Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne noise characteristics of components and systems — Part 3: Measurement of hydraulic impedance

This document describes the procedure for determining the impedance characteristics of hydraulic components by means of measurements from pressure transducers mounted in a pipe. This document is applicable to passive components, irrespective of size, operating under steady-state conditions, over a frequency range from 10 Hz to 3 kHz.

Transmissions hydrauliques — Évaluation des caractéristiques du bruit liquidien des composants et systèmes — Partie 3: Mesurage de l'impédance hydraulique

Le présent document décrit le mode opératoire de détermination des caractéristiques d'impédance des composants hydrauliques à partir de mesurages effectués par des capteurs de pression montés dans la tuyauterie. Le présent document est applicable aux composants passifs, quelle que soit leur taille, fonctionnant en régime permanent sur une plage de fréquences comprise entre 10 Hz et 3 kHz.

General Information

Status
Published
Publication Date
19-Jul-2022
Current Stage
6060 - International Standard published
Due Date
25-Jul-2022
Completion Date
20-Jul-2022
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ISO 15086-3:2022 - Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne noise characteristics of components and systems — Part 3: Measurement of hydraulic impedance Released:20. 07. 2022
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ISO 15086-3:2022 - Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne noise characteristics of components and systems — Part 3: Measurement of hydraulic impedance Released:20. 07. 2022
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15086-3
Second edition
2022-07
Hydraulic fluid power —
Determination of the fluid-borne
noise characteristics of components
and systems —
Part 3:
Measurement of hydraulic impedance
Transmissions hydrauliques — Évaluation des caractéristiques du
bruit liquidien des composants et systèmes —
Partie 3: Mesurage de l'impédance hydraulique
Reference number
ISO 15086-3:2022(E)
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ISO 15086-3:2022(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on

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ISO 15086-3:2022(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ..................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions .................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Test conditions and accuracy of instrumentation ........................................................................................................... 3

5.1 Test conditions (permissible variations) ........................................................................................................................ 3

5.1.1 General ........................................................................................................................................................................................ 3

5.1.2 Fluid temperature ............................................................................................................................................................. 4

5.1.3 Fluid density and viscosity ....................................................................................................................................... 4

5.1.4 Mean fluid pressure ......................................................................................................................................................... 4

5.1.5 Mean flow measurement ............................................................................................................................................. 4

5.2 Instrumentation precision ........................................................................................................................................................... 4

5.2.1 Steady-state accuracy class ...................................................................................................................................... 4

5.2.2 Dynamic-state accuracy class................................................................................................................................. 4

6 Measurement of the impedance of a single-port passive component .........................................................4

6.1 Local impedance — Measurement principle ............................................................................................................... 4

6.2 Hydraulic impedance ........................................................................................................................................................................ 5

6.2.1 Measurement principle ................................................................................................................................................. 5

6.2.2 Simplified algorithm for determining the component of the local hydraulic

impedance ................................................................................................................................................................................ 6

6.3 Factors influencing the accuracy of the impedance measurement ......................................................... 6

6.3.1 General ........................................................................................................................................................................................ 6

6.3.2 Pulse generator .................................................................................................................................................................... 6

6.3.3 Pressure transfer function measured by the PTx/PT3 pressure transducers

and the calibration correction ............................................................................................................................... 7

6.3.4 Numerical value of terms A and B of the pipe section admittance matrix

used for the indirect determination of the pulsed flows ................................................................ 7

6.4 Measurement of local impedance .......................................................................................................................................... 9

6.4.1 Test circuit ............................................................................................................................................................................... 9

6.4.2 Test procedure................................................................................................................................................................... 10

7 Measurement of the admittance matrix and impedance matrix of a two-port

passive hydraulic component ..............................................................................................................................................................14

7.1 Definitions and principles of measurement of the admittance matrix and

impedance matrix of a two-port passive hydraulic component .............................................................. 14

7.1.1 General ..................................................................................................................................................................................... 14

7.1.2 Principle of the method of measuring the admittance matrix ............................................... 14

7.1.3 Algorithm for determining the admittance matrix of a two-port, passive

component for identical dimensions of upstream and downstream pipes ................. 17

7.1.4 Measurement result presentation ................................................................................................................... 20

8 Test report ...............................................................................................................................................................................................................23

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................23

8.2 General information........................................................................................................................................................................23

8.3 Test data .................................................................................................................................................................................................... 23

9 Identification statement (reference to this document) ...........................................................................................24

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................25

iii
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ISO 15086-3:2022(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/

iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 131, Fluid power systems, Subcommittee

SC 8, Product testing.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15086-3:2008), which has been

technically revised.
The main changes are as follows:
— the symbols P , y, Q and Q have been added to Table 1;
y 3→x 3→0
— Formula (7) has been added;
— Formulae (3), (8), (13), (14), (16) and (17) have been corrected;
— Figures 1, 2, 3, 5, 6, 7 and 8 have been corrected;
— various additional editorial modifications have been made.
A list of all parts in the ISO 15086 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 15086-3:2022(E)
Introduction

In hydraulic fluid power systems, power is transmitted and controlled through a liquid under pressure

within a closed circuit. During the process of converting mechanical power into fluid power, fluid-borne

noise (flow ripple and pressure ripple) is generated. This in turn leads to structure-borne noise and

airborne noise. The transmission of fluid-borne noise is influenced by the impedance of the components

installed in the hydraulic circuit.

