ISO 7278-3:1998
(Main)Liquid hydrocarbons — Dynamic measurement — Proving systems for volumetric meters — Part 3: Pulse interpolation techniques
Liquid hydrocarbons — Dynamic measurement — Proving systems for volumetric meters — Part 3: Pulse interpolation techniques
Hydrocarbures liquides — Mesurage dynamique — Systèmes d'étalonnage pour compteurs volumétriques — Partie 3: Techniques d'interpolation des impulsions
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7278-3
Second edition
1998-02-15
Liquid hydrocarbons — Dynamic
measurement — Proving systems for
volumetric meters —
Part 3:
Pulse interpolation techniques
Hydrocarbures liquides — Mesurage dynamique — Systèmes d'étalonnage
pour compteurs volumétriques —
Partie 3: Techniques d'interpolation des impulsions
.
A
Reference number
ISO 7278-3:1998(E)
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ISO 7278-3:1998(E)
Contents Page
1 Scope. 1
2 Normative reference . 1
3 Definitions . 1
4 Principles . 2
4.1 General . 2
4.2 Double-timing method. 2
4.3 Quadruple-timing method . 3
4.4 Phase-locked-loop method. 4
5 Conditions of use . 5
5.1 General . 5
5.2 Double-timing method. 5
5.3 Quadruple-timing method . 6
5.4 Phase-locked-loop method. 6
6 Meter requirements. 6
7 Tests for pulse interpolation system . 7
7.1 General . 7
7.2 Test circuit . 8
7.3 Test schedule . 8
7.4 Immunity from electrical noise . 9
8 Test report and markings. 9
Annex A (normative) Measurement techniques for determining pulse intervals . 10
Annex B (informative) Bibliography . 12
© ISO 1998
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or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
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ISO 7278-3:1998(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 7278-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 28, Petroleum products and
lubricants, Subcommittee SC 2, Dynamic petroleum measurement.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 7278-3:1986), which has been technically revised, in
particular with addition of annex A and annex B.
ISO 7278 consists of the following parts, under the general title Liquid hydrocarbons – Dynamic measurement –
Proving systems for volumetric meters:
Part 1: General principles
Part 2: Pipe provers
Part 3: Pulse interpolation techniques
Part 4: Guide for operators of pipe provers
Part 5: Small volume/compact provers
Annex A forms an integral part of this part of ISO 7278. Annex B is for information only.
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ISO 7278-3:1998(E)
Introduction
The use of pipe provers to prove meters with pulsed outputs requires that a minimum number of pulses be collected
during the proving period. The number of pulses which a meter can produce during a proving run is often limited to
significantly less than 10 000 pulses. Therefore, in many applications some means of increasing the meter’s
resolution has to be found.
One way of overcoming this problem is to process the signal from the meter in such a way that the resolution of the
meter is increased. This technique is known as pulse interpolation.
This part of ISO 7278 applies primarily to pipe provers, but it is not intended to restrict in any way the future
development of different methods of pulse interpolation to this and other applications.
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 7278-3:1998(E)
Liquid hydrocarbons — Dynamic measurement — Proving
systems for volumetric meters —
Part 3:
Pulse interpolation techniques
1 Scope
This part of ISO 7278 gives guidance on the procedures and conditions of use to be observed if pulse interpolation
is used in conjunction with a pipe or small volume prover and a turbine or displacement meter to improve the
discrimination of proving.
This part of ISO 7278 describes the three methods of pulse interpolation most commonly used and their conditions
of use. It also describes the equipment and test procedures for checking that the pulse interpolation system is
operating satisfactorily and it describes some methods of measuring the irregularity of pulse spacing for a meter.
2 Normative reference
The following standard contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this part of
ISO 7278. At the time of publication, the edition indicated was valid. All standards are subject to revision, and
parties to agreements based on this part of ISO 7278 are encouraged to investigate the possibility of applying the
most recent edition of the standard indicated below. Members of IEC and ISO maintain registers of currently valid
International Standards.
ISO 6551:1982, Petroleum liquids and gases – Fidelity and security of dynamic measurement – Cabled
transmission of electric and/or electronic pulse data.
3 Definitions
For the purposes of this part of ISO 7278, the following definitions apply.
3.1 clock: Device for generating a stable frequency, the period of which is used as a standard reference for time
measurements.
Contact closure or voltage change that starts or stops the indicating device.
3.2 detector signal:
Quantitative measure of the degree of regularity of spacing between the pulses,
3.3 intra-rotational linearity:
produced by a rotating meter at constant flowrate, generally expressed as the standard deviation of pulse spacing
about the mean pulse spacing. This measure will include cyclic and non-cyclic measurements introduced by the
meter mechanism. The pulse spacing is the time between the leading or lagging edges of consecutive pulses.
