ISO 14934-3:2012
(Main)Fire tests — Calibration and use of heat flux meters — Part 3: Secondary calibration method
Fire tests — Calibration and use of heat flux meters — Part 3: Secondary calibration method
1 Scope This part of ISO 14934 specifies methods for the calibration of heat flux meters for use in fire testing. The methods apply only to instruments having plane receivers. They do not apply to receivers in the form of wires, spheres, etc.
Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de mesure du flux thermique — Partie 3: Méthode d'étalonnage secondaire
1 Domaine d'application La présente partie de l'ISO 14934 spécifie des méthodes d'étalonnage des fluxmètres thermiques destinés à être utilisés dans les essais au feu. Les méthodes s'appliquent uniquement aux instruments ayant des récepteurs plans. Elles ne s'appliquent pas aux récepteurs sous forme de fils, de sphères, etc.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14934-3
Second edition
2012-05-15
Fire tests — Calibration and use of heat
flux meters —
Part 3:
Secondary calibration method
Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de mesure du
flux thermique —
Partie 3: Méthode d’étalonnage secondaire
Reference number
ISO 14934-3:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 14934-3:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 14934-3:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 1
5 Transfer calibration . 1
5.1 General . 1
5.2 Apparatus . 1
5.3 Test environment . 5
5.4 Set-up procedure . 5
5.5 Calibration procedure . 8
5.6 Calculation of results . 8
6 Secondary calibration in a primary furnace . 9
6.1 General . 9
6.2 Expression of results .10
7 Report .10
Annex A (informative) Accuracy of calibration . 11
Annex B (informative) Care of heat flux meters .12
Annex C (informative) Guidance notes for carrying out calibration .13
Annex D (informative) Procedure recommended for maintenance of a secondary standard of irradiance
at a test laboratory .15
Bibliography .16
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ISO 14934-3:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International
Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 14934-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire safety, Subcommittee SC 1, Fire
initiation and growth.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14934-3:2006), which has been technically revised.
ISO 14934 consists of the following parts, under the general title Fire tests — Calibration and use of heat flux meters:
— Part 1: General principles
— Part 2: Primary calibration methods
— Part 3: Secondary calibration method
— Part 4: Guidance on the use of heat-flux meters in fire tests [Technical Specification]
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ISO 14934-3:2012(E)
Introduction
In many fire test methods, the radiation level is specified and, therefore, it is of great importance that the radiant
heat flux is well defined and measured with sufficient accuracy. Radiant heat transfer is also the dominant
mode of heat transfer in most real fires.
A number of fire tests described in International Standards published by ISO require test specimens to be
exposed to specified levels of irradiance. It is, therefore, necessary for fire test laboratories to be able to
maintain working-standard heat flux meters to measure irradiance.
This part of ISO 14934 describes methods for the calibration of heat flux meters used as working standards in
fire testing and for measuring heat flux in fire testing. Two different approaches can be used, either calibration
in one of the primary calibration apparatuses or by means of a transfer calibration. The transfer calibration is
performed by comparison of the heat flux meter with a heat flux meter with known sensitivity referred to as a
secondary standard. The latter will have been calibrated according to ISO 14934-2.
The calibration of heat flux meters for use as primary and secondary standards requires considerable expertise
and equipment that is not covered by this part of ISO 14934. For information on the calibration of primary
standards and for a detailed account of the principles of the measurement of thermal radiation, reference is
also made to ISO 14934-1 and ISO 14934-2.
Information on the accuracy of calibration, care of heat flux meters and guidance notes for carrying out the
calibration are given in Annexes A to C. Annex D outlines a suitable procedure for the maintenance of a
secondary standard of irradiance at a test laboratory.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14934-3:2012(E)
Fire tests — Calibration and use of heat flux meters —
Part 3:
Secondary calibration method
1 Scope
This part of ISO 14934 specifies methods for the calibration of heat flux meters for use in fire testing.
The methods apply only to instruments having plane receivers. They do not apply to receivers in the form of
wires, spheres, etc.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 13943, Fire safety — Vocabulary
ISO 14934-1, Fire tests — Calibration and use of heat flux meters — Part 1: General principles
ISO 14934-2, Fire tests — Calibration and use of heat flux meters — Part 2: Primary calibration methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 14934, the terms and definitions given in ISO 14934-1 and ISO 13943 apply.
4 Principle
Two different approaches can be used, either calibration in one of the primary calibration apparatuses or by
means of a transfer calibration.
5 Transfer calibration
5.1 General
Transfer calibration of heat flux meters (total hemispherical radiometers and total heat flux meters) for use as
working standards is carried out by comparing the heat flux meter response at various levels of irradiance with
the response of a secondary-standard heat flux meter of the same type at the same levels of irradiance. The
measurements are made at different levels of irradiance, which are obtained by varying the distance between
the radiant source and the heat flux meter or by varying the temperature of the radiant source. The transfer
calibration is conducted at a minimum of 10 different levels of irradiance. The secondary-standard heat flux
meter is calibrated according to one of the primary methods described in ISO 14934-2.
5.2 Apparatus
5.2.1 Radiant source
The radiant source can be spherical, flat or conical. It shall be an electrically powered heater. The irradiance
from the radiant source shall be maintained at a preset level by controlling the temperature. This can be done
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as with the heater described in ISO 5660-1. The temperature shall be kept constant during the calibration. The
source shall be larger than the measuring surface of the heat flux meters under calibration.
The radiant source shall be placed in such a way that the irradiance from the radiant source is given vertically
downward to the heat flux meter to be calibrated, which is placed below the radiant source.