This document adopts the concepts of ISO 15086-1 which describe the basis for the methods of

measurement that make it possible to determine the characteristics of fluid-borne noise emitted or

transmitted by hydraulic transmission systems.

Clause 6 of this document describes the method for measuring the hydraulic impedance of a single-port

component (local hydraulic impedance) and Clause 7 describes the method for measuring the hydraulic

impedance matrix of a two-port hydraulic component.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15086-3:2022(E)
Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne
noise characteristics of components and systems —
Part 3:
Measurement of hydraulic impedance
1 Scope

This document describes the procedure for determining the impedance characteristics of hydraulic

components by means of measurements from pressure transducers mounted in a pipe.

This document is applicable to passive components, irrespective of size, operating under steady-state

conditions, over a frequency range from 10 Hz to 3 kHz.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 80000-1, Quantities and units — Part 1: General

ISO 1219-1, Fluid power systems and components — Graphical symbols and circuit diagrams — Part 1:

Graphical symbols for conventional use and data-processing applications
ISO 5598, Fluid power systems and components — Vocabulary

ISO 15086-1:2001, Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne noise characteristics of

components and systems — Part 1: Introduction

ISO 15086-2:2000, Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne noise characteristics of

components and systems — Part 2: Measurement of the speed of sound in a fluid in a pipe

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5598 and the following apply.

ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
flow ripple
fluctuation of flow rate in the hydraulic fluid
3.2
pressure ripple

fluctuating component of pressure in the hydraulic fluid, caused by interaction of the source flow ripple

(3.1) with the system
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ISO 15086-3:2022(E)
3.3
pulse generator

hydraulic component generating a periodic flow ripple (3.1) and consequently pressure ripple (3.2) in

a circuit, or a hydraulic component generating a pressure ripple and, consequently, a flow ripple in a

circuit
3.4
fundamental frequency

lowest frequency of the pressure ripple (3.2) [or flow ripple (3.1)] considered in a theoretical analysis or

measured by an instrument

EXAMPLE A hydraulic pump or motor with a shaft frequency of N revolutions per second can be taken to

have a fundamental frequency of N Hz. Alternatively, for a pump or motor with k displacement elements, the

fundamental frequency can be taken to be Nk Hz, provided that the measured behaviour does not deviate

significantly from cycle to cycle.
3.5
harmonic

sinusoidal component of a signal that occurs at an integer multiple of the fundamental frequency (3.4)

Note 1 to entry: A harmonic can be represented by its amplitude and phase, or by its real and imaginary parts.

3.6
impedance

ratio of the pressure ripple (3.2) to the flow ripple (3.1) occurring at a given point in a hydraulic system

and at a given frequency
3.7
admittance
reciprocal of impedance (3.6)
3.8
hydro-acoustic energy
fluctuating part of the energy in a liquid
4 Symbols
Table 1 — Symbols
Symbol Description Unit
3 −1 −1
A complex coefficient (term of admittance matrix between transducer m ⋅s ⋅Pa
PT3 and component 0)
3 −1 −1
A complex coefficient (term of admittance matrix between transducers m ⋅s ⋅Pa
PTx and PT3)
3 −1 −1
A terms of admittance matrix (for x and y equal to 1 or 2) m ⋅s ⋅Pa
3 −1 −1
B complex coefficient (term of admittance matrix between transducer m ⋅s ⋅Pa
PT3 and component 0)
3 −1 −1
B complex coefficient (term of admittance matrix between transducers m ⋅s ⋅Pa
PTx and PT3)
c speed of sound in the fluid m⋅s
f minimum frequency Hz
min
f maximum frequency Hz
max
H transfer function between pressure ripples P and P —
x3 x 3
L distance between transducers m
p mean test pressure MPa
P Fourier transform of pressure ripple at upstream port of component Pa
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ISO 15086-3:2022(E)
Table 1 (continued)
Symbol Description Unit
P Fourier transform of pressure ripple at downstream port of component Pa
P Fourier transform of pressure ripple at location x, where x is the Pa
number of the pressure transducer, equal to 1, 2 or 3, corresponding to
PT1, PT2 or PT3, respectively
P Fourier transform of pressure ripple at location y, where y is the Pa
number of the pressure transducer, equal to 4, 5 or 6, corresponding to
PT4, PT5 or PT6, respectively
P , P and Fourier transform of pressure ripple at the location of pressure Pa
1 2
P transducer 1 (PT1), pressure transducer 2 (PT2) and pressure
transducer 3 (PT3), respectively
q mean flow rate l⋅s
3 −1
Q Fourier transform of flow ripple into upstream port of component (0) m ⋅s
e→0
3 −1
Q Fourier transform of flow ripple into downstream port of m ⋅s
s→0
component (0)
3 −1
Q Fourier transform of flow ripple at the location of pressure m ⋅s
3→x
transducer 3 (PT3), defined as positive when towards location of pres-
sure transducer x
3 −1
Q Fourier transform of flow ripple at the location of pressure m ⋅s
3→0
transducer 3 (PT3), defined as positive when towards location of pres-
sure transducer (0)
T fluid mean temperature °C
x number of the pressure transducer, equal to 1, 2 or 3, corresponding to —
PT1, PT2 or PT3, respectively
y number of the pressure transducer, equal to 4, 5 or 6, corresponding to —
PT4, PT5 or PT6, respectively
Z hydraulic impedance Pa·s·m
Z hydraulic impedance of component (0) Pa·s·m
e→0
2 −1
ν kinematic viscosity mm ⋅s (cSt)

θ phase of harmonic component (pressure or flow ripple, as appropriate) degree (°)

dθ phase precision of the Fourier analyser degree (°)
Units used in this document shall be in accordance with ISO 80000-1.

