnetic method using a full-channel-width coil

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 normalement confiée aux Gomités techniques de I'ISO. Chaque

à cet effet. Les organisations

comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé

internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I'ISO participent également aux travaux.

La tâche principale des comités techniques de I'ISO est d'élaborer les Normes internationales. Exceptionnellement, un comité

technique peut proposer la publication d'un rapport technique de l'un des types suivants:

type 1 : lorsque, en dépit de maints efforts au sein d'un comité technique, l'accord requis ne peut être réalisé en faveur de la

publication d'une Norme internationale;

type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;

type 3: lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement publiées comme

Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état de la technique, par exemple).

La publication des rapports techniques dépend directement de l'acceptation du Conseil de I'ISO. Les rapports techniques des types 1

et 2 font l'objet d'un nouvel examen trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation

en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés avant que les données

fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.

le comité technique ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts.

L'ISO/TR 9213 a été préparé par

Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de rapport technique du type 2 sont exposées dans

O Introduction

La méthode de mesurage du débit total décrite dans le présent Rapport technique est actuellement au stade d'étude technique. La

méthode repose sur les données expérimentales obtenues à partir d'observations sur le terrain effectuées au Royaume-Uni. Ces

données sont présentées dans l'annexe D qui ne fait pas partie intégrante du présent Rapport technique.

Les principes de la théorie du jaugeage électromagnétique sont présentés dans l'annexe A, tandis que l'annexe B donne des

spécifications concernant l'étude du site; ces annexes font partie intégrante du présent Rapport technique. L'annexe C donne les divers

aspects de la conception de la bobine électromagnétique; cette annexe ne fait pas partie intégrante du présent Rapport technique.

Réf. no: ISO/TR 9213 : I988 (FI
CDU 532.57.ûû2.74

Descripteurs: écoulement de liquide, écoulement en canal découvert, mesurage de débit, station de jaugeage, spécification.

O Organisation internationale de normalisation, 1988 0
Prix basé sur 15 pages
imprimé en Suisse
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ISO/TR 9213 : 1988 (FI
1 Objet et domaine d'application

Le présent Rapport technique traite de l'installation et du fonctionnement d'une station de jaugeage électromagnétique dans un canal

découvert, ou dans une conduite fermée à niveau d'eau libre dans le but d'y mesurer le débit.

Le champ d'application de la méthode se limite aux sites où le champ magnétique est engendré par une bobine d'induction étendant

son action sur toute la largeur du canal.

Le présent Rapport technique ne s'applique pas aux mesurages du débit à l'aide de débitmètres exploitant le champ magnétique

2 Références

IS0 772, Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Vocabulaire et symboles.

IS0 1100-2, Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Partie 2: Détermination de la relation hauteur-débit.

IS0 4373, Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Appareils de mesure du niveau de l'eau.

IS0 5168, Mesure de débit des fluides - Calcul de l'erreur limite sur une mesure de débit.

IS0 7066-1, Evaluation de l'incertitude dans l'étalonnage et l'utilisation des appareils de mesure du débit - Partie 1 : Relations d'éta-

lonnage linéaires. 1 )
3 Définitions

Dans le cadre du présent Rapport technique, les définitions données dans I'lSO 772 sont applicables.

4 Principes de la méthode
4.1 Principe de fonctionnement

Un champ magnétique vertical est engendré par une bobine enterrée dans le lit du canai ou suspendue au-dessus de celui-ci, dans une

section transversale du canal découvert ou du conduit fermé, ayant une surface d'eau libre. Une membrane isole l'eau du canal du lit

et des berges. On mesure le faible potentiel s'établissant par induction électromagnétique entre les deux berges d'un chenal et qui est

provoqué par l'écoulement.

Le potentiel ainsi enregistré est proportionnel au produit de la largeur de la rivière, mesurée en mètres, par l'intensité du champ

magnétique, mesurée en tesla, et par la vitesse moyenne de l'eau, mesurée en mètres par seconde. L'intensité du champ magnétique

est proportionnelle au nombre d'ampères-tours de la bobine divisé par une dimension linéaire de celle-ci (c'est-à-dire par la longueur

d'un de ses côtés).
On obtient donc la relation suivante
E=KV-b . . . (II
E est le potentiel induit, en microvolts;
K est une constante;
ii est la vitesse moyenne de l'eau, en mètres par seconde;
N est le nombre d'ampères-tours de la bobine;
I est la longueur du côté d'une bobine carrée, en mètres;
b est la largeur du canal, en mètres.
1 I Actuellement au stade de projet.
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Normalement, 1 étant égal à b, l'équation (1) devient

K est déduite de façon empirique de manière à avoir une valeur d'environ 0,5. Pour une bobine normale de 500 ampères-tours, le

potentiel induit entre les deux berges du canal est de 250 pV pour une vitesse moyenne de l'eau de 1 m/s.

