SIST ISO 3354:1997
(Main)Measurement of clean water flow in closed conduits -- Velocity-area method using current-meters in full conduits and under regular flow conditions
Measurement of clean water flow in closed conduits -- Velocity-area method using current-meters in full conduits and under regular flow conditions
The described method is to be used under the following conditions: a) the velocity distribution is regular; b) the fluid is water which is clean or considered to be clean; c) the conduit is full; d) the flow is steady. Deals in particular with the technology and calibration of propeller-type current-meters, the measurement of local velocities and the calculation of the flow-rate by velocity integration.
Mesure de débit d'eau propre dans les conduites fermées -- Méthode d'exploration du champ des vitesses dans les conduites en charge et dans le cas d'un écoulement régulier, au moyen de moulinets
La présente Norme internationale spécifie une méthode de détermination du débit-volume par exploration du champ des vitesses au moyen de moulinets à hélice dans une conduite fermée, dans les conditions suivantes :
a) la répartition des vitesses doit être régulière (voir 6.1.2) ;
b) le fluide doit être de l'eau propre ou considérée comme telle ;
c) la conduite doit être en charge ;
d) le régime doit être permanent.
Elle traite en particulier de la technologie et de l'étalonnage des moulinets, du mesurage des vitesses locales et du calcul du débit par intégration de ces vitesses.
La méthode de mesurage et les prescriptions définies dans la présente Norme internationale visent à obtenir une incertitude (au niveau de probabilité de 95 %) sur le débit au plus égale à ± 2 %, à condition que la correction correspondant à l'effet d'obstruction (voir 6.4.3 et annexe B), ait été apportée. Ceci suppose toutefois que l'écoulement ne présente ni giration ni dissymétrie excessives ; on trouvera en 6.1.2 des critères permettant de juger si l'écoulement est suffisamment régulier pour que la présente Norme internationale soit applicable et que l'incertitude reste dans la gamme requise. Dans le cas contraire, on se réfèrera à l'ISO 7194. Quand certaines conditions mentionnées dans la présente Norme internationale ne sont pas satisfaites, la méthode reste généralement applicable, mais l'incertitude sur le débit est alors plus grande.
Measurement of clean water flow in closed conduits - Velocity-area method using current-meters in full conduits and under regular flow conditions
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL STANDARD
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXAYHAPOaHAFl OPI-AHM3A~Mf7 fl0 CTAH~APTM3A~MM
Measurement of clean water flow in closed conduits -
Velocity-area method using current-meters in full conduits
and under regular flow conditions
Mesure de dkbit d’eau propre dans les conduites fermkes - M&hode d’exploration du champ
des vitesses dans les conduites en Charge et dans le cas d’un koulement rkgulier, au moyen
de mouline ts
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (El
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bedies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental 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. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 3354 was prepared by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 3354 : 1975), of which it
constitutes a technical revision.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless othetwise stated.
0 International Organization for Standardization, 1988
Printed in Switzerland
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (El
Contents
Page
1 Scope and field of application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Field of application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 References. 1
3 Definitions and Symbols. 1
.............................................
3.1 Definitions 1
....................................................
3.2 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
........................................................... 3
4 Principle
4.1 General . 3
4.2 Measurement of the measuring Cross-section . 3
3
4.3 Measurement of local velocities. .
4.4 Location and number of measuring Points in the Cross-section . 4
5 Description of the current-meter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6 Requirements for the use of current-meters . 6
6
6.1 Selection of the measuring Cross-section .
6.2 Devices for improving flow conditions 6
.............................
6.3 Calibration of the current-meter . 7
6.4 Limitsof use . 7
8
6.5 Inspection and maintenance of current-meters .
7 Setting of current-meters into the conduit
.............................. 8
7.1 Setting of current-meters 8
........................................
7.2 Mounting in a circular Cross-section . 8
7.3 Mounting in a rectangular Cross-section 9
...........................
8 Determination of the mean axial fluid velocity by graphical integration of
thevelocityarea . IO
.......................................................
8.1 General 10
8.2 Circular Cross-sections 10
..........................................
8.3 Rectangular Cross-sections 11
......................................
9 Determination of the mean axial fluid velocity by numerical integration of the
velocityarea . 12
9.1 General . 12
9.2 Circular Cross-sections . 12
9.3 Rectangular Cross-sections 12
......................................
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 3354 : 1988 EI
...... 14
IO Determination of the mean axial fluid velocity by arithmetical methods
14
10.1 General .
Log-linear method . 14
i0.2
10.3 Log-Tchebycheff method . 46
11 Uncertainty in the measurement of flow-rate . 17
17
11.1 General .
11.2 Sources of error in local velocity measurements . 17
........................ 17
11.3 Sources of error in estimation of flow-rate.
.......................................... 18
11.4 Propagation of errors
Presentation of results . 18
11.5
11.6 Calculation of uncertainty . 18
Annexes
Measuring sections other than circular or rectangular sections . . . . . . . . . . . . . 21
Corrections for blockage effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Recommendations for the selection of the type of current-meter and
26
mounting strut. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Example of measuring Point distribution along a radius for velocity
measurement in a conduit of circular Cross-section in the case of the
27
graphical and numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Determination of boundary layer coefficient m for extrapolation
nearthewall. 29
30
Definition of terms and procedures used in the uncertainty calculation . . . . . .
32
Student’s t distribution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Examples of values of component uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Example of calculation of the uncertainty in the flow-rate measurement
35
using current-meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
\
Measurement of clean water flow in closed conduits -
Velocity-area method using current-meters in full conduits
and under regular flow conditions
1 Scope and field of application 2 References
ISO 3455, Liquid flow measurement in open channels -
1.1 Scope
Calibra tion o f ro ta ting-elemen t curren t-me ters in straigh t open
This International Standard describes a method for the determi-
tank
nation of the volume flow-rate in a closed conduit by means of
the velocity-area method using propeller-type current-meters
ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits -
under the following conditions :
Vocabulary and s ymbols.
a) the velocity distribution is regular (see 6.1.2);
ISO 5168, Measurement of fluid flow - Estimation of uncer-
tainty of a flow-rate measurement.
b) the fluid is water which is clean or considered to be
clean 1);
ISO 7194, Measurement of fluid flow in closed conduits -
Velocity-area methods of flow measurement in swiring or
c) the conduit is full;
as ymmetric flow conditions in circular ducts b y means of
d) the flow is steady? curren t-me ters or Pito t s ta tic tubes.
lt deals in particular with the technology and calibration of
propeller-type current-meters, the measurement of local veloc-
3 Definitions and Symbols
ities and the calculation of the flow-rate by velocity integration.
3.1 Definitions
1.2 Field of application
For the purposes of this International Standard, the definitions
The method of measurement and the requirements defined in
given in ISO 4006 apply.
this International Standard aim at achieving (at the 95 % con-
fidence level) an uncertainty in flow-rate not greater than
The definitions given here are for terms used with a special
+ - 2 % provided that the correction for blockage effect (see
meaning or for terms the meaning of which might be usefully
6.4.3 and annex B) has been applied.
recalled.
However, this method is valid only if the flow is not affected by
excessive swirl or asymmetry; criteria are given in 6.1.2 so that
3.1.1 current-meter : Device provided with a rotor the rota-
an estimate tan be made of whether or not the flow is regular
tional Speed of which is a function of the local velocity of the
enough for this International Standard to be applicable and
fluid in which the device is immersed.
whether the uncertainty lies within the required range. If not,
reference should be made to ISO 7194.
This International Standard is concerned only with propeller-
In general, if any of the requirements of this International Stan-
type current-meters, i.e. current-meters the rotor of which is a
dard are not fulfilled, this method may still be applied but the Propeller rotating around an axis approximately parallel to the
uncertainty in the flow-rate measurement will be larger.
direction of flow.
Moreover, only circular and rectangular Cross-sections are
NOTE - Obviously this definition does not prohibit the use of self-
specifically dealt with in this International Standard, to cover
compensating propellers (sec 6.1.5), the merit of which is, in particular,
the large majority of practical cases. Nevertheless directions on
that they tan be used at a rather high angle relative to the local direc-
how to proceed for certain other Cross-sections of particular
tion of the flow. However, the use of cup-type current-meters is not
shape are given in annex A.
allowed for the purposes of this International Standard.
1) This method may be applied to other Single-Phase fluids but special precautions should be taken in this case.
2) The steady flows observed in conduits are in practice flows in which quantities such as velocity, pressure, density and temperature vary in time
about mean values independent of time; these are actually “mean steady flows”.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (El
3.1.2 stationary array : Set of current-meters mounted on 3.1.10 regular velocity distribution : Distribution of veloc-
ities which sufficiently approaches a fully developed velocity
one or more fixed supports which Sample simultaneously the
whole measuring Cross-section. distribution to permit an accurate measurement of the flow-rate
to be made.
3.1.3 peripheral flow-rate : The volume flow-rate in the area
located between the pipe wall and the contour defined by the
velocity measuring Points which are closest to the Wall. 3.2 Symbols
Dimen- SI
3.1.4 mean axial fluid velocity : Ratio of the volume flow-
Symbol Quantity
sions unit
rate (the integral over a Cross-section of the conduit of the axial
components of the local fluid velocity) to the’ area of the A Area of the measuring cross- L2 m*
section
measuring Cross-section.
a, a’ Distance along a measuring line L m
in a rectangular Cross-section
3.1.5 relative velocity : Ratio of the flow velocity at the con-
from the extreme measuring
sidered Point to a reference velocity measured at the same
Point to the nearest wall
time, which is either the velocity at a particular Point (for
D Pipe diameter L m
example, at the centre of a circular conduit) or the mean axial
fluid velocity in the measuring section. d Propeller diameter L m
1) 1)
e Uncertainty (absolute value)
3.1.6 straight length : Portion of a conduit whose axis is
1) 1)
Random uncertainty
er
straight, and in which the Cross-sectional area and cross-
1) 1)
Systematic uncertainty
es
sectional shape are constant; the Cross-sectional shape is
- -
E Relative uncertainty
usually circular or rectangular, but could be annular or any
- -
Relative random uncertainty
other regular shape.
Er
- -
Relative systematic uncertainty
Es
3.1.7 irregularity : Any pipe fitting or configuration of a con- Length of the smaller side of
H L m
the Cross-section of a rectan-
duit which renders the conduit different from a straight length
gular conduit
or which produces a considerable differente in wall roughness.
h Distance from a given measur- L m
In the case of the method of measurement described in this
ing Point to the reference Wall,
International Standard, those irregularities which create the
in the direction parallel with the
most serious disturbances are generally bends, valves, gates smaller side of the cross-
section
and sudden widening of the Cross-section.
k Equivalent uniform roughness L m
3.1.8 hydraulic diameter : Diameter equal to four times the
L Length of the larger side of the L m
hydraulic radius, i.e. four times the ratio of the wetted cross- Cross-section of a rectangular
conduit
sectional area to the wetted perimeter. (In a conduit of circular
Cross-section running full, the hydraulic diameter is thus equal
I Distance from a given measur- L m
to the geometric diameter.)
ing Point to the reference Wall,
in the direction parallel with the
larger side of the Cross-section
3.1.9 index of asymmetry (for circular ducts) : Ratio of the
- -
n-7 Boundary layer coefficient
Standard deviation of the mean velocities calculated along each
radius (i.e. along each radial line from the pipe centre to the n Frequency of rotation of a pro-
T-l revls
wall along which velocity measuring positions are located) to peller
-
the mean axial fluid velocity calculated for the Pipe, i.e. -
Number of measuring Points
P
along a radius (circular cross-
section) or a straight line (rec-
m
n
112 tangular Cross-section)
Volume flow-rate L3T -’
(Ui- u)2 m3/s
qv
c
.
R Pipe radius L m
OU, 1 l= 1
-=-
Y=
r Measuring circle radius
u u n-l L m
m
-
-
r* Measuring circle relative radius
r* = L
R
Ui is the mean velocity, calculated, in accordance with the
- -
Re Reynolds number
integration method agreed, from the individual Point vel-
u
Mean axial fluid velocity LT-’ mls
ocity measurements on the ith radius (see 8.2 and 9.2);
u Mean velocity along a measure- LT-’
mls
U is the mean axial fluid velocity calculated from all the ment circumference or line
individual Point velocity measurements throughout the
V Local velocity of the fluid LT-’
mls
Cross-section;
Local velocity of the flu id at the LT-’
mls
VO
the pipe
centre-line of
the number of radii along measurements
n is
-
-
Y Index of asymmetry of the flow
made
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (EI
For this method, the measuring Points may be located at
Dimen-
SI
whichever positions are required in Order to obtain a satisfac-
Symbol Quantity
sions unit
tory knowledge of the velocity Profile.
