ISO 3966:1977
(Main)Measurement of fluid flow in closed conduits — Velocity area method using Pitot static tubes
Measurement of fluid flow in closed conduits — Velocity area method using Pitot static tubes
Specifies a method for the determination in a closed conduit of the volume rate of flow of a regular flow. Deals in particular with the technology and maintenance of Pitot static tubes, with the calculation of local velocities from measured differential pressures and with the computation of the flow rate by velocity integration.
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées — Méthode d'exploration du champ des vitesses au moyen de tubes de Pitot doubles
Measurement of fluid flow in closed conduits - Velocity area method using Pitot static tubes
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL STANDARD
3966
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION 4vlEX~YHAPO~HAR OPrAHW3AUMR I-IO CTAHAAPTZ13A~I;IM[~ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Measurement of fluid flow in closed conduits - Velocity area
method using Pitot static tubes
Mesure du d&bit des fluides dans les conduites ferme’es - Methode dflexploration du champ des vitesses
au mo yen de tubes de Pitot doubles
First edition
- 1977-06-01
~~~
UDC 532.574.2 Ref. No. IS0 3966-1977 (E)
Descriptors : flow measurement, fluid flow, pipe flow, Pitot tubes.
Price based on 39 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
FOREWORD
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation
of national Standards institutes (ISO member bodies). The work of developing
International Standards is carried out through ISO technical committees. Every
member body interested in a subject for which a technical committee has been set
up has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated
to the member bodies for approval before their acceptance as International
Standards by the ISO Council.
International Standard ISO 3966 was developed by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits, and was circulated to the member
bodies in January 1976.
lt has been approved by the member bodies of the following countries :
Hungary
Australia Romania
Belgium South Africa, Rep. of
Italy
Chile Korea, Rep. of Turkey
. Finland Mexico United Kingdom
France Netherlands U.S.S. R.
Germany Portugal Yugoslavia
No member body expressed disapproval of the document.
0 International Organkation for Standardkation, 1977 l
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
CONTENTS Page
1 Scope and field of application .
2 Symbols and definitions .
3 Principle .
4 Design of Pitot tubes .
5 Requirements for use of Pitot tubes .
6 Positioning of Pitot tube. . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Velocity computation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Determination of the discharge velocity by graphical integration of the
9
velocity area. . . . D . . . . . . . . . . . . U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Determination of the discharge velocity by numerical integration of the
12
velocity area. . . . . . . . . . . . l . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I .
13
IO Determination of the discharge velocity by arithmetical methods . . . . . . .
15
11 Corrections of local velocity measurements .
20
12 Errors .
Annexes
24
A Pitottubes. .
B Correction to the measuring Position of Pitot tubes used in a transverse
29
velocity gradient .
C Study concerning turbulente correction. 31
.......................
D Damping of pressure gauges. 33
...............................
E Measurements with a Pitot tube in a compressible fluid. . 34
F Determination of coefficient m for extrapolation near the wall . . . . . . . . 37
G Example of calculation of the uncertainty on the flow-rate measurement
by means of Pitot tubes . . . . . . . . . . . . . , I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 4 ----------------------
conduits - Veloci
area
1 SCOPE AND FIELD OF APPLICATION
Corre-
Sym boI iuantity >imensions sponding
This International Standard specifies a method for the
SI unit
determination in a closed conduit of the volume rate sf
H Rectangular conduit height L m
flow of a regular flow (see 5.1) :
h Reight of a particufar Point L m
-
of a fluid of substantially constant density or
above the bottom
corresponding to a Mach number not exceeding 0,25;
- -
Blockage coefficient of a
kb
cylindrical stem
-
with substantially uniform Stagnation temperature
- -
Coefficient depending of the
across the measuring Cross-section;
kg
nose shape
-
running fuII in the conduit; -
-
Coefficien t of tu rbu Oence
kt
correction
-
under steady flow conditions.
Rectangular conduit width L m
L
In particular it deals with the technology and maintenance
I Qistance from a particulat L m
Point ta the side-waii
of Pitot static tubes, with the calculation of local velocities
from measured differential pressures and with the
M Molar mass of fluid M
kg
computation of the fiow rate by velocity integration.
- -
m Roughness coefficient
- -
Ma Mach number
The method sf measurement and the requirements defined
ML-IT-*
in this International Standard aim at reaching, at the 95 % Absolute static pressure of Pa
P
the fluid
confidence level, an uncertainty on flow rate not greater
than + 2 %. To attain this result it may be necessary, Volume flow rate L”T-’ m%
gv
flL3--2@-1
according to measurement conditions, to take into account
R J.mol-’ K-l
Molar constant of gas
the corrections given in clause 11. If any of the
R Pipe radius L m
requirements of this International Standard are not
r Measuring circle radius L m
fulfilled, this method may still be app lied in special cases
- -
Re Reynolds number
but the uncertainty on flow rate will be larger.
S Frontal projected area of the L2 m2
stem inside the conduit
T Absolute temperatu re 0 K
2 SYMBOLS AND DEFINITIONS
Discharge velocity LT-’
u m/s
u Mean velocity along a
LT-’ m/s
2.1 Symbols
circumference or a measure-
ment line
v Local velocity of the fluid LT-’ mls
Corre-
X Pipe dimension m
Symbol Quantity Dimensions sponding L
SI unit
Distance of a measuring Point L m
Y
--
to the wall
m=o
Cross-sectional area of the
-
--
z Gas law dcviation factor
conduit
- -
Cl! Calibration factor of the Pitot
a, a’ Distance of the extreme m
tu be
measuring Point to the nearest
- -
Ratio of the specific heat
wall Y
capacities
D Pipe diameter
Pa
Differential pressure measured ML-1T-2
AP
d Head diameter
by the Pitot tube
d’ - -
Stern diameter
E Expansibiiity factor
-- -
Total pressure tapping hole Compressibihty correction
di
diameter factor
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 39664977 (E)
The ratio of the flow velocity at
2.2.8 relative velocity :
the considered Point to a reference velocity measured at the
Corre-
same time and being either the velocity at a particular Point
Symbol Quantity Dimensions sponding
SI unit (for example, the centre of a circular conduit) or the
discharge velocity in the measuring section.
-
h Universal coefficient for head -
loss
M L-Y Pa5
Dynamit viscosity of the fluid
P
2.2.9 straight length : A conduit section the axis of which
L2T-l m%
v Kinematic viscosity of the fluid
is rectilinear and the surface and Cross-section of which are
ML-1T-2 Pa
Head loss
t
constant.
ML3 kg/m3
Density of the fluid
P
- -
Pitot tube inclination
9
NOTE - The shape of this section is usually circular, but it may be
rectangul ar or annular.
2.2 Definitions
The definitions in the following sub-clauses are given only Any element
2.2.1 0 i rregularity : or con figu ratio n of a
for terms used with a special me aning or for terms the cond uit which makes it different from a stra
ight Ie ngth.
meaning 0 f which might be usefully recall ed.
NOTE - For the purpose of this International Standard, those
irregularities which create the most significant disturbances are
2.2.1 Pitot static tube : A tubular device consisting of a
bends, valves, gates and sudden widening of the section.
cyl indrical head attached perpendicularly to a stem
allowing measurement of a differential pressure from which
the flow rate of the fluid in which it is inserted tan be
determined. It is provided with static pressure tapping
3 PRINCIPLE
holes (drilled all around the circumference of the head at
one or more Cross-sections) and with a total pressure hole
(facing the flow direction at the tip of the axially
3.1 General principle
symmetrical nose of the head).
The principle of the method consists of :
NOTE - Throughout this International Standard the expression
“Pitot tube” is used without amplification to designate a “Pitot
static tube” since no confusion is possible.
a) measuring the dimensions of the measuring section,
which must be normal to the conduit axis; this
measurement is necessary for defining the area of the
2.2.2 static pressure tapping : A gr ‘oup of holes for the
Cross-section (see 3.2);
measurement of fluid static pressure.
b) defining the Position of the measuring Points in the
Cross-section, the number of measuring Points having to
2.2.3 total pressure tapping : A hole for the measurement
be sufficient to permit adequate determination of the
of fluid Stagnation pressure (the pressure produced by
velocity prof ile;
bringing the fluid to rest without Change in entropy).
c) measuring the differential pressure existing between
between
2.2.4 differential pressure : The differente the
the total and static pressures of the Pitot tube placed at
pressures at the total and static pressure taps.
these measuring Points (see 3.3) and determining the
density of the fluid in the test conditions;
: A set of Pitot tubes, mounted on
2.2.5 stationary rake
d) determining the Iocal velocity of the flow, from
one or several fixed supports, which explore the whole
given formulae, on the basis of previous measurements
diameter or measuring section simultaneously.
(see clause 7);
determining the discharge velocity from these values;
e)
: The volume flow rate in the
2.2.6 peripheral flow rate
area located between the pipe wall and the contour defined
f) calculating the volume rate of flow equal to the
by the velocity measuring Points which are the closest to
product of the Cross-sectional area and the discharge
the Wall.
velocjty.
: The ratio of the volume rate of Errors in the techniques described in a) to f) contribute to
2.2.7 discharge velocity
flow (integral of the axial component of Iocal velocities the error in the flow rate measurement; other sources of
with respect to the Cross-sectional area) to the area of the error (such as the shape of the velocity distribution and the
measuring Cross-section. number of measuring Points) are discussed in clause 12.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 3966 -1977 (E)
Standard presents three types of 3.3 Measurement of local velocities
This International
ning the di seharge velocity :
methods for determi
tion of the veiocity
Graphicai in tegra
3.3.1 Method of expioring traverse section
(see clause 8)
It is sometimes proposed that several Pitot tubes be
This method consists in plotting the velocity Profile on a
mounted on a stationary rake in Order to explore
graph and evaluating the area under the curve which is
simultaneously the whole measuring Cross-section.
bounded by the measuring Points closest to the Wall. To
However, the experimental data at present available are
the value thus obtained is added a calculated term which
insufficient to allow the design of certain details (such as
allows for the flow in the peripheral zone (the area
shape of head and of Stern) which would ensure that
between the wall and the curve through the measuring
measurements by a rake would achieve the accuracy
positions closest to the Wall) on the assumption that the
required by this International Standard.
velocity Profile in this zone satisfies a power law.
Therefore, this International Standard deals only with
For this method the measuring Points may be located at
velocity area methods using a Single Pitot tube placed
whichever positions are required in Order to obtain a
successively at each measuring Point.
satisfactory knowledge of the velocity prof ile.
in tegra tion of the veiocity
Numericai
(see clause 9)
Reference measuremen t
3.3.2
The differente between this method and the previous
Reference measurements shall be made in Order to check
one lies in the fact that the graphical velocity Profile is
the steadiness of flow and to correct individual velocity
replaced by an algebraic curve and the integration is
measurements for slight changes in flow rate during
carried out analytically.
traversing; any reference measuring device inserted in the
conduit shall be placed in such a way that there is no
Arithmeticai methods (see clause IO)
interaction with the traversing Pitot tube. The reference
measurement shall be made as far as possible
The arithmetical methods assume that the velocity
simultaneously with each velocity measurement.
distribution follows a particular law and the mean
velocity in the conduit is then given by a linear
However, if only one measuring device is available, the
combination of the individual velocities measured at the
steadiness of the flow shall be checked by repeating
locations specified by the method.
measurements at the reference Point after each local
velocity measurement.
For the arithmetical methods described in clause 10, the
assumption is made that in the peripheral zone the
lt is essential that the shape of the velocity Profile in the
velocity distribution follows a logarithmic law as a
measuring Cross-section remains stable and is not affected
function of the distance from the Wall.
by possible variations of the flow rate whilst measurements
are being taken.
3.2 Measurement of the measuring Cross-section
When the curve of reference velocity Variation v, has been
plotted against time, this curve is used to relate all traverse
measurements to the same reference flow rate q.
3.2.1 Circuiar Cross-sections
(preferably that which corresponds to the mean of velocity
measurements at the fixed Point). For comparatively small
The mean diameter of the conduit is taken as equal to the
changes of the reference velocity, the velocity v,-~ measured
arithmetical mean of measurements carried out on at least
at any Point i at time t tan be transposed by multiplication
four diameters (including the traverse diameters) at
by the ratio of velocity v, 0 at the reference Point
approximately equal angles to each other in the measuring
corresponding to flow rate &, at velocity v,,~ at this
section. Should the differente between the lengths of two
reference Point at time t :
consecutive diameters be greater than 0,5 %, the number of
measured diameters shall be doubled.