Le débit total est obtenu par la méthode d'exploration du champ des vitesses, avec déduction de la vitesse à partir du potentiel d'élec-

trode multiplié par la section transversale du canal. Cette section du canal est fonction du niveau d'eau enregistré.

4.2 Facteurs à prendre en considération

4.2.1 Le champ magnétique vertical est dans la plupart des cas engendré par une bobine électromagnétique couvrant toute la sec-

tion transversale du canal.

4.2.2 La bobine peut être soit enterrée dans le lit du canal (voir figure I), soit suspendue en travers du courant au-dessus du point de

niveau le plus élevé (voir figure 2) où doit être mesuré le débit. Le montage suspendu est normalement utilisé là où la présence maté-

rielle d'une bobine ne présente pas d'inconvénient du point de vue esthétique et ne prête pas au vandalisme. Cependant, sur les

canaux d'une grande largeur, la suspension peut être plus difficilement réalisable, et il peut être impossible d'employer une bobine

enterrée dans les canaux à fond en béton armé.

Lorsqu'il n'existe pas techniquement de différence significative entre les deux méthodes, le choix de l'installation de la bobine se fera

normalement sur la base de critères financiers.

L'intensité du champ magnétique est proportionnelle au courant électrique passant dans la bobine. Ce courant doit normalement

demeurer constant, mais il peut varier quelquefois légèrement dans la pratique en raison des variations de la température ambiante et

des fluctuations de tension d'alimentation du réseau. II convient donc de mesurer l'intensité du courant et d'y apporter les corrections


4.2.3 Chaque fraction d'eau coulant dans la section transversale du canal apporte sa part de tension au niveau des électrodes et le

montage idéal est celui où la tension est proportionnelle à l'intégration spatiale vraie de la vitesse dans la section. Dans la pratique, le

champ magnétique n'est pas uniforme et il y a donc écart par rapport à l'intégration spatiale idéale. Cet écart est néanmoins petit, ce

qui permet d'utiliser la méthode dans des sites à profil de vitesses irrégulier et variable et notamment là où l'on trouve beaucoup de

végétation aquatique, des accrétions variables d'ampleur limitée et en aval des coudes ou larges obstructions du canal.

4.2.4 Dans la plupart des canaux naturels, le lit est conducteur de l'électricité et réduit donc en partie la tension induite par les cou-

rants de fuite. II peut donc s'avérer nécessaire de revêtir le fond d'une membrane isolante imperméable maintenant les courants de

fuite à un niveau acceptable (voir figure 1).
4.2.5 La théorie de la méthode électromagnétique est présentée en annexe A.
5 Choix du site

5.1 Pour des raisons de coût, la méthode est appropriée dans le cas d'une largeur maximale du canal d'environ 30 m. Cette limite

le besoin d'isolation du canal par une membrane. Des critères différents sont applicables à un site requé-

est principalement fixée par

rant une mesure moins précise (voir 5.9). Dans ce cas, la largeur maximale du canal peut être d'environ 40 m.

5.2 Une étude du site doit être effectuée conformément aux indications de l'annexe B pour mesurer les perturbations électriques

extérieures (par exemple câbles électriques, stations radio et voies de chemins de fer électrifiées). II convient d'éviter les zones à fortes

perturbations électriques (voir aussi 5.9).
5.3 La source d'énergie électrique disponible doit être de 2 kW.

5.4 Le site doit offrir un espace sur berges suffisant pour manipuler la membrane et les câbles.

5.5 Le site doit être facilement accessible pour l'installation, la mise en œuvre et l'entretien de la station.

5.6 Les caractéristiques du site doivent permettre la vérification de l'étalonnage de la station par une autre méthode.

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5.7 Le site doit être choisi dans un endroit ne présentant pas de variations de la conductivité de l'eau dans l'espace. Que le canal soit

isolé ou non, la précision de la méthode diminue si la conductivité dans l'espace n'est pas uniforme sur toute la section. Les variations

dans le temps sont négligeables si l'uniformité de la conductivité est garantie dans l'espace. Cette exigence rend les débitmètres élec-

tromagnétiques impropres à l'usage dans les canaux d'eau douce à reflux d'eau salée, comme cela se produit souvent dans les petits

estuaires. Si ces conditions sont remplies, la qualité de l'eau - cours d'eau de montagne aussi bien qu'eaux usées - n'aura aucun

effet sur le fonctionnement du débitmètre et, de même, la conductivité de l'eau n'affectera pas le fonctionnement du débitmètre.