Distance from a measuring L
Y m
Point to the nearest wall
4.1.2 Numerital integration of the velocity area
-
Relative interval between two -
Y”
(see clause 9)
measuring Points
The only differente between this method and the previous
Ii - Ii- 1
y* = ~
method (4.1.1) lies in the fact that the graphical velocity Profile
L
is replaced by an algebraic curve and the integration is carried
-
Polar angle of a measuring rad
out mathematically.
Point (in a circular cross-
section)
Universal coefficient for pipe - - 4.1.3 Arithmetical methods (sec clause IO)
head loss
The arithmetical methods assume that the velocity distribution
1) The dimensions and units are those of the quantity to which the
follows a particular law; the mean velocity in the conduit is then
Symbol refers.
given by a linear combination of the individual velocities
measured at the Iocations specified by the method.
4 Principle For the arithmetical methods described in clause 10, the
assumption is made that in the peripheral zone the velocity
distribution follows a logarithmic law as a function of the
4.1 General
distance from the Wall.
The principle of the method consists of
a) measuring the dimensions of the measuring section,
4.2 Measurement of the measuring Cross-section
which shall be Chosen to be normal to the conduit axis; this
measurement is for defining the area of the Cross-section
4.2.1 Circular Cross-sections
(sec 4.2);
The mean diameter of the conduit is taken as equal to the
b) defining the Position of the measuring Points in this
arithmetical mean of measurements carried out on at least four
Cross-section, where the number of measuring Points shall
diameters which are at approximately equal angles to one
be sufficient to permit adequate determination of the vel-
another in the measuring section. If the differente between the
ocity distribution (see 4.3);
lengths of two consecutive diameters is greater than 0,5 %, the
c) measuring the axial component of the velocity at these
number of measured diameters shall be doubled.
measuring Points;
4.2.2 Rectangular Cross-sections
d) determining the mean axial fluid velocity from the
preceding measurements;
The smaller side and larger side of the conduit shall both be
e) calculating the volume flow-rate, which is equal to the
measured at least on each straight line passing through the
product of the Cross-sectional area and the mean axial fluid measuring Points. If the differente between the widths (or
velocity.
heights) corresponding to two successive measuring lines is
greater than 1 %, the number of measured widths (or heights)
However, for certain Cross-sections of particular shape, the
shall be doubled.
treatment of the measurement leads directly to the flow-rate
determination without a preliminary calculation of the cross-
sectional area and mean axial fluid velocity (sec annex A).
4.3 Measurement of local velocities
The error resulting from the use of the velocity-area method is
4.3.1 General
dependent, among other factors, on the shape of the velocity
Profile and on the number and Position of the measuring
The flow velocity at a Point of the measuring section is deter-
Points.
mined by measuring the rotational Speed of a current-meter
placed at that Point and by entering this value in the calibration
This International Standard presents three methods for deter-
equation of the current-meter.
mining the mean axial fluid velocity as follows.
The current-meter rotational Speed may be obtained
4.1.1 Graphical integration of the velocity area
(sec clause 8) -
either by counting the number of Propeller rotations
which occur within a pre-determined period,
This method consists of plotting the velocity Profile on a graph
-
and evaluating the area under the curve which is bounded by
or by measuring the time required by the Propeller to
the measuring Points closest to the Wall. To the value thus
perform a specified number of rotations.
obtained is added a term representing the peripheral flow-rate
(sec 3.1.3) which is calculated on the assumption that the
Another method that may be used is that whereby the velocity
velocity Profile in this zone satisfies a power law. is determined by direct measurement of the Signal frequency.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 3354 : 1988 EI
For both methods, various measuring Points in the cross-
4.3.4 Checking the velocity distribution
section may be explored simultaneously or successively (see
4.3.2 and 4.3.3). . Even when the mean axial fluid velocity is calculated by a
method which does not require plotting of the velocity Profile,
it is recommended, in Order to be confident that the velocity
4.3.2 Simultaneous measurements
distribution is regular, that this plotting be carried out, or at
When several current-meters are used simultaneously, the least that its regularity be checked by some other means.
method by measuring the time requires more sophisticated
In the same way, when several measurements are made on the
counting equipment than the method by counting the number
same Cross-section at different flow-rates, it is recommended
of revolutions, but it is more accurate. The latter method may
that the velocity profiles be plotted in a non-dimensional man-
actually lead to an error since if a time interval is chosen, it may
ner [i.e. by using the relative velocities (sec 3.1.5)] to check
not correspond to a whole number of rotations.
their consistency with one another and hence to ensure that
As local velocities are generally subject to long-term fluctu-
there are no abnormal features at particular flow-rates (thus,
ations, it is necessaty to provide a sufficient period of measure-
the profiles shall not Change erratically as the flow-rate varies
ment for determining the mean velocity correctly. This period
over a wide range of Reynolds numbers).
of time may be determined by measuring the same flow-rate
during gradually increasing intervals of time. The time of
lt may also be useful to plot the velocity distribution curves as
measurement t to be adopted shall be such that the values of indicated above in Order to detect any error in the measurement
the mean velocity in the Cross-section, obtained for measuring
of a local velocity. The doubtful measurement shall be repeated
times equal to t and t + At, shall not vary by more than x %. whenever possible; when this cannot be done, it shall be re-
For example, At could be about 30 s and x could be Chosen jected and the velocity Profile drawn on the basis of the remain-
equal to 0,l %. Time t may vary according to the mean fluid ing data, provided that there are independent reasons for
velocity.
believing that the doubtful measurement is false.
4.3.3 Non-simultaneous measurements
4.4 Location and number of measuring Points in
the Cross-section
In cases where all velocity measurement Points are not sampled
simultaneously, it is essential that the shape of the velocity pro-
file in the measuring Cross-section remain stable and be un- 4.4.1 General
affected by possible variations in the flow-rate during the
The location of the measuring Points depends on the method
measuring period. The steadiness of flow-rate shall then be
checked and Point velocities possibly corrected by means of a Chosen to calculate the flow-rate. The rules relating to the
continuous measurement, during the whole duration of gaug- methods specified in this International Standard are given in
clauses 8, 9 and 10.
ing, of the velocity at a reference Point.
If only one measuring device is available, the steadiness of the
Whatever the method, the following dimensional rules shall be
flow-rate shall be checked by frequently repeating measure-
complied with :
ments at the reference Point.
-
the minimum distance between the current-meter axis
However, it must be emphasized that velocity Profile fluctu-
and the wall shall be 0,75d;
ations do not necessarily create flow-rate fluctuations. In such
a case the use of a reference Point velocity may lead to errors
-
the minimum distance between the axes of two
and it is preferable to check that the flow-rate is steady by
current-meters shall be ld1 + d2)/2 + 0,03 m, where d,
means of any pressure-differente device (e.g. standardized or
and d2 are the outside diameters of the propellers of the
non-standardized pressure-differente flow-meter, a piezo-
current-meters.
metric control on a convergence, a device on a bend, a spiral
casing, a device for indicating a peculiar pressure loss, etc.)
NOTE - d, and d2 are usually equal, but it may be useful to set
even if it is not calibrated provided that its reliability and ade-
current-meters having propellers smaller in diameter than those used at
quate sensitivity have been ascertained.
other locations in the Cross-section in the vicinity of the Wall to explore
best the flow Pattern in this area (sec clause 8).
When the curve of the reference velocity Vr has been plotted
against time, this curve is used to relate all velocity
The location of any current-meter shall be measured to the
measurements to the same reference flow-rate qo (preferably
smaller of the followi ng two uncertainties :
that which corresponds to the mean of the reference velocity
measurements). For comparatively small changes in the
+ 0,001 L, where L is the dimension of the conduit parallel
reference velocity, the velocity Vi,t measured at any Point at
to the direction of measurement of the current-meter pos-
time t tan be corrected by multiplying by the ratio of the
ition;
reference velocity vr, o corresponding to the flow-rate qo to
reference velocity Vr,f at time t :
+ 0,02y, where y is the distance of the current-meter from
the nearest Wall.
vr 0
I
vi,O = Vi,t x
The minimum number of measuring Points, applying in par-
vr,t
ticular to small-dimension conduits, is prescribed in 4.4.2 and
where Vi 0
is the velocity at Point i to be used for the inte- 4.4.3. As it is necessary that the velocity Profile be known as
gration. ’
accurately as possible, it may be advantageous to increase the
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (El
number of measuring Points provided that this is allowed by the Table 1 - The minimum Reynolds
number as a function of the universal
requirements given above and that it does not Cause notable
coefficient for pipe head loss, A
blockage effects (sec 6.4.3).
When a Single current-meter is traversed across a conduit, it is
A.
ReD
first necessary to determine the distance between a reference
104
Point (from which each Position is measured) and the wall of > 0,03
the duct. This may introduce a relatively large systematic error
0,025 3 x 104
in all Position measurements. In such circumstances it is
0,02 105
recommended, in the case of a circular Cross-section conduit,
that complete diameters be traversed (rather than opposite radii
0,Ol 106
on each diameter) since the systematic error will then tend to
cancel out on the two halves of the traverse. However,
blockage and Vibration Problems may be more severe when a
4.4.3 Rectangular Cross-sections
complete diameter is traversed.
The minimum number of measuring Points shall be 25. Unless a
special layout of measuring Points is adopted for the use of an
4.4.2 Circular Cross-sections
arithmetical method, their Position shall be defined by the
intersections of at least five straight lines running parallel to
The measuring Points on circular Cross-sections shall be
each of the boundaries of the Cross-section.
located at every Point of intersection between a given number
of circles concentric with the pipe axis and a given number of
NOTE - When the measurements are carried out by means of a sta-
diameters at equal angular spacing.
tionary array, reference should be made to 6.4.4 for the minimum
dimensions of conduits in which this method tan be applied; but in any
The minimum numbers recommended in the scope of this
case the general requirements given in 4.4.1 on the minimum distance
International Standard are three circles and two mutually
between two current-meters prohibit the use of a stationary array in
perpendicular diameters (see note 2) so that the minimum
conduits the smaller dimension of which is less than 5,5 d + 0,12 m.
number of measuring Points in the Cross-section is 12. An
additional measuring Point at the centre of the conduit is desir-
able to check the shape of the velocity Profile.
5 Description of the current-meter
However, this minimum number is acceptable only if one of the
following conditions is fulfilled :
A propeller-type current-meter consists of a Propeller, an axis
of rotation, bearings and the current-meter body with the
-
if it is known that the velocity distribution is very nearly
counting device.
axisymmetrical, which is checked either by examining the
layout of the pipe or by measurements previously carried
out in the same Cross-section, or Esch current-meter may be fitted with different types of pro-
peller (i.e. of different pitch, diameter, etc.). Propellers may
-
if the use of a higher number of diameters results in a have two or more blades and may be manufactured out of
metal or plastic material.
prohibitive blockage of the measuring section (see 6.4. 3).
If neither of these conditions is fulfilled, the velocity distribution
Current-meters for site measurements shall be manufactured
shall be scanned more closely, for instance by increasing to
out of non-corrosive material only or shall be effectively pro-
three the number of diameters. lt should be noted indeed that
tected against corrosion. They shall be of sufficiently sturdy
in general the uncertainty in flow measurement is reduced more
construction for their calibration to remain valid under normal
by increasing the number of radii along which measurements
field operating conditions.
are made than by increasing the number of Points per radius;
nevertheless, there is little advantage in exceeding four
Components shall be interchangeable to allow easy replace-
diameters.
ment of worn or damaged Parts, but this replacement shall not
increase the uncertainty in the me
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 3354:1997
01-september-1997
Measurement of clean water flow in closed conduits - Velocity-area method using
current-meters in full conduits and under regular flow conditions
Measurement of clean water flow in closed conduits -- Velocity-area method using
current-meters in full conduits and under regular flow conditions
Mesure de débit d'eau propre dans les conduites fermées -- Méthode d'exploration du
champ des vitesses dans les conduites en charge et dans le cas d'un écoulement
régulier, au moyen de moulinets
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 3354:1988
ICS:
17.120.10 Pretok v zaprtih vodih Flow in closed conduits
SIST ISO 3354:1997 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
INTERNATIONAL STANDARD
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXAYHAPOaHAFl OPI-AHM3A~Mf7 fl0 CTAH~APTM3A~MM
Measurement of clean water flow in closed conduits -
Velocity-area method using current-meters in full conduits
and under regular flow conditions
Mesure de dkbit d’eau propre dans les conduites fermkes - M&hode d’exploration du champ
des vitesses dans les conduites en Charge et dans le cas d’un koulement rkgulier, au moyen
de mouline ts
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 (El
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bedies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental 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. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 3354 was prepared by Technical Committee ISO/TC 30,
Measurement of fluid flow in closed conduits.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 3354 : 1975), of which it
constitutes a technical revision.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless othetwise stated.