V
r,o
= Vi,, X -
Vi,0
c,t
3.2.2 Rectanguiar Cross-sections
NOTE - Where the reference measurement is a quantity directly
The conduit width and height shall both be measured at proportional to the flow rate (for instance, the rotational Speed of a
shaft driving a fan or a pump), this measurement tan be substituted
least on each straight line (at least four) passing through the
directly for v,-~ and V, t
in the above equation. Where the reference
measuring Points. Should the differente between the widths
reading is in the form of a pressure differente (for instance across a
(or heights) corresponding to two successive measuring lines
fixed feature of the flow circuit, or the differential pressure of a
be greater than 1 %, the number of measured widths (or reference Pitot tube), the Square root of each reference reading tan
be substituted for ~r,~ and r+t in the above equation.
heights) shall be doubled.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
3966-1977 (E)
Sub-clauses 3,4.2 and 3.43 prescribe a minimurn number
However, it must be noted that velocity Profile fluctuations
of measuring Points
applying in particular to small
may occur without creating flow rate fluctuations. h-r such
dimension conduits. As it Ps necessary to define the velocity
a case the use of reference Point velocity may lead to errors
Profile as accurately as possible, the number of measuring
and it is preferable to check steadiness of flow by means o-8’
points tan be advantageously increased provided that this is
differente device (standardized pressure
any pressure
allowed by the operating conditions and steadiness of the
differente flow meter, piezometric control on a convergent,
flow.
bend, spiral casing, peculiar pressure loss, etc.), even if it is
not calibrated, provided that its reliability and adequate
When a Single Pitot tube is traversed across the duct, the
sensitivity have been ascertained. In this case the above-
distance between a reference Point (from which each
mentioned proportional correction will relate to the dif-
Position is measured) and the wall of the duct must Birst be
ferential pressure and not to the velocity.
obtained. This may introduce a relatively large systematic
error in all Position measurements. In such instances it is
recommended that complete diameters be traversed (rather
3.3.3 Checking of velocity distribu tion
than opposite radii on each diameter) since the systemetic
lt is recommended that the regularity of the velocity dis-
error will then tend to cancel out on the two halves of the
tribution be checked either by plotting or by other means,
traverse.
regardless of whether or not the plotting is necessary for
calculating the discharge velocity.
3,4.2 Circuiar Cross-sec tions
In the same way, when several measurements are made on
the same Cross-section at different flow rates it is
The measuring Points shall be located at every point of
recommended that the velocity profiles be plotted in a non-
intersection between a prescribed number of circles
dimensional manner (i.e. by using the relative velocities;
concentric with the pipe axis and at least two mutually
see 2.8) to check their consistency with each other and
perpendicular diameters.
hence to ensure that there are no abnormal features at
The measurements shall be carried out in at least three
particular flow rates (thus, the profiles shall not Change
Points per radius, so that there is a minimum of twelve
erratically as the flow rate varies over a wide range sf
Points in the cross-section. An additional measuring point
Reynolds numbers).
at the centre o-f the conduit is desirable to check the shape
ft may also be useful to plot the velocity distribution curves
sf the velocity Profile and is necessary for the calculation
as indicated above in Order to detect any error in the
of the stem blockage eorrection, where applicable
measurement of a Iocal velocity. The doubtful measure-
(see 11.1.2).
ment shall be repeated whenever possible; when this cannot
be done, it shall be ignored and the velocity Profile drawn
on the basis of the previously obtained profiles provided
Ret tangular Gross-sec tions
3.4.3
there are independent reasons for believing the doubtful
The minimum number of measuring Points shall be 25.
measurement is false.
Unless a special layout of measuring Points is required
for the use sf an arithmetical method, their Position shall
3.4 Location and number of
measuring Points in the
be defined by the intersections of at least five straight lines
Cross-section
running parallel to each Wall of the conduit.
3.4.1 General requiremen ts
The rules to be followed for locating the measuring Points
differ according to the methods of determination of the
discharge velocity as specified in this International
4 QESIGN 0F PITCIT TUBES
Standard. These rules are given in clauses 8, 9 and 18
respectively.
4.1 General description
Whatever method is used, the distance between the axis sf
the head of the Pitot tube and the wall shall not be less
The use of one sf the types of Pitot tube described in
than the head diameter d.
annex A, all of which fulfil the requirements of 4.2, is
recommended; this avoids the necessity of making several
The location sf the Pitot tube shall be calculated from the
corrections to the measurements. The use of any other
actual dimension sf the conduit along each traverse line
Pitot tube which fuifils the requirements sf 4.2 is permitted
(rather than from the mean dimension) and shall be
provided that its catibration is known.
measured to :
The Pitot static tubes dealt with in this International
+ 0,005 X, where X is the d imens ion of the duct parallel
Standard consist of a cyiindrical head attached
to the measurement of Pitot tube Position, or
perpendicularly to a stem which usually passes through the
wall sf a conduit. The length of the head is generally
2 0,05 y, where y is the distance of the Pitot tube from
between 35 and 25 times the head diameter.
the nearest Wall, whichever is the smaller.
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 3966-1977 (EI
d) The static-pressure holes shall be :
At one or two Cross-sections along the head, static-pressure
holes are drilled around the circumference, so that, in the
1) not larger than 1,6 mm in diameter-;
absence of leakage, the registered pressure is transferred
through the head and stem to a Point outside the conduit.
2) at least six, and sufficient in number for the
damping in the static pressure circuit to be as nearly
A smaller tube, concentric with the head and Stern,
as possible equal to that in the total-pressure circuit; if
transfers the total pressure, registered by a hole facing the
necessary, on Pitot tubes the diameter of which is
flow direction at the tip of an axially symmetrical nose
small, the orifices may be placed in two planes;
integral with the head, to a Point outside the conduit.
placed not less than six head-diameters from the
3)
An alignment arm, fitted to the end of the Stern, facilitates
tip of the nose;
alignment of the head when this is obscured by the conduit
Wall.
placed not less than eight head-diameters from
4)
the Stern.
the axis of
e) If the stem is enlarged to a diameter d’, there shall be
4.2 Criteria to be fulfilled by the Pitot tube a length of stem not less than 7 d’, between the axis of
the head and the commencement of the enlargement, for
The nose (including the total pressure hole) shall be
which the stern-diameter is equal to the head-diameter.
designed in such a way as to comply with the following
f) The junction between the head and stem shall be
requirements :
either mitred or curved to a mean radius equal to
a) The response of the differential pressure to
3 i 0,5 times the head-diameter.
inclination of the head relative to the flow shall meet
g) An alignment arm shall be fitted to the end of the
one of the following two conditions according to the
circumstances (in both cases it is necessary to know the stem away from the head, to ensure precise alignment
and positioning within a conduit.
response curve of the Pitot tube) :
Three types of Pitot tubes which are currently used and
1) if precise alignment of the Pitot tube with the
conduit axis is not possible but there is no swirl, the which comply with these criteria are described as examples
differential pressure should be as independent as in annex A.
possible of the yaw of the head in uniform flowl);
2) if precise alignment of the Pitot tube with the
conduit axis is possible but swirl is present, the
Variation of the differential pressure recorded by the
5 REQUIREMENTS FOR USE OF PITOT TUBES
tube in uniform flow with yaw angle q shall be
approximately proportional to coszrp. If the head is
perfectly aligned axially and if swirl is less than + 3’,
5.1 Selection of the measuring Cross-section
the differential pressure shall not deviate from this
law by more than 1 %.
5.1.1 The Cross-section selected for measurements shall be
lt should be noted that misalignment and swirl tan occur
located in a straight pipe length and shall be perpendicular
simultaneously and efforts shall be made to minimize
to the direction of flow. lt shall be of simple shape, for
each of them.
example either circular or rectangular. lt shall be located
in an area where the measured velocities fall within the
b) The calibration factors for‘ different specimens of
normal working range of the apparatus used (see 5.3.2).
tubes to a particular specification shall be identical, to
within + 0,25 %, and shall remain so for the working life
of any such tube. If the user has any doubt upon this
5.1.2 Close to the measuring Cross-section, flow shall be
Point, an individual calibration of each Pitot tube should
substantially parallel to and symmetrical about the conduit
be made.
axis and contain neither excessive turbulente nor swirl; the
c) When used in a liquid, any cavitation from the nose measuring Cross-section shall thus be Chosen far enough
shall not Cause a significant error in the static pressure away from any disturbances that could create asymmetry,
reading of the tube. swirl or turbulente (see 5.1.4).
in uniform flow.
1) The Pitot tubes descri bed in annex A allow independence of the differential p ressu re to within + 1,5 % up to 14” yaw
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 39664977 (E)
measuring Cross-section and in any case at a distance of at
The length of straight pipe that may be required to achieve
least five diameters of a circular Cross-section (or 20 times
these conditions will vary with the flow veiocity, upstream
the hydraulic radius of a conduit of any Cross-section
disturbances, level of turbulente and the degree of swirl, if
1,
shape). Furthermore they shall not be located immediately
any.’ ’
downstream of a disturbance.
5.1.3 Although measurements with the Pitot tube in
5.2.4 If the velocity distribution is unacceptably irregular
oblique or tonverging flow should as far as possible be
or if the flow is not parallel enough, but if it has been
avoided, these may however be carried out provided that
possible to check that no swirl is present, it is sometimes
the maximum flow deviation with respect to the Pitot tube
possible to remedy the Situation by means of a provisional
axis does not exceed 3”.
guiding installation. The latter will consist of a slightly
For guidance, it tan also be considered that a swirl is small
tonverging entrance, connected in such a way as to ensure
enough not to increase the confidence limits given in this
that no Separation occurs, to a straight pipe length, the
International Standard on the measured flow rate if the
length of which shall be at least twice the larger dimension
resulting gradient of local velocities to the pipe axis is less
of the conduit.
than 3”.
5.3 Limits of use
5.1 .4 Prelimina ry trav erse tests shall be made to ascertain
the regularity of flow.
Nature of the fluid
5.3.1
If these traverses show that flow is not satisfactory, this tan
The fluid shall be a continuous Single-Phase fluid or shall
of the devices descri bed
sometimes be remedied using one
behave as if it were such a fluid. Liquids shall be Newtonian
in 5.2.
and shall not exhibit anomalous viscosity or thixotropic
behaviour.
Once these devices are in place it shall be checked that the
flow camplies with the requirements of this International
5.3.2 Range of uelocities
Standard. If not, a more detailed traverse of the measuring
Cross-section is necessary, and reference shall then be made
Pitot tubes shall not be used with flow velocities less than
to a separate document which will be published Iater.
the velocity corresponding to the Iower limit of the
Reynolds number (see 7.1) or greater than the velocity
5.2 Devices for improving flow conditions
corresponding to a Mach number of 0,25.
If swirl is present in the flow, it tan often be
5.2.1
5.3.3 Nature of the flow
suppressed by means of an anti-swirl device consisting
either of several adjacent pipes parallel to the flow direction The formulae given (see 7.1 and 7.2) are accurate only for
or of a honeycomb with Square or hexagonal cells. Which- steady flow without transverse velocity gradient or
turbulente. In practice both are always present in closed
ever type is used the whole device shall be rigorously
conduits. Clause 11 and annexes B and C give indications
symmetrical and the following requirements shall be met :
of the magnitude of the corresponding errors.
-
the maximum transverse dimension a of a channel
shall be less than 0,25 D;
5.3.4 Dimensional limi ta tions
- length shall be greater than 10 a.
The ratio d/D of the Pitot tube diameter d to the conduit
diameter D shall not exceed 0,02 with a view to keeping
5.2.2 If the velocity distribution is unacceptably irregular,
negligible the error on the rate of flow resulting from the
it tan often be remedied by means of a Profile developer
velocity gradient and from the stem blockage effect (see
consisting of, for example, one or more screens, grids or
clause 11). In difficult flow conditions, a ratio of up to
perforated plates. It must be noted, however, that such
0,04 may be admissible provided that the necessary
devices are only effective at the price of a rather high head
corrections for blockage effect and velocity gradient are
loss.
made; this limit value may indeed be necessary to avoid
Vibration of the tube in very high velocity flows. On the
5.2.3 The devices described in 5.2.1 and 5.2.2 shall be other hand the requirements mentioned in clause 4 shall be
located at the greatest possible distance upstream of the satisf ied.
1) For guidance it is normally assumed that to comply with these conditions there should be a length of up
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 3966:1997
01-september-1997
Measurement of fluid flow in closed conduits - Velocity area method using Pitot
static tubes
Measurement of fluid flow in closed conduits -- Velocity area method using Pitot static
tubes
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées -- Méthode d'exploration du
champ des vitesses au moyen de tubes de Pitot doubles
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 3966:1977
ICS:
17.120.10 Pretok v zaprtih vodih Flow in closed conduits
SIST ISO 3966:1997 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
INTERNATIONAL STANDARD
3966
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION 4vlEX~YHAPO~HAR OPrAHW3AUMR I-IO CTAHAAPTZ13A~I;IM[~ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Measurement of fluid flow in closed conduits - Velocity area
method using Pitot static tubes
Mesure du d&bit des fluides dans les conduites ferme’es - Methode dflexploration du champ des vitesses
au mo yen de tubes de Pitot doubles
First edition
- 1977-06-01
~~~
UDC 532.574.2 Ref. No. IS0 3966-1977 (E)
Descriptors : flow measurement, fluid flow, pipe flow, Pitot tubes.
Price based on 39 pages
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
FOREWORD
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation
of national Standards institutes (ISO member bodies). The work of developing
International Standards is carried out through ISO technical committees. Every
member body interested in a subject for which a technical committee has been set
up has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated
to the member bodies for approval before their acceptance as International
Standards by the ISO Council.