5.2.2 Mounting arrangements
5.2.2.1 Mounting arrangement for transfer calibration by varying the temperature of the heat source
The mounting apparatus shall be designed to bring the sensing surface of each heat flux meter (working-
standard and secondary-standard) quickly in turn into a preset position beneath the centre of the radiant source
in such a way that the irradiance to the heat flux meter can be varied. This can be achieved, for example, by a
system where the position of a heat flux meter is fixed by adjusting the output from the radiant source (e.g. the
conical heater of ISO 5660-1, ISO 13927 and ISO 17554).
For mounting the heat flux meters with water pipes parallel to the heat flux meter axis under the conical heater
as in ISO 5660-1, ISO 13927 and ISO 17554, the arrangement shown in Figure 1 should be used. The heat flux
meter calibration stand can also be used for mounting heat flux meters having the water pipes perpendicular
to the heat flux meter axis as shown in Figure 2.
Dimensions in millimetres
Key
1 heat flux meter calibration stand
2 heat flux meter clamp
3 heat flux meter with water pipes parallel to the heat flux meter axis
Figure 1 — Calibration stand for heat flux meters with water pipes parallel to the heat flux meter axis
under a conical heater
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Dimensions in millimetres
Key
1 heat flux meter calibration stand
2 heat flux meter clamp
3 heat flux meter with water pipes perpendicular to the heat flux meter axis
Figure 2 — Calibration stand for heat flux meters with water pipes perpendicular to the heat flux
meter axis under a conical heater
Irradiance to the heat flux meter can be altered by changing the power, i.e. temperature, of the radiant source.
The change in radiant source power shall be over a range which will provide an appropriate range of irradiance
compatible with the working range of the heat flux meter to be calibrated. The heat flux meter shall not be
placed in any convective air flow initiated by the radiant source. The means for locking the heat flux meter in
position shall be rigid and such that the centre of the sensing surface is in the centre of the radiator.
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ISO 14934-3:2012(E)
The heat flux meter mounting apparatus shall be designed so that meters are not mounted directly over a
substantial mass of material that will get hot and in such a way that it can be placed in position after the
irradiance of the radiant source reaches a preset level.
NOTE It has been found suitable to have two calibration stands so that both the secondary-standard heat flux meter
and the working-standard heat flux meter can be mounted prior to the start of calibration (see 5.5.6).
No part of the mounting apparatus shall project in front of the heat flux meters being calibrated.
All exposed surfaces of the heat flux meter mounting apparatus shall be coated with a heat-resisting, matte
black finish.
5.2.2.2 Mounting arrangement for transfer calibration by varying the distance between the radiant
source and the heat flux meter
The mounting apparatus shall be designed to bring the sensing surface of each heat flux meter (working-
standard and secondary-standard) quickly in turn into a preset position beneath the centre of the radiant source
in such a way that the irradiance to the heat flux meter can be varied. This can be achieved, for example, by a
system where the position of the heat flux meter is varied by adjusting the distance between the radiant source
and the heat flux meter.
The output from the radiant source remains constant throughout the whole procedure. The movement of the
heat flux meter shall be such that it will provide an appropriate range of irradiance. The heat flux meter shall not
be placed in any convective air flow initiated by the radiant source. The means for locking the heat flux meter in
position shall be rigid and such that the centre of the sensing surface is in the centre of the radiator.
The heat flux meter mounting apparatus shall be designed so that meters are not mounted directly over a
substantial mass of material that will get hot and in such a way that it can be placed in position after the
irradiance of radiant source reaches a preset level.
5.2.3 Instrumentation
5.2.3.1 Secondary-standard heat flux meters
The secondary-standard heat flux meter shall have the water pipes parallel to the heat flux meter axis. It shall
be of the same type as the working-standard heat flux meter, which is to be calibrated, except if the working-
standard heat flux meter has the water pipes perpendicular to the heat flux meter axis. Thus, if the working-
standard heat flux meter is a Schmidt-Boelter type, then the secondary-standard heat flux meter shall also be a
Schmidt-Boelter type. The measuring range and the outer diameter of the heat flux meters shall also be identical.
If the secondary-standard heat flux meter and the working-standard heat flux meter have different diameters,
then the uncertainty analysis is required.
The secondary-standard heat flux meter shall be calibrated at regular intervals according to one of the primary
methods described in ISO 14934-2.
The scheme for inter-laboratory comparisons outlined in Annex D can be used in order to stabilize the sensitivity
of the secondary-standard heat flux meter. In this case, three or more secondary-standard heat flux meters are
required for these periodic inter-comparisons.
5.2.3.2 Working-standard heat flux meters
Working-standard heat flux meters used for the fire tests according to ISO 5660-1, ISO 5659-2, ISO 13927 and
ISO 17554, have the water pipes perpendicular to the heat flux meter axis (see Figure 2). For the calibration,
this working-standard heat flux meter is mounted in the normal cone heater assembly holder or in the holder
shown in Figure 2.
Working-standard heat flux meters used for the fire tests according to ISO 5658-2, IMO Res A.653 and
ISO 9239-1, have the water pipes parallel to the heat flux meter axis. For the transfer calibration, this working-
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ISO 14934-3:2012(E)
standard heat flux meter is mounted as described in 5.2.2. This type of working-standard heat flux meter can
also be directly calibrated in any of the primary calibration furnaces described in ISO 14934-2.
5.2.3.3 Recording instrumentation
Instrumentation shall be capable of assimilating the incoming data and producing a record, both permanent
and immediately available to the operator, of the reading of each heat flux meter at intervals not longer than 5 s,
having range settings appropriate to the outputs of the heat flux meters. It is recommended to use the same
recording instrumentation for both secondary and working-standard heat flux meters.