0 International Organization for Standardization, 1988
Printed in Switzerland
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 (El
Contents
Page
1 Scope and field of application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Field of application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 References. 1
3 Definitions and Symbols. 1
.............................................
3.1 Definitions 1
....................................................
3.2 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
........................................................... 3
4 Principle
4.1 General . 3
4.2 Measurement of the measuring Cross-section . 3
3
4.3 Measurement of local velocities. .
4.4 Location and number of measuring Points in the Cross-section . 4
5 Description of the current-meter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6 Requirements for the use of current-meters . 6
6
6.1 Selection of the measuring Cross-section .
6.2 Devices for improving flow conditions 6
.............................
6.3 Calibration of the current-meter . 7
6.4 Limitsof use . 7
8
6.5 Inspection and maintenance of current-meters .
7 Setting of current-meters into the conduit
.............................. 8
7.1 Setting of current-meters 8
........................................
7.2 Mounting in a circular Cross-section . 8
7.3 Mounting in a rectangular Cross-section 9
...........................
8 Determination of the mean axial fluid velocity by graphical integration of
thevelocityarea . IO
.......................................................
8.1 General 10
8.2 Circular Cross-sections 10
..........................................
8.3 Rectangular Cross-sections 11
......................................
9 Determination of the mean axial fluid velocity by numerical integration of the
velocityarea . 12
9.1 General . 12
9.2 Circular Cross-sections . 12
9.3 Rectangular Cross-sections 12
......................................
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 EI
...... 14
IO Determination of the mean axial fluid velocity by arithmetical methods
14
10.1 General .
Log-linear method . 14
i0.2
10.3 Log-Tchebycheff method . 46
11 Uncertainty in the measurement of flow-rate . 17
17
11.1 General .
11.2 Sources of error in local velocity measurements . 17
........................ 17
11.3 Sources of error in estimation of flow-rate.
.......................................... 18
11.4 Propagation of errors
Presentation of results . 18
11.5
11.6 Calculation of uncertainty . 18
Annexes
Measuring sections other than circular or rectangular sections . . . . . . . . . . . . . 21
Corrections for blockage effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Recommendations for the selection of the type of current-meter and
26
mounting strut. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Example of measuring Point distribution along a radius for velocity
measurement in a conduit of circular Cross-section in the case of the
27
graphical and numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Determination of boundary layer coefficient m for extrapolation
nearthewall. 29
30
Definition of terms and procedures used in the uncertainty calculation . . . . . .
32
Student’s t distribution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Examples of values of component uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Example of calculation of the uncertainty in the flow-rate measurement
35
using current-meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
\
Measurement of clean water flow in closed conduits -
Velocity-area method using current-meters in full conduits
and under regular flow conditions
1 Scope and field of application 2 References
ISO 3455, Liquid flow measurement in open channels -
1.1 Scope
Calibra tion o f ro ta ting-elemen t curren t-me ters in straigh t open
This International Standard describes a method for the determi-
tank
nation of the volume flow-rate in a closed conduit by means of
the velocity-area method using propeller-type current-meters
ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits -
under the following conditions :
Vocabulary and s ymbols.
a) the velocity distribution is regular (see 6.1.2);
ISO 5168, Measurement of fluid flow - Estimation of uncer-
tainty of a flow-rate measurement.
b) the fluid is water which is clean or considered to be
clean 1);
ISO 7194, Measurement of fluid flow in closed conduits -
Velocity-area methods of flow measurement in swiring or
c) the conduit is full;
as ymmetric flow conditions in circular ducts b y means of
d) the flow is steady? curren t-me ters or Pito t s ta tic tubes.
lt deals in particular with the technology and calibration of
propeller-type current-meters, the measurement of local veloc-
3 Definitions and Symbols
ities and the calculation of the flow-rate by velocity integration.
3.1 Definitions
1.2 Field of application
For the purposes of this International Standard, the definitions
The method of measurement and the requirements defined in
given in ISO 4006 apply.
this International Standard aim at achieving (at the 95 % con-
fidence level) an uncertainty in flow-rate not greater than
The definitions given here are for terms used with a special
+ - 2 % provided that the correction for blockage effect (see
meaning or for terms the meaning of which might be usefully
6.4.3 and annex B) has been applied.
recalled.
However, this method is valid only if the flow is not affected by
excessive swirl or asymmetry; criteria are given in 6.1.2 so that
3.1.1 current-meter : Device provided with a rotor the rota-
an estimate tan be made of whether or not the flow is regular
tional Speed of which is a function of the local velocity of the
enough for this International Standard to be applicable and
fluid in which the device is immersed.
whether the uncertainty lies within the required range. If not,
reference should be made to ISO 7194.
This International Standard is concerned only with propeller-
In general, if any of the requirements of this International Stan-
type current-meters, i.e. current-meters the rotor of which is a
dard are not fulfilled, this method may still be applied but the Propeller rotating around an axis approximately parallel to the
uncertainty in the flow-rate measurement will be larger.
direction of flow.
Moreover, only circular and rectangular Cross-sections are
NOTE - Obviously this definition does not prohibit the use of self-
specifically dealt with in this International Standard, to cover
compensating propellers (sec 6.1.5), the merit of which is, in particular,
the large majority of practical cases. Nevertheless directions on
that they tan be used at a rather high angle relative to the local direc-
how to proceed for certain other Cross-sections of particular
tion of the flow. However, the use of cup-type current-meters is not
shape are given in annex A.
allowed for the purposes of this International Standard.
1) This method may be applied to other Single-Phase fluids but special precautions should be taken in this case.
2) The steady flows observed in conduits are in practice flows in which quantities such as velocity, pressure, density and temperature vary in time
about mean values independent of time; these are actually “mean steady flows”.
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 (El
3.1.2 stationary array : Set of current-meters mounted on 3.1.10 regular velocity distribution : Distribution of veloc-
ities which sufficiently approaches a fully developed velocity
one or more fixed supports which Sample simultaneously the
whole measuring Cross-section. distribution to permit an accurate measurement of the flow-rate
to be made.
3.1.3 peripheral flow-rate : The volume flow-rate in the area
located between the pipe wall and the contour defined by the
velocity measuring Points which are closest to the Wall. 3.2 Symbols
Dimen- SI
3.1.4 mean axial fluid velocity : Ratio of the volume flow-
Symbol Quantity
sions unit
rate (the integral over a Cross-section of the conduit of the axial
components of the local fluid velocity) to the’ area of the A Area of the measuring cross- L2 m*
section
measuring Cross-section.
a, a’ Distance along a measuring line L m
in a rectangular Cross-section
3.1.5 relative velocity : Ratio of the flow velocity at the con-
from the extreme measuring
sidered Point to a reference velocity measured at the same
Point to the nearest wall
time, which is either the velocity at a particular Point (for
D Pipe diameter L m
example, at the centre of a circular conduit) or the mean axial
fluid velocity in the measuring section. d Propeller diameter L m
1) 1)
e Uncertainty (absolute value)
3.1.6 straight length : Portion of a conduit whose axis is
1) 1)
Random uncertainty
er
straight, and in which the Cross-sectional area and cross-
1) 1)
Systematic uncertainty
es
sectional shape are constant; the Cross-sectional shape is
- -
E Relative uncertainty
usually circular or rectangular, but could be annular or any
- -
Relative random uncertainty
other regular shape.
Er
- -
Relative systematic uncertainty
Es
3.1.7 irregularity : Any pipe fitting or configuration of a con- Length of the smaller side of
H L m
the Cross-section of a rectan-
duit which renders the conduit different from a straight length
gular conduit
or which produces a considerable differente in wall roughness.
h Distance from a given measur- L m
In the case of the method of measurement described in this
ing Point to the reference Wall,
International Standard, those irregularities which create the
in the direction parallel with the
most serious disturbances are generally bends, valves, gates smaller side of the cross-
section
and sudden widening of the Cross-section.
k Equivalent uniform roughness L m
3.1.8 hydraulic diameter : Diameter equal to four times the
L Length of the larger side of the L m
hydraulic radius, i.e. four times the ratio of the wetted cross- Cross-section of a rectangular
conduit
sectional area to the wetted perimeter. (In a conduit of circular
Cross-section running full, the hydraulic diameter is thus equal
I Distance from a given measur- L m
to the geometric diameter.)
ing Point to the reference Wall,
in the direction parallel with the
larger side of the Cross-section
3.1.9 index of asymmetry (for circular ducts) : Ratio of the
- -
n-7 Boundary layer coefficient
Standard deviation of the mean velocities calculated along each
radius (i.e. along each radial line from the pipe centre to the n Frequency of rotation of a pro-
T-l revls
wall along which velocity measuring positions are located) to peller
-
the mean axial fluid velocity calculated for the Pipe, i.e. -
Number of measuring Points
P
along a radius (circular cross-
section) or a straight line (rec-
m
n
112 tangular Cross-section)
Volume flow-rate L3T -’
(Ui- u)2 m3/s
qv
c
.
R Pipe radius L m
OU, 1 l= 1
-=-
Y=
r Measuring circle radius
u u n-l L m
m
-
-
r* Measuring circle relative radius
r* = L
R
Ui is the mean velocity, calculated, in accordance with the
- -
Re Reynolds number
integration method agreed, from the individual Point vel-
u
Mean axial fluid velocity LT-’ mls
ocity measurements on the ith radius (see 8.2 and 9.2);
u Mean velocity along a measure- LT-’
mls
U is the mean axial fluid velocity calculated from all the ment circumference or line
individual Point velocity measurements throughout the
V Local velocity of the fluid LT-’
mls
Cross-section;
Local velocity of the flu id at the LT-’
mls
VO
the pipe
centre-line of
the number of radii along measurements
n is
-
-
Y Index of asymmetry of the flow
made
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 (EI
For this method, the measuring Points may be located at
Dimen-
SI
whichever positions are required in Order to obtain a satisfac-
Symbol Quantity
sions unit
tory knowledge of the velocity Profile.
Distance from a measuring L
Y m
Point to the nearest wall
4.1.2 Numerital integration of the velocity area
-
Relative interval between two -
Y”
(see clause 9)
measuring Points
The only differente between this method and the previous
Ii - Ii- 1
y* = ~
method (4.1.1) lies in the fact that the graphical velocity Profile
L
is replaced by an algebraic curve and the integration is carried
-
Polar angle of a measuring rad
out mathematically.
Point (in a circular cross-
section)
Universal coefficient for pipe - - 4.1.3 Arithmetical methods (sec clause IO)
head loss
The arithmetical methods assume that the velocity distribution
1) The dimensions and units are those of the quantity to which the
follows a particular law; the mean velocity in the conduit is then
Symbol refers.
given by a linear combination of the individual velocities
measured at the Iocations specified by the method.
4 Principle For the arithmetical methods described in clause 10, the
assumption is made that in the peripheral zone the velocity
distribution follows a logarithmic law as a function of the
4.1 General
distance from the Wall.
The principle of the method consists of
a) measuring the dimensions of the measuring section,
4.2 Measurement of the measuring Cross-section
which shall be Chosen to be normal to the conduit axis; this
measurement is for defining the area of the Cross-section
4.2.1 Circular Cross-sections
(sec 4.2);
The mean diameter of the conduit is taken as equal to the
b) defining the Position of the measuring Points in this
arithmetical mean of measurements carried out on at least four
Cross-section, where the number of measuring Points shall
diameters which are at approximately equal angles to one
be sufficient to permit adequate determination of the vel-
another in the measuring section. If the differente between the
ocity distribution (see 4.3);
lengths of two consecutive diameters is greater than 0,5 %, the
c) measuring the axial component of the velocity at these
number of measured diameters shall be doubled.
measuring Points;
4.2.2 Rectangular Cross-sections
d) determining the mean axial fluid velocity from the
preceding measurements;
The smaller side and larger side of the conduit shall both be
e) calculating the volume flow-rate, which is equal to the
measured at least on each straight line passing through the
product of the Cross-sectional area and the mean axial fluid measuring Points. If the differente between the widths (or
velocity.
heights) corresponding to two successive measuring lines is
greater than 1 %, the number of measured widths (or heights)
However, for certain Cross-sections of particular shape, the
shall be doubled.
treatment of the measurement leads directly to the flow-rate
determination without a preliminary calculation of the cross-
sectional area and mean axial fluid velocity (sec annex A).