International Standard ISO 3966 was developed by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits, and was circulated to the member
bodies in January 1976.
lt has been approved by the member bodies of the following countries :
Hungary
Australia Romania
Belgium South Africa, Rep. of
Italy
Chile Korea, Rep. of Turkey
. Finland Mexico United Kingdom
France Netherlands U.S.S. R.
Germany Portugal Yugoslavia
No member body expressed disapproval of the document.
0 International Organkation for Standardkation, 1977 l
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
CONTENTS Page
1 Scope and field of application .
2 Symbols and definitions .
3 Principle .
4 Design of Pitot tubes .
5 Requirements for use of Pitot tubes .
6 Positioning of Pitot tube. . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Velocity computation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Determination of the discharge velocity by graphical integration of the
9
velocity area. . . . D . . . . . . . . . . . . U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Determination of the discharge velocity by numerical integration of the
12
velocity area. . . . . . . . . . . . l . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I .
13
IO Determination of the discharge velocity by arithmetical methods . . . . . . .
15
11 Corrections of local velocity measurements .
20
12 Errors .
Annexes
24
A Pitottubes. .
B Correction to the measuring Position of Pitot tubes used in a transverse
29
velocity gradient .
C Study concerning turbulente correction. 31
.......................
D Damping of pressure gauges. 33
...............................
E Measurements with a Pitot tube in a compressible fluid. . 34
F Determination of coefficient m for extrapolation near the wall . . . . . . . . 37
G Example of calculation of the uncertainty on the flow-rate measurement
by means of Pitot tubes . . . . . . . . . . . . . , I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
. . .
Ill
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
conduits - Veloci
area
1 SCOPE AND FIELD OF APPLICATION
Corre-
Sym boI iuantity >imensions sponding
This International Standard specifies a method for the
SI unit
determination in a closed conduit of the volume rate sf
H Rectangular conduit height L m
flow of a regular flow (see 5.1) :
h Reight of a particufar Point L m
-
of a fluid of substantially constant density or
above the bottom
corresponding to a Mach number not exceeding 0,25;
- -
Blockage coefficient of a
kb
cylindrical stem
-
with substantially uniform Stagnation temperature
- -
Coefficient depending of the
across the measuring Cross-section;
kg
nose shape
-
running fuII in the conduit; -
-
Coefficien t of tu rbu Oence
kt
correction
-
under steady flow conditions.
Rectangular conduit width L m
L
In particular it deals with the technology and maintenance
I Qistance from a particulat L m
Point ta the side-waii
of Pitot static tubes, with the calculation of local velocities
from measured differential pressures and with the
M Molar mass of fluid M
kg
computation of the fiow rate by velocity integration.
- -
m Roughness coefficient
- -
Ma Mach number
The method sf measurement and the requirements defined
ML-IT-*
in this International Standard aim at reaching, at the 95 % Absolute static pressure of Pa
P
the fluid
confidence level, an uncertainty on flow rate not greater
than + 2 %. To attain this result it may be necessary, Volume flow rate L”T-’ m%
gv
flL3--2@-1
according to measurement conditions, to take into account
R J.mol-’ K-l
Molar constant of gas
the corrections given in clause 11. If any of the
R Pipe radius L m
requirements of this International Standard are not
r Measuring circle radius L m
fulfilled, this method may still be app lied in special cases
- -
Re Reynolds number
but the uncertainty on flow rate will be larger.
S Frontal projected area of the L2 m2
stem inside the conduit
T Absolute temperatu re 0 K
2 SYMBOLS AND DEFINITIONS
Discharge velocity LT-’
u m/s
u Mean velocity along a
LT-’ m/s
2.1 Symbols
circumference or a measure-
ment line
v Local velocity of the fluid LT-’ mls
Corre-
X Pipe dimension m
Symbol Quantity Dimensions sponding L
SI unit
Distance of a measuring Point L m
Y
--
to the wall
m=o
Cross-sectional area of the
-
--
z Gas law dcviation factor
conduit
- -
Cl! Calibration factor of the Pitot
a, a’ Distance of the extreme m
tu be
measuring Point to the nearest
- -
Ratio of the specific heat
wall Y
capacities
D Pipe diameter
Pa
Differential pressure measured ML-1T-2
AP
d Head diameter
by the Pitot tube
d’ - -
Stern diameter
E Expansibiiity factor
-- -
Total pressure tapping hole Compressibihty correction
di
diameter factor
1
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
ISO 39664977 (E)
The ratio of the flow velocity at
2.2.8 relative velocity :
the considered Point to a reference velocity measured at the
Corre-
same time and being either the velocity at a particular Point
Symbol Quantity Dimensions sponding
SI unit (for example, the centre of a circular conduit) or the
discharge velocity in the measuring section.
-
h Universal coefficient for head -
loss
M L-Y Pa5
Dynamit viscosity of the fluid
P
2.2.9 straight length : A conduit section the axis of which
L2T-l m%
v Kinematic viscosity of the fluid
is rectilinear and the surface and Cross-section of which are
ML-1T-2 Pa
Head loss
t
constant.
ML3 kg/m3
Density of the fluid
P
- -
Pitot tube inclination
9
NOTE - The shape of this section is usually circular, but it may be
rectangul ar or annular.
2.2 Definitions
The definitions in the following sub-clauses are given only Any element
2.2.1 0 i rregularity : or con figu ratio n of a
for terms used with a special me aning or for terms the cond uit which makes it different from a stra
ight Ie ngth.
meaning 0 f which might be usefully recall ed.
NOTE - For the purpose of this International Standard, those
irregularities which create the most significant disturbances are
2.2.1 Pitot static tube : A tubular device consisting of a
bends, valves, gates and sudden widening of the section.
cyl indrical head attached perpendicularly to a stem
allowing measurement of a differential pressure from which
the flow rate of the fluid in which it is inserted tan be
determined. It is provided with static pressure tapping
3 PRINCIPLE
holes (drilled all around the circumference of the head at
one or more Cross-sections) and with a total pressure hole
(facing the flow direction at the tip of the axially
3.1 General principle
symmetrical nose of the head).
The principle of the method consists of :
NOTE - Throughout this International Standard the expression
“Pitot tube” is used without amplification to designate a “Pitot
static tube” since no confusion is possible.
a) measuring the dimensions of the measuring section,
which must be normal to the conduit axis; this
measurement is necessary for defining the area of the
2.2.2 static pressure tapping : A gr ‘oup of holes for the
Cross-section (see 3.2);
measurement of fluid static pressure.
b) defining the Position of the measuring Points in the
Cross-section, the number of measuring Points having to
2.2.3 total pressure tapping : A hole for the measurement
be sufficient to permit adequate determination of the
of fluid Stagnation pressure (the pressure produced by
velocity prof ile;
bringing the fluid to rest without Change in entropy).
c) measuring the differential pressure existing between
between
2.2.4 differential pressure : The differente the
the total and static pressures of the Pitot tube placed at
pressures at the total and static pressure taps.
these measuring Points (see 3.3) and determining the
density of the fluid in the test conditions;
: A set of Pitot tubes, mounted on
2.2.5 stationary rake
d) determining the Iocal velocity of the flow, from
one or several fixed supports, which explore the whole
given formulae, on the basis of previous measurements
diameter or measuring section simultaneously.
(see clause 7);
determining the discharge velocity from these values;
e)
: The volume flow rate in the
2.2.6 peripheral flow rate
area located between the pipe wall and the contour defined
f) calculating the volume rate of flow equal to the
by the velocity measuring Points which are the closest to
product of the Cross-sectional area and the discharge
the Wall.
velocjty.
: The ratio of the volume rate of Errors in the techniques described in a) to f) contribute to
2.2.7 discharge velocity
flow (integral of the axial component of Iocal velocities the error in the flow rate measurement; other sources of
with respect to the Cross-sectional area) to the area of the error (such as the shape of the velocity distribution and the
measuring Cross-section. number of measuring Points) are discussed in clause 12.
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
ISO 3966 -1977 (E)
Standard presents three types of 3.3 Measurement of local velocities
This International
ning the di seharge velocity :
methods for determi
tion of the veiocity
Graphicai in tegra
3.3.1 Method of expioring traverse section
(see clause 8)
It is sometimes proposed that several Pitot tubes be
This method consists in plotting the velocity Profile on a
mounted on a stationary rake in Order to explore
graph and evaluating the area under the curve which is
simultaneously the whole measuring Cross-section.
bounded by the measuring Points closest to the Wall. To
However, the experimental data at present available are
the value thus obtained is added a calculated term which
insufficient to allow the design of certain details (such as
allows for the flow in the peripheral zone (the area
shape of head and of Stern) which would ensure that
between the wall and the curve through the measuring
measurements by a rake would achieve the accuracy
positions closest to the Wall) on the assumption that the
required by this International Standard.
velocity Profile in this zone satisfies a power law.
Therefore, this International Standard deals only with
For this method the measuring Points may be located at
velocity area methods using a Single Pitot tube placed
whichever positions are required in Order to obtain a
successively at each measuring Point.
satisfactory knowledge of the velocity prof ile.
in tegra tion of the veiocity
Numericai
(see clause 9)
Reference measuremen t
3.3.2
The differente between this method and the previous
Reference measurements shall be made in Order to check
one lies in the fact that the graphical velocity Profile is
the steadiness of flow and to correct individual velocity
replaced by an algebraic curve and the integration is
measurements for slight changes in flow rate during
carried out analytically.
traversing; any reference measuring device inserted in the
conduit shall be placed in such a way that there is no
Arithmeticai methods (see clause IO)
interaction with the traversing Pitot tube. The reference
measurement shall be made as far as possible
The arithmetical methods assume that the velocity
simultaneously with each velocity measurement.
distribution follows a particular law and the mean
velocity in the conduit is then given by a linear
However, if only one measuring device is available, the
combination of the individual velocities measured at the
steadiness of the flow shall be checked by repeating
locations specified by the method.
measurements at the reference Point after each local
velocity measurement.
For the arithmetical methods described in clause 10, the
assumption is made that in the peripheral zone the
lt is essential that the shape of the velocity Profile in the
velocity distribution follows a logarithmic law as a
measuring Cross-section remains stable and is not affected
function of the distance from the Wall.
by possible variations of the flow rate whilst measurements
are being taken.
3.2 Measurement of the measuring Cross-section
When the curve of reference velocity Variation v, has been
plotted against time, this curve is used to relate all traverse
measurements to the same reference flow rate q.
3.2.1 Circuiar Cross-sections
(preferably that which corresponds to the mean of velocity
measurements at the fixed Point). For comparatively small
The mean diameter of the conduit is taken as equal to the
changes of the reference velocity, the velocity v,-~ measured
arithmetical mean of measurements carried out on at least
at any Point i at time t tan be transposed by multiplication
four diameters (including the traverse diameters) at
by the ratio of velocity v, 0 at the reference Point
approximately equal angles to each other in the measuring
corresponding to flow rate &, at velocity v,,~ at this
section. Should the differente between the lengths of two
reference Point at time t :
consecutive diameters be greater than 0,5 %, the number of
measured diameters shall be doubled.
V
r,o
= Vi,, X -
Vi,0
c,t
3.2.2 Rectanguiar Cross-sections
NOTE - Where the reference measurement is a quantity directly
The conduit width and height shall both be measured at proportional to the flow rate (for instance, the rotational Speed of a
shaft driving a fan or a pump), this measurement tan be substituted
least on each straight line (at least four) passing through the
directly for v,-~ and V, t
in the above equation. Where the reference
measuring Points. Should the differente between the widths
reading is in the form of a pressure differente (for instance across a
(or heights) corresponding to two successive measuring lines
fixed feature of the flow circuit, or the differential pressure of a
be greater than 1 %, the number of measured widths (or reference Pitot tube), the Square root of each reference reading tan
be substituted for ~r,~ and r+t in the above equation.
heights) shall be doubled.
3
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
3966-1977 (E)
Sub-clauses 3,4.2 and 3.43 prescribe a minimurn number
However, it must be noted that velocity Profile fluctuations
of measuring Points
applying in particular to small
may occur without creating flow rate fluctuations. h-r such
dimension conduits. As it Ps necessary to define the velocity
a case the use of reference Point velocity may lead to errors
Profile as accurately as possible, the number of measuring
and it is preferable to check steadiness of flow by means o-8’
points tan be advantageously increased provided that this is
differente device (standardized pressure
any pressure
allowed by the operating conditions and steadiness of the
differente flow meter, piezometric control on a convergent,
flow.
bend, spiral casing, peculiar pressure loss, etc.), even if it is
not calibrated, provided that its reliability and adequate
When a Single Pitot tube is traversed across the duct, the
sensitivity have been ascertained. In this case the above-
distance between a reference Point (from which each
mentioned proportional correction will relate to the dif-
Position is measured) and the wall of the duct must Birst be
ferential pressure and not to the velocity.
obtained. This may introduce a relatively large systematic
error in all Position measurements. In such instances it is
recommended that complete diameters be traversed (rather
3.3.3 Checking of velocity distribu tion
than opposite radii on each diameter) since the systemetic
lt is recommended that the regularity of the velocity dis-
error will then tend to cancel out on the two halves of the
tribution be checked either by plotting or by other means,
traverse.
regardless of whether or not the plotting is necessary for
calculating the discharge velocity.