5.2.4 Additional equipment
5.2.4.1 Protective clothing
Protective clothing, such as heat-resisting gloves and eye protection, should be worn, as necessary.
5.2.4.2 Low-pressure air and/or water supply
Low-pressure air and/or water supply for the heat flux meters should be supplied as required. An example is
given in C.6.
5.3 Test environment
5.3.1 Room
The influence of the surroundings should be stable over time. The radiation from everything except for the
radiant source should be limited by keeping all surrounding items including wall surfaces below 40 °C.
5.3.2 Draught
The calibration apparatus shall be contained in an essentially draught-free environment where the air flow does
not exceed 0,2 m/s when the apparatus is cold. Particular care shall be taken to avoid draughts across the
instruments under calibration. If necessary, screens shall be provided, but these shall be at least 1,5 m away
from the heat flux meter under calibration.
5.4 Set-up procedure
5.4.1 General
Check that the apparatus is assembled correctly. If the sliding procedure is used then check that the mounting
apparatus moves smoothly in relation to the face of the radiant source. Lubricate any sliding parts using a heat-
resisting grease or graphite, if necessary.
Laboratories supplying instruments for calibration should be aware that with a new working-standard heat flux
meter or one that has not been previously used, it is advisable to age the sensing surface artificially before
a calibration is carried out to avoid or reduce initial drift in sensitivity. It is recommended that this should be
done by exposing the sensing surface to radiation for 20 h to 25 h in a series of exposures of several hours’
duration, at irradiance near the maximum at which it is likely to be used. With some types of heat flux meters,
it is advisable to monitor sensitivity and continue ageing until the sensing surface has stabilized.
5.4.2 Mounting heat flux meters onto the calibration stand
5.4.2.1 Align the two parts of the clamp around the water pipes of the heat flux meter as shown in Figure 3 a),
ensuring that the signal cable will run down the clearance provided in the middle.
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ISO 14934-3:2012(E)
5.4.2.2 Clamp down on the water pipes with two M3 grub screws on each clamp while holding the two parts
of the clamp together, see Figure 3 b).
5.4.2.3 While holding the heat flux meter and the clamp, insert the meter into the ring of the tripod holder of
the calibration stand, ensuring the ‘flats’ on the clamps are aligned with the holes for M5 grub screws on the ring.
M3 grub screws on the clamp are still accessible when in the ring as shown in Figure 3 c). Tighten the M5 grub
screws to secure the clamped heat flux meter.
The height of the heat flux meter can be adjusted to suit the position under the radiant heat source by loosening
the M3 grub screws on one side of the clamp, just enough to slide it up or down into position and then re-
tightening it to clamp. The distance between the heat flux meter sensing surface and the bottom of the conical
heater shall be 25,4 mm.
5.4.2.4 The tripod holder is secured to the base plate with four M6 screws, and one is screwed into each leg,
as shown in Figure 3 d). The base plate holding the prepared assembly is slid into position under the conical
heater, using the same locating pin as on the load cell base plate (used in ISO 5660-1). This location ensures
that the heat flux meter is concentrically located with the centre of the radiant heat source.
5.4.3 Mounting and alignment of heat flux meters
5.4.3.1 With the radiant source off, mount the secondary-standard heat flux meter and the working-standard
heat flux meter, or heat flux meters that are being calibrated, onto the calibration stand. Ensure that all leads
and tubes to heat flux meters are protected against radiation [wrapping with thin, shiny aluminium foil has been
found suitable (see C.7), and that they do not become entangled in any mechanism when it moves. Connect
the secondary-standard and working-standard heat flux meters independently to the recording instrumentation
using appropriate leads.
If a water-cooled heat flux meter is being calibrated, connect the appropriate supply and ensure that the flow
rate is in accordance with the manufacturer’s recommendations. The temperature of the cooling water shall be
ambient room temperature and shall not be below the dew point of the ambient temperature.
NOTE ISO/TS 14934-4 gives guidance on water cooling methods.
5.4.3.2 Place the mounting apparatus into position for calibration. Adjust the heat flux meters in turn horizontally,
vertically and at an angle, so that when brought into the calibration position, their sensing surfaces lie in the
same plane relative to the radiant source, with the centre of the sensing surfaces on the normal from the centre
of the radiant source.
Ensure that the sensing surfaces of the heat flux meters are clean and that the line-of-sight between the
sensing surfaces and the radiator is not obstructed when in the calibration position. Place small screens in front
of the heat flux meters to shield them from the radiator.
As far as possible, the heat flux meters should be screened from radiation except during actual readings.
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ISO 14934-3:2012(E)
a) b)
c) d)
Key
1 heat flux meter 6 M3 grub screws
2 heat flux meter clamp 7 M5 grub screws
3 heat flux meter calibration stand 8 hollow legs fitted to M6 grub screws on base plate
4 signal cable 9 base plate
5 ring of tripod holder of calibration stand
Figure 3 — Mounting heat flux meters onto the calibration stand
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ISO 14934-3:2012(E)
5.5 Calibration procedure
5.5.1 Switch on the recording instrumentation, allowing any necessary time for warming up.
5.5.2 Place the calibration stand, with the secondary-standard heat flux meter mounted, under the conical heater.
5.5.3 With the radiation shield in place, switch on the radiant source and set the temperature to a preset level.
The first level of irradiance shall be at 10 % or less of the highest irradiance level for the requested calibration.
5.5.4 Remove the radiation shield to expose the meter to the radiant source. Check with a spacer that the
distance between the heat flux meter sensing surface and the bottom of the conical heater is 25,4 mm.