Graphical symbols used in this document shall be in accordance with ISO 1219-1 unless otherwise

stated.
5 Test conditions and accuracy of instrumentation
5.1 Test conditions (permissible variations)
5.1.1 General

The required operating conditions shall be maintained throughout each test within the limits specified

in Table 2.
Table 2 — Permissible variations in test conditions
Test parameter Permissible variation
Mean flow ±2 %
Mean pressure ±2 %
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ISO 15086-3:2022(E)
Table 2 (continued)
Test parameter Permissible variation
Temperature ±2 °C
5.1.2 Fluid temperature
The temperature of the fluid shall be measured at the measuring pipe inlet.
5.1.3 Fluid density and viscosity

The density and viscosity of the fluid shall be known to an accuracy within the limits specified in

Table 3.
Table 3 — Required accuracy of fluid property data
Property Required accuracy
Density ±2
Viscosity ±5
5.1.4 Mean fluid pressure

The mean pressure of the fluid shall be that measured at the measuring pipe inlet.

5.1.5 Mean flow measurement

The mean flow measurement shall be measured downstream of the measuring pipe (e.g. in cases where

the mean flow influences the terms of the admittance or impedance matrix).
5.2 Instrumentation precision
5.2.1 Steady-state accuracy class

The accuracy required shall be in accordance with the values given in ISO 15086-1:2001, Annex A.

5.2.2 Dynamic-state accuracy class

The accuracy required shall be in accordance with the values given in ISO 15086-1:2001, Annex B.

6 Measurement of the impedance of a single-port passive component
6.1 Local impedance — Measurement principle

The hydraulic impedance, Z , of a component with a single-port connection is defined by Formula (1)

e→0
and shown diagrammatically in Figure 1:
Z = (1)
e→0
e→0
where
P is the Fourier transform of the pressure ripple at the component inlet;

Q is the Fourier transform of the flow ripple entering the component and regarded as positive

e→0
when entering the 0 component.
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ISO 15086-3:2022(E)

In the high-frequency ranges (> 10 Hz), no convenient systems exist to measure the flow Q .

e→0

To enable a flow ripple to be inferred, this test method requires the use of a rigid hydraulic pipe fitted

with dynamic pressure transducers having a sufficiently high bandwidth and with the distances

between the transducers selected according to the frequency range of interest.
Key
1 component 0

Figure 1 — Key parameters in the measurement of impedance of a single-port component

6.2 Hydraulic impedance
6.2.1 Measurement principle

Figure 2 illustrates the principle for measuring the hydraulic impedance, Z , at the inlet of the single-

port component (0).
NOTE A passive component is not itself a generator of hydro-acoustic energy.

Three dynamic pressure transducers (PT1 to PT3) are connected to the rigid pipe constituting the flow

ripple measuring pipe at transducer PT3. The diaphragms of the dynamic pressure sensors should be

flush with the inner cylindrical surface of the measuring pipe.

It is assumed that appropriate technical measures have been taken to ensure that the speed of sound in

the fluid between PT1 and PT3 is uniform. This requires that the mean temperature of the fluid in the

measuring pipe be uniform to within 2 °C along its length and that the internal section of measuring

pipes be constant between PT1 and PT3.

The speed of the sound in the measuring pipes is determined by means of the three pressure

transducers, PT1 to PT3, in accordance with the algorithm described in ISO 15086-2.

Key
1 pulse generator
2 pressure transducer PT1
3 pressure transducer PT2
4 pressure transducer PT3
5 component 0

NOTE Only the dynamic part of the pressure signal is required for PT1, PT2 and PT3.

Figure 2 — Principle of measuring the impedance of a single-port component
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ISO 15086-3:2022(E)

6.2.2 Simplified algorithm for determining the component of the local hydraulic impedance

The flow being determined at the upstream port of component (0) is Q .
3→0

A and B are the elements of the admittance matrix describing the pipe between PTx and PT3 where x

x x
is 1 or 2 depending on the transducers selected to determine the flows.

A and B are the elements of the admittance matrix describing the pipe between the inlet of the single-

e e
port component (0) and PT3.

By referring to ISO 15086-1, which provides the basic definitions, the algebraic relationships shown in

Formulae (2) to (5) are obtained.
QQ=− =−()ABPP+ (2)
30→→33xx xx
AB−
e 30→
Q =− + P (3)
e→0 3
B B
e e
QPA
30→ e 3
P =− (4)
B B
e e
Z = (5)
e→0
e→0
QP−A
30→ e 3
2 2
AB− PQ−A
e ee33→0
−+()ABPP −A P
xx33x e
AB− PP++AA B P
ee 33e xx x

Formula (6) for the measurement of the component hydraulic impedance, Z , is derived by dividing

e→0
the numerator and the denominator of Formula (5) by P :
−−AA −B
xxe
Z = (6)
e→0
22 x
AB−+AA +AB
ee eexx
where x is equal to 1 or 2 according to the frequency ranges being measured.