3,4.2 Circuiar Cross-sec tions
In the same way, when several measurements are made on
the same Cross-section at different flow rates it is
The measuring Points shall be located at every point of
recommended that the velocity profiles be plotted in a non-
intersection between a prescribed number of circles
dimensional manner (i.e. by using the relative velocities;
concentric with the pipe axis and at least two mutually
see 2.8) to check their consistency with each other and
perpendicular diameters.
hence to ensure that there are no abnormal features at
The measurements shall be carried out in at least three
particular flow rates (thus, the profiles shall not Change
Points per radius, so that there is a minimum of twelve
erratically as the flow rate varies over a wide range sf
Points in the cross-section. An additional measuring point
Reynolds numbers).
at the centre o-f the conduit is desirable to check the shape
ft may also be useful to plot the velocity distribution curves
sf the velocity Profile and is necessary for the calculation
as indicated above in Order to detect any error in the
of the stem blockage eorrection, where applicable
measurement of a Iocal velocity. The doubtful measure-
(see 11.1.2).
ment shall be repeated whenever possible; when this cannot
be done, it shall be ignored and the velocity Profile drawn
on the basis of the previously obtained profiles provided
Ret tangular Gross-sec tions
3.4.3
there are independent reasons for believing the doubtful
The minimum number of measuring Points shall be 25.
measurement is false.
Unless a special layout of measuring Points is required
for the use sf an arithmetical method, their Position shall
3.4 Location and number of
measuring Points in the
be defined by the intersections of at least five straight lines
Cross-section
running parallel to each Wall of the conduit.
3.4.1 General requiremen ts
The rules to be followed for locating the measuring Points
differ according to the methods of determination of the
discharge velocity as specified in this International
4 QESIGN 0F PITCIT TUBES
Standard. These rules are given in clauses 8, 9 and 18
respectively.
4.1 General description
Whatever method is used, the distance between the axis sf
the head of the Pitot tube and the wall shall not be less
The use of one sf the types of Pitot tube described in
than the head diameter d.
annex A, all of which fulfil the requirements of 4.2, is
recommended; this avoids the necessity of making several
The location sf the Pitot tube shall be calculated from the
corrections to the measurements. The use of any other
actual dimension sf the conduit along each traverse line
Pitot tube which fuifils the requirements sf 4.2 is permitted
(rather than from the mean dimension) and shall be
provided that its catibration is known.
measured to :
The Pitot static tubes dealt with in this International
+ 0,005 X, where X is the d imens ion of the duct parallel
Standard consist of a cyiindrical head attached
to the measurement of Pitot tube Position, or
perpendicularly to a stem which usually passes through the
wall sf a conduit. The length of the head is generally
2 0,05 y, where y is the distance of the Pitot tube from
between 35 and 25 times the head diameter.
the nearest Wall, whichever is the smaller.
4
---------------------- Page: 10 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
ISO 3966-1977 (EI
d) The static-pressure holes shall be :
At one or two Cross-sections along the head, static-pressure
holes are drilled around the circumference, so that, in the
1) not larger than 1,6 mm in diameter-;
absence of leakage, the registered pressure is transferred
through the head and stem to a Point outside the conduit.
2) at least six, and sufficient in number for the
damping in the static pressure circuit to be as nearly
A smaller tube, concentric with the head and Stern,
as possible equal to that in the total-pressure circuit; if
transfers the total pressure, registered by a hole facing the
necessary, on Pitot tubes the diameter of which is
flow direction at the tip of an axially symmetrical nose
small, the orifices may be placed in two planes;
integral with the head, to a Point outside the conduit.
placed not less than six head-diameters from the
3)
An alignment arm, fitted to the end of the Stern, facilitates
tip of the nose;
alignment of the head when this is obscured by the conduit
Wall.
placed not less than eight head-diameters from
4)
the Stern.
the axis of
e) If the stem is enlarged to a diameter d’, there shall be
4.2 Criteria to be fulfilled by the Pitot tube a length of stem not less than 7 d’, between the axis of
the head and the commencement of the enlargement, for
The nose (including the total pressure hole) shall be
which the stern-diameter is equal to the head-diameter.
designed in such a way as to comply with the following
f) The junction between the head and stem shall be
requirements :
either mitred or curved to a mean radius equal to
a) The response of the differential pressure to
3 i 0,5 times the head-diameter.
inclination of the head relative to the flow shall meet
g) An alignment arm shall be fitted to the end of the
one of the following two conditions according to the
circumstances (in both cases it is necessary to know the stem away from the head, to ensure precise alignment
and positioning within a conduit.
response curve of the Pitot tube) :
Three types of Pitot tubes which are currently used and
1) if precise alignment of the Pitot tube with the
conduit axis is not possible but there is no swirl, the which comply with these criteria are described as examples
differential pressure should be as independent as in annex A.
possible of the yaw of the head in uniform flowl);
2) if precise alignment of the Pitot tube with the
conduit axis is possible but swirl is present, the
Variation of the differential pressure recorded by the
5 REQUIREMENTS FOR USE OF PITOT TUBES
tube in uniform flow with yaw angle q shall be
approximately proportional to coszrp. If the head is
perfectly aligned axially and if swirl is less than + 3’,
5.1 Selection of the measuring Cross-section
the differential pressure shall not deviate from this
law by more than 1 %.
5.1.1 The Cross-section selected for measurements shall be
lt should be noted that misalignment and swirl tan occur
located in a straight pipe length and shall be perpendicular
simultaneously and efforts shall be made to minimize
to the direction of flow. lt shall be of simple shape, for
each of them.
example either circular or rectangular. lt shall be located
in an area where the measured velocities fall within the
b) The calibration factors for‘ different specimens of
normal working range of the apparatus used (see 5.3.2).
tubes to a particular specification shall be identical, to
within + 0,25 %, and shall remain so for the working life
of any such tube. If the user has any doubt upon this
5.1.2 Close to the measuring Cross-section, flow shall be
Point, an individual calibration of each Pitot tube should
substantially parallel to and symmetrical about the conduit
be made.
axis and contain neither excessive turbulente nor swirl; the
c) When used in a liquid, any cavitation from the nose measuring Cross-section shall thus be Chosen far enough
shall not Cause a significant error in the static pressure away from any disturbances that could create asymmetry,
reading of the tube. swirl or turbulente (see 5.1.4).
in uniform flow.
1) The Pitot tubes descri bed in annex A allow independence of the differential p ressu re to within + 1,5 % up to 14” yaw
5
---------------------- Page: 11 ----------------------
SIST ISO 3966:1997
ISO 39664977 (E)
measuring Cross-section and in any case at a distance of at
The length of straight pipe that may be required to achieve
least five diameters of a circular Cross-section (or 20 times
these conditions will vary with the flow veiocity, upstream
the hydraulic radius of a conduit of any Cross-section
disturbances, level of turbulente and the degree of swirl, if
1,
shape). Furthermore they shall not be located immediately
any.’ ’
downstream of a disturbance.
5.1.3 Although measurements with the Pitot tube in
5.2.4 If the velocity distribution is unacceptably irregular
oblique or tonverging flow should as far as possible be
or if the flow is not parallel enough, but if it has been
avoided, these may however be carried out provided that
possible to check that no swirl is present, it is sometimes
the maximum flow deviation with respect to the Pitot tube
possible to remedy the Situation by means of a provisional
axis does not exceed 3”.
guiding installation. The latter will consist of a slightly
For guidance, it tan also be considered that a swirl is small
tonverging entrance, connected in such a way as to ensure
enough not to increase the confidence limits given in this
that no Separation occurs, to a straight pipe length, the
International Standard on the measured flow rate if the
length of which shall be at least twice the larger dimension
resulting gradient of local velocities to the pipe axis is less
of the conduit.
than 3”.
5.3 Limits of use
5.1 .4 Prelimina ry trav erse tests shall be made to ascertain
the regularity of flow.
Nature of the fluid
5.3.1
If these traverses show that flow is not satisfactory, this tan
The fluid shall be a continuous Single-Phase fluid or shall
of the devices descri bed
sometimes be remedied using one
behave as if it were such a fluid. Liquids shall be Newtonian
in 5.2.
and shall not exhibit anomalous viscosity or thixotropic
behaviour.
Once these devices are in place it shall be checked that the
flow camplies with the requirements of this International
5.3.2 Range of uelocities
Standard. If not, a more detailed traverse of the measuring
Cross-section is necessary, and reference shall then be made
Pitot tubes shall not be used with flow velocities less than
to a separate document which will be published Iater.
the velocity corresponding to the Iower limit of the
Reynolds number (see 7.1) or greater than the velocity
5.2 Devices for improving flow conditions
corresponding to a Mach number of 0,25.
If swirl is present in the flow, it tan often be
5.2.1
5.3.3 Nature of the flow
suppressed by means of an anti-swirl device consisting
either of several adjacent pipes parallel to the flow direction The formulae given (see 7.1 and 7.2) are accurate only for
or of a honeycomb with Square or hexagonal cells. Which- steady flow without transverse velocity gradient or
turbulente. In practice both are always present in closed
ever type is used the whole device shall be rigorously
conduits. Clause 11 and annexes B and C give indications
symmetrical and the following requirements shall be met :
of the magnitude of the corresponding errors.
-
the maximum transverse dimension a of a channel
shall be less than 0,25 D;
5.3.4 Dimensional limi ta tions
- length shall be greater than 10 a.
The ratio d/D of the Pitot tube diameter d to the conduit
diameter D shall not exceed 0,02 with a view to keeping
5.2.2 If the velocity distribu
...
3966
NORME INTERNATIONALE
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION l MEX~YHAPOAHAJl OPFAHM3ALWl n0 CTAH~APTM3A~Wi .ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées -
Méthode d’exploration du champ des vitesses au moyen de
tubes de Pitot doubles
Measuremen t of fluid flo w in closed conduits - Velocity area method using Pitot static tubes
Première édition - 1977-06-01
Réf. no : ISO 3966-1977 (F)
CDU 532.574.2
Descripteurs : mesurage de débit, écoulement de fluide, écoulement en conduite fermée, tube de Pitot.
Prix basé sur 39 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
AVANT-PROPOS
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont
soumis aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme
Normes internationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 3966 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées, et a été soumise aux comités
membres en janvier 1976.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Afrique du Sud, Rép. d’ Finlande Portugal
Allemagne France Roumanie
Australie Royaume-Uni
Hongrie
Belgique Italie Turquie
Chili
Mexique U.R.S.S.
Corée, Rép. de Yougoslavie
Pays-Bas
Aucun comité membre ne l’a désapprouvée.
0 Organisation internationale de normalisation, 1977 l
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
SOMMAIRE Page
1 Objet et domaine d’application
.............................
2 Symboles et définitions
..................................
3 Principe.
............................................
4 Conception des tubes de Pitot
..............................
5 Conditions d’utilisation des tubes de Pitot
......................
6 Mise en place du tube de Pitot
..............................
7 Calcul de la vitesse.
.....................................
8 Détermination de la vitesse débitante par intégration graphique du champ
des vitesses. 9
..........................................
9 Détermination de la vitesse débitante par intégration numérique du champ
des vitesses. 12
..........................................
10 Détermination de la vitesse débitante par les méthodes arithmétiques . 13
Corrections sur la mesure de la vitesse locale.
Ii . 15
12 Erreurs 20
.............................................
Annexes
Tubes de Pitot . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Correction de position des tubes de Pitot à apporter lors d’une mesure en
écoulement comportant un gradient de vitesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Étude concernant la correction de turbulence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Amortissement des manomètres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Mesures effectuées à l’aide d’un tube de Pitot dans un fluide compressible . 34
Détermination du coefficient m pour l’extrapolation au voisinage de la
paroi. 37
Exemple de calcul de l’erreur-limite sur la mesure de débit à l’aide de tubes
de Pitot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = 38
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 39664977 (F)
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées -
Méthode d’exploration du champ des vitesses au moyen de
tubes de Pitot doubles
1 OBJET ET DOMAINE D’APPLICATION
Unité SI
La présente Norme internationale spécifie une méthode de
ymbole Grandeur bimensions corres-
détermination, par exploration du champ des vitesses au
pondante
moyen de tubes de Pitot doubles, du débit-volume, dans
H Hauteur d’une conduite rec- L m
une conduite fermée, d’un écoulement régulier (voir 5.1) :
tangulaire
-
de fluide incompressible ou sinon d’un nombre de
h Distance du point de mesure L m
Mach inférieur ou égal à 0,25;
à la paroi-origine dans le sens
de la hauteur
- dont la température d’arrêt est sensiblement
- -
Coefficient d’obstruction
kb
uniforme dans toute la section de mesure;
d’une hampe cylindrique
-
remplissant complètement la conduite;
- -
Coefficient dépendant de la
kg
forme de l’étrave
- en régime permanent.
- -
Coefficient de correction de
kt
Elle traite en particulier de la technologie et de l’entretien la turbulence
des tubes de Pitot, du calcul des vitesses locales à partir des
m
L Largeur d’une conduite L
pressions différentielles mesurées et du calcul du débit par
rectangulaire
intégration de ces vitesses.