5.5.5 Continue the exposure in this position until the temperature of the radiant source reaches the preset
level and the value recorded from the heat flux meter is essentially constant over a period of 1 min. Note the
heat flux meter output reading (U ). Reinsert the radiation shield.
S1
5.5.6 Remove the calibration stand with the secondary-standard heat flux meter. If the working-standard heat
flux meter has the water pipes perpendicular to the heat flux meter axis, then the working-standard heat flux
meter is mounted in the holder shown in Figure 2 or in the “cone holder”. If the working-standard heat flux meter
has the water pipes parallel to the heat flux meter axis, then the working-standard heat flux meter is mounted in
the holder shown in Figure 1.
The use of duplicate calibration stands will reduce the uncertainty contribution associated with this method.
5.5.7 Remove the radiation shield to expose the meter to the radiant source. Check that the distance between
the heat flux meter sensing surface and the bottom of the conical heater is 25,4 mm.
5.5.8 Leave the stand with the heat flux meter under the heater until the value recorded from this heat flux
meter is essentially constant over a period of 1 min. Note the heat flux meter output reading (U ). Reinsert the
W
radiation shield.
5.5.9 Return the calibration stand with the secondary-standard heat flux meter to its position and repeat 5.5.5,
obtaining another output reading (U ).
S2
5.5.10 Repeat 5.5.2 to 5.5.9 with the radiant source set at different power levels until at least 10 different levels
of irradiance have been used (see Annex A). Ensure that the irradiance levels cover the required calibration
range of the working-standard heat flux meter and that they are evenly spread over that range.
It is advisable to start at a low irradiance and increase the power up to the maximum required, and then
decrease the power (covering the same power levels) so that outputs are obtained from increasing irradiance
and decreasing irradiance.
5.6 Calculation of results
5.6.1 General
The results shall be calculated according to the principles in ISO 14934-1. For the transfer calibrations, the total
heat flux for calculating the calibration of the working-standard heat flux meter is taken as the heat flux reading
from the secondary-standard heat flux meter. The mean value of the two series described in 5.5.10 is used.
The uncertainty of the calibration is caused by the uncertainty of the secondary-standard calibration, the
uncertainty in the radiation source, the positioning of the heat flux meters, and the uncertainty from the regression.
5.6.2 Evaluation of results
The calibration results should be evaluated using a table with the columns as given in the table below.
8 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 14934-3:2012(E)
Level no Output reading Output reading Output reading Average output Corresponding
from secondary- from working- from secondary- reading from total heat flux,
2
standard heat standard heat standard heat secondary- q (kW/m )
tot
flux meter U flux meter U flux meter U standard heat
S1 W S2
flux meter U
S-ave
5.6.3 Expression of results
The calibration results should be reported in a table with the contents as given in the list below:
2
— total heat flux, q (kW/m );
tot
— output voltage, U (mV).
W
2
A graph should be plotted of the total heat flux, q (kW/m ) versus output voltage U (mV) from the heat
tot W
flux meter from the processed data. After this, a best fit should be calculated, using either a linear equation
(resulting in A only or in A together with A ) or a nonlinear approximation (A , A and A ).
1 1 0 0 1 2
In case the nonlinearity for a certain application is negligible, it can be stated that the nonlinearity during the
calibration was negligible and that therefore a value for A is not given.
2
Apart from the table and the end result expressed in the constants A , A and A , the calibration certificate
0 1 2
should mention the following:
— heat flux meter body temperature during calibration, in °C;
— field of view of the heat flux meter, expressed in degrees. In case of view-limiting apertures, specify field
of view from the centre of the sensing surface to the edge of the view-limiting aperture. In case of flat
receivers, specify 180°;
— absorptance of coatings;
— source temperature, in °C;
— spectral range. In case of window material, specify the 50 % transmission points in micrometers. These
are the wavelengths at which the transmission is 50 % of the maximum transmission. In case of black
coating without windows, specify 1 µm to 10 µm;
— transmission. In case of window materials, specify the average transmission of the window material if this
is known. In case of absence of windows, specify not applicable;
— uncertainty for each level. The uncertainty esti
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14934-3
Deuxième édition
2012-05-15
Essais au feu — Étalonnage et
utilisation des appareils de mesure du
flux thermique —
Partie 3:
Méthode d’étalonnage secondaire
Fire tests — Calibration and use of heat flux meters —
Part 3: Secondary calibration method
Numéro de référence
ISO 14934-3:2012(F)
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ISO 2012
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Publié en Suisse
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ISO 14934-3:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 1
5 Étalonnage de transfert . 1
5.1 Généralités . 1
5.2 Appareillage . 2
5.3 Environnement d’essai . 6
5.4 Procédure d’installation . 6
5.5 Mode opératoire d’étalonnage . 9
5.6 Calcul des résultats .10
6 Étalonnage secondaire dans un four primaire . 11
6.1 Généralités . 11
6.2 Expression des résultats . 11
7 Rapport .12
Annexe A (informative) Exactitude de l’étalonnage .13
Annexe B (informative) Entretien des fluxmètres thermiques .14
Annexe C (informative) Recommandations pour procéder à l’étalonnage .15
Annexe D (informative) Procédure recommandée pour la maintenance d’un étalon secondaire
d’éclairement énergétique dans un laboratoire d’essai .18
Bibliographie .19
© ISO 2012 – Tous droits réservés iii
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ISO 14934-3:2012(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales,
en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L’attention est appelée 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.