4.3 Measurement of local velocities
The error resulting from the use of the velocity-area method is
4.3.1 General
dependent, among other factors, on the shape of the velocity
Profile and on the number and Position of the measuring
The flow velocity at a Point of the measuring section is deter-
Points.
mined by measuring the rotational Speed of a current-meter
placed at that Point and by entering this value in the calibration
This International Standard presents three methods for deter-
equation of the current-meter.
mining the mean axial fluid velocity as follows.
The current-meter rotational Speed may be obtained
4.1.1 Graphical integration of the velocity area
(sec clause 8) -
either by counting the number of Propeller rotations
which occur within a pre-determined period,
This method consists of plotting the velocity Profile on a graph
-
and evaluating the area under the curve which is bounded by
or by measuring the time required by the Propeller to
the measuring Points closest to the Wall. To the value thus
perform a specified number of rotations.
obtained is added a term representing the peripheral flow-rate
(sec 3.1.3) which is calculated on the assumption that the
Another method that may be used is that whereby the velocity
velocity Profile in this zone satisfies a power law. is determined by direct measurement of the Signal frequency.
3
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 EI
For both methods, various measuring Points in the cross-
4.3.4 Checking the velocity distribution
section may be explored simultaneously or successively (see
4.3.2 and 4.3.3). . Even when the mean axial fluid velocity is calculated by a
method which does not require plotting of the velocity Profile,
it is recommended, in Order to be confident that the velocity
4.3.2 Simultaneous measurements
distribution is regular, that this plotting be carried out, or at
When several current-meters are used simultaneously, the least that its regularity be checked by some other means.
method by measuring the time requires more sophisticated
In the same way, when several measurements are made on the
counting equipment than the method by counting the number
same Cross-section at different flow-rates, it is recommended
of revolutions, but it is more accurate. The latter method may
that the velocity profiles be plotted in a non-dimensional man-
actually lead to an error since if a time interval is chosen, it may
ner [i.e. by using the relative velocities (sec 3.1.5)] to check
not correspond to a whole number of rotations.
their consistency with one another and hence to ensure that
As local velocities are generally subject to long-term fluctu-
there are no abnormal features at particular flow-rates (thus,
ations, it is necessaty to provide a sufficient period of measure-
the profiles shall not Change erratically as the flow-rate varies
ment for determining the mean velocity correctly. This period
over a wide range of Reynolds numbers).
of time may be determined by measuring the same flow-rate
during gradually increasing intervals of time. The time of
lt may also be useful to plot the velocity distribution curves as
measurement t to be adopted shall be such that the values of indicated above in Order to detect any error in the measurement
the mean velocity in the Cross-section, obtained for measuring
of a local velocity. The doubtful measurement shall be repeated
times equal to t and t + At, shall not vary by more than x %. whenever possible; when this cannot be done, it shall be re-
For example, At could be about 30 s and x could be Chosen jected and the velocity Profile drawn on the basis of the remain-
equal to 0,l %. Time t may vary according to the mean fluid ing data, provided that there are independent reasons for
velocity.
believing that the doubtful measurement is false.
4.3.3 Non-simultaneous measurements
4.4 Location and number of measuring Points in
the Cross-section
In cases where all velocity measurement Points are not sampled
simultaneously, it is essential that the shape of the velocity pro-
file in the measuring Cross-section remain stable and be un- 4.4.1 General
affected by possible variations in the flow-rate during the
The location of the measuring Points depends on the method
measuring period. The steadiness of flow-rate shall then be
checked and Point velocities possibly corrected by means of a Chosen to calculate the flow-rate. The rules relating to the
continuous measurement, during the whole duration of gaug- methods specified in this International Standard are given in
clauses 8, 9 and 10.
ing, of the velocity at a reference Point.
If only one measuring device is available, the steadiness of the
Whatever the method, the following dimensional rules shall be
flow-rate shall be checked by frequently repeating measure-
complied with :
ments at the reference Point.
-
the minimum distance between the current-meter axis
However, it must be emphasized that velocity Profile fluctu-
and the wall shall be 0,75d;
ations do not necessarily create flow-rate fluctuations. In such
a case the use of a reference Point velocity may lead to errors
-
the minimum distance between the axes of two
and it is preferable to check that the flow-rate is steady by
current-meters shall be ld1 + d2)/2 + 0,03 m, where d,
means of any pressure-differente device (e.g. standardized or
and d2 are the outside diameters of the propellers of the
non-standardized pressure-differente flow-meter, a piezo-
current-meters.
metric control on a convergence, a device on a bend, a spiral
casing, a device for indicating a peculiar pressure loss, etc.)
NOTE - d, and d2 are usually equal, but it may be useful to set
even if it is not calibrated provided that its reliability and ade-
current-meters having propellers smaller in diameter than those used at
quate sensitivity have been ascertained.
other locations in the Cross-section in the vicinity of the Wall to explore
best the flow Pattern in this area (sec clause 8).
When the curve of the reference velocity Vr has been plotted
against time, this curve is used to relate all velocity
The location of any current-meter shall be measured to the
measurements to the same reference flow-rate qo (preferably
smaller of the followi ng two uncertainties :
that which corresponds to the mean of the reference velocity
measurements). For comparatively small changes in the
+ 0,001 L, where L is the dimension of the conduit parallel
reference velocity, the velocity Vi,t measured at any Point at
to the direction of measurement of the current-meter pos-
time t tan be corrected by multiplying by the ratio of the
ition;
reference velocity vr, o corresponding to the flow-rate qo to
reference velocity Vr,f at time t :
+ 0,02y, where y is the distance of the current-meter from
the nearest Wall.
vr 0
I
vi,O = Vi,t x
The minimum number of measuring Points, applying in par-
vr,t
ticular to small-dimension conduits, is prescribed in 4.4.2 and
where Vi 0
is the velocity at Point i to be used for the inte- 4.4.3. As it is necessary that the velocity Profile be known as
gration. ’
accurately as possible, it may be advantageous to increase the
4
---------------------- Page: 10 ----------------------
SIST ISO 3354:1997
ISO 3354 : 1988 (El
number of measuring Points provided that this is allowed by the Table 1 - The minimum Reynolds
number as a function of the universal
requirements given above and that it does not Cause notable
coefficient for pipe head loss, A
blockage effects (sec 6.4.3).
When a Single current-meter is traversed across a conduit, it is
A.
ReD
first necessary to determine the distance between a reference
104
Point (from which each Position is measured) and the wall of > 0,03
the duct. This may introduce a relatively large systematic error
0,025 3 x 104
in all Position measurements. In such circumstances it is
0,02 105
recommended, in the case of a circular Cross-section conduit,
that complete diameters be traversed (rather than opposite radii
0,Ol 106
on each diameter) since the systematic error will then tend to
cancel out on the two halves of the traverse. However,
blockage and Vibration Problems may be more severe when a
4.4.3 Rectangular Cross-sections
complete diameter is traversed.
The minimum number of measuring Points shall be 25. Unless a
special layout of measuring Points is adopted for the use of an
4.4.2 Circular Cross-sections
arithmetical method, their Position shall be defined by the
intersections of at least five straight lines running parallel to
The measuring Points on circular Cross-sections shall be
each of the boundaries of the Cross-section.
located at every Point of intersection between a given number
of circles concentric with the pipe axis and a given number of
NOTE - When the measurements are carried out by means of a sta-
diameters at equal angular spacing.
tionary array, reference should be made to 6.4.4 for the minimum
dimensions of conduits in which this method tan be applied; but in any
The minimum numbers recommended in the scope of this
case the general requirements given in 4.4.1 on the minimum distance
International Standard are three circles and two mutually
between two current-meters prohibit the use of a stationary array in
perpendicular diameters (see note 2) so that the minimum
conduits the smaller dimension of which is less than 5,5 d + 0,12 m.
number of measuring Points in the Cross-section is 12. An
additional measuring Point at the centre of the conduit is desir-
able to check the shape of the velocity Profile.
5 Description of the current-meter
However, this minimum number is acceptable only if one of the
following conditions is fulfilled :
A propeller-type current-meter consists of a Propeller, an axis
of rotation, bearings and the current-meter body with the
-
if it is known that the velocity distribution is very nearly
counting device.
axisymmetrical, which is checked either by examining the
layout of the pipe or by measurements previously carried
out in the same Cross-section, or Esch current-meter may be fitted with different types of pro-
peller (i.e. of different pitch, diameter, et
...
ISO
NORME INTERNATIONALE
3354
Deuxième édition
1988-07-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXflYHAPOflHAR OPt-AHM3AL(MR Il0 CTAHJJAPTM3A~MM
Mesure de débit d’eau propre dans les conduites
fermées - Méthode d’exploration du champ des
vitesses dans les conduites en charge et dans le cas *
d’un écoulement régulier, au moyen de moulinets
Measurement of clean water flow in closed conduits - Velocity-area method using
cuvent-meters in full conduits and under regular flow conditions
Numéro de référence
ISO 3354: 1988 (F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO3354:1988(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fhdération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéresse par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sontapprouvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 Y6 au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 3354 a été élabor6e par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de dhbit des fluides dans les conduites fermées.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 3354 : 19751, dont
elle constitue une révision technique.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la dernière Adition.
@ Organisation internationale de normalisation, 1988
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IsO3354:1988 (FI
Sommaire
Page
........................................
Objet et domaine d’application
1.1 Objet .
..........................................
1.2 Domaine d’application
.
1
Références .
1
..............................................
Définitions et symboles
..................... 1
.............................. i
3.1 Définitions
2
3.2 Symboles. .
Principe .
....................................................
4.1 Généralités
...............................
4.2 Mesurage de la section de jaugeage
....................................
4.3 Mesurage des vitesses locales
.......
4.4 Emplacement et nombre de points de mesurage dans la section
.............................................. 5
Description du moulinet.
..................................
Conditions d’utilisation des moulinets
..................................
6.1 Choix de la section de mesurage
......................
6.2 Dispositifs pour l’amélioration de l’écoulement
.........................................
6.3 Étalonnage du moulinet
.............................................
6.4 Limites d’utilisation
.................................
6.5 Contrôle et entretien du moulinet
...........................
Mise en place des moulinets dans la conduite.
.....................................
7.1 Mise en place des moulinets.
....................................
7.2 Montage en section circulaire
.................................
7.3 Montage en section rectangulaire
Détermination de la vitesse débitante par intégration graphique du champ
10
......................................................
desvitesses.
10
....................................................
8.1 Généralités
............................................. 10
8.2 Sections circulaires
11
.........................................
8.3 Sections rectangulaires.
Détermination de la vitesse débitante par intégration numérique du champ
12
desvitesses. .
12
9.1 Généralités .
12
.............................................
9.2 Sections circulaires
......................................... 12
9.3 Sections rectangulaires.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO3354A988 (FI
.......
10 Détermination de la vitesse débitante par les méthodes arithmétiques 14
10.1 Géneralités . 14
10.2 Methode log-linéaire . 14
16
10.3 Méthode log-Tchebycheff .
11 Incertitude sur la mesure de débit . 17
11.1 Généralités . 17
11.2 Sources d’erreur dans la mesure des vitesses locales . 17
11.3 Sources d’erreur sur l’estimation du débit . 17
11.4 Composition des erreurs. . 18
11.5 Présentation des résultats. . 18
18
11.6 Calcul de l’incertitude .
Annexes
Sections de mesurage de formes autres que circulaires et rectangulaires . . . . . 21
Corrections à apporter pour l’effet d’obstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Recommandations pour le choix du type de moulinet et de perche-support. . . 26
Exemple de répartition des points de mesurage le long d’un rayon pour le
mesurage de la vitesse dans une conduite de section circulaire dans le
cas des methodes graphique et numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Determination du coefficient de couche limite, m, pour l’extrapolation au
29
voisinage de la paroi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Définition des termes et méthodes utilisés dans l’analyse des erreurs . . . . . . . .