NOTE — Intra-rotational linearity is the regularity measurement which repeats in a periodic or cyclic manner attributed to the
rotation of the meter.
3.4 leading/lagging edge: Rising or falling voltage of a pulse used to trigger or gate a counter.
3.5 phase detector: Electronic circuit which detects a phase difference between two pulse frequencies.
1
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ISO 7278-3:1998(E)
3.6 ramp generator: Electronic circuit whose output voltage varies linearly with time.
NOTE — Non-linear ramp generators are not used.
3.7 repeatability (of measurement instrument): Closeness of the agreement between the results of successive
measurements of the same measurand carried out under the same conditions of measurement [VIM].
NOTE — The defined conditions of use are usually as follows:
repetition over a short period of time;
use at the same location under constant ambient conditions;
reduction to a minimum of the variations due to the observer.
3.8 resolution: Quantitative expression of the ability of an indicating device to distinguish meaningfully between
closely adjacent values of the quantity indicated [VIM].
3.9 rotating meter: Meter, the measuring element of which has one or more rotating parts driven by the flowing
fluid (e.g. turbine meters and displacement meters).
NOTE — For the purposes of this part of ISO 7278, the output from the meter should be in the form of electrical pulses, the
mean frequency of which is a function of the flowrate.
4 Principles
4.1 General
The following points are applicable when using any of the three techniques of pulse interpolation described in this
part of ISO 7278.
a) The use of pulse interpolation is based on the assumption that there is no significant variation in the frequency
of the pulses. Any variations in frequency caused by flowrate (see 5.1c)), or especially by intra-rotational non-
linearity (see clause 6) will degrade the accuracy.
b) The interpolated number of pulses n ′ as described in 4.2, 4.3 and 4.4, will not generally be a whole number.
Multiple pulses from a flowmeter may be generated during a revolution of the meter, or to reduce intra-rotational
non-linearity a single pulse per revolution may be used.
4.2 Double-timing method
See figure 1.
The principle of operation of this method is shown in figure 1. It consists of collecting, in a counter, the total number
of complete meter pulses, n, generated during a proving run, and measuring two time-intervals, T and T .
1 2
a) T is the time-interval between the first meter pulse following the first detector signal and the first meter pulse
1
following the last detector signal;
b) T is the time-interval between the first and last detector signals.
2
The interpolated number of pulses is then given by
T
2
nn′=
T
1
2
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ISO 7278-3:1998(E)
T T
2 2
Interpolated number of pulses, nn′= ornn′=
T (i) T (ii)
1 1
Figure 1 — Double-timing method
4.3 Quadruple-timing method
See figure 2.
The principle of operation of this method is shown in figure 2. It consists of collecting, in a counter, the total integral
number of pulses, n, generated during a proving run and measuring four time-intervals, t to t .
1 4
a) t is the time-interval between the first detector signal and the first meter pulse following that signal;
1
b) t is the time-interval between the last meter pulse before the first detector signal and the first meter pulse after
2
it;
c) t is the time-interval between the second detector signal and the first meter pulse following that signal;
3
d) t is the time-interval between the last meter pulse before the second detector signal and the first meter pulse
4
after it.
The number of complete pulses, n, in the main pulse count is counted in the normal way by a counter gated by the
detector signals.
The interpolated number of pulses, n ′, between the detector signals is then
t t
3
1
nn′= + −
t t
2 4
t t
1 3
Interpolated number of pulses, nn′= + −
t t
2 4
Figure 2 — Quadruple-timing method
3
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ISO 7278-3:1998(E)
4.4 Phase-locked-loop method
See figure 3.
The principle of operation of this method is shown in figure 3. The pulses from the meter are introduced to input 1 of
the phase comparator and the output signal is passed to the voltage controlled oscillator (VCO). This device
generates pulses with a higher frequency proportional to its input voltage. This frequency is chosen to be higher
than the meter frequency.
The output signal of the VCO is also fed back, through a frequency divider, to input 2 of the phase comparator. The
frequency of the multiplied pulses is reduced by the divisor, R. The output voltage of the phase comparator is
proportional to the difference in phase or frequency between its two inputs, so that the output frequency of the VCO
is continually being servo-controlled to ensure that the frequency and phase of the two inputs are identical. The
selection of frequency divisor, R, thus determines the pulse interpolation divisor.