L’ISO 14934-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 1, Amorçage
et développement du feu.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 14934-3:2006), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
L’ISO 14934 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Essais au feu — Étalonnage et
utilisation des appareils de mesure du flux thermique:
— Partie 1: Principes généraux
— Partie 2: Méthodes d’étalonnage primaire
— Partie 3: Méthode d’étalonnage secondaire
— Partie 4: Lignes directrices pour l’utilisation des fluxmètres thermiques dans les essais au feu
[Spécification technique]
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ISO 14934-3:2012(F)
Introduction
Dans de nombreuses méthodes d’essais au feu, le niveau de rayonnement est spécifié et, donc, il est très
important que le flux thermique radiatif soit bien défini et mesuré avec une précision suffisante. Le transfert
thermique radiatif est également le mode prépondérant de transfert thermique dans la plupart des feux réels.
Un grand nombre d’essais au feu décrits dans les Normes internationales publiées par l’ISO exigent que les
éprouvettes soient exposées à des niveaux spécifiés d’éclairement énergétique. Il est donc nécessaire que
les laboratoires d’essais au feu soient capables d’entretenir les fluxmètres thermiques étalons de travail pour
mesurer l’éclairement énergétique.
La présente partie de l’ISO 14934 décrit des méthodes d’étalonnage des fluxmètres thermiques utilisés comme
étalons de travail dans les essais au feu et permettant de mesurer le flux thermique lors des essais au feu.
Deux méthodes différentes peuvent être utilisées, à savoir l’étalonnage dans l’un des appareils d’étalonnage
primaire ou au moyen d’un étalonnage de transfert. L’étalonnage de transfert est réalisé en comparant le
fluxmètre thermique à un fluxmètre ayant une sensibilité connue, désigné en tant qu’étalon secondaire. Ce
dernier aura été étalonné conformément à l’ISO 14934-2.
L’étalonnage des fluxmètres thermiques destinés à être utilisés comme étalons primaires et secondaires
nécessite une expertise considérable et un équipement qui n’est pas traité dans la présente partie de
l’ISO 14934. Pour obtenir des informations sur l’étalonnage des étalons primaires et pour un exposé détaillé des
principes de mesurage du rayonnement thermique, se reporter également à l’ISO 14934-1 et à l’ISO 14934-2.
Les informations relatives à la précision de l’étalonnage, à l’entretien des fluxmètres thermiques et les
recommandations concernant la réalisation de l’étalonnage sont données dans les Annexes A à C. L’Annexe D
décrit un mode opératoire approprié pour la maintenance d’un étalon secondaire d’éclairement énergétique au
laboratoire d’essai.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14934-3:2012(F)
Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de
mesure du flux thermique —
Partie 3:
Méthode d’étalonnage secondaire
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 14934 spécifie des méthodes d’étalonnage des fluxmètres thermiques destinés à
être utilisés dans les essais au feu.
Les méthodes s’appliquent uniquement aux instruments ayant des récepteurs plans. Elles ne s’appliquent pas
aux récepteurs sous forme de fils, de sphères, etc.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application 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 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
ISO 14934-1, Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de mesure du flux thermique — Partie 1 :
Principes généraux
ISO 14934-2, Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de mesure du flux thermique — Partie 2 :
Méthodes d’étalonnage primaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 14934, les termes et définitions donnés dans l’ISO 14934-1 et
l’ISO 13943 s’appliquent.
4 Principe
Deux méthodes différentes peuvent être utilisées, à savoir l’étalonnage dans l’un des appareils d’étalonnage
primaire ou au moyen d’un étalonnage de transfert.
5 Étalonnage de transfert
5.1 Généralités
L’étalonnage de transfert des fluxmètres thermiques (radiomètres hémisphériques totaux et fluxmètres
thermiques totaux) destinés à servir d’étalons de travail est effectué en comparant la réponse des fluxmètres
thermiques à différents niveaux d’éclairement énergétique à la réponse d’un fluxmètre thermique étalon
secondaire du même type aux mêmes niveaux d’éclairement énergétique. Les mesurages sont réalisés à
différents niveaux d’éclairement énergétique obtenus en faisant varier la distance entre la source rayonnante et
le fluxmètre thermique ou en faisant varier la température de la source rayonnante. L’étalonnage de transfert est
réalisé à au moins 10 niveaux différents d’éclairement énergétique. Le fluxmètre thermique étalon secondaire
est étalonné conformément à l’une des méthodes primaires décrites dans l’ISO 14934-2.
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5.2 Appareillage
5.2.1 Source rayonnante
La source rayonnante peut être sphérique, plane ou conique. Il doit s’agir d’un radiateur électrique. L’éclairement
énergétique émis par la source rayonnante doit être maintenu à un niveau prédéterminé en contrôlant la
température. Pour cela, il est possible d’utiliser le radiateur décrit dans l’ISO 5660-1. La température doit être
maintenue constante pendant l’étalonnage. La source doit être plus grande que la surface de mesurage des
fluxmètres thermiques en cours d’étalonnage.
La source rayonnante doit être placée de manière que l’éclairement énergétique de la source rayonnante soit
émis verticalement vers le bas en direction du fluxmètre thermique à étalonner, qui est placé au-dessous de
la source rayonnante.
5.2.2 Dispositions de montage
5.2.2.1 Disposition de montage pour un étalonnage de transfert en faisant varier la température de la
source de chaleur
Le dispositif de montage doit être conçu de manière à placer rapidement et successivement la surface sensible
de chaque fluxmètre thermique (étalon de travail et étalon secondaire) dans une position prédéterminée au-
dessous du centre de la source rayonnante de manière à pouvoir faire varier l’éclairement énergétique sur le
fluxmètre thermique. Pour cela, il est par exemple possible d’utiliser un système dans lequel la position d’un
fluxmètre thermique est fixe en réglant la sortie de la source rayonnante (par exemple, le radiateur conique de
l’ISO 5660-1, l’ISO 13927 et l’ISO 17554).