Loidetdestudent. 32
Exemples de valeurs des incertitudes composantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
35
Exemple de calcul de l’incertitude sur la mesure du débit à l’aide de moulinets
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit d’eau propre dans les conduites
- Méthode d’exploration du champ des
fermées
vitesses dans les conduites en charge et dans le cas
d’un écoulement régulier, au moyen de moulinets
1 Objet et domaine d’application Par ailleurs, seuls sont traités dans la présente Norme interna-
tionale les cas des sections circulaires et rectangulaires qui cou-
vrent la très grande majorité des cas pratiques. On trouvera
1.1 Objet
cependant à l’annexe A, des indications sur la façon d’opérer
dans certaines sections de forme plus particuliére.
La présente Norme internationale spécifie une méthode de
détermination du débit-volume par exploration du champ des
i
vitesses au moyen de moulinets a hélice dans une conduite fer-
2 Références
mée, dans les conditions suivantes:
ISO 3455, Mesure de débit des liquides dans les canaux decou-
a) la répartition des vitesses doit être régulière (voir 6.1.2);
verts - Étalonnage des moulinets à élément rotatif en bassins
decouverts rectilignes.
b) le fluide doit être de l’eau propre’) ou considérée
comme telle;
ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fer-
mees - Vocabulaire et symboles.
c) la conduite doit être en charge;
ISO 5169, Mesure de debit des fluides - Calcul de l’erreur-
d) le régime doit être permanent*).
limite sur une mesure de debit.
Elle traite en particulier de la technologie et de l’étalonnage des
ISO 7194, Mesure de débit des fluides dans les conduites fer-
moulinets, du mesurage des vitesses locales et du calcul du
Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le
mees -
débit par intégration de ces vitesses.
cas d’un ecoulemen t giratoire ou dissymétrique par exploration
du champ des vitesses au moyen de moulinets ou de tubes de
Pitot doubles.
1.2 Domaine d’application
La méthode de mesurage et les prescriptions définies dans la
3 Définitions et symboles
présente Norme internationale visent à obtenir une incertitude
(au niveau de probabilité de 95 %) sur le débit au plus égale à
3.1 Définitions
k 2 %, à condition que la correction correspondant à l’effet
d’obstruction (voir 6.4.3 et annexe B), ait été apportée.
Dans le cadre de la présente Norme internationale les défini-
tions données dans I’ISO 4006 sont applicables.
Ceci suppose toutefois que l’écoulement ne présente ni giration
ni dissymétrie excessives; on trouvera en 6.1.2 des criteres per-
Les définitions suivantes ne sont données que pour des termes
mettant de juger si l’écoulement est suffisamment régulier pour
employés dans un sens spécial ou pour des termes dont il sem-
que la présente Norme internationale soit applicable et que
ble utile de rappeler la signification.
l’incertitude reste dans la gamme requise. Dans le cas contraire,
on se référera à I’ISO 7194.
3.1.1 moulinet : Appareil muni d’un rotor dont la vitesse de
rotation est fonction de la vitesse locale du fluide dans lequel il
Quand certaines conditions mentionnées dans la présente
est immergé.
Norme internationale ne sont pas satisfaites, la méthode reste
généralement applicable, mais l’incertitude sur le débit est alors La présente Norme internationale netraite que des moulinets à
plus grande. hélice, c’est-à-dire des moulinets dont le rotor est constitué par
1) Cette méthode est applicable à d’autres fluides monophasiques mais dans ce cas, des précautions particulieres doivent être prises.
2) Les écoulements permanents observés dans les conduites sont, en pratique, des écoulements pour lesquels les grandeurs telles que vitesse, pres-
sion, masse volumique et température, varient dans le temps autour de valeurs moyennes indépendantes du temps; ce sont, en fait, des «écoule-
ments permanents en moyenne k
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (FI
U est la vitesse débitante calculée à partir de toutes les
une hélice tournant autour d’un axe sensiblement parallèle a
vitesses locales mesurées dans la section;
l’écoulement.
Cette définition n’interdit évidemment pas l’emploi d’hélices
NOTE - n est le nombre de rayons le long desquels sont faites les
autocomposantes (voir 6.1.51, dont le mérite est précisément de pou-
mesures.
voir être utilisées sous une inclinaison relativement importante par rap-
port à la direction locale de l’écoulement. Par contre, l’emploi de mouli-
3.1 .lO répartition régulière des vitesses : Répartition des
nets à coupelles n’est pas autorisé dans le cadre de la présente norme.
vitesses s’approchant suffisamment d’une répartition pleine-
ment établie pour permettre une mesure précise du débit.
3.1.2 batterie fixe : Ensemble de moulinets montés sur un ou
plusieurs supports fixes et explorant simultanément toute la
section de mesurage.
3.2 Symboles
3.1.3 debit pariétal : Débit-volume qui s’écoule dans la zone
r
Dimen- Unités
située entre la paroi de la conduite et le contour défini par les
Symbole
Grandeur
sions SI
points de mesurage de la vitesse les plus proches de la paroi.
A Aire de la section de mesurage L2 m2
3.1.4 vitesse dbbitante : Rapport du débit-volume (intégrale
a, a’ Distance à la paroi la plus pro- L m
dans la section de mesurage de la composante axiale des vites-
che du point de mesurage
ses locales) à l’aire de la section de mesurage.
extrême, le long d’une droite de
mesurage en section rectangu-
laire
3.1.5 vitesse relative : Rapport de la vitesse de l’écoulement
D Diamétre de la conduite L m
au point considéré à une vitesse de référence mesurée au même
moment, celle-ci pouvant être, soit la vitesse en un point parti-
d Diamètre de l’hélice L m
culier (par exemple au centre d’une conduite circulaire), soit la
1)
1)
e Incertitude (valeur absolue) ’
vitesse débitante dans la section de mesurage.
1) 1)
Incertitude aléatoire
er
1)
1)
Incertitude systématique
eS
3.1.6 longueur droite : Tronçon de conduite dont l’axe est
- -
E Incertitude relative
rectiligne et dont la surface et la forme de la section droite sont
- -
constantes; la forme de cette section est généralement circu-
Incertitude aléatoire relative
Er
laire ou rectangulaire, mais peut être annulaire ou de toute
- -
Incertitude systématique rela-
ES
autre forme régulière.
tive
H
Côté court de la section d’une L m
3.1.7 singularitb : Tout élément ou configuration d’une con-
conduite rectangulaire
duite qui fait que cette conduite n’a pas une longueur droite ou
h Distance d’un point de mesure L m
qui entraîne une variation trés importante de rugosité à la paroi.
à la paroi d’origine, parallèle-
ment au coté court
Dans le cadre de la présente Norme internationale, les singulari-
k Rugosité uniforme équivalente L m
tés qui créent les perturbations les plus gênantes pour le mesu-
L Côté long de la section d’une L m
rage sont généralement les coudes, les robinets et vannes, les
conduite rectangulaire
élargissements brusques, etc.
1 Distance d’un point de mesure L m
à la paroi d’origine, paralléle-
3.1.8 diamètre hydraulique : Diametre égal à quatre fois le
ment au côté long
rayon hydraulique, c’est-à-dire quatre fois le quotient de l’aire
- -
m Coefficient de couche limite
de la section mouillée par le périmètre mouillé. (Pour une con-
duite en charge de section circulaire, le diametre hydraulique
n Fréquence de rotation de
T-l tr/s
est donc égal au diametre géométrique.) l’hélice
- -
Nombre de points de mesurage
P
3.1.9 indice de dissymbtrie (pour les conduites circulaires) : sur un rayon (section circulaire)
ou sur une droite (section rec-
Quotient de l’écart-type des vitesses moyennes calculées le
tangulaire)
long de chaque rayon (c’est-à-dire de chaque ligne radiale allant
du centre de la conduite à la paroi le long de laquelle sont situés Débit-volume L3T-’ m3/s
4V
les points de mesure de la vitesse) par la vitesse débitante dans
R Rayon de la conduite L m
la conduite, soit:
r Rayon d’une circonférence de L
m
mesurage
m
-
n -
r* Rayon relatif d’une circonfé-
1/2
rence de mesurage
(Ui - U)2
c
r* = L
w*
1 i= 1
=
y=- R
u1 ü n-l
- -
. 1 Re Nombre de Reynolds
où
u Vitesse débitante LT-’ mis
l.4
Vitesse moyenne le long d’une LT--l mis
Ui est la vitesse moyenne calculee conformément a la
circonférence ou d’une droite
méthode d’intégration retenue, à partir des vitesses mesu-
de mesurage
rees en chaque point du rayon i (voir 8.2 et 9.2);
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (F)
ainsi obtenue, on ajoute un terme correspondant au débit parié-
Dimen- Unit&
Symbole Grandeur
tal (voir 3.1.3) calculé à partir de I’hypothése que le profil des
sions SI
vitesses dans cette zone suit une loi de puissance.
V Vitesse locale du fluide LT-’ mis
Dans cette méthode, les points de mesure peuvent être placés
Vitesse locale au centre de la LT-’ mis
VO
conduite librement, mais doivent permettre une connaissance satisfai-
sante du champ des vitesses.
Y Indice de dissymétrie de I’écou- - -
lement
4.1.2 Intégration numbrique du champ des vitesses
Distance d’un point de mesu- L m
Y
(voir chapitre 9)
rage à la paroi la plus proche
-
Intervalle relatif entre deux -
Y”
La seule différence entre cette méthode et la précédente (4.1.1)
points de mesurage
consiste dans le fait que le graphique du profil des vitesses est
[i - ri- 1
remplacé par une courbe algébrique et que l’intégration est
y” = ---ï- effectuée de mani&re analytique.
Angle polaire d’un point de - rad
a
mesurage (en section circulaire)
4.1.3 Méthodes arithmétiques (voir chapitre 10)
-
 Coefficient universel de perte -
Les méthodes arithmétiques supposent que la répartition des
de charge
vitesses suit une loi particulière; la vitesse moyenne dans la
1) Les dimensions et unités sont celles de la grandeur considérée.
conduite est alors donnée par une combinaison linéaire des
vitesses individuelles mesuréesen des points dont la position
est prescrite par la méthode.
4 Principe
Les méthodes arithmétiques décrites au chapitre 10 admettent,
dans la zone pariétale, une loi logarithmique de répartition des
vitesses en fonction de la distance à la paroi.
4.1 Génbalités
Le principe de la méthode consiste:
4.2 Mesurage de la section de jaugeage
a) à mesurer les dimensions de la section de jaugeage qui
4.2.1 Sections circulaires
aura été choisie perpendiculairement à l’axe de la conduite;
ce mesurage a pour but de définir l’aire de cette section
Le diamètre moyen de la conduite est pris égal à la moyenne
(voir 4.2);
arithmétique des mesures obtenues suivant au moins quatre
diamétres de la section de jaugeage faisant entre eux des angles
b) à définir dans cette section la position des points de
sensiblement égaux. Si la différence entre les longueurs de
mesurage, qui devront être choisis en nombre suffisant pour
deux diamètres successifs est supérieure à 0,5 %, le nombre de
connaître la répartition des vitesses de facon satisfaisante
diamètres mesurés doit être doublé.
(voir 4.3);
4.2.2 Sections rectangulaires
c) à mesurer la composante axiale de la vitesse en ces
points de mesurage;
Le côté long et le côté court de la section rectangulaire doivent
être mesurés sur au moins chaque droite passant par les points
d) à déterminer la vitesse débitante à partir des mesures
de mesurage. Si la différence entre les largeurs (ou les hau-
précédentes;
teurs) correspondant à deux droites de mesurage consécutives
e) à calculer le débit-volume égal au produit de l’aire de la
‘est supérieure à 1 %, le nombre de largeurs (ou de hauteurs)
section par la vitesse débitante.
mesurées doit être doublé.
Toutefois, pour certaines sections de forme particulière, le trai-
4.3 Mesurage des vitesses locales
tement des mesures conduit directement à la détermination du
débit sans passer par la détermination préalable de l’aire de la
4.3.1 Généralités _
section et de la vitesse débitante (voir annexe A).
La vitesse de l’écoulement en un point de la section de jau-
L’erreur que l’on commet en utilisant la méthode d’exploration
geage est déterminée en mesurant la vitesse de rotation d’un
du champ des vitesses dépend, entre autres facteurs, de la
moulinet placé en ce point et en portant cette valeur dans
forme du profil des vitesses ainsi que du nombre et de I’empla-
l’équation d’étalonnage du moulinet.
cernent des points de mesurage.