Dans les canaux non isolés, l'atténuation du signal augmente avec le rapport largeur/profondeur. II est donc recommandé de ne

pas dépasser un rapport de 10 : 1.

5.9 Dans un canal non isolé, la précision de mesure est réduite. II convient dans cette situation d'effectuer une étude préliminaire

pour mesurer la conductivité de l'eau et l'état du fond de façon à évaluer la perte de signal avant de choisir le site ou de le rejeter. La

perte admissible du signal ne doit normalement pas dépasser un facteur de 5 (voir annexe 6).

6 Applications

Les débitmètres électromagnétiques sont particulièrement bien adaptés au mesurage du débit des eaux résiduaires domestiques non

traitées, des eaux résiduaires traitées rejetées dans les rivières, de l'eau potable dans les usines de retraitement et de l'eau de refroidis-

sement des centrales thermiques. II convient de noter que, lors de l'utilisation de cette méthode, il n'y a pas de perte de charge

hydraulique dans le canal et que les coûts de pompage peuvent donc être considérablement réduits dans les usines de retraitement ou


Parmi les autres applications on peut citer le jaugeage de canaux naturels et de petits cours d'eau jusqu'à une largeur ne dépassant pas

30 m. Dans les limites de dimensions fixées, la méthode convient aussi au mesurage du débit dans n'importe quel type de rivière et éli-

mine beaucoup des problèmes associés aux méthodes traditionnelles. Une version spéciale de débitmètre électromagnétique convient

au mesurage du débit dans les tuyauteries ou aqueducs siphons partiellement remplis, transportant des eaux de pluie, des eaux usées

ou des eaux résiduaires.
Parmi les avantages de la méthode, on peut citer les suivants:
a) elle n'est pas perturbée par la végétation;
b) elle n'est pas sensible aux entraînements d'air;
c) elle n'est pas sensible aux stratifications de température;

d) elle n'est pas sensible aux sédiments en suspension dans l'eau ou aux débris flottants;

e) elle tolère le dépôt de sédiments ou autres accrétions sur la membrane;
f) elle n'est pas sensible aux reflux d'eau variables aux confluents;

g) elle admet les apports de débits amont donnant des profils d'écoulement inhabituels [si le débit amont présente une différence

sensible de conductivité par rapport au canal principal, il faut prévoir une distance suffisante pour que le mélange s'effectue

convenablement (voir 5.711;
h) elle permet de détecter une vitesse minimale d'environ 2 mm/s;

il elle admet les profils de vitesse inhabituels, même les écoulements obliques et les gros tourbillons dans la zone de mesurage;

j) elle est utilisable dans les eaux très peu profondes;

k) elle intègre par essence les profils de vitesse sur toute la section transversale du canal;

I) elle permet de mesurer une large gamme de niveaux et de débits;
m) elle a une précision de mesurage élevée;
n) elle ne rétrécit pas l'écoulement;
O) elle mesure les reflux.

Comme on l'a déjà vu, son inconvénient principal vient de ce que la méthode ne peut être utilisée que dans les petites rivières et les

canaux artificiels en raison des coûts résultant de l'installation d'une grande bobine sur toute la largeur du lit et d'une membrane

isolant le lit de l'écoulement.
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ISO/TR 9213 : 1988 (FI
7 Conception et construction

Une station de jaugeage électromagnétique doit être composée des éléments suivants (voir figures 1 et 2) :

a) une bobine d'induction installée au-dessus du canal ou en dessous;
b) deux électrodes, placées de chaque côté du canal;
c) une membrane isolante, si nécessaire;
d) un appareillage comportant notamment le système d'alimentation de la bobine;
e) un dispositif de mesurage du niveau d'eau;
f) un limnimètre de référence et un repère de nivellement de la station.
7.1 Bobine

La bobine doit être composée d'un enroulement comprenant un nombre de spires dépendant de la précision requise, de la largeur du

canal, de la vitesse minimale de l'eau et de l'alimentation de la bobine. Normalement on utilisera une bobine avec un enroulement de

50 à 300 tours. Les divers aspects de la conception d'un modèle type de bobine sont donnés en annexe C.

La bobine doit être installée dans un conduit (d'environ 250 mm de diamètre) pour permettre l'accès au câble pour son entretien. Les

contraintes de construction exigent habituellement que la bobine soit rectangulaire vue en plan.

Lorsque la bobine est enterrée dans le lit du canal, l'isolation du câble doit permettre son immersion permanente dans l'eau (par exem-

ple polyéthylène).

Lorsque la bobine est suspendue au-dessus de l'eau, il est permis d'avoir une isolation de moins bonne qualité (par exemple polychlo-

rure de vinyle). La bobine doit couvrir le canal sur toute sa largeur au-dessus du niveau maximal à mesurer. La bobine doit donc être

conçue de façon à fournir une densité de flux suffisante pour toute la gamme des débits à mesurer (voir annexe C).