Pour monter les fluxmètres thermiques ayant des tubes d’eau parallèles à l’axe du fluxmètre thermique sous
le radiateur conique de l’ISO 5660-1, l’ISO 13927 et l’ISO 17554, il convient d’utiliser la disposition illustrée à
la Figure 1. Le banc d’étalonnage du fluxmètre thermique peut aussi être utilisé pour monter des fluxmètres
thermiques ayant des tubes d’eau perpendiculaires à l’axe du fluxmètre thermique, comme illustré à la Figure 2.
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Dimensions en millimètres
Légende
1 banc d’étalonnage du fluxmètre thermique
2 collier de serrage du fluxmètre thermique
3 fluxmètre thermique à tubes d’eau parallèles à l’axe du fluxmètre thermique
Figure 1 — Banc d’étalonnage pour fluxmètres thermiques ayant des tubes d’eau
parallèles à l’axe du fluxmètre thermique placé sous un radiateur conique
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Dimensions en millimètres
Légende
1 banc d’étalonnage du fluxmètre thermique
2 collier de serrage du fluxmètre thermique
3 fluxmètre thermique à tubes d’eau perpendiculaires à l’axe du fluxmètre thermique
Figure 2 — Banc d’étalonnage pour fluxmètres thermiques ayant des tubes d’eau
perpendiculaires à l’axe du fluxmètre thermique placé sous un radiateur conique
L’éclairement énergétique sur le fluxmètre thermique peut être modifié en faisant varier la puissance (c’est-
à-dire la température) de la source rayonnante.
La puissance de la source rayonnante doit varier sur une plage qui produira une plage appropriée d’éclairement
énergétique compatible avec la plage de fonctionnement du fluxmètre thermique à étalonner. Le fluxmètre
thermique ne doit pas être placé dans un flux d’air convectif produit par la source rayonnante. Les moyens
employés pour immobiliser le fluxmètre thermique en position doivent être rigides et tels que le centre de la
surface sensible corresponde au centre du radiateur.
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Le dispositif de montage du fluxmètre thermique doit être conçu de telle sorte que les fluxmètres ne soient pas
montés directement sur une masse importante de matériau pouvant s’échauffer et qu’ils puissent être mis en
place après que l’éclairement énergétique de la source rayonnante a atteint un niveau prédéterminé.
NOTE Il s’est avéré approprié de disposer de deux bancs d’étalonnage afin que le fluxmètre thermique étalon
secondaire et le fluxmètre thermique étalon de travail puissent être montés avant le début de l’étalonnage; voir 5.5.6.
Aucune partie du dispositif de montage ne doit faire saillie devant les fluxmètres thermiques en cours
d’étalonnage.
Toutes les surfaces exposées du dispositif de montage du fluxmètre thermique doivent être revêtues d’une
finition noire mate résistante à la chaleur.
5.2.2.2 Disposition de montage pour un étalonnage de transfert en faisant varier la distance entre la
source rayonnante et le fluxmètre thermique
Le dispositif de montage doit être conçu de manière à placer rapidement et successivement la surface sensible
de chaque fluxmètre thermique (étalon de travail et étalon secondaire) dans une position prédéterminée au-
dessous du centre de la source rayonnante de manière à pouvoir faire varier l’éclairement énergétique sur le
fluxmètre thermique. Pour cela, il est possible par exemple d’utiliser un système dans lequel on fait varier la
position du fluxmètre thermique en ajustant la distance entre la source rayonnante et le fluxmètre thermique.
La sortie de la source rayonnante reste constante tout au long du mode opératoire. Le déplacement du fluxmètre
thermique doit permettre de couvrir la plage appropriée d’éclairement énergétique. Le fluxmètre thermique ne
doit pas être placé dans un flux d’air convectif produit par la source rayonnante. Les moyens employés pour
immobiliser le fluxmètre thermique en position doivent être rigides et tels que le centre de la surface sensible
corresponde au centre du radiateur.
Le dispositif de montage du fluxmètre thermique doit être conçu de telle sorte que les fluxmètres ne soient pas
montés directement sur une masse importante de matériau pouvant s’échauffer et qu’ils puissent être mis en
place après que l’éclairement énergétique de la source rayonnante ait atteint un niveau prédéterminé.
5.2.3 Instrumentation
5.2.3.1 Fluxmètres thermiques étalons secondaires
Le fluxmètre thermique étalon secondaire doit avoir des tubes d’eau parallèles à l’axe du fluxmètre thermique.
Il doit être du même type que le fluxmètre thermique étalon de travail qui doit être étalonné, excepté en ce
qui concerne les tubes d’eau si le fluxmètre thermique étalon de travail a des tubes d’eau perpendiculaires
à l’axe du fluxmètre thermique. Ainsi, si le fluxmètre thermique étalon de travail est du type Schmidt-Boelter,
le fluxmètre thermique étalon secondaire doit aussi être du type Schmidt-Boelter. L’étendue de mesure et le
diamètre extérieur des fluxmètres thermiques doivent également être identiques.
Si le fluxmètre thermique étalon secondaire et le fluxmètre thermique étalon de travail ont des diamètres
différents, une analyse de l’incertitude sera alors nécessaire.
Le fluxmètre thermique étalon secondaire doit être étalonné à intervalles réguliers conformément à l’une des
méthodes primaires décrites dans l’ISO 14934-2.
Le programme relatif aux comparaisons interlaboratoires décrit à l’Annexe D peut être utilisé pour stabiliser la
sensibilité du fluxmètre thermique étalon secondaire. Au moins trois fluxmètres thermiques étalons secondaires
sont alors nécessaires pour ces intercomparaisons périodiques.