La vitesse de rotation du moulinet peut être obtenue
La présente Norme internationale expose trois types suivants
-
de méthodes de détermination de la vitesse débitante. soit en comptant le nombre de tours accomplis par
l’hélice en un temps prédéterminé,
4.1.1 Intégration graphique du champ des vitesses -
soit en mesurant le temps nécessaire pour que l’hélice
(voir chapitre 8)
accomplisse un nombre de tours prédéterminé.
Cette méthode consiste à tracer sur un graphique le profil des Une autre méthode qui peut être utilisée est celle suivant
vitesses et à le planimétrer dans la région de la conduite limitée laquelle la mesure de la vitesse est obtenue par mesurage direct
par les points de mesure les plus proches de la paroi. À la valeur de la fréquence du signal.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
1st) 3354 :: 1988 (FI
Les différents points de mesurage dans la section peuvent être
4.3.4 Contrble de la répartition des vitesses
explorés simultanément ou successivement (voir 4.3.2
et 4.3.3). ’ . . Même lorsque la vitesse débitante est calculée par une méthode
qui ne nécessite pas de tracer le profil des vitesses, il est recom-
mandé, afin de s’assurer que la répartition des vitesses est
4.3.2 Mesurages simultanbs
régulière, de procéder à ce tracé ou, à défaut, d’en contraler la
régularité de toute autre mani&e.
Lorsqu’on emploie simultanément plusieurs moulinets, la
méthode par comptage du temps nécessite un appareillage de
De la même façon, quand on effectue plusieurs mesurages
comptage plus complexe que la méthode par comptage du
nombre des tours, mais elle est plus précise. En effet, on com- dans une même section à des débits différents, il est recom-
mandé de tracer les profils des vitesses de maniére adimension-
met avec celle-ci une erreur due à l’intervalle de temps choisi
nelle [c’est-à-dire en utilisant les vitesses relatives (voir 3.1.511,
qui peut ne pas correspondre à un nombre entier de tours.
afin de vérifier leur bonne concordance et s’assurer ainsi qu’il
Les vitesses locales étant généralement sujettes à des fluctua-
n’existe pas de profils anormaux pour certains débits (les profils
tions de longue période, il est nécessaire de prévoir une durée
ne doivent pas varier de manière erratique, quand le débit varie,
de mesurage suffisante pour déterminer correctement la vitesse
pour une large gamme de nombre de Reynolds).
moyenne. Cette durée pourra être fixée en mesurant un même
débit avec des temps successivement croissants. La durée de
II peut également être utile de tracer les courbes de répartition
mesurage, t, à adopter doit être telle que les valeurs de la
des vitesses comme indiqué ci-dessus afin de déceler une erreur
vitesse moyenne dans la section, obtenues avec des temps de
éventuelle dans la mesure d’une vitesse locale. Si cela est possi-
mesurage t et t + A t, ne different pas entre elles de plus de
ble, le mesurage suspecté doit être recommencé, sinon, il doit
x %. Par exemple, A t pourra être de l’ordre de 30 s, et x pourra
être éliminé et le profil des vitesses tracé sur la base des profils
être choisi égal à 0,l %. Le temps t peut être variable selon la
obtenus précédemment pourvu qu’il y ait des raisons indépen-
vitesse moyenne de l’écoulement.
dantes de penser que cette mesure suspectée est fausse.
Mesurages non simultanh
4.3.3
t et nom points de
4.4 Emplacemen bre de
mes urage dans la section
Dans le cas où tous les points de mesurage des vitesses ne sont
pas explorés simultanément, il est essentiel que la forme du
profil des vitésses dans la section de jaugeage reste stable et ne
4.4.1 Gén6ralitbs
soit pas affectée par les variations éventuelles du débit pendant
tout le temps du mesurage. On devra alors vérifier que I’écoule-
La position des points de mesurage dépend de la méthode choi-
ment est permanent, et éventuellement corriger les vitesses
sie pour calculer le débit. Les régles relatives aux méthodes spé-
ponctuelles, à l’aide d’un mesurage continu pendant toute la
cifiées dans la présente Norme internationale sont données
durée du jaugeage, de la vitesse en un point de référence.
dans les chapitres 8, 9 et 10, respectivement.
Si l’on ne dispose que d’un seul dispositif de mesurage, il y a
Quelle que soit la méthode , les règles dimensionnelles suivan-
lieu de s’assurer que l’écoulement est permanent en réitérant
.
tes doivent être respectées
fréquemment le mesurage au point de référence.
- distance minimale entre l’axe du moulinet et la paroi:
Cependant, il faut signaler que des fluctuations du profil des
0,75d;
vitesses peuvent se produire sans que cela entraîne des fluctua-
tions du débit. Dans un tel cas, l’emploi d’une vitesse ponc-
-
entraxe minimal entre deux moulinets :
tuelle de référence peut entraîner des erreurs et il est préférable
de contrôler que le débit est permanent a l’aide de tout disposi- (dl + d2V2 + 0,03 m, dl et d2 étant les diamétres extérieurs
tif déprimogène (appareil déprimogéne, normalisé ou non, con- de l’hélice des moulinets.
trôle piézométrique sur un convergent, un coude, une hache
spirale, un dispositif indicateur de perte de charge singulière,
NOTE - dl et d2 sont le plus souvent égaux, mais il peut être utile de
etc.), même non étalonné, pourvu que I’on.soit assuré de sa placer au voisinage de la paroi des hélices de plus faible diam&re afin
d’explorer le mieux possible l’écoulement dans cette zone (voir
fidélité et d’une sensibilité suffisante.
chapitre 8).
Ayant tracé la courbe de variation de la vitesse de référence, v,,
Le positionnement du moulinet doit être mesuré avec une
en fonction du temps, on utilisera cette courbe pour ramener
incertitude égale à la plus petite des valeurs suivantes :
toutes les mesures d’exploration à un même débit de référence
q. (de préférence celui qui correspond à la moyenne des mesu-
If: 0,001 L, L étant la dimension de la conduite paraIlUe-
res de référence). Pour des variations relativement faibles de la
ment ZJ la mesure du positionnement du moulinet;
vitesse de référence, on peut transposer la vitesse Vi,t, mesurée
en un point quelconque i à l’instant t, en la multipliant par le
étant la distance du moulinet à la paroi la plus
+ WQ Y, Y
rapport entre la vitesse de référence II~,~ correspondant au débit
proche.
qo et la vitesse de référence v, t a l’instant t :
’
Les sous-paragraphes 4.4.2 et 4.4.3 prescrivant un nombre
h 0 minimal de points de mesurage s’appliquent particulièrement à
A
vi,O = Vi,t x
des conduites de petites dimensions. Compte tenu du besoin
h’ t
de connaître le mieux possible le profil des vitesses, le nombre
Où Vi,0 est la vitesse au point i à utiliser pour l’intégration.
de points de mesurage sera avantageusement accru dans la
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
IsO 3354 : 1988 IF)
que le nombre de Reynolds soit supérieur aux valeurs données dans le
tableau 1, pour les valeurs correspondantes du coefficient universel de
perte de charge A (pour l’évaluation de A, voir annexe E).
Quand on utilise un seul moulinet pour l’exploration de la con-
Tableau 1 - Nombre de Reynolds
duite, on doit tout d’abord déterminer la distance entre un point
minimal en fonction du coefficient
de référence (à partir duquel on mesure chaque position) et la
universel de perte de charge, Â
paroi de la conduite. Cela peut introduire une erreur systémati-
que relativement grande pour tous les mesurages de position-
nement. Dans ces circonstances, il est recommandé, dans le
cas d’une conduite de section circulaire, d’explorer des diamè-
104
tres complets (plutôt que des rayons opposés sur chaque dia-
3 x 104
mètre), car l’erreur systématique tendra ainsi à s’annuler sur les
deux moiti& de l’exploration. 105
106
Cependant, les problémes dus à l’obstruction et aux vibrations
peuvent s’avérer plus graves lorsque l’exploration est effectuée
sur un diamètre complet.
4.4.3 Sections rectangulaires
Le nombre de points de mesurage doit être au minimum de 25.
4.4.2 Sections circulaires
À moins que l’on ne doive adopter une disposition spéciale des
points de mesurage pour utiliser une méthode arithmétique,
Les points de mesure dans les sections circulaires doivent être
leur emplacement doit être défini par les intersections d’au
situés aux intersections d’un nombre donné de circonférences
moins cinq droites parallèles à chacune des parois de la con-
centrees sur l’axe de la conduite et d’un nombre donné de dia-
b
duite.
metres d’égal espacement angulaire.
NOTE - Quand les mesurages sont faits au moyen d’une batterie fixe,
Les nombres minimaux recommandés dans le cadre de la pré-
on se référera à 6.4.4 pour les dimensions minimales des conduites
sente Norme internationale sont de trois circonférences et de
dans lesquelles cette méthode est applicable; en tout état de cause,
deux diamètres perpendiculaires entre eux (voir note 2
les prescriptions générales données en 4.4.1, relatives à l’espacement
ci-dessous), de sorte que le nombre minimal de points de
des moulinets, conduisent à interdire l’emploi d’une batterie fixe
mesure dans la section soit de 12. Un point de mesure supplé-
dans les conduites dont la plus petite dimension est inférieure à
mentaire au centre de la conduite est souhaitable pour vérifier la
5,5 d + 0,12 m.
forme du profil des vitesses.
Cependant, ce nombre minimal n’est acceptable que si l’une
Description du moulinet
des deux conditions suivantes est remplie:
-
Le moulinet à hélice se compose d’une hélice, d’un axe de rota-
si on a la quasi-certitude que la répartition des vitesses
est très proche d’une répartition axi-symétrique, soit du fait tion, de paliers et du corps, du moulinet avec le dispositif de
comptage.
du tracé de la conduite, soit à la suite de mesures effectuées
précédemment dans la même section, ou
Chaque moulinet peut être équipé d’hélices de différents types
-
si la mise en place d’un nombre plus élevé de diamètres
(pas, diamètre, etc.). L’hélice comporte deux pales ou plus, et
entraîne une obstruction rédhibitoire de la section de
elle peut être fabriquée en métal ou en matiére plastique.
mesure (voir 6.4.3).
Les moulinets pour mesurages in situ doivent être fabriques
Dans le cas contraire, il faudra procéder à une exploration plus
entièrement en matériau inoxydable ou bien être protégés de
serrée du champ des vitesses, par exemple en portant à trois le
facon efficace contre la corrosion. Ils doivent être de construc-
nombre des diamètres. II faut en effet souligner que, le plus
tion suffisamment robuste pour que leur étalonnage reste vala-
souvent, l’incertitude sur la mesure du débit sera davantage
ble d
...
ISO
NORME INTERNATIONALE
3354
Deuxième édition
1988-07-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXflYHAPOflHAR OPt-AHM3AL(MR Il0 CTAHJJAPTM3A~MM
Mesure de débit d’eau propre dans les conduites
fermées - Méthode d’exploration du champ des
vitesses dans les conduites en charge et dans le cas *
d’un écoulement régulier, au moyen de moulinets
Measurement of clean water flow in closed conduits - Velocity-area method using
cuvent-meters in full conduits and under regular flow conditions
Numéro de référence
ISO 3354: 1988 (F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO3354:1988(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fhdération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéresse par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sontapprouvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 Y6 au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 3354 a été élabor6e par le comité technique ISO/TC 30,
Mesure de dhbit des fluides dans les conduites fermées.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 3354 : 19751, dont
elle constitue une révision technique.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la dernière Adition.
@ Organisation internationale de normalisation, 1988
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IsO3354:1988 (FI
Sommaire
Page
........................................
Objet et domaine d’application
1.1 Objet .
..........................................
1.2 Domaine d’application
.
1
Références .
1
..............................................
Définitions et symboles
..................... 1
.............................. i
3.1 Définitions
2
3.2 Symboles. .
Principe .
....................................................
4.1 Généralités
...............................
4.2 Mesurage de la section de jaugeage
....................................
4.3 Mesurage des vitesses locales
.......
4.4 Emplacement et nombre de points de mesurage dans la section
.............................................. 5
Description du moulinet.
..................................
Conditions d’utilisation des moulinets
..................................
6.1 Choix de la section de mesurage
......................
6.2 Dispositifs pour l’amélioration de l’écoulement
.........................................
6.3 Étalonnage du moulinet
.............................................
6.4 Limites d’utilisation
.................................
6.5 Contrôle et entretien du moulinet
...........................
Mise en place des moulinets dans la conduite.