1 Distance du point de mesure m
. L
à la paroi-origine dans le sens
La méthode de mesure et les prescriptions spécifiées visent
de la largeur
à obtenir une erreur-limite (au niveau de probabilité 95 %)
M Masse molaire du fluide M
kg +
+ 2 %. Pour atteindre ce résultat,
sur le débit au plus égale à
- -
m Coefficient de rugosité
il pourra être nécessaire, suivant les conditions de la mesure,
- -
de tenir compte des corrections indiquées au chapitre 11. Si
#a Nombre de Mach
certaines conditions mentionnées dans la présente Norme
ML-‘T-* Pa
Pression statique absolue du
P
internationale ne sont pas satisfaites, la méthode peut
fluide
toutefois s’appliquer dans certains cas spécifiques, mais
m3/s
Débit-volume L3T-’
Q,
l’erreur-limite sur le débit est alors plus grande.
l.mol-’ l K
R VI L*T-*@-
Constante molaire des gaz
R Rayon de la conduite L m
2 SYMBOLES ET DÉFINITIONS
r Rayon d’une circonférence de L m
mesure
2.1 Symboles
- -
Re Nombre de Reynolds
S Surface projetée frontale de L2 m*
Unité SI
la partie de la hampe à
kym bole Grandeur Iimensions corres-
l’intérieur de la conduite
pondante
Température absolue 0 K
Vitesse débitante LT-’ mis
A Aire de la section transversale L2 m*
de la conduite
Vitesse moyenne le long d’une LT-’ m/s
circonférence ou le long d’une
a, a’ Distance du point de mesure L m
droite de mesu re
extrême à la paroi la plus
proche Vitesse locale du fluide LT-’ mis
Dimension de la conduite L m
D
Diamètre de la conduite L
Distance du point de mesure L m
d Diamètre de l’antenne L
à la paroi
d’ Diamètre de la hampe L
- -
Écart à la loi des gaz parfaits
-
-
Diamètre de la prise de L Coefficient d’étalonnage du
di
pression totale
tube de Pitot
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 39664977 (F)
2.2.7 vitesse débitante : Rapport du débit-volume
(intégrale dans ta section de mesure de la composante axiale
Unité SI
des vitesses locales) à l’aide de la section de mesure.
symbole COrteS-
Grandeur
pondante
Rapport de la vitesse de
2.2.8 vitesse relative :
- -
Rapport des chaleurs
Y
l’écoulement au point considéré à une vitesse de référence
massiques
mesurée au même moment, celle-ci pouvant être soit la
M L-‘T-* Pa
AP Pression différentielle mesu-
vitesse en un point particulier (par exemple au centre d’une
rée par le tube de Pitot
conduite circulaire), soit la vitesse débitante.
- -
E Coefficient de détente
- -
(1-e) Facteur de correction de
2.2.9 longueur droite : Troncon de conduite dont l’axe est
compressibilité
rectiligne et dont la surface et la forme de la section droite
- -
h Coefficient universel de perte
sont constantes.
de charge
Viscosité dynamique du fluide
h ML-‘T-’ Pas
NOTE - La forme de cette section est généralement circulaire, mais
peut être rectangulaire ou annulaire.
V Viscosité cinématique du
L*T-’ m*/s
fluide
Perte de pression ML-‘T-* Pa 2.2.10 singularité : Tout élément ou configuration d’une
E
conduite qui fait que cette conduite n’est pas une longueur
Masse volumique du fluide ML-3
P kg/m3
droite.
-
-
Inclinaison de la vitesse par
cp
rapport au tube de Pitot
NOTE - Dans le cadre de la présente Norme internationale, les
singularités qui créent les perturbations les plus gênantes pour la
mesure sont les coudes, les robinets, les vannes et les élargissements
2.2 Définitions
brusques.
Les définitions des paragraphes suivants ne sont données
que pour des termes employés dans un sens spécial ou pour
des termes dont il semble utile de rappeler la signification.
2.2.1 tube de Pitot double : Appareil tubulaire constitué
3 PRINC!IPE
par une antenne cylindrique attachée perpendiculairement
à une hampe permettant de mesurer une pression diffé-
3.1 Principe général
rentielle à partir de laquelle on détermine la vitesse de
l’écoulement du fluide dans lequel il est immergé. II est
Le principe de la méthode consiste :
muni d’orifices de prise de pression statique (percés tout
a) à mesurer les dimensions de la section de mesure qui
autour de la circonférence de l’antenne sur une ou plusieurs
aura été choisie perpendiculairement à l’axe de la
sections de celle-ci) et d’un orifice de prise de pression
conduite; cette mesure a pour but de définir l’aire de
totale (situé face au sens de l’écoulement, au bout du nez
cette section (voir 3.2);
axi-symétrique de l’antenne appelé étrave).
b) à définir dans cette section la position des points de
NOTE - Dans la suite de la présente Norme internationale, aucune
confusion n’étant possible, on emploiera l’expression «tube de
mesure, qui devront être choisis en nombre suffisant
Pitot)) sans autre précision pour désigner un «tube de Pitot double)).
pour connaître la répartition des vitesses de façon satis-
faisante;
2.2.2 prise de pression statique : Ensemble des orifices
c) à mesurer la pression différentielle existant entre les
destinés à mesurer la pression du fluide.
prises de pression totale et statique du tube de Pitot
placé en ces points de mesure (voir 3.3) et la masse
2.2.3 prise de pression totale : Orifice permettant de
volumique du fluide dans les conditions de mesure;
mesurer la pression d’arrêt du fluide (pression correspondant
à celJe obtenue en amenant le fluide au repos sans variation
d) à déterminer la vitesse locale de l’écoulement, à
d’entropie).
partir des formules données, sur la base des mesures
précédentes (voir chapitre 7);
2.2.4 pression différentielle : Différence de pressions aux
e) à déterminer la vitesse débitante à partir de ces
prises de pression totale et statique.
valeurs;
f) à calculer le débit-volume égal au produit de l’aire de
2.2.5 batterie fixe : Ensemble de tubes de Pitot montés
sur un ou plusieurs supports fixes et explorant simultané- la section par la vitesse débitante.
ment tout le diamètre ou toute la section de mesure.
Les erreurs effectuées au cours de la réalisation des points a)
a f) influencent directement l’erreur sur la mesure du débit;
Débit-volume qui s’écoule dans la
2.2.6 débit pariétal :
d’autres sources d’erreurs (telles que la forme du profil des
zone située entre la paroi de la conduite et le contour défini
vitesses, et le nombre de points de mesure) sont étudiées au
par les points de mesure de la vitesse les plus proches de la
chapitre 12.
paroi.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 3966-1977 (F)
La présente Norme internationale expose trois types dse
3.3 Mesure des vitesses locales
méthodes de détermination de la vitesse débitante :
Intégration graphique du champ des vitesses
(voir chapitre 8)
3.3.1 Méthode d’exploration de la section de mesure
Cette méthode consiste à tracer sur un graphique le il est parfois proposé de monter plusieurs tubes de Pitot
profil des vitesses et à le planimétrer dans la région de la sur une batterie fixe afin d’explorer simultanément toute la
conduite limitée par les points de mesure les plus
section de mesure. Cependant, on ne dispose pas actuelle-
proches de la paroi. À la valeur ainsi obtenue, on ajoute
ment de suffisamment de données expérimentales pour
un terme relatif à la zone pariétale (située entre la paroi
permettre de définir la conception de certains détails (tels
et la courbe passant par les points de mesure qui en sont que la forme de l’antenne et le profil de la hampe) qui
les plus proches) calculé à partir de l’hypothèse que le
permettraient de s’assurer que les mesures effectuées au
profil des vitesses dans cette zone suit une loi de moyen d’une batterie fixe satisfont à la précision requise
puissance.
par la présente Norme internationale.
Dans cette méthode, les points de mesure peuvent être La présente Norme internationale ne traite donc que des
placés de manière à permettre une connaissance satis- méthodes d’exploration du champ des vitesses par un tube
faisante du champ des vitesses.
de Pitot employé seul et placé successivement en chaque
point de mesure.
Intégration numérique du champ des vitesses
(voir chapitre 9)
La seule différence entre cette méthode et la précédente
3.3.2 Mesure de référence
consiste dans le fait que le graphe du profil des vitesses
est remplacé par une courbe algébrique et que II faut prévoir une mesure de référence pour vérifier la
l’intégration est effectuée de manière analytique. stabilité de l’écoulement et pour corriger les mesures de
vitesses ponctuelles, afin de tenir compte de légères
Méthodes arithmétiques (voir chapitre 10)
variations de débit pendant l’exploration; un tel appareil de
référence doit être placé de facon à éviter toute interaction
Les méthodes arithmétiques supposent que la répartition
avec la mesure faite au tube de Pitot. La mesure de
des vitesses suit une loi particulière, la vitesse moyenne
référence doit, autant que possible, être effectuée en même
dans la conduite est alors donnée par une combinaison
temps que chaque mesure de vitesse locale.
linéaire des vitesses individuelles mesurées en des points
dont la position est prescrite par la méthode.
Toutefois, si l’on ne dispose que d’un seul tube de Pitot, on
s’assurera de la stabilité de l’écoulement en réitérant les
Les méthodes arithmétiques décrites au chapitre 10
mesures au point de référence après chaque mesure de
admettent, dans la zone pariétale, une loi logarithmique
vitesse locale.
de répartition des vitesses en fonction de la distance à la
paroi.
II est esentiel que la répartition des vitesses dans la section
de mesure reste stable et ne soit pas affectée par les
variations éventuelles du débit pendant tout le temps de la
mesure.
3.2 Mesure de la section de mesure
Ayant tracé la courbe de variation de la vitesse de référence
v, en fonction du temps, on utilisera cette courbe pour
ramener toutes les mesures d’exploration à un même débit
3.2.1 Sections circulaires
de référence qO (de préférence celui qui correspond à la
moyenne des mesures au point fixe). Pour des variations
Le diamètre moyen de la conduite est pris égal à la
relativement faibles de la vitesse de référence, on peut
moyenne arithmétique des mesures effectuées suivant au
transposer la vitesse ~i,~ mesurée en un point quelconque i à
moins quatre diamètres (y compris les diamètres d’explo-
l’instant t en la multipliant par le rapport entre la vitesse
ration) de la section de mesure, faisant entre eux des angles
v,,, au point de référence correspondant au débit q. et la
sensiblement égaux. Si la différence entre les longueurs de
vitesse v, , t en ce point de référence à l’instant t :
deux diamètres successifs est supérieure à 0’5 % le nombre
de diamètres mesurés doit être doublé.
V
r,o
= Vi,t X
vi,o
I/r,t
3.2.2 Sections rectangulaires NOTE - Lorsque la mesure de référeqce est une grandeur directe-
ment proportionnelle au débit (par exemple, la vitesse de rotation
de l’arbre d’entraînement d’un ventilateur OU d’une pompe), cette
La largeur et la hauteur de la conduite doivent être
mesure peut être directement substituée à ~r,~ et V, t dans
mesurées sur au moins chaque droite (au moins quatre)
l’équation ci-dessus. Lorsque la mesure de référence est souk forme
passant par les points de mesure. Si la différence entre les
d’une différence de pression (par exemple dans une structure fixe du
largeurs (ou les hauteurs) correspondant à deux droites de
circuit, ou bien la pression différentielle d’un tube de Pitot de
mesure consécutives est supérieure à 1 %, le nombre de référence), la racine carrée de la lecture de référence peut être
substituée à vr,o et u,,t dans l’équation ci-dessus.
largeurs (ou de hauteurs) mesurées doit être doublé.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 3966-1977 (F)
plus petite des deux valeurs suivantes :
Cependant, il faut signaler qu’il peut se produire des
fluctuations du profil des vitesses sans que cela entraîne des
+ 0,005 X, X étant la dimension de la conduite le long
fluctuations du débit. Dans un tel cas, l’emploi d’une vitesse
de la droite de mesure en cause, ou
ponctuelle de référence peut entraîner des erreurs et il est
préférable de contrôler la stabilité du débit à l’aide de tout
+ Of05 y, y étant la distance du tube de Pitot à la paroi la
dispositif déprimogène (appareil déprimogène normalisé,
plus proche.
contrôle piézométrique sur un convergent, un coude, une
bâche spirale, une perte de charge singulière, etc.), même
En 3.4.2 et 3.4.3 il est prescrit un nombre minimal de
non étalonné, pourvu que l’on soit assuré de sa fidélité et
points de mesure s’appliquant particulièrement à des
d’une sensibilité suffisante.
conduites de petites dimensions. Compte tenu du besoin de
connaître le mieux possible le profil des vitesses, le nombre
Dans ce cas, la correction proportionnelle mentionnée
ci-dessus portera sur la pression différentielle et non sur la de points de mesure sera avantageusement accru dans la
vitesse. mesure où les conditions opératoires et la stabilité de
l’écoulement le permettent.