5.2.3.2 Fluxmètres thermiques étalons de travail
Les fluxmètres thermiques étalons de travail utilisés pour les essais au feu conformément à l’ISO 5660-1,
l’ISO 5659-2, l’ISO 13927 et l’ISO 17554 ont des tubes d’eau perpendiculaires à l’axe du fluxmètre thermique;
voir Figure 2. Pour l’étalonnage, ce fluxmètre thermique étalon de travail est monté dans le support de montage
normal du radiateur conique ou dans le support de montage illustré à la Figure 2.
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ISO 14934-3:2012(F)
Les fluxmètres thermiques étalons de travail utilisés pour les essais au feu conformément à l’ISO 5658-2,
l’IMO Res A.652 et l’ISO 9239-1 ont des tubes d’eau parallèles à l’axe du fluxmètre thermique. Pour l’étalonnage
de transfert, ce fluxmètre thermique étalon de travail est monté comme décrit en 5.2.1. Ce type de fluxmètres
thermiques étalons de travail peut aussi être étalonné directement dans l’un des fours d’étalonnage primaire
décrits dans l’ISO 14934-2.
5.2.3.3 Instruments d’enregistrement
Les instruments doivent être capables d’acquérir les données d’entrée et de produire un enregistrement, à
la fois permanent et immédiatement mis à la disposition de l’opérateur, de la valeur indiquée par chaque
fluxmètre thermique à des intervalles ne dépassant pas 5 s, et doivent avoir une étendue de mesure adaptée
aux sorties des fluxmètres thermiques. Il est recommandé d’utiliser les mêmes instruments d’enregistrement
pour les fluxmètres thermiques secondaires et de travail.
5.2.4 Équipement supplémentaire
5.2.4.1 Vêtements de protection
Si nécessaire, il convient de porter des vêtements de protection, tels que des gants résistants à la chaleur et
une protection oculaire.
5.2.4.2 Alimentation en air et/ou en eau à basse pression
Si nécessaire, il convient de fournir une alimentation en air et/ou en eau à basse pression. Un exemple est
donné en C.6.
5.3 Environnement d’essai
5.3.1 Pièce
Il convient que l’influence de l’environnement reste stable dans le temps. Il convient de limiter le rayonnement
émis par tout élément autre que la source rayonnante en maintenant tous les éléments environnants, y compris
la surface des parois, à une température inférieure à 40 °C.
5.3.2 Courants d’air
Il convient que l’appareil d’étalonnage soit placé dans un environnement essentiellement exempt de courant
d’air, dans lequel l’écoulement d’air ne dépasse pas 0,2 m/s lorsque l’appareil est froid. Des précautions
particulières doivent être prises pour éviter les courants d’air au travers des instruments en cours d’étalonnage.
Si nécessaire, des écrans doivent être prévus, mais ceux-ci doivent être placés à au moins 1,5 m du fluxmètre
thermique en cours d’étalonnage.
5.4 Procédure d’installation
5.4.1 Généralités
Vérifier que l’appareillage est convenablement assemblé. Si la procédure de coulissement est utilisée, vérifier
que le dispositif de montage se déplace sans à-coup par rapport à la face de la source rayonnante. Lubrifier
les éléments coulissants en utilisant une graisse résistante à la chaleur ou du graphite, si nécessaire.
Il convient que les laboratoires fournissant des instruments d’étalonnage sachent que, dans le cas d’un
fluxmètre thermique étalon de travail neuf ou d’un fluxmètre n’ayant jamais servi, il est conseillé de vieillir
artificiellement la surface sensible avant de réaliser l’étalonnage afin d’éviter ou de limiter la dérive initiale de
sensibilité. Il est recommandé d’effectuer cette opération en exposant la surface sensible à un rayonnement
pendant 20 h à 25 h, par une série d’expositions de plusieurs heures, à un éclairement énergétique proche
de la valeur maximale à laquelle l’appareil est susceptible d’être utilisé. Avec certains types de fluxmètres
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ISO 14934-3:2012(F)
thermiques, il est judicieux de surveiller la sensibilité et de poursuivre le vieillissement jusqu’à ce que la surface
sensible se soit stabilisée.
5.4.2 Montage des fluxmètres thermiques sur le banc d’étalonnage
5.4.2.1 Aligner les deux parties du collier de serrage autour des tubes d’eau du fluxmètre thermique, comme
illustré à la Figure 3 a), en s’assurant que le câble de signalisation chemine dans l’espace prévu au centre.
5.4.2.2 Serrer le collier autour des tubes d’eau à l’aide de deux vis sans tête M3 sur chaque partie du collier
tout en maintenant les deux parties ensemble; voir Figure 3 b).
5.4.2.3 Tout en maintenant le fluxmètre thermique et le collier de serrage, insérer le fluxmètre dans l’anneau
du support à trois pieds du banc d’étalonnage, en s’assurant que les «méplats» du collier de serrage sont
alignés avec les trous pour vis sans tête M5 sur l’anneau. Les vis sans tête M3 du collier de serrage sont encore
accessibles lorsque ce dernier est placé dans l’anneau, comme montré à la Figure 3 c). Serrer les vis sans tête
M5 pour immobiliser le fluxmètre thermique maintenu par le collier de serrage.
La hauteur du fluxmètre thermique peut être réglée pour adapter la position sous la source de chaleur
rayonnante, en desserrant les vis sans tête M3 d’un côté du collier de serrage, juste assez pour pouvoir faire
glisser le fluxmètre vers le haut ou le bas jusqu’à la position souhaitée, puis en resserrant le collier. La distance
entre la surface sensible du fluxmètre thermique et la base du radiateur conique doit être de 25,4 mm.