The transfer function, P /P , can be directly measured by a suitable frequency-response analyser, but

x 3
due account shall be taken of the pressure-transducer calibration (see 6.3.3).
6.3 Factors influencing the accuracy of the impedance measurement
6.3.1 General

The various factors influencing the accuracy of the impedance measurement and the precautions to

take as a result are described in 6.3.2.
6.3.2 Pulse generator

It is necessary to have a device that is capable of producing a strong pressure ripple with a frequency

and an amplitude that remain stable over the required frequency range. Suitable devices are:

a) a piston pump or other pump with a broad-band pressure ripple;
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ISO 15086-3:2022(E)
b) a specially designed rotary valve that produces regular flow ripples;
c) an electrodynamic vibrator and actuator;
d) a high-frequency response servovalve;
e) a piezoelectric actuator.

Items c) to e) can be excited using a swept-sinusoid, a periodic broad-band waveform or a random signal.

6.3.3 Pressure transfer function measured by the PTx/PT3 pressure transducers and

the calibration correction

An accurate measurement of the H transfer function requires an initial calibration of the PTx/PT3

transducers.
H = (7)

Calibration shall be undertaken using the technique described in ISO 15086-2:2000, 8.5.

The transducers shall be calibrated under environmental conditions identical to those pertaining for

the impedance measurement (e.g. the same mean fluid pressure and same fluid temperature).

Settings of the analyser during calibration shall be identical to those during the impedance

measurements (e.g. the same measurement range, window shape, analysis band, signal averaging).

The coherence function obtained when measuring the transfer functions by means of the Fourier

analyser is an excellent indication of the validity of the measurements when the signal-to-noise ratio of

the transducers is adequate.

The pressure-excitation source level shall be such that the coherence function of the transfer functions

measured is greater than 0,95. By averaging a sufficiently large number of spectra, it can be possible to

improve the coherence for frequencies where the excitation is low.

The transfer-function measurements taken when measuring the impedances shall be corrected by the

use of the calibration transfer functions (see ISO 15086-2:2000, 8.5).

6.3.4 Numerical value of terms A and B of the pipe section admittance matrix used for

the indirect determination of the pulsed flows
6.3.4.1 General
The admittance matrix terms A and B depend on five factors:
a) transducer spacing;
b) measuring pipe internal diameter;
c) speed of sound in the fluid in the measuring pipe;
d) fluid kinematic viscosity;
e) fluid density.
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ISO 15086-3:2022(E)
6.3.4.2 Transducer spacing
6.3.4.2.1 General

The distances between the transducers shall be suitable for the range of analysis frequencies selected

and for the upper and lower limits of this analysis band. Generally, one single spacing value is inadequate

for carrying out a measurement over a wide frequency range.

At high frequencies, the limitation is due to the fact that the analysis becomes indeterminate when the

distance between transducers is equal to half of the wavelength of the pressure ripples.

At very low frequencies, the limitation is due to the fact that the amplitude ratio approaches unity

and the phase shift between the transducers approaches zero. The analysis becomes inaccurate when

the phase shift between the transducers is less than 10 times the accuracy of the analyser's phase

measurement capability.

The distances between the transducers should be measured with an accuracy of ±1 mm.

6.3.4.2.2 Practical rules for establishing the transducer spacing

Firstly, using Formulae (8) and (9), determine the distance, L, for an upper frequency limit, f , where

max

L is the distance between the transducers selected to measure the impedance between PT2 and PT3

and L between PT1 and PT2.
08,,5c 095c
< 2f 2f
maxmax
LL=14, (9)
12 23
EXAMPLE 1 Substituting f = 1 600 Hz and c = 1 300 m · s into Formula (8) gives:
max
-1 -1
0,85·1 300 m·s 0,95·1 300 m·s
< 2·1 600 Hz 2·1 600 Hz
0,345 m <

With the distance, L, established, the lower limit of the frequency measurement, f , can be estimated

min
using Formula (10):
4dθ
ff= (10)
minmax
180
EXAMPLE 2 If dθ of the analyser is 0,5°, then Formula (10) gives:
4 · 0,5
f =1 600 Hz· ≈ 18 Hz
min
180

Thus, spacings calculated according to Formulae (8) to (10) allow the correct transfer function

measurement in a frequency range between an f equal to 18 Hz and an f equal to 1 600 Hz.

min max

The distance between transducer PT3 and the upstream port of component (0) shall be between 0,1 L

and 0,2 L .
6.3.4.3 Speed of sound in the fluid in the measuring pipe

The speed of sound is used in the determination of the admittance matrix terms describing the

measuring pipes.
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ISO 15086-3:2022(E)

This parameter depends on the temperature and mean pressure of the fluid flowing in the measuring

pipes; these parameters shall, therefore, be set according to the desired
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15086-3
Deuxième édition
2022-07
Transmissions hydrauliques —
Évaluation des caractéristiques du
bruit liquidien des composants et
systèmes —
Partie 3:
Mesurage de l'impédance hydraulique
Hydraulic fluid power — Determination of the fluid-borne noise
characteristics of components and systems —
Part 3: Measurement of hydraulic impedance
Numéro de référence
ISO 15086-3:2022(F)
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ISO 15086-3:2022(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