Quand on utilise un seul tube de Pitot pour l’exploration de
3.3.3 Contrôle de la répartition des vitesses
de la conduite, on doit tout d’abord déterminer la distance
entre un point de référence (à partir duquel on mesure
Même lorsque la vitesse débitante est calculée par une
chaque position) et la paroi de la conduite. Cela peut intro-
méthode qui ne nécessite pas de tracer le profil des vitesses,
duire une erreur systématique relativement grande pour
il est recommandé, afin de s’assurer que la répartition des
toutes les mesures de positionnement. Dans ce cas il est
vitesses est régulière, de procéder à ce tracé ou, à défaut,
recommandé d’explorer des diamètres complets (plutôt que
d’en contrôler la régularité de toute autre manière.
des rayons opposés sur chaque diamètre) car l’erreur systé-
De la même façon, quand on effectue plusieurs mesures matique tendra ainsi à s’annuler sur les deux moitiés de
dans une même section à des débits différents, il est recom- l’exploration.
mandé de tracer les profils des vitesses de manière adimen-
sionnelle (c’est-à-dire en utilisant les vitesses relatives, voir
3.4.2 Sections circulaires
2.8) afin de vérifier leur bonne concordance et s’assurer
ainsi qu’il n’existe pas de profils anormaux pour certains
Les points de mesure doivent être situés aux intersections
débits (les profils ne doivent pas varier de manière erratique,
d’un nombre donné de circonférences centrées sur l’axe de
quand le débit varie dans une large famme de nombres de
la conduite et d’au moins deux diamètres perpendiculaires
Reynolds).
entre eux.
II peut être également utile de tracer les courbes de
On doit effectuer les mesures en au moins trois points par
répartition des vitesses comme indiqué ci-dessus afin de
rayon de sorte que le nombre minimal de points dans la
déceler une erreur éventuelle dans la mesure d’une vitesse
section soit de douze. Un point de mesure supplémentaire
locale. Si cela est possible, la mesure suspectée doit être
au centre de la conduite est souhaitable pour vérifier la
recommencée; sinon elle sera éliminée et le profil des
forme du profil des vitesses et est nécessaire pour le calcul
vitesses sera tracé sur la base des profils obtenus précé-
de la correction d’obstruction (voir II J.2).
demment pourvu qu’il y ait des raisons indépendantes de
penser que cette mesure suspectée est fausse.
3.4.3 Sections rectangulaires
Le nombre de points de mesure sera au minimum de 25. À
3.4 Emplacement et nombre des points de mesure dans
moins que l’on doive adopter une disposition spéciale des
la section
points de mesure pour utiliser une méthode arithmétique,
leur emplacement sera défini par les intersections d’au
moins cinq droites parallèles à-chacune des parois de la
3.4.1 Prescriptions générales
conduite.
Les règles à suivre pour la mise en place des points de
mesure sont différentes suivant les méthodes de détermina-
tion de la vitesse débitante spécifiées dans la présente
Norme internationale. Ces règles sont données dans les
4 CONCEPTIONS DES TUBES DE PI-WI-
chapitres 8’9 et 10, respectivement.
Quelle que soit la méthode, la distance entre l’axe de
4.1 Description générale
l’antenne du tube de Pitot et la paroi doit être au moins
II est recommandé d’utiliser l’un des types de tube de Pitot
égale au diamètre de l’étrave d.
décrits à l’annexe A qui remplissent toutes les spécifications
Le positionnement du tube de Pitot doit être détermine a
de 4.2; cela évite d’apporter un certain nombre de
partir de la dimension de la conduite mesurée le long de la corrections aux mesures. L’emploi de tout autre type de
droite de mesure (plutôt qu’à partir de la dimension tube de Pitot remplissant les conditions décrites en 4.2 est
moyenne) et doit être mesuré avec une tolérance égale à Ia autorisé à condition que son étalonnage soit connu.
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 39664977 (F)
c) Si l’on emploi les tubes dans un liquide, la cavitation
Les tubes de Pitot doubles traités dans la présente Norme
due à l’étrave ne doit pas être susceptible de causer une
internationale consistent en une antenne cylindrique
erreur notable dans la mesure de la pression statique
attachée perpendiculairement à une hampe passant
relevée par le tube.
habituellement au travers de la paroi d’une conduite. La
longueur de l’antenne est généralement comprise entre 15
d) Les orifices de prise de pression statique -doivent
et 25 fois son diamètre.
être :
Dans une ou deux sections le long de l’antenne, tout autour
1) de diamètre inférieur ou égal à If6 mm;
de la circonférence, sont percés des orifices de prise de
pression statique permettant, en l’absence de fuite, le
2) au moins au nombre de six et suffisants pour
transfert de la pression par l’antenne et la hampe jusqu’à un
avoir un amortissement dans le circuit sous pression
point situé en dehors de la conduite.
statique aussi égal que possible à celui qui existe dans
le circuit sous pression totale; si nécessaire, sur des
Un tube plus petit, concentrique à l’antenne et à la hampe,
tubes d’un faible diamètre, les orifices peuvent être
transfère, jusqu’à un point situé en dehors de la conduite, la
répartis dans deux plans;
pression totale exercée au niveau d’un orifice situé face au
sens de l’écoulement, au bout du nez axi-symétrique de
3) placés au moins à six diamètres d’antenne de
l’antenne appelé étrave faisant partie intégrante de
l’étrave;
l’antenne.
4) placés au moins à huit diamètres d’antenne de
Un index, fixé à l’extrémité de la hampe, facilite
l’axe de la hampe.
l’orientation de l’antenne lorsque celle-ci est cachée par la
e) Si la hampe est évasée pour atteindre un diamètre d’,
paroi de la conduite.
il doit y avoir une longueur d’au moins 7 d’ entre l’axe
de l’antenne et le commencement de l’évasement,
4.2 Critères à remplir par le tube de Pitot
longueur sur laquelle le diamètre de hampe est égal au
diamètre d’antenne.
L’étrave (orifice de prise de pression totale y compris) doit
être concue de telle manière qu’elle réponde aux exigences
f) Le raccordement entre l’antenne et la hampe doit
suivantes :
être soit coudé, soit courbé selon un rayon moyen égal à
3 + Of5 fois le diamètre d’antenne.
a) La réponse de la pression différentielle à l’inclinaison
de l’antenne par rapport à l’écoulement doit satisfaire
g) Un index d’orientation doit être fixé à l’extrémité
à l’une des deux conditions suivantes selon les
de la hampe assez loin de l’antenne pour permettre un
circonstances. Dans les deux cas, il est nécessaire de
alignement et un positionnement précis dans la conduite.
connaître la courbe de réponse du tube de Pitot :
Trois types de tubes de Pitot couramment utilisés et
1) si un alignement précis du tube de Pitot par
satisfaisant à ces critères, sont décrits à titre d’exemple dans
rapport à l’axe de la conduite n’est pas possible mais
l’annexe A.
s’il n’existe pas de giration, la pression différentielle
doit être aussi indépendante que possible d.e
l’inclinaison de l’antenne en écoulement uniforme;’ )
2) si un alignement précis du tube de Pitot par
5 CONDITIONS D’UTILISATION DES TUBES DE PITOT
rapport à l’axe de la conduite est possible, mais s’il
existe des girations, la variation de la pression
5.1 Choix de la section de mesure
différentielle enregistrée par le tube de Pitot en
5.1.1 La section choisie pour effectuer les mesures doit
écoulement uniforme pour une inclinaison p doit être
être située dans un alignement droit et être perpendiculaire
proportionnelle à COS*~~. Si l’alignement de l’antenne
à la direction de l’écoulement. Elle doit être de forme
est parfaitement axial et si l’angle de giration est
inférieur à + 3” la pression différentielle ne doit pas simple, par exemple soit circulaire, soit rectangulaire. Elle
dévier de plus de 1 % par rapport à cette loi. doit être située dans une zone où les vitesses mesurées se
situent dans la gamme normale d’utilisation de l’appareillage
II y a lieu de noter qu’un mauvais alignement et des
employé (voir 5.3.2).
girations peuvent coexister et il importe donc de
chercher à les limiter.
5.1.2 Au voisinage de la section de mesure, l’écoulement
doit être sensiblement parallèle et symétrique par rapport à
b) Les coefficients, pour différents modèles de tubes de
l’axe de la conduite et ne doit présenter ni turbulence
Pitot conformes à une spécification particulière, doivent
excessive ni rotation. La section de mesure doit donc être
être identiques à Of25 % près et le rester pour toute la
choisie suffisamment éloignée de toute singularité qui
durée de service de ces tubes. En cas de doute, un
pourrait créer une dissymétrie, une rotation ou de la
étalonnage individuel de chaque tube de Pitot devrait
turbulence (voir 5.1.4).
être effectué.
1) Les tubes de Pitot décrits en annexe A permettent une indépendance de la pression différentielle lue à + 1,s % près jusque vers 14” d’incli-
naison en écoulement uniforme.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 39664977 (F)
égale à 5 fois le diamètre d’une conduite de section
La longueur droite de tuyauterie qui peut être nécessaire
circulaire (ou 20 fois le rayon hydraulique d’une conduite
pour satisfaire à ces conditions varie avec la vitesse de
de section quelconque). De plus, ils ne doivent pas être
l’écoulement, les singularités en amont, le niveau de
placés immédiatement en aval d’une singularité.
turbulence et le degré de giration, s’il en existe.’ )
5.1.3 Bien que des mesures au tube de Pitot en écoulement
5.2.4 Si la répartition des vitesses est trop irrégulière ou
oblique ou convergent doivent autant que possible être
l’écoulement insuffisamment parallèle, mais si l’on a pu
évitées, elles peuvent cependant être pratiquées sous réserve
s’assurer que l’écoulement ne présente pas de rotation, il
que la déviation maximale de l’écoulement par rapport à
est parfois possible d’y remédier à l’aide d’une installation
l’axe du tube de Pitot ne dépasse pas 3”.
provisoire de guidage. Celle-ci comportera une entrée
légèrement convergente raccordée, sans que cela provoque
À titre indicatif, on peut de même considérer qu’une
des décollements, à un tronçon droit dont la longueur sera
rotation est suffisamment faible pour ne pas accroître les
au moins égale à deux fois la plus grande dimension de la
limites de confiance, données dans la présente Norme
conduite.
internationale, sur le débit mesuré si elle se traduit par une
inclinaison des vitesses locales par rapport à l’axe de la
conduite inférieure à 3”.
5.3 Limites d’utilisation
5.1.4 Des explorations préliminaires doivent être effectuées
5.3.1 Nature du fluide
afin de s’assurer que l’écoulement est régulier.
Le fluide doit être continu en phase unique ou doit se
Si ces explorations montrent que l’écoulement n’est pas
comporter comme tel. Les liquides doivent être newtoniens
satisfaisant, on pourra parfois y remédier au moyen de
et ne doivent pas avoir une viscosité ou un comportement
l’un des dispositifs décrits en 5.2.
thixotropique anormal.
Une fois ces dispositifs mis en place, on s’assurera que les
conditions d’écoulement requises pour que la présente
5.3.2 Gamme des vitesses
Norme internationale soit applicable sont satisfaites. Dans
le cas contraire, une exploration plus détaillée de la section Le tube de Pitot ne doit pas être utilisé pour une vitesse
de mesure est nécessaire et l’on se référera alors à un d’écoulement inférieure à celle correspondant à la limite
document distinct qui sera publié ultérieurement. inférieure du n
...
3966
NORME INTERNATIONALE
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION l MEX~YHAPOAHAJl OPFAHM3ALWl n0 CTAH~APTM3A~Wi .ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées -
Méthode d’exploration du champ des vitesses au moyen de
tubes de Pitot doubles
Measuremen t of fluid flo w in closed conduits - Velocity area method using Pitot static tubes
Première édition - 1977-06-01
Réf. no : ISO 3966-1977 (F)
CDU 532.574.2
Descripteurs : mesurage de débit, écoulement de fluide, écoulement en conduite fermée, tube de Pitot.
Prix basé sur 39 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
AVANT-PROPOS
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont
soumis aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme
Normes internationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 3966 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées, et a été soumise aux comités
membres en janvier 1976.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Afrique du Sud, Rép. d’ Finlande Portugal
Allemagne France Roumanie
Australie Royaume-Uni
Hongrie
Belgique Italie Turquie
Chili
Mexique U.R.S.S.
Corée, Rép. de Yougoslavie
Pays-Bas
Aucun comité membre ne l’a désapprouvée.
0 Organisation internationale de normalisation, 1977 l
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
SOMMAIRE Page
1 Objet et domaine d’application
.............................
2 Symboles et définitions
..................................
3 Principe.
............................................
4 Conception des tubes de Pitot
..............................
5 Conditions d’utilisation des tubes de Pitot
......................
6 Mise en place du tube de Pitot
..............................
7 Calcul de la vitesse.
.....................................
8 Détermination de la vitesse débitante par intégration graphique du champ
des vitesses. 9
..........................................
9 Détermination de la vitesse débitante par intégration numérique du champ
des vitesses. 12
..........................................
10 Détermination de la vitesse débitante par les méthodes arithmétiques . 13
Corrections sur la mesure de la vitesse locale.