L'enroulement de la bobine doit être réalisé avec un câble multibrins pour faciliter l'installation. Le câble ne doit pas avoir d'armature

en acier qui absorberait partiellement le champ. L'armature peut être non ferreuse mais doit dans tous les cas être isolée de l'eau pour

éviter d'offrir des lignes de fuite au signal induit.
7.2 Électrodes

Les électrodes doivent de préférence être faites dans une bande ou un tube en acier inoxydable, et être recouvertes d'un filtre mécani-

que pour réduire les mouvements de l'eau à leur surface. Ce filtre réduit les variations de potentiel d'oxydation. Normalement les élec-

trodes plates doivent avoir de 50 à 150 mm de largeur. Les électrodes tubulaires doivent avoir un diamètre de l'ordre de 10 à 20 mm.

Les électrodes doivent suivre la géométrie des berges du niveau du lit au niveau maximal de surface; elles doivent être fixées sur le

côté du canal si celui-ci est recouvert d'une membrane isolante. Elles doivent s'étendre du lit à un niveau supérieur au niveau le plus

élevé prévisible.

Le potentiel entre les électrodes peut parfois atteindre plusieurs centaines de volts si la foudre tombe à proximité du débitmètre. Pour

protéger les appareils dans cette éventualité, il est essentiel d'installer une barrière Zener entre les électrodes et l'entrée des appareils.

(Une barrière Zener est un circuit limitant la tension et l'intensité du courant et protégeant des surtensions dues à la foudre.)

L'accouplement inductif entre le câble transmettant le signal et la bobine doit être minimal. Dans ce but, on alimentera l'électrode de la

berge la plus éloignée en ligne droite, en passant par le centre de la bobine dans son plan bissecteur. On peut également prévoir deux

câbles de signalisation partant de l'électrode située sur la berge la plus éloignée: l'un de ces câbles passe par le même conduit que le

câble amont de la bobine et le deuxième par le conduit du câble aval de la bobine. Le conduit réservé aux câbles des électrodes doit

être installé en travers du canal sous la membrane isolante (si celle-ci est utilisée), ou bien doit être suspendu au-dessus de la surface

de l'eau.

Dans les canaux découverts, les électrodes doivent être fixées dans des guides montés sur les parois ou les rives de chaque côté du

canal. Ces systèmes de fixation doivent s'étendre sur toute la profondeur de l'écoulement.

Dans les conduites fermées, les électrodes doivent faire partie intégrante du tronçon de tuyauterie préformée (voir 7.3 et figure 31.

Dans les canaux découverts, les guides peuvent être des tiges de plastique rainurées pour les électrodes plates ou des tubes de plasti-

que perforés pour les électrodes tubulaires. Ces guides doivent être fixés aux parois du canal ou aux berges mais ne doivent pas trouer

la membrane (voir figure 1).
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ISO/TR 9213 : 1988 (FI
Bobine d’induction
Cabine contenant
Figure 1 - Bobine enterr6e
à la profondeur
Figure 2 - Bobine suspendue
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I 1 I
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7.3 Membrane isolante

Si le canal doit être revêtu, la membrane isolante à utiliser doit être assez solide pour résister aux contraintes rencontrées. Un

polyéthylène à haute résistance ou un matériau équivalent doit être employé et la résistivité du matériau doit être supérieure

à 1012 Clam.

La membrane isolante doit être fixée par des moyens mécaniques et de façon hermétique à l'avant et sur les côtés pour éviter les

affouillements locaux et les suintements. La membrane doit être posée et fixée de manière à éviter tout mouvement ultérieur. Le lit

doit être protégé à l'arrière de la membrane pour éviter les affouillements locaux.

Dans la pratique, la membrane peut être recouverte d'une multitude de matériaux la protégeant des détériorations. Lorsque la mem-

brane est posée dans le lit du canal, une couche de béton épaisse de 10 cm (le béton n'a pas besoin d'être armé) offre un moyen de

protection convenable. La membrane sur les rives peut être protégée par des gabions ou, dans certains cas, par une couche de béton.

Dans un canal de section rectangulaire, la membrane peut être placée derrière une paroi verticale de béton ou de matériau similaire du

type blocs de béton ou briques d'argile.

La membrane ne doit pas être percée, sauf aux points de fixation le long des bords (voir aussi 7.2). Pour cette raison, la prise de pres-

sion du puits de mesure doit se trouver au-delà des limites de la membrane.

Dans un canal en béton, l'avant de la membrane et ses côtés doivent être garnis de lattes fixées au béton ou autres moyens similaires.

Dans une rivière les

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