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Publié en Suisse
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---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15086-3:2022(F)
Sommaire Page

Avant-propos .............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ...................................................................................................................................................................................1

2 Références normatives ..................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions ...................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Conditions d'essai et exactitude de l'instrumentation ............................................................................................... 4

5.1 Conditions d'essai (écarts admissibles)............................................................................................................................ 4

5.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................... 4

5.1.2 Température du fluide ................................................................................................................................................... 5

5.1.3 Masse volumique et viscosité du fluide .......................................................................................................... 5

5.1.4 Pression moyenne du fluide ..................................................................................................................................... 5

5.1.5 Mesurage du débit moyen .......................................................................................................................................... 5

5.2 Fidélité de l'instrumentation ..................................................................................................................................................... 5

5.2.1 Classe d'exactitude en régime permanent ................................................................................................... 5

5.2.2 Classe d'exactitude en régime dynamique .................................................................................................. 5

6 Mesurage de l'impédance d'un composant passif à un seul orifice ...............................................................5

6.1 Impédance locale — Principe de mesure........................................................................................................................ 5

6.2 Impédance hydraulique .................................................................................................................................................................. 6

6.2.1 Principe de mesure .......................................................................................................................................................... 6

6.2.2 Algorithme simplifié de détermination de l'impédance hydraulique locale

du composant ........................................................................................................................................................................ 7

6.3 Facteurs influant sur l'exactitude du mesurage d'impédance ..................................................................... 8

6.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................... 8

6.3.2 Générateur d'impulsions ............................................................................................................................................. 8

6.3.3 Fonction de transfert de la pression PTx/PT3 mesurée par les capteurs et

correction d'étalonnage ............................................................................................................................................... 8

6.3.4 Valeur numérique des termes A et B de la matrice d'admittance du tronçon

de tube, utilisée pour la détermination indirecte des écoulements pulsés ................... 9

6.4 Mesurage de l'impédance locale .......................................................................................................................................... 10

6.4.1 Circuit d'essai ..................................................................................................................................................................... 10

6.4.2 Mode opératoire ........................................................................................................................................... ....................12

7 Mesurage de la matrice d'admittance et de la matrice d'impédance d'un composant

hydraulique passif à deux orifices .................................................................................................................................................16

7.1 Définitions et principes de mesure de la matrice d'admittance et de la matrice

d'impédance d'un composant hydraulique passif à deux orifices ......................................................... 16

7.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 16

7.1.2 Principe de la méthode de mesure de la matrice d'admittance ............................................ 16

7.1.3 Algorithme de détermination de la matrice d'admittance d'un composant
passif à deux orifices pour des tubes de mesures amont et aval de

dimensions identiques ............................................................................................................................................... 19

7.1.4 Présentation des résultats de mesure ................................... .......................................................................22

8 Rapport d'essai ...................................................................................................................................................................................................25

8.1 Généralités .............................................................................................................................................................................................. 25

8.2 Informations générales ................................................................................................................................................................ 25

8.3 Résultats d'essai ................................................................................................................................................................................. 25

9 Phrase d'identification (Référence au présent document) ..................................................................................26

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................27

iii
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ISO 15086-3:2022(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

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

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 131, Transmissions hydrauliques et

pneumatiques, sous-comité SC 8, Essais des produits.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15086-3:2008), qui a fait l’objet

d’une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— les symboles P , y, Q et Q ont été ajoutés au Tableau 1;
y 3→x 3→0
— la Formule (7) a été ajoutée;
— les Formules (3), (8), (13), (14), (16) et (17) ont été corrigées;
— les Figures 1, 2, 3, 5, 6, 7 et 8 ont été corrigées;
— le document a été modifié de façon éditoriale.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 15086 se trouve sur le site web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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ISO 15086-3:2022(F)
Introduction

Dans les systèmes de transmissions hydrauliques, l'énergie est transmise et commandée par

l'intermédiaire d'un fluide sous pression circulant en circuit fermé. Le processus de transformation de

l'énergie mécanique en énergie hydraulique génère un bruit liquidien (onde de débit et onde de pression)

qui, à son tour, engendre un bruit solidien et un bruit aérien. La transmission de ce bruit liquidien varie

en fonction de l'impédance des composants installés dans le circuit hydraulique.

Le présent document reprend les concepts de l'ISO 15086-1 qui décrit les principes fondamentaux des

méthodes de mesure permettant de déterminer les caractéristiques du bruit liquidien émis ou transmis

par les circuits de transmissions hydrauliques.

L'Article 6 du présent document décrit la méthode permettant de mesurer l'impédance hydraulique

d'un composant à un seul orifice (impédance hydraulique locale) alors que l'Article 7 décrit la méthode

permettant de mesurer la matrice d'impédance hydraulique d'un composant hydraulique à deux

orifices.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15086-3:2022(F)
Transmissions hydrauliques — Évaluation des
caractéristiques du bruit liquidien des composants et
systèmes —
Partie 3:
Mesurage de l'impédance hydraulique
1 Domaine d'application

Le présent document décrit le mode opératoire de détermination des caractéristiques d'impédance des

composants hydrauliques à partir de mesurages effectués par des capteurs de pression montés dans la

tuyauterie.