Ii . 15
12 Erreurs 20
.............................................
Annexes
Tubes de Pitot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Correction de position des tubes de Pitot à apporter lors d’une mesure en
écoulement comportant un gradient de vitesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Etude concernant la correction de turbulence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
33
Amortissement des manomètres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Mesures effectuées à l’aide d’un tube de Pitot dans un fluide compressible .
Détermination du coefficient m pour l’extrapolation au voisinage de la
37
paroi.
Exemple de calcul de l’erreur-limite sur la mesure de débit à l’aide de tubes
38
depitot.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 39664977 (F)
Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées -
Méthode d’exploration du champ des vitesses au moyen de
tubes de Pitot doubles
1 OBJET ET DOMAINE D’APPLICATION
Unité SI
La présente Norme internationale spécifie une méthode de
Grandeur Dimensions corres-
détermination, par exploration du champ des vitesses au
pondante
moyen de tubes de Pitot doubles, du débit-volume, dans
H Hauteur d’une conduite rec- L m
une conduite fermée, d’un écoulement régulier (voir 5.1) :
tangulaire
-
de fluide incompressible ou sinon d’un nombre de
h Distance du point de mesure L m
Mach inférieur ou égal à 0,25;
à la paroi-origine dans le sens
de la hauteur
- dont la température d’arrêt est sensiblement
- -
Coefficient d’obstruction
kb
uniforme dans toute la section de mesure;
d’une hampe cylindrique
-
remplissant complètement la conduite;
- -
Coefficient dépendant de la
kg
forme de l’étrave
- en régime permanent.
- -
Coefficient de correction de
kt
Elle traite en particulier de la technologie et de l’entretien la turbulence
des tubes de Pitot, du calcul des vitesses locales à partir des
m
L Largeur d’une conduite L
pressions différentielles mesurées et du calcul du débit par
rectangulaire
intégration de ces vitesses.
1 Distance du point de mesure . L m
à la paroi-origine dans le sens
La méthode de mesure et les prescriptions spécifiées visent
de la largeur
à obtenir une erreur-limite (au niveau de probabilité 95 %)
M Masse molaire du fluide M
kg +
+ 2 %. Pour atteindre ce résultat,
sur le débit au plus égale à
- -
m Coefficient de rugosité
il pourra être nécessaire, suivant les conditions de la mesure,
- -
de tenir compte des corrections indiquées au chapitre 11. Si
#a Nombre de Mach
certaines conditions mentionnées dans la présente Norme
ML-‘T-* Pa
Pression statique absolue du
P
internationale ne sont pas satisfaites, la méthode peut
fluide
toutefois s’appliquer dans certains cas spécifiques, mais
m3/s
Débit-volume L3T-’
Q,
l’erreur-limite sur le débit est alors plus grande.
M L*T-*@-’
J.mol-’ l K
R
Constante molaire des gaz
R Rayon de la conduite L m
2 SYMBOLES ET DÉFINITIONS
r Rayon d’une circonférence de L m
mesure
2.1 Symboles
- -
Re Nombre de Reynolds
S Surface projetée frontale de L2 m*
Unité SI
la partie de la hampe à
Grandeur Dimensions corres-
Symbole
l’intérieur de la conduite
pondante
Température absolue 0 K
Vitesse débitante LT-’ mis
A Aire de la section transversale L2 m*
de la conduite
Vitesse moyenne le long d’une LT-’ m/s
circonférence ou le long d’une
a, a’ Distance du point de mesure L m
droite de mesu re
extrême à la paroi la plus
proche Vitesse locale du fluide LT-’ mis
Dimension de la conduite L m
Diamètre de la conduite
L
L m
Distance du point de mesure
Diamètre de l’antenne L
à la paroi
Diamètre de la hampe L
- -
Écart à la loi des gaz parfaits
-
-
Diamètre de la prise de L Coefficient d’étalonnage du
pression totale
tube de Pitot
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 39664977 (F)
2.2.7 vitesse débitante : Rapport du débit-volume
(intégrale dans ta section de mesure de la composante axiale
Unité SI
des vitesses locales) à l’aide de la section de mesure.
Symbole Dimensions COrteS-
Grandeur
pondante
Rapport de la vitesse de
2.2.8 vitesse relative :
- -
Rapport des chaleurs
Y
l’écoulement au point considéré à une vitesse de référence
massiques
mesurée au même moment, celle-ci pouvant être soit la
M L-‘T-* Pa
AP Pression différentielle mesu-
vitesse en un point particulier (par exemple au centre d’une
rée par le tube de Pitot
conduite circulaire), soit la vitesse débitante.
- -
E Coefficient de détente
- -
(1-e) Facteur de correction de
2.2.9 longueur droite : Troncon de conduite dont l’axe est
compressibilité
rectiligne et dont la surface et la forme de la section droite
- -
h Coefficient universel de perte
sont constantes.
de charge
Viscosité dynamique du fluide
h ML-‘T-’ Pas
NOTE - La forme de cette section est généralement circulaire, mais
peut être rectangulaire ou annulaire.
V Viscosité cinématique du
L*T-’ m*/s
fluide
Perte de pression ML-‘T-* Pa 2.2.10 singularité : Tout élément ou configuration d’une
E
conduite qui fait que cette conduite n’est pas une longueur
Masse volumique du fluide ML-3
P kg/m3
droite.
-
-
Inclinaison de la vitesse par
cp
rapport au tube de Pitot
NOTE - Dans le cadre de la présente Norme internationale, les
singularités qui créent les perturbations les plus gênantes pour la
mesure sont les coudes, les robinets, les vannes et les élargissements
2.2 Définitions
brusques.
II
Les définitions des paragraphes suivants ne sont données
que pour des termes employés dans un sens spécial ou pour
des termes dont il semble utile de rappeler la signification.
2.2.1 tube de Pitot double : Appareil tubulaire constitué
3 PRINC!IPE
par une antenne cylindrique attachée perpendiculairement
à une hampe permettant de mesurer une pression diffé-
3.1 Principe général
rentielle à partir de laquelle on détermine la vitesse de
l’écoulement du fluide dans lequel il est immergé. II est
Le principe de la méthode consiste :
muni d’orifices de prise de pression statique (percés tout
a) à mesurer les dimensions de la section de mesure qui
autour de la circonférence de l’antenne sur une ou plusieurs
aura été choisie perpendiculairement à l’axe de la
sections de celle-ci) et d’un orifice de prise de pression
conduite; cette mesure a pour but de définir l’aire de
totale (situé face au sens de l’écoulement, au bout du nez
cette section (voir 3.2);
axi-symétrique de l’antenne appelé étrave).
b) à définir dans cette section la position des points de
NOTE - Dans la suite de la présente Norme internationale, aucune
confusion n’étant possible, on emploiera l’expression «tube de
mesure, qui devront être choisis en nombre suffisant
Pitot)) sans autre précision pour désigner un «tube de Pitot double)).
pour connaître la répartition des vitesses de façon satis-
faisante;
2.2.2 prise de pression statique : Ensemble des orifices
c) à mesurer la pression différentielle existant entre les
destinés à mesurer la pression du fluide.
prises de pression totale et statique du tube de Pitot
placé en ces points de mesure (voir 3.3) et la masse
2.2.3 prise de pression totale : Orifice permettant de
volumique du fluide dans les conditions de mesure;
mesurer la pression d’arrêt du fluide (pression correspondant
à celJe obtenue en amenant le fluide au repos sans variation
d) à déterminer la vitesse locale de l’écoulement, à
d’entropie).
partir des formules données, sur la base des mesures
précédentes (voir chapitre 7);
2.2.4 pression différentielle : Différence de pressions aux
e) à déterminer la vitesse débitante à partir de ces
prises de pression totale et statique.
valeurs;
f) à calculer le débit-volume égal au produit de l’aire de
2.2.5 batterie fixe : Ensemble de tubes de Pitot montés
sur un ou plusieurs supports fixes et explorant simultané- la section par la vitesse débitante.
ment tout le diamètre ou toute la section de mesure.
Les erreurs effectuées au cours de la réalisation des points a)
à f) influencent directement l’erreur sur la mesure du débit;
2.2.6 débit pariétal : Débit-volume qui s’écoule dans la
d’autres sources d’erreurs (telles que la forme du profil des
zone située entre la paroi de la conduite et le contour défini
vitesses, et le nombre de points de mesure) sont étudiées au
par les points de mesure de la vitesse les plus proches de la
chapitre 12.
paroi.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 3966-1977 (F)
La présente Norme internationale expose trois types dse
3.3 Mesure des vitesses locales
méthodes de détermi nation de la vit esse déb itante
Intégration graphique du champ des vitesses
(voir chapitre 8)
3.3.1 Méthode d’exploration de la section de mesure
Cette méthode consiste à tracer sur un graphique le il est parfois proposé de monter plusieurs tubes de Pitot
profil des vitesses et à le planimétrer dans la région de la sur une batterie fixe afin d’explorer simultanément toute la
conduite limitée par les points de mesure les plus
section de mesure. Cependant, on ne dispose pas actuelle-
proches de la paroi. À la valeur ainsi obtenue, on ajoute
ment de suffisamment de données expérimentales pour
un terme relatif à la zone pariétale (située entre la paroi
permettre de définir la conception de certains détails (tels
et la courbe passant par les points de mesure qui en sont que la forme de l’antenne et le profil de la hampe) qui
les plus proches) calculé à partir de l’hypothèse que le
permettraient de s’assurer que les mesures effectuées au
profil des vitesses dans cette zone suit une loi de moyen d’une batterie fixe satisfont à la précision requise
puissance.
par la présente Norme internationale.
Dans cette méthode, les points de mesure peuvent être La présente Norme internationale ne traite donc que des
placés de manière à permettre une connaissance satis- méthodes d’exploration du champ des vitesses par un tube
faisante du champ des vitesses. de Pitot employé seul et placé successivement en chaque
point de mesure.
Intégration numérique du champ des vitesses
(voir chapitre 9)
La seule différence entre cette méthode et la précédente
3.3.2 Mesure de référence
consiste dans le fait que le graphe du profil des vitesses
est remplacé par une courbe algébrique et que II faut prévoir une mesure de référence pour vérifier la
l’intégration est effectuée de manière analytique. stabilité de l’écoulement et pour corriger les mesures de
vitesses ponctuelles, afin de tenir compte de légères
Méthodes arithmétiques (voir chapitre 10)
variations de débit pendant l’exploration; un tel appareil de
référence doit être placé de facon à éviter toute interaction
Les méthodes arithmétiques supposent que la répartition
avec la mesure faite au tube de Pitot. La mesure de
des vitesses suit une loi particulière, la vitesse moyenne
référence doit, autant que possible, être effectuée en même
dans la conduite est alors donnée par une combinaison
temps que chaque mesure de vitesse locale.
linéaire des vitesses individuelles mesurées en des points
dont la position est prescrite par la méthode.
Toutefois, si l’on ne dispose que d’un seul tube de Pitot, on
s’assurera de la stabilité de l’écoulement en réitérant les
Les méthodes arithmétiques décrites au chapitre 10
mesures au point de référence après chaque mesure de
admettent, dans la zone pariétale, une loi logarithmique
vitesse locale.
de répartition des vitesses en fonction de la distance à la
paroi.
II est esentiel que la répartition des vitesses dans la section
de mesure reste stable et ne soit pas affectée par les
variations éventuelles du débit pendant tout le temps de la
mesure.
3.2 Mesure de la section de mesure
Ayant tracé la courbe de variation de la vitesse de référence
v, en fonction du temps, on utilisera cette courbe pour
ramener toutes les mesures d’exploration à un même débit
3.2.1 Sections circulaires
de référence qO (de préférence celui qui correspond à la
moyenne des mesures au point fixe). Pour des variations
Le diamètre moyen de la conduite est pris égal à la
relativement faibles de la vitesse de référence, on peut
moyenne arithmétique des mesures effectuées suivant au
transposer la vitesse ~i,~ mesurée en un point quelconque i à
moins quatre diamètres (y compris les diamètres d’explo-
l’instant t en la multipliant par le rapport entre la vitesse
ration) de la section de mesure, faisant entre eux des angles
v,,, au point de référence correspondant au débit q. et la
sensiblement égaux. Si la différence entre les longueurs de
vitesse v, , t en ce point de référence à l’instant t :
deux diamètres successifs est supérieure à 0’5 % le nombre
de diamètres mesurés doit être doublé.