.....................................
7.1 Mise en place des moulinets.
....................................
7.2 Montage en section circulaire
.................................
7.3 Montage en section rectangulaire
Détermination de la vitesse débitante par intégration graphique du champ
10
......................................................
desvitesses.
10
....................................................
8.1 Généralités
............................................. 10
8.2 Sections circulaires
11
.........................................
8.3 Sections rectangulaires.
Détermination de la vitesse débitante par intégration numérique du champ
12
desvitesses. .
12
9.1 Généralités .
12
.............................................
9.2 Sections circulaires
......................................... 12
9.3 Sections rectangulaires.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO3354A988 (FI
.......
10 Détermination de la vitesse débitante par les méthodes arithmétiques 14
10.1 Géneralités . 14
10.2 Methode log-linéaire . 14
16
10.3 Méthode log-Tchebycheff .
11 Incertitude sur la mesure de débit . 17
11.1 Généralités . 17
11.2 Sources d’erreur dans la mesure des vitesses locales . 17
11.3 Sources d’erreur sur l’estimation du débit . 17
11.4 Composition des erreurs. . 18
11.5 Présentation des résultats. . 18
18
11.6 Calcul de l’incertitude .
Annexes
Sections de mesurage de formes autres que circulaires et rectangulaires . . . . . 21
Corrections à apporter pour l’effet d’obstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Recommandations pour le choix du type de moulinet et de perche-support. . . 26
Exemple de répartition des points de mesurage le long d’un rayon pour le
mesurage de la vitesse dans une conduite de section circulaire dans le
cas des methodes graphique et numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Determination du coefficient de couche limite, m, pour l’extrapolation au
29
voisinage de la paroi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Définition des termes et méthodes utilisés dans l’analyse des erreurs . . . . . . . .
Loidetdestudent. 32
Exemples de valeurs des incertitudes composantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
35
Exemple de calcul de l’incertitude sur la mesure du débit à l’aide de moulinets
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit d’eau propre dans les conduites
- Méthode d’exploration du champ des
fermées
vitesses dans les conduites en charge et dans le cas
d’un écoulement régulier, au moyen de moulinets
1 Objet et domaine d’application Par ailleurs, seuls sont traités dans la présente Norme interna-
tionale les cas des sections circulaires et rectangulaires qui cou-
vrent la très grande majorité des cas pratiques. On trouvera
1.1 Objet
cependant à l’annexe A, des indications sur la façon d’opérer
dans certaines sections de forme plus particuliére.
La présente Norme internationale spécifie une méthode de
détermination du débit-volume par exploration du champ des
i
vitesses au moyen de moulinets a hélice dans une conduite fer-
2 Références
mée, dans les conditions suivantes:
ISO 3455, Mesure de débit des liquides dans les canaux decou-
a) la répartition des vitesses doit être régulière (voir 6.1.2);
verts - Étalonnage des moulinets à élément rotatif en bassins
decouverts rectilignes.
b) le fluide doit être de l’eau propre’) ou considérée
comme telle;
ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fer-
mees - Vocabulaire et symboles.
c) la conduite doit être en charge;
ISO 5169, Mesure de debit des fluides - Calcul de l’erreur-
d) le régime doit être permanent*).
limite sur une mesure de debit.
Elle traite en particulier de la technologie et de l’étalonnage des
ISO 7194, Mesure de débit des fluides dans les conduites fer-
moulinets, du mesurage des vitesses locales et du calcul du
Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le
mees -
débit par intégration de ces vitesses.
cas d’un ecoulemen t giratoire ou dissymétrique par exploration
du champ des vitesses au moyen de moulinets ou de tubes de
Pitot doubles.
1.2 Domaine d’application
La méthode de mesurage et les prescriptions définies dans la
3 Définitions et symboles
présente Norme internationale visent à obtenir une incertitude
(au niveau de probabilité de 95 %) sur le débit au plus égale à
3.1 Définitions
k 2 %, à condition que la correction correspondant à l’effet
d’obstruction (voir 6.4.3 et annexe B), ait été apportée.
Dans le cadre de la présente Norme internationale les défini-
tions données dans I’ISO 4006 sont applicables.
Ceci suppose toutefois que l’écoulement ne présente ni giration
ni dissymétrie excessives; on trouvera en 6.1.2 des criteres per-
Les définitions suivantes ne sont données que pour des termes
mettant de juger si l’écoulement est suffisamment régulier pour
employés dans un sens spécial ou pour des termes dont il sem-
que la présente Norme internationale soit applicable et que
ble utile de rappeler la signification.
l’incertitude reste dans la gamme requise. Dans le cas contraire,
on se référera à I’ISO 7194.
3.1.1 moulinet : Appareil muni d’un rotor dont la vitesse de
rotation est fonction de la vitesse locale du fluide dans lequel il
Quand certaines conditions mentionnées dans la présente
est immergé.
Norme internationale ne sont pas satisfaites, la méthode reste
généralement applicable, mais l’incertitude sur le débit est alors La présente Norme internationale netraite que des moulinets à
plus grande. hélice, c’est-à-dire des moulinets dont le rotor est constitué par
1) Cette méthode est applicable à d’autres fluides monophasiques mais dans ce cas, des précautions particulieres doivent être prises.
2) Les écoulements permanents observés dans les conduites sont, en pratique, des écoulements pour lesquels les grandeurs telles que vitesse, pres-
sion, masse volumique et température, varient dans le temps autour de valeurs moyennes indépendantes du temps; ce sont, en fait, des «écoule-
ments permanents en moyenne k
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (FI
U est la vitesse débitante calculée à partir de toutes les
une hélice tournant autour d’un axe sensiblement parallèle a
vitesses locales mesurées dans la section;
l’écoulement.
Cette définition n’interdit évidemment pas l’emploi d’hélices
NOTE - n est le nombre de rayons le long desquels sont faites les
autocomposantes (voir 6.1.51, dont le mérite est précisément de pou-
mesures.
voir être utilisées sous une inclinaison relativement importante par rap-
port à la direction locale de l’écoulement. Par contre, l’emploi de mouli-
3.1 .lO répartition régulière des vitesses : Répartition des
nets à coupelles n’est pas autorisé dans le cadre de la présente norme.
vitesses s’approchant suffisamment d’une répartition pleine-
ment établie pour permettre une mesure précise du débit.
3.1.2 batterie fixe : Ensemble de moulinets montés sur un ou
plusieurs supports fixes et explorant simultanément toute la
section de mesurage.
3.2 Symboles
3.1.3 debit pariétal : Débit-volume qui s’écoule dans la zone
r
Dimen- Unités
située entre la paroi de la conduite et le contour défini par les
Symbole
Grandeur
sions SI
points de mesurage de la vitesse les plus proches de la paroi.
A Aire de la section de mesurage L2 m2
3.1.4 vitesse dbbitante : Rapport du débit-volume (intégrale
a, a’ Distance à la paroi la plus pro- L m
dans la section de mesurage de la composante axiale des vites-
che du point de mesurage
ses locales) à l’aire de la section de mesurage.
extrême, le long d’une droite de
mesurage en section rectangu-
laire
3.1.5 vitesse relative : Rapport de la vitesse de l’écoulement
D Diamétre de la conduite L m
au point considéré à une vitesse de référence mesurée au même
moment, celle-ci pouvant être, soit la vitesse en un point parti-
d Diamètre de l’hélice L m
culier (par exemple au centre d’une conduite circulaire), soit la
1)
1)
e Incertitude (valeur absolue) ’
vitesse débitante dans la section de mesurage.
1) 1)
Incertitude aléatoire
er
1)
1)
Incertitude systématique
eS
3.1.6 longueur droite : Tronçon de conduite dont l’axe est
- -
E Incertitude relative
rectiligne et dont la surface et la forme de la section droite sont
- -
constantes; la forme de cette section est généralement circu-
Incertitude aléatoire relative
Er
laire ou rectangulaire, mais peut être annulaire ou de toute
- -
Incertitude systématique rela-
ES
autre forme régulière.
tive
H
Côté court de la section d’une L m
3.1.7 singularitb : Tout élément ou configuration d’une con-
conduite rectangulaire
duite qui fait que cette conduite n’a pas une longueur droite ou
h Distance d’un point de mesure L m
qui entraîne une variation trés importante de rugosité à la paroi.
à la paroi d’origine, parallèle-
ment au coté court
Dans le cadre de la présente Norme internationale, les singulari-
k Rugosité uniforme équivalente L m
tés qui créent les perturbations les plus gênantes pour le mesu-
L Côté long de la section d’une L m
rage sont généralement les coudes, les robinets et vannes, les
conduite rectangulaire
élargissements brusques, etc.
1 Distance d’un point de mesure L m
à la paroi d’origine, paralléle-
3.1.8 diamètre hydraulique : Diametre égal à quatre fois le
ment au côté long
rayon hydraulique, c’est-à-dire quatre fois le quotient de l’aire
- -
m Coefficient de couche limite
de la section mouillée par le périmètre mouillé. (Pour une con-
duite en charge de section circulaire, le diametre hydraulique
n Fréquence de rotation de
T-l tr/s
est donc égal au diametre géométrique.) l’hélice
- -
Nombre de points de mesurage
P
3.1.9 indice de dissymbtrie (pour les conduites circulaires) : sur un rayon (section circulaire)
ou sur une droite (section rec-
Quotient de l’écart-type des vitesses moyennes calculées le
tangulaire)
long de chaque rayon (c’est-à-dire de chaque ligne radiale allant
du centre de la conduite à la paroi le long de laquelle sont situés Débit-volume L3T-’ m3/s
4V
les points de mesure de la vitesse) par la vitesse débitante dans
R Rayon de la conduite L m
la conduite, soit:
r Rayon d’une circonférence de L
m
mesurage
m
-
n -
r* Rayon relatif d’une circonfé-
1/2
rence de mesurage
(Ui - U)2
c
r* = L
w*
1 i= 1
=
y=- R
u1 ü n-l
- -
. 1 Re Nombre de Reynolds
où
u Vitesse débitante LT-’ mis
l.4
Vitesse moyenne le long d’une LT--l mis
Ui est la vitesse moyenne calculee conformément a la
circonférence ou d’une droite
méthode d’intégration retenue, à partir des vitesses mesu-
de mesurage
rees en chaque point du rayon i (voir 8.2 et 9.2);
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 3354 : 1988 (F)
ainsi obtenue, on ajoute un terme correspondant au débit parié-
Dimen- Unit&
Symbole Grandeur
tal (voir 3.1.3) calculé à partir de I’hypothése que le profil des
sions SI
vitesses dans cette zone suit une loi de puissance.
V Vitesse locale du fluide LT-’ mis
Dans cette méthode, les points de mesure peuvent être placés
Vitesse locale au centre de la LT-’ mis
VO
conduite librement, mais doivent permettre une connaissance satisfai-
sante du champ des vitesses.
Y Indice de dissymétrie de I’écou- - -
lement
4.1.2 Intégration numbrique du champ des vitesses
Distance d’un point de mesu- L m
Y
(voir chapitre 9)
rage à la paroi la plus proche
-
Intervalle relatif entre deux -
Y”
La seule différence entre cette méthode et la précédente (4.1.1)
points de mesurage
consiste dans le fait que le graphique du profil des vitesses est
[i - ri- 1
remplacé par une courbe algébrique et que l’intégration est
y” = ---ï- effectuée de mani&re analytique.
Angle polaire d’un point de - rad
a
mesurage (en section circulaire)
4.1.3 Méthodes arithmétiques (voir chapitre 10)
-
 Coefficient universel de perte -
Les méthodes arithmétiques supposent que la répartition des
de charge
vitesses suit une loi particulière; la vitesse moyenne dans la
1) Les dimensions et unités sont celles de la grandeur considérée.
conduite est alors donnée par une combinaison linéaire des
vitesses individuelles mesuréesen des points dont la position
est prescrite par la méthode.
4 Principe
Les méthodes arithmétiques décrites au chapitre 10 admettent,
dans la zone pariétale, une loi logarithmique de répartition des
vitesses en fonction de la distance à la paroi.