Le présent document est applicable aux composants passifs, quelle que soit leur taille, fonctionnant en

régime permanent sur une plage de fréquences comprise entre 10 Hz et 3 kHz.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels

amendements).
ISO 80000-1, Grandeurs et unités — Partie 1: Généralités

ISO 1219-1, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Symboles graphiques et schémas de circuit —

Partie 1: Symboles graphiques en emploi conventionnel et informatisé
ISO 5598, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Vocabulaire

ISO 15086-1:2001, Transmissions hydrauliques — Évaluation des caractéristiques du bruit liquidien des

composants et systèmes — Partie 1: Introduction

ISO 15086-2:2000, Transmissions hydrauliques — Évaluation des caractéristiques du bruit liquidien des

composants et systèmes — Partie 2: Mesurage de la vitesse du son émis dans un fluide dans une tuyauterie

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 5598 ainsi que les suivants

s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
onde de débit
fluctuation du débit dans le fluide hydraulique
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ISO 15086-3:2022(F)
3.2
onde de pression

composant fluctuant de pression dans le fluide hydraulique, causé par l’interaction de l’onde de débit

(3.1) de la source avec le système
3.3
générateur d'impulsions

composant hydraulique générant une onde de débit (3.1) périodique et donc une onde de pression (3.2)

dans le circuit ou, inversement, composant hydraulique générant une onde de pression puis une onde de

débit dans un circuit
3.4
fréquence fondamentale

fréquence la plus basse d'une onde de pression (3.2) [ou d'une onde de débit (3.1)] prise en compte dans

une analyse théorique ou mesurée à l'aide d'un instrument

EXEMPLE Une pompe hydraulique ou un moteur hydraulique ayant une fréquence de rotation de l'arbre

de N tours par seconde aura par hypothèse une fréquence fondamentale de N Hz. De même, une pompe ou un

moteur ayant k éléments mobiles, aura par hypothèse une fréquence fondamentale de Nk Hz dans la mesure où le

comportement mesuré ne varie pas de manière significative d'un cycle à l'autre.
3.5
harmonique

composant sinusoïdal d'un signal se produisant à un multiple entier de la fréquence fondamentale (3.4)

Note 1 à l'article: Une harmonique peut être représentée par son amplitude et sa phase, ou bien par ses parties

réelle et imaginaire.
3.6
impédance

rapport de l'onde de pression (3.2) avec l'onde de débit (3.1) se produisant en un point donné d'un circuit

hydraulique et à une fréquence donnée
3.7
admittance
inverse de l'impédance (3.6)
3.8
énergie hydro-acoustique
partie fluctuante de l'énergie dans un liquide
4 Symboles
Tableau 1 — Symboles
Symbol Description Unit
3 −1 −1
A coefficient complexe (terme de la matrice d'admittance entre m ⋅s ⋅Pa
le capteur PT3 et le composant 0)
3 −1 −1
A coefficient complexe (terme de la matrice d'admittance entre m ⋅s ⋅Pa
les capteurs PTx et PT3)
3 −1 −1
A termes de la matrice d’admittance (pour x et y égaux à 1 ou 2) m ⋅s ⋅Pa
3 −1 −1
B coefficient complexe (terme de la matrice d'admittance entre m ⋅s ⋅Pa
le capteur PT3 et le composant 0)
3 −1 −1
B coefficient complexe (terme de la matrice d'admittance entre m ⋅s ⋅Pa
les capteurs PTx et PT3)
c vitesse du son dans le fluide m⋅s
f fréquence minimale Hz
min
f fréquence maximale Hz
max
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ISO 15086-3:2022(F)
Tableau 1 (suite)
Symbol Description Unit
H fonction de transfert entre les ondes de pression P et P —
x3 x 3
L distance entre deux capteurs m
p pression moyenne d'essai MPa
P transformée de Fourier de l'onde de pression à l'orifice d'entrée du Pa
composant
P transformée de Fourier de l'onde de pression à l'orifice de sortie du Pa
composant
P transformée de Fourier de l'onde de pression à la position x, où x est Pa
le numéro du capteur de pression, égal à 1, 2, ou 3, correspondant,
respectivement à PT1, PT2 et PT3
P transformée de Fourier de l'onde de pression à la position y, où y est Pa
le numéro du capteur de pression, égal à 4, 5 ou 6, correspondant,
respectivement, à PT4, PT5 ou PT6

P , P et P transformée de Fourier de l'onde de pression respectivement à la posi- Pa

1 2 3
tion du capteur de pression 1 (PT1), du capteur de pression 2 (PT2) et
du capteur de pression 3 (PT3)
q débit moyen l⋅s
3 −1
Q transformée de Fourier de l'onde de débit dans l'orifice d'entrée m ⋅s
e→0
du composant (0)
3 −1
Q transformée de Fourier de l'onde de débit dans l'orifice de sortie m ⋅s
s→0
du composant (0)
3 −1
Q transformée de Fourier de l'onde de débit à l'emplacement du cap- m ⋅s
3→x
teur de pression 3, définie comme positive lorsqu'elle est dirigée vers
l'emplacement du capteur de pression x
3 −1
Q transformée de Fourier de l'onde de débit à l'emplacement du cap- m ⋅s
3→0
teur de pression 3, définie comme positive lorsqu'elle est dirigée vers
l'emplacement du capteur de pression (0)
T température moyenne du fluide °C
x numéro du capteur de pression, égal à 1, 2 ou 3 correspondant, —
respectivement, à PT1, à PT2 et à PT3
y numéro du capteur de pression, égal à 4, 5 ou 6, correspondant, —
respectivement, à PT4, PT5 ou PT6
Z impédance hydraulique Pa⋅s⋅m
Z impédance hydraulique du composant (0) Pa⋅s⋅m
e→0
2 −1
ν viscosité cinématique mm ⋅s (cSt)
θ phase du composant harmonique (onde de pression ou de débit selon degré (°)
le cas)
dθ justesse de la phase de l'analyseur de Fourier degré (°)