5.4.2.4 Le support à trois pieds est fixé sur le socle à l’aide de quatre vis M6, une dans chaque jambe, comme
illustré à la Figure 3 d). Le socle maintenant l’assemblage préparé est glissé sous le radiateur conique jusqu’à
la position souhaitée, en utilisant le même pion de centrage que sur le socle de la cellule de charge (utilisée
dans l’ISO 5660-1). Cette position assure que le fluxmètre thermique est placé concentriquement par rapport
au centre de la source de chaleur rayonnante.
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ISO 14934-3:2012(F)
b)
a)
d)
c)
Légende
1 fluxmètre thermique 6 vis sans tête M3
2 collier de serrage du fluxmètre thermique 7 vis sans tête M5
3 banc d’étalonnage du fluxmètre thermique 8 jambes creuses installées sur les vis sans tête M6 du
socle
4 câble du signal
9 socle
5 anneau du support à trois pieds du banc d’étalonnage
Figure 3 — Montage des fluxmètres thermiques sur le banc d’étalonnage
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5.4.3 Montage et alignement des fluxmètres thermiques
5.4.3.1 La source rayonnante étant hors tension, monter le fluxmètre thermique étalon secondaire et
le fluxmètre thermique étalon de travail, ou les fluxmètres thermiques en cours d’étalonnage, sur le banc
d’étalonnage. S’assurer que tous les fils électriques et tubes reliés aux fluxmètres thermiques sont protégés
contre le rayonnement [un enveloppement à l’aide d’une mince feuille d’aluminium brillant s’est avéré adéquat
(voir C.7)] et qu’ils ne s’emmêlent pas dans un mécanisme en mouvement. Relier séparément les fluxmètres
thermiques étalon secondaire et étalon de travail aux instruments d’enregistrement en utilisant les fils appropriés.
Si un fluxmètre thermique refroidi à l’eau est étalonné, raccorder l’alimentation appropriée et s’assurer que le
débit est conforme aux recommandations du fabricant. La température de l’eau de refroidissement doit être la
température ambiante de la pièce et ne doit pas être inférieure au point de rosée de l’air ambiant.
NOTE L’ISO/TS 14934-4 donne des lignes directrices concernant les méthodes de refroidissement à l’eau.
5.4.3.2 Placer le dispositif de montage dans la position d’étalonnage. Régler successivement les positions
horizontale, verticale et angulaire des fluxmètres thermiques de telle sorte que, lorsqu’ils sont placés en position
d’étalonnage, leurs surfaces sensibles se situent dans le même plan par rapport à la source rayonnante, le
centre des surfaces sensibles se trouvant sur la perpendiculaire partant du centre de la source rayonnante.
S’assurer que les surfaces sensibles des fluxmètres thermiques sont propres et que la ligne de visée entre les
surfaces sensibles et le radiateur n’est pas obstruée en position d’étalonnage. Placer de petits écrans devant
les fluxmètres thermiques pour les protéger du radiateur.
Dans la mesure du possible, il convient de protéger les fluxmètres thermiques du rayonnement, sauf pendant
les mesures réelles.
5.5 Mode opératoire d’étalonnage
5.5.1 Mettre sous tension les instruments d’enregistrement, en laissant un temps suffisant pour la mise
en température.
5.5.2 Placer le banc d’étalonnage, sur lequel est monté le fluxmètre thermique étalon secondaire, sous le
radiateur conique.
5.5.3 L’écran de protection contre le rayonnement étant en place, mettre sous tension la source rayonnante et
régler la température à un niveau prédéterminé. Le premier niveau d’éclairement énergétique doit être inférieur
ou égal à 10 % du niveau d’éclairement énergétique le plus élevé pour l’étalonnage demandé.
5.5.4 Retirer l’écran de protection contre le rayonnement afin d’exposer le fluxmètre à la source rayonnante.
Vérifier à l’aide d’une entretoise que la distance entre la surface sensible du fluxmètre thermique et le bas du
radiateur conique est de 25,4 mm.
5.5.5 Poursuivre l’exposition dans cette position jusqu’à ce que la température de la source rayonnante
atteigne le niveau prédéterminé et que la valeur enregistrée par le fluxmètre thermique soit sensiblement
constante pendant 1 min. Relever la sortie du fluxmètre thermique (U ). Remettre en place l’écran de protection
S1
contre le rayonnement.
5.5.6 Retirer le banc d’étalonnage sur lequel est monté le fluxmètre thermique étalon secondaire. Si le
fluxmètre thermique étalon de travail a des tubes d’eau perpendiculaires à l’axe du fluxmètre, le fluxmètre
thermique étalon de travail est alors monté dans le support illustré à la Figure 2 ou dans le «support du cône». Si
le fluxmètre thermique étalon de travail a des tubes d’eau parallèles à l’axe du fluxmètre, le fluxmètre thermique
étalon de travail est alors monté dans le support illustré à la Figure 1.
L’utilisation de bancs d’étalonnage en double réduira la contribution à l’incertitude associée à cette méthode.
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ISO 14934-3:2012(F)
5.5.7 Retirer l’écran de protection contre le rayonnement afin d’exposer le fluxmètre à la source rayonnante. Vérifier
que la distance entre la surface sensible du fluxmètre thermique et le bas du radiateur conique est de 25,4 mm.
5.5.8 Laisser le banc avec le fluxmètre thermique sous le radiateur jusqu’à ce que la valeur enregistrée par ce
fluxmètre soit sensiblement constante pendant 1 min. Relever la sortie du fluxmètre thermique (U ). Remettre
W
en place l
...
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