V
r,o
= Vi,t X
vi,o
I/r,t
3.2.2 Sections rectangulaires NOTE - Lorsque la mesure de référeqce est une grandeur directe-
ment proportionnelle au débit (par exemple, la vitesse de rotation
de l’arbre d’entraînement d’un ventilateur OU d’une pompe), cette
La largeur et la hauteur de la conduite doivent être
mesure peut être directement substituée à ~r,~ et V, t dans
mesurées sur au moins chaque droite (au moins quatre)
l’équation ci-dessus. Lorsque la mesure de référence est souk forme
passant par les points de mesure. Si la différence entre les
d’une différence de pression (par exemple dans une structure fixe du
largeurs (ou les hauteurs) correspondant à deux droites de
circuit, ou bien la pression différentielle d’un tube de Pitot de
mesure consécutives est supérieure à 1 %, le nombre de
référence), la racine carrée de la lecture de référence peut être
substituée à vr,o et u,,t dans l’équation ci-dessus.
largeurs (ou de hauteurs) mesurées doit être doublé.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 39664977 (F)
plus petite des deux valeurs suivantes :
Cependant, il faut signaler qu’il peut se produire des
fluctuations du profil des vitesses sans que cela entraîne des
+ 0,005 X, X étant la dimension de la conduite le long
fluctuations du débit. Dans un tel cas, l’emploi d’une vitesse
de la droite de mesure en cause, ou
ponctuelle de référence peut entraîner des erreurs et il est
préférable de contrôler la stabilité du débit à l’aide de tout
+ Of05 y, y étant la distance du tube de Pitot à la paroi la
dispositif déprimogène (appareil déprimogène normalisé,
plus proche.
contrôle piézométrique sur un convergent, un coude, une
bâche spirale, une perte de charge singulière, etc.), même
En 3.4.2 et 3.4.3 il est prescrit un nombre minimal de
non étalonné, pourvu que l’on soit assuré de sa fidélité et
points de mesure s’appliquant particulièrement à des
d’une sensibilité suffisante.
conduites de petites dimensions. Compte tenu du besoin de
connaître le mieux possible le profil des vitesses, le nombre
Dans ce cas, la correction proportionnelle mentionnée
de points de mesure sera avantageusement accru dans la
ci-dessus portera sur la pression différentielle et non sur la
mesure où les conditions opératoires et la stabilité de
vitesse.
l’écoulement le permettent.
Quand on utilise un seul tube de Pitot pour l’exploration de
3.3.3 Contrôle de la répartition des vitesses
de la conduite, on doit tout d’abord déterminer la distance
entre un point de référence (à partir duquel on mesure
Même lorsque la vitesse débitante est calculée par une
chaque position) et la paroi de la conduite. Cela peut intro-
méthode qui ne nécessite pas de tracer le profil des vitesses,
duire une erreur systématique relativement grande pour
il est recommandé, afin de s’assurer que la répartition des
toutes les mesures de positionnement. Dans ce cas il est
vitesses est régulière, de procéder à ce tracé ou, à défaut,
recommandé d’explorer des diamètres complets (plutôt que
d’en contrôler la régularité de toute autre manière.
des rayons opposés sur chaque diamètre) car l’erreur systé-
De la même façon, quand on effectue plusieurs mesures matique tendra ainsi à s’annuler sur les deux moitiés de
dans une même section à des débits différents, il est recom- l’exploration.
mandé de tracer les profils des vitesses de manière adimen-
sionnelle (c’est-à-dire en utilisant les vitesses relatives, voir
3.4.2 Sections circulaires
2.8) afin de vérifier leur bonne concordance et s’assurer
ainsi qu’il n’existe pas de profils anormaux pour certains
Les points de mesure doivent être situés aux intersections
débits (les profils ne doivent pas varier de manière erratique,
d’un nombre donné de circonférences centrées sur l’axe de
quand le débit varie dans une large famme de nombres de
la conduite et d’au moins deux diamètres perpendiculaires
Reynolds).
entre eux.
Il peut être également utile de tracer les courbes de
On doit effectuer les mesures en au moins trois points par
répartition des vitesses comme indiqué ci-dessus afin de
rayon de sorte que le nombre minimal de points dans la
déceler une erreur éventuelle dans la mesure d’une vitesse
section soit de douze. Un point de mesure supplémentaire
locale. Si cela est possible, la mesure suspectée doit être
au centre de la conduite est souhaitable pour vérifier la
recommencée; sinon elle sera éliminée et le profil des
forme du profil des vitesses et est nécessaire pour le calcul
vitesses sera tracé sur la base des profils obtenus précé-
de la correction d’obstruction (voir II J.2).
demment pourvu qu’il y ait des raisons indépendantes de
penser que cette mesure suspectée est fausse.
3.4.3 Sections rectangulaires
Le nombre de points de mesure sera au minimum de 25. À
3.4 Emplacement et des points de mesure
dans
moins que l’on doive adopter une disposition spéciale des
la section
points de mesure pour utiliser une méthode arithmétique,
leur emplacement sera défini par les intersections d’au
moins cinq droites parallèles à chacune des parois de la
3.4.1 Prescriptions générales
conduite.
Les règles à suivre pour la mise en place des points de
mesure sont différentes suivant les méthodes de détermina-
tion de la vitesse débitante spécifiées dans la présente
Norme internationale. Ces règles sont données dans les
4 CONCEPTIONS DES TUBES DE PITOT
chapitres 8’9 et 10, respectivement.
Quelle que soit la méthode, la distance entre l’axe de
4.1 Description générale
l’antenne du tube de Pitot et la paroi doit être au moins
II est recommandé d’utiliser l’un des types de tube de Pitot
égale au diamètre de l’étrave d.
décrits à l’annexe A qui remplissent toutes les spécifications
Le positionnement du tube de Pitot doit être déterminé à
de 4.2; cela évite d’apporter un certain nombre de
partir de la dimension de la conduite mesurée le long de la
corrections aux mesures. L’emploi de tout autre type de
droite de mesure (plutôt qu’à partir de la dimension
tube de Pitot remplissant les conditions décrites en 4.2 est
moyenne) et doit être mesuré avec une tolérance égale à la
autorisé à condition que son étalonnage soit connu.
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 39664977 (F)
c) Si l’on emploi les tubes dans un liquide, la cavitation
Les tubes de Pitot doubles traités dans la présente Norme
due à l’étrave ne doit pas être susceptible de causer une
internationale consistent en une antenne cylindrique
erreur notable dans la mesure de la pression statique
attachée perpendiculairement à une hampe passant
relevée par le tube.
habituellement au travers de la paroi d’une conduite. La
longueur de l’antenne est généralement comprise entre 15
Les orifices de prise de pression statique -doivent
dl
et 25 fois son diamètre.
être :
Dans une ou deux sections le long de l’antenne, tout autour
1) de diamètre inférieur ou égal à If6 mm;
de la circonférence, sont percés des orifices de prise de
pression statique permettant, en l’absence de fuite, le
2) au moins au nombre de six et suffisants pour
transfert de la pression par l’antenne et la hampe jusqu’à un
avoir un amortissement dans le circuit sous pression
point situé en dehors de la conduite.
statique aussi égal que possible à celui qui existe dans
le circuit sous pression totale; si nécessaire, sur des
Un tube plus petit, concentrique à l’antenne et à la hampe,
tubes d’un faible diamètre, les orifices peuvent être
transfère, jusqu’à un point situé en dehors de la conduite, la
répartis dans deux plans;
pression totale exercée au niveau d’un orifice situé face au
sens de l’écoulement, au bout du nez axi-symétrique de
3) placés au moins à six diamètres d’antenne de
l’antenne appelé étrave faisant partie intégrante de
l’étrave;
l’antenne.
4) placés au moins à huit diam ètres d’antenne de
Un index, fixé à l’extrémité de la hampe, facilite
l’axe de la hampe.
l’orientation de l’antenne lorsque celle-ci est cachée par la
e) Si la hampe est évasée pour atteindre un diamètre d’,
paroi de la conduite.
il doit y avoir une longueur d’au moins 7 d’ entre l’axe
de l’antenne et le commencement de l’évasement,
4.2 Critères à remplir par le tube de Pitot
longueur sur laquelle le diamètre de hampe est égal au
diamètre d’antenne.
L’étrave (orifice de prise de pression totale y compris) doit
être concue de telle manière qu’elle réponde aux exigences
f) Le raccordement entre l’antenne et la hampe doit
suivantes :
être soit coudé, soit courbé selon un rayon moyen égal à
3 + Of5 fois le diamètre d’antenne.
a) La réponse de la pression différentielle à l’inclinaison
de l’antenne par rapport à l’écoulement doit satisfaire
g) Un index d’orientation doit être fixé à l’extrémité
à l’une des deux conditions suivantes selon les
de la hampe assez loin de l’antenne pour permettre un
circonstances. Dans les deux cas, il est nécessaire de
alignement et un positionnement précis dans la conduite.
connaître la courbe de réponse du tube de Pitot :
Trois types de tubes de Pitot couramment utilisés et
1) si un alignement précis du tube de Pitot par
satisfaisant à ces critères, sont décrits à titre d’exemple dans
rapport à l’axe de la conduite n’est pas possible mais
l’annexe A.
s’il n’existe pas de giration, la pression différentielle
doit être aussi indépendante que possible d.e
l’inclinaison de l’antenne en écoulement uniforme;’ )
2) si un alignement précis du tube de Pitot par
5 CONDITIONS D’UTILISATION DES TUBES DE PITOT
rapport à l’axe de la conduite est possible, mais s’il
existe des girations, la variation de la pression
5.1 Choix de la section de mesure
différentielle enregistrée par le tube de Pitot en
5.1.1 La section choisie pour effectuer les mesures doit
écoulement uniforme pour une inclinaison p doit être
être située dans un alignement droit et être perpendiculaire
proportionnelle à COS*~~. Si l’alignement de l’antenne
à la direction de l’écoulement. Elle doit être de forme
est parfaitement axial et si l’angle de giration est
inférieur à + 3” la pression différentielle ne doit pas simple, par exemple soit circulaire, soit rectangulaire. Elle
dévier de plus de 1 % par rapport à cette loi. doit être située dans une zone où les vitesses mesurées se
situent dans la gamme normale d’utilisation de l’appareillage
II y a lieu de noter qu’un mauvais alignement et des
employé (voir 5.3.2).
girations peuvent coexister et il importe donc de
chercher à les limiter.
5.1.2 Au voisinage de la section de mesure, l’écoulement
doit être sensiblement parallèle et symétrique par rapport à
b) Les coefficients, pour différents modèles de tubes de
l’axe de la conduite et ne doit présenter ni turbulence
Pitot conformes à une spécification particulière, doivent
excessive ni rotation. La section de mesure doit donc être
être identiques à Of25 % près et le rester pour toute la
choisie suffisamment éloignée de toute singularité qui
durée de service de ces tubes. En cas de doute, un
pourrait créer une dissymétrie, une rotation ou de la
étalonnage individuel de chaque tube de Pitot devrait
turbulence (voir 5.1.4).
être effectué.
permettent une indépendance de la pression différentielle lue à + 1,5 % près jusque vers 14” d’incli-
1) Les tubes de Pitot décrits en annexe A
naison en écoulement u niform e.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 39664977 (F)
égale à 5 fois le diamètre d’une conduite de section
La longueur droite de tuyauterie qui peut être nécessaire
circulaire (ou 20 fois le rayon hydraulique d’une conduite
pour satisfaire à ces conditions varie avec la vitesse de
de section quelconque). De plus, ils ne doivent pas être
l’écoulement, les singularités en amont, le niveau de
placés immédiatement en aval d’une singularité.
turbulence et le degré de giration, s’il en existe.’ )
5.1.3 Bien que des mesures au tube de Pitot en écoulement
5.2.4 Si la répartition des vitesses est trop irrégulière ou
oblique ou convergent doivent autant que possible être
l’écoulement insuffisamment parallèle, mais si l’on a pu
évitées, elles peuvent cependant être pratiquées sous réserve
s’assurer que l’écoulement ne présente pas de rotation, il
que la déviation maximale de l’écoulement par rapport à
est parfois possible d’y remédier à l’aide d’une installation
l’axe du tube de Pitot ne dépasse pas 3”.
provisoire de guidage. Celle-ci comportera une entrée
légèrement convergente raccordée, sans que cela provoque
À titre indicatif, on peut de même considérer qu’une
des décollements, à un tronçon droit dont la longueur sera
rotation est suffisamment faible pour ne pas accroître les
au moins égale à deux fois la plus grande dimension de la
limites de confiance, données dans la présente Norme
conduite.
internationale, sur le débit mesuré si elle se traduit par une
inclinaison des vitesses locales par rapport à l’axe de la
conduite inférieure à 3”.
5.3 Limites d’utilisation
5.1.4 Des explorations prélimina ires doivent être effectuées
5.3.1 Nature du fluide
afin de s’assurer que l’écoulement est régulier
Le fluide doit être continu en phase unique ou doit se
Si ces explorations montrent que l’écoulement n’est pas
comporter comme tel. Les liquides doivent être newtoniens
satisfaisant, on pourra parfois y remédier au moyen de
et ne doivent pas avoir une viscosité ou un comportement
l’un des dispositifs décrits en 5.2.
thixotropique anormal.
Une fois ces dispositifs mis en place, on s’assurera que les
conditions d’écoulement requises pour que la présente
5.3.2 Gamme des vitesses
Norme internationale soit applicable sont satisfaites. Dans
le cas contraire, une exploration plus détaillée de la section Le tube de Pitot ne doit pas être utilisé pour une vitesse
de mesure est nécessaire et l’on se référera alors à un d’écoulement inférieure à celle correspondant à la limite
document distinct qui sera publié ultérieurement. inférieure du nombre de Reynolds (voir 7.1) et pour u
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.