Les unités utilisées dans le présent document doivent être conformes à l'ISO 80000-1.

Sauf indication contraire, les symboles graphiques utilisés dans le présent document doivent être

conformes à l'ISO 1219-1.
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ISO 15086-3:2022(F)
5 Conditions d'essai et exactitude de l'instrumentation
5.1 Conditions d'essai (écarts admissibles)
5.1.1 Généralités

Les conditions de fonctionnement requises doivent être maintenues tout au long de chaque essai dans

les limites spécifiées dans le Tableau 2.
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ISO 15086-3:2022(F)
Tableau 2 — Écarts admissibles dans les conditions d'essai
Paramètre d'essai Écart admissible
Débit moyen ±2 %
Pression moyenne ±2 %
Température ±2 °C
5.1.2 Température du fluide
La température du fluide doit être mesurée à l'entrée du tube de mesure.
5.1.3 Masse volumique et viscosité du fluide

La masse volumique et la viscosité du fluide doivent être connues avec une exactitude correspondant

aux limites spécifiées dans le Tableau 3.
Tableau 3 — Exactitude requise des valeurs des propriétés du fluide
Propriété Exactitude requise
Masse volumique ±2
Viscosité ±5
5.1.4 Pression moyenne du fluide

La pression moyenne du fluide doit être celle mesurée à l'entrée du tube de mesure.

5.1.5 Mesurage du débit moyen

Le débit moyen doit être mesuré en aval du tube de mesure (par exemple dans les cas où le débit moyen

influence les termes de la matrice d'admittance ou d'impédance).
5.2 Fidélité de l'instrumentation
5.2.1 Classe d'exactitude en régime permanent

L'exactitude requise doit être conforme aux valeurs données dans l'ISO 15086-1:2001, Annexe A.

5.2.2 Classe d'exactitude en régime dynamique

L'exactitude requise doit être conforme aux valeurs données dans l'ISO 15086-1:2001, Annexe B.

6 Mesurage de l'impédance d'un composant passif à un seul orifice
6.1 Impédance locale — Principe de mesure

L'impédance hydraulique, Z , d'un composant à un seul orifice de raccordement est définie par la

e→0
Formule (1) et représentée graphiquement à la Figure 1.
Z = (1)
e→0
e→0
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ISO 15086-3:2022(F)
P est la transformée de Fourier de l'onde de pression à l'entrée du composant;

Q est la transformée de Fourier de l'onde de débit à l'entrée du composant, considérée comme

e→0
positive à l'entrée dans le composant 0.

Dans les plages de fréquences élevées (>10 Hz), aucun système adéquat n'existe pour mesurer le débit

Q .
e→0

Pour pouvoir être appliquée à une onde de débit, la présente méthode d'essai nécessite l'utilisation

d'un tube hydraulique rigide équipé de capteurs de pression dynamique ayant une largeur de bande

suffisante et dont l'écartement entre les capteurs sélectionnés est adapté à la plage des fréquences

considérées.
Légende
1 composant 0

Figure 1 — Paramètres clés du mesurage de l'impédance d'un composant à un seul orifice

6.2 Impédance hydraulique
6.2.1 Principe de mesure

La Figure 2 illustre le principe de mesure de l'impédance, Z , à l'entrée du composant (0) à un seul

orifice.

NOTE Un composant passif n'est pas en lui-même un générateur d'énergie hydro-acoustique.

Trois capteurs de pression dynamique (PT1 à PT3) sont raccordés au tube rigide constituant le tube

de mesure de l'onde de débit instantané au niveau du capteur PT3. Il convient que les membranes des

capteurs de pression dynamique affleurent la surface cylindrique intérieure du tube de mesure.

Il est entendu que les mesures techniques appropriées ont été prises pour assurer que la vitesse du son

dans le fluide est uniforme entre PT1 et PT3. Cela nécessite que la température moyenne du fluide dans

le tube de mesure soit uniforme avec un écart maximal de 2 °C sur toute sa longueur et que la section

interne du tube de mesure soit constante entre PT1 et PT3.

La vitesse du son dans les tubes de mesure est déterminée au moyen des trois capteurs de pression,

PT1 à PT3, conformément à l'algorithme décrit dans l'ISO 15086-2.
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ISO 15086-3:2022(F)
Légende
1 générateur d’impulsion
2 capteur de pression PT1
3 capteur de pression PT2
4 capteur de pression PT3
5 composant 0

NOTE Seule la partie dynamique du signal de pression est requis pour PT1, PT2 et PT3.