4.1 Génbalités
Le principe de la méthode consiste:
4.2 Mesurage de la section de jaugeage
a) à mesurer les dimensions de la section de jaugeage qui
4.2.1 Sections circulaires
aura été choisie perpendiculairement à l’axe de la conduite;
ce mesurage a pour but de définir l’aire de cette section
Le diamètre moyen de la conduite est pris égal à la moyenne
(voir 4.2);
arithmétique des mesures obtenues suivant au moins quatre
diamétres de la section de jaugeage faisant entre eux des angles
b) à définir dans cette section la position des points de
sensiblement égaux. Si la différence entre les longueurs de
mesurage, qui devront être choisis en nombre suffisant pour
deux diamètres successifs est supérieure à 0,5 %, le nombre de
connaître la répartition des vitesses de facon satisfaisante
diamètres mesurés doit être doublé.
(voir 4.3);
4.2.2 Sections rectangulaires
c) à mesurer la composante axiale de la vitesse en ces
points de mesurage;
Le côté long et le côté court de la section rectangulaire doivent
être mesurés sur au moins chaque droite passant par les points
d) à déterminer la vitesse débitante à partir des mesures
de mesurage. Si la différence entre les largeurs (ou les hau-
précédentes;
teurs) correspondant à deux droites de mesurage consécutives
e) à calculer le débit-volume égal au produit de l’aire de la
‘est supérieure à 1 %, le nombre de largeurs (ou de hauteurs)
section par la vitesse débitante.
mesurées doit être doublé.
Toutefois, pour certaines sections de forme particulière, le trai-
4.3 Mesurage des vitesses locales
tement des mesures conduit directement à la détermination du
débit sans passer par la détermination préalable de l’aire de la
4.3.1 Généralités _
section et de la vitesse débitante (voir annexe A).
La vitesse de l’écoulement en un point de la section de jau-
L’erreur que l’on commet en utilisant la méthode d’exploration
geage est déterminée en mesurant la vitesse de rotation d’un
du champ des vitesses dépend, entre autres facteurs, de la
moulinet placé en ce point et en portant cette valeur dans
forme du profil des vitesses ainsi que du nombre et de I’empla-
l’équation d’étalonnage du moulinet.
cernent des points de mesurage.
La vitesse de rotation du moulinet peut être obtenue
La présente Norme internationale expose trois types suivants
-
de méthodes de détermination de la vitesse débitante. soit en comptant le nombre de tours accomplis par
l’hélice en un temps prédéterminé,
4.1.1 Intégration graphique du champ des vitesses -
soit en mesurant le temps nécessaire pour que l’hélice
(voir chapitre 8)
accomplisse un nombre de tours prédéterminé.
Cette méthode consiste à tracer sur un graphique le profil des Une autre méthode qui peut être utilisée est celle suivant
vitesses et à le planimétrer dans la région de la conduite limitée laquelle la mesure de la vitesse est obtenue par mesurage direct
par les points de mesure les plus proches de la paroi. À la valeur de la fréquence du signal.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
1st) 3354 :: 1988 (FI
Les différents points de mesurage dans la section peuvent être
4.3.4 Contrble de la répartition des vitesses
explorés simultanément ou successivement (voir 4.3.2
et 4.3.3). ’ . . Même lorsque la vitesse débitante est calculée par une méthode
qui ne nécessite pas de tracer le profil des vitesses, il est recom-
mandé, afin de s’assurer que la répartition des vitesses est
4.3.2 Mesurages simultanbs
régulière, de procéder à ce tracé ou, à défaut, d’en contraler la
régularité de toute autre mani&e.
Lorsqu’on emploie simultanément plusieurs moulinets, la
méthode par comptage du temps nécessite un appareillage de
De la même façon, quand on effectue plusieurs mesurages
comptage plus complexe que la méthode par comptage du
nombre des tours, mais elle est plus précise. En effet, on com- dans une même section à des débits différents, il est recom-
mandé de tracer les profils des vitesses de maniére adimension-
met avec celle-ci une erreur due à l’intervalle de temps choisi
nelle [c’est-à-dire en utilisant les vitesses relatives (voir 3.1.511,
qui peut ne pas correspondre à un nombre entier de tours.
afin de vérifier leur bonne concordance et s’assurer ainsi qu’il
Les vitesses locales étant généralement sujettes à des fluctua-
n’existe pas de profils anormaux pour certains débits (les profils
tions de longue période, il est nécessaire de prévoir une durée
ne doivent pas varier de manière erratique, quand le débit varie,
de mesurage suffisante pour déterminer correctement la vitesse
pour une large gamme de nombre de Reynolds).
moyenne. Cette durée pourra être fixée en mesurant un même
débit avec des temps successivement croissants. La durée de
II peut également être utile de tracer les courbes de répartition
mesurage, t, à adopter doit être telle que les valeurs de la
des vitesses comme indiqué ci-dessus afin de déceler une erreur
vitesse moyenne dans la section, obtenues avec des temps de
éventuelle dans la mesure d’une vitesse locale. Si cela est possi-
mesurage t et t + A t, ne different pas entre elles de plus de
ble, le mesurage suspecté doit être recommencé, sinon, il doit
x %. Par exemple, A t pourra être de l’ordre de 30 s, et x pourra
être éliminé et le profil des vitesses tracé sur la base des profils
être choisi égal à 0,l %. Le temps t peut être variable selon la
obtenus précédemment pourvu qu’il y ait des raisons indépen-
vitesse moyenne de l’écoulement.
dantes de penser que cette mesure suspectée est fausse.
Mesurages non simultanh
4.3.3
t et nom points de
4.4 Emplacemen bre de
mes urage dans la section
Dans le cas où tous les points de mesurage des vitesses ne sont
pas explorés simultanément, il est essentiel que la forme du
profil des vitésses dans la section de jaugeage reste stable et ne
4.4.1 Gén6ralitbs
soit pas affectée par les variations éventuelles du débit pendant
tout le temps du mesurage. On devra alors vérifier que I’écoule-
La position des points de mesurage dépend de la méthode choi-
ment est permanent, et éventuellement corriger les vitesses
sie pour calculer le débit. Les régles relatives aux méthodes spé-
ponctuelles, à l’aide d’un mesurage continu pendant toute la
cifiées dans la présente Norme internationale sont données
durée du jaugeage, de la vitesse en un point de référence.
dans les chapitres 8, 9 et 10, respectivement.
Si l’on ne dispose que d’un seul dispositif de mesurage, il y a
Quelle que soit la méthode , les règles dimensionnelles suivan-
lieu de s’assurer que l’écoulement est permanent en réitérant
.
tes doivent être respectées
fréquemment le mesurage au point de référence.
- distance minimale entre l’axe du moulinet et la paroi:
Cependant, il faut signaler que des fluctuations du profil des
0,75d;
vitesses peuvent se produire sans que cela entraîne des fluctua-
tions du débit. Dans un tel cas, l’emploi d’une vitesse ponc-
-
entraxe minimal entre deux moulinets :
tuelle de référence peut entraîner des erreurs et il est préférable
de contrôler que le débit est permanent a l’aide de tout disposi- (dl + d2V2 + 0,03 m, dl et d2 étant les diamétres extérieurs
tif déprimogène (appareil déprimogéne, normalisé ou non, con- de l’hélice des moulinets.
trôle piézométrique sur un convergent, un coude, une hache
spirale, un dispositif indicateur de perte de charge singulière,
NOTE - dl et d2 sont le plus souvent égaux, mais il peut être utile de
etc.), même non étalonné, pourvu que I’on.soit assuré de sa placer au voisinage de la paroi des hélices de plus faible diam&re afin
d’explorer le mieux possible l’écoulement dans cette zone (voir
fidélité et d’une sensibilité suffisante.
chapitre 8).
Ayant tracé la courbe de variation de la vitesse de référence, v,,
Le positionnement du moulinet doit être mesuré avec une
en fonction du temps, on utilisera cette courbe pour ramener
incertitude égale à la plus petite des valeurs suivantes :
toutes les mesures d’exploration à un même débit de référence
q. (de préférence celui qui correspond à la moyenne des mesu-
If: 0,001 L, L étant la dimension de la conduite paraIlUe-
res de référence). Pour des variations relativement faibles de la
ment ZJ la mesure du positionnement du moulinet;
vitesse de référence, on peut transposer la vitesse Vi,t, mesurée
en un point quelconque i à l’instant t, en la multipliant par le
étant la distance du moulinet à la paroi la plus
+ WQ Y, Y
rapport entre la vitesse de référence II~,~ correspondant au débit
proche.
qo et la vitesse de référence v, t a l’instant t :
’
Les sous-paragraphes 4.4.2 et 4.4.3 prescrivant un nombre
h 0 minimal de points de mesurage s’appliquent particulièrement à
A
vi,O = Vi,t x
des conduites de petites dimensions. Compte tenu du besoin
h’ t
de connaître le mieux possible le profil des vitesses, le nombre
Où Vi,0 est la vitesse au point i à utiliser pour l’intégration.
de points de mesurage sera avantageusement accru dans la
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
IsO 3354 : 1988 IF)
que le nombre de Reynolds soit supérieur aux valeurs données dans le
tableau 1, pour les valeurs correspondantes du coefficient universel de
perte de charge A (pour l’évaluation de A, voir annexe E).
Quand on utilise un seul moulinet pour l’exploration de la con-
Tableau 1 - Nombre de Reynolds
duite, on doit tout d’abord déterminer la distance entre un point
minimal en fonction du coefficient
de référence (à partir duquel on mesure chaque position) et la
universel de perte de charge, Â
paroi de la conduite. Cela peut introduire une erreur systémati-
que relativement grande pour tous les mesurages de position-
nement. Dans ces circonstances, il est recommandé, dans le
cas d’une conduite de section circulaire, d’explorer des diamè-
104
tres complets (plutôt que des rayons opposés sur chaque dia-
3 x 104
mètre), car l’erreur systématique tendra ainsi à s’annuler sur les
deux moiti& de l’exploration. 105
106
Cependant, les problémes dus à l’obstruction et aux vibrations
peuvent s’avérer plus graves lorsque l’exploration est effectuée
sur un diamètre complet.
4.4.3 Sections rectangulaires
Le nombre de points de mesurage doit être au minimum de 25.
4.4.2 Sections circulaires
À moins que l’on ne doive adopter une disposition spéciale des
points de mesurage pour utiliser une méthode arithmétique,
Les points de mesure dans les sections circulaires doivent être
leur emplacement doit être défini par les intersections d’au
situés aux intersections d’un nombre donné de circonférences
moins cinq droites parallèles à chacune des parois de la con-
centrees sur l’axe de la conduite et d’un nombre donné de dia-
b
duite.
metres d’égal espacement angulaire.
NOTE - Quand les mesurages sont faits au moyen d’une batterie fixe,
Les nombres minimaux recommandés dans le cadre de la pré-
on se référera à 6.4.4 pour les dimensions minimales des conduites
sente Norme internationale sont de trois circonférences et de
dans lesquelles cette méthode est applicable; en tout état de cause,
deux diamètres perpendiculaires entre eux (voir note 2
les prescriptions générales données en 4.4.1, relatives à l’espacement
ci-dessous), de sorte que le nombre minimal de points de
des moulinets, conduisent à interdire l’emploi d’une batterie fixe
mesure dans la section soit de 12. Un point de mesure supplé-
dans les conduites dont la plus petite dimension est inférieure à
mentaire au centre de la conduite est souhaitable pour vérifier la
5,5 d + 0,12 m.
forme du profil des vitesses.
Cependant, ce nombre minimal n’est acceptable que si l’une
Description du moulinet
des deux conditions suivantes est remplie:
-
Le moulinet à hélice se compose d’une hélice, d’un axe de rota-
si on a la quasi-certitude que la répartition des vitesses
est très proche d’une répartition axi-symétrique, soit du fait tion, de paliers et du corps, du moulinet avec le dispositif de
comptage.
du tracé de la conduite, soit à la suite de mesures effectuées
précédemment dans la même section, ou
Chaque moulinet peut être équipé d’hélices de différents types
-
si la mise en place d’un nombre plus élevé de diamètres
(pas, diamètre, etc.). L’hélice comporte deux pales ou plus, et
entraîne une obstruction rédhibitoire de la section de
elle peut être fabriquée en métal ou en matiére plastique.
mesure (voir 6.4.3).
Les moulinets pour mesurages in situ doivent être fabriques
Dans le cas contraire, il faudra procéder à une exploration plus
entièrement en matériau inoxydable ou bien être protégés de
serrée du champ des vitesses, par exemple en portant à trois le
facon efficace contre la corrosion. Ils doivent être de construc-
nombre des diamètres. II faut en effet souligner que, le plus
tion suffisamment robuste pour que leur étalonnage reste vala-
souvent, l’incertitude sur la mesure du débit sera davantage
ble d
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.