Figure 2 — Principe de mesure de l'impédance d'un composant à un seul orifice

6.2.2 Algorithme simplifié de détermination de l'impédance hydraulique locale du composant

Le débit à déterminer à l'orifice d'entrée du composant (0) est Q .
3→0

A et B sont les éléments de la matrice d'admittance décrivant le tube entre PTx et PT3 où x est égal à 1

x x
ou 2 selon les capteurs choisis pour déterminer le débit.

A et B sont les éléments de la matrice d'admittance décrivant le tube entre l'entrée du composant (0) à

e e
orifice simple et PT3.

En se référant à l'ISO 15086-1 qui fournit les définitions de base, les relations algébriques obtenues sont

indiquées dans les Formules (2) à (5) ci-dessous.
QQ=− =−()ABPP+ (2)
30→→33xx xx
AB−
e 30→
Q =− + P (3)
e→0 3
B B
e e
QPA
30→ e 3
P =− (4)
B B
e e
Z = (5)
e→0
e→0
QP−A
30→ e 3
2 2
AB− PQ−A
e ee33→0
−+ABPP −A P
xx33x e
AB− PP++AA B P
() ()
ee 33e xx x
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ISO 15086-3:2022(F)

La Formule (6) pour le mesurage de l'impédance hydraulique Z du composant est obtenue en divisant

u→0
le numérateur et le dénominateur de la Formule (5) par P :
−−AA −B
xxe
Z = (6)
u→0
AB−+AA +AB
ee eexx
où x est égal à 1 ou 2 selon les plages de fréquences à mesurer.

La fonction de transfert, P /P , peut être mesurée directement par un analyseur de réponse en

x 3

fréquences approprié, mais en tenant compte de l'étalonnage du capteur de pression (voir 6.3.3).

6.3 Facteurs influant sur l'exactitude du mesurage d'impédance
6.3.1 Généralités

Les différents facteurs influant sur l'exactitude du mesurage d'impédance et les précautions à prendre

en conséquence sont décrits en 6.3.2.
6.3.2 Générateur d'impulsions

Il est nécessaire d’utiliser un dispositif capable de produire une onde de pression puissante avec une

fréquence et une amplitude stable sur toute la plage de fréquences requise. Les dispositifs adaptés sont

a) une pompe à piston ou toute pompe avec une onde de pression à large bande,

b) une vanne rotative spécialement conçue pour produire des ondes de débit régulières,

c) un vibrateur et actionneur électrodynamique,
d) un servodistributeur en réponse haute fréquence,
e) un actionneur piézoélectrique.

Les dispositifs c) à e) peuvent être excités en utilisant une sinusoïdale balayée, une forme d'onde

périodique à bande large ou un signal aléatoire.

6.3.3 Fonction de transfert de la pression PTx/PT3 mesurée par les capteurs et correction

d'étalonnage

Un mesurage exact de la fonction de transfert, H , exige un étalonnage initial des capteurs PTx/PT3.

H = (7)

L'étalonnage doit être effectué en utilisant la technique décrite dans l'ISO 15086-2:2000, 8.5.

Les capteurs doivent être étalonnés dans des conditions environnementales identiques à celles

concernant le mesurage d'impédance (par exemple même pression moyenne et même température du

fluide).

Les réglages de l'analyseur doivent être identiques pendant l'étalonnage et pendant les mesurages

d'impédance (par exemple mêmes plage de mesurage, forme de fenêtre, bande d'analyse, moyenne du

signal).

La fonction de cohérence obtenue lors des mesurages des fonctions de transfert au moyen de l'analyseur

de Fourier est une excellente indication de la validité des mesurages lorsque le rapport signal/bruit des

capteurs est adéquat.
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ISO 15086-3:2022(F)

Le niveau de la source d'excitation de pression doit être tel que la fonction de cohérence des fonctions

de transfert soit supérieure à 0,95. En faisant la moyenne d'un nombre suffisamment grand de spectres,

il peut être possible d'améliorer la cohérence pour les fréquences où l'excitation est faible.

Les mesurages de fonction de transfert obtenues lors de la mesure des impédances doivent être corrigés

à l'aide des fonctions de transfert d'étalonnage (voir l'ISO 15086-2:2000, 8.5).

6.3.4 Valeur numérique des termes A et B de la matrice d'admittance du tronçon de tube,

utilisée pour la détermination indirecte des écoulements pulsés
6.3.4.1 Généralités
Les termes A et B de la matrice d'admittance dépendent de cinq facteurs:
a) l'écartement des capteurs;
b) le diamètre interne du tube de mesure;
c) la vitesse du son dans le fluide contenu dans le tube de mesure;
d) la viscosité cinématique du fluide;
e) la densité du fluide.
6.3.4.2 Écartement des capteurs
6.3.4.2.1 Généralités

L'écartement des capteurs doit être adapté à la plage des fréquences d'analyse choisies et ceci pour

les limites supérieure et inférieure de cette bande d'analyse. En règle générale, une seule valeur

d'écartement est insuffisante pour effectuer un mesurage sur une large plage de fréquences.

Aux fréquences élevées, la limite est due au fait que l'analyse devient indéterminée lorsque la distance

entre les capteurs est égale à la moitié de la longueur d'onde des ondes de pression.

Aux très basses fréquences, la limitation est due au fait que le rapport d'amplitude s'approche de l'unité

...

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