The interpolated number of pulses collected during the proving run is normally expressed as
n*
n′=
R
where
n* is the number of multiplied pulses collected from the multiphase output;
R is the selected divisor (or multiplication factor).
n*
Interpolated number of pulses, n′=
R
Figure 3 — Phase-locked-loop method
4
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ISO 7278-3:1998(E)
To achieve precise control, it is necessary to filter the output of the phase comparator to avoid sudden VCO
changes. This filter, normally of the simple RC type, has the property of momentarily retaining the voltage required
by the VCO to keep generating R times the meter frequency between each phase comparison. Selection of the
filter’s time constant should be chosen to provide stability but not mask changes in input pulse frequency due to
flowrate fluctuation.
5 Conditions of use
5.1 General
The following conditions shall apply generally to all the pulse interpolation methods described in this part of
ISO 7278.
a
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7278-3
Deuxième édition
1998-02-15
Hydrocarbures liquides — Mesurage
dynamique — Systèmes d'étalonnage pour
compteurs volumétriques —
Partie 3:
Techniques d'interpolation des impulsions
Liquid hydrocarbons — Dynamic measurement — Proving systems for
volumetric meters —
Part 3: Pulse interpolation techniques
A
Numéro de référence
ISO 7278-3:1998(F)
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ISO 7278-3:1998(F)
Sommaire Page
1 Domaine d’application .1
2 Référence normative .1
3 Définitions .1
4 Principe.2
4.1 Généralités .2
4.2 Méthode du double chronométrage.2
4.3 Méthode du quadruple chronométrage.3
4.4 Méthode de la boucle à verrouillage de phase .4
5 Conditions d'utilisation.5
5.1 Généralités .5
5.2 Méthode du double chronométrage.5
5.3 Méthode du quadruple chronométrage.6
5.4 Méthode de la boucle à verrouillage de phase .6
6 Caractéristiques du compteur.6
7 Essais de l'équipement .7
7.1 Généralités .7
7.2 Circuit d'essai.8
7.3 Modalités de l'essai .9
7.4 Immunité au bruit électrique.9
8 Rapports d'essais et inscriptions .9
Annexe A (normative) Méthodes de détermination des intervalles des impulsions .10
Annexe B (informative) Bibliographie .12
© ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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Imprimé en Suisse
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ISO 7278-3:1998(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 7278-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 28, Produits pétroliers et
lubrifiants, sous-comité SC 2, Mesurage dynamique du pétrole.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 7278-3:1986), dont elle constitue une révision
technique, en particulier avec l’ajout de l’annexe A et de l’annexe B.
L’ISO 7278 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Hydrocarbures liquides — Mesurage
dynamique — Systèmes d’étalonnage pour compteurs volumétriques:
— Partie 1: Principes généraux
— Partie 2: Tubes étalons
— Partie 3: Technique d’interpolation des impulsions
— Partie 4: Guide pour opérateurs de tubes étalons
— Partie 5: Tubes étalons de faible volume
L’annexe A fait partie intégrante de la présente partie de l'ISO 7278. L’annexe B est donnée uniquement à titre
d’information.
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© ISO
ISO 7278-3:1998(F)
Introduction
L'utilisation de tubes étalons pour l'étalonnage des compteurs à sorties impulsionnelles nécessite l'acquisition d'un
nombre minimal d'impulsions durant le temps d'étalonnage. Le nombre d'impulsions que peut générer un compteur
lors d'un essai est souvent limité, à une valeur nettement inférieure à 10 000; aussi dans de nombreuses
applications, doit-on trouver des moyens pour augmenter la résolution du compteur.
Une des façons de résoudre ce problème est de traiter le signal généré par le compteur afin d'augmenter la
résolution de celui-ci. Cette technique est connue sous le nom de méthode d'interpolation des impulsions.
La présente partie de l'ISO 7278 se rapporte initialement aux tubes étalons, mais il n'est pas prévu de limiter, en
quelque manière que ce soit, le développement futur des diverses méthodes d'interpolation, à cette application ou à
d'autres.
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 7278-3:1998(F)
Hydrocarbures liquides — Mesurage dynamique — Systèmes
d'étalonnage pour compteurs volumétriques —
Partie 3:
Techniques d'interpolation des impulsions
1 Domaine d’application
La présente partie de l'ISO 7278 donne un guide sur les modes opératoires et conditions d'utilisation à observer si
la méthode d'interpolation des impulsions est utilisée en association avec un tube étalon ou un tube étalon de faible
volume et un compteur turbine ou un compteur à déplacement afin d'améliorer la résolution de l'étalonnage.
La présente partie de l'ISO 7278 décrit les trois méthodes les plus couramment utilisées et leurs conditions
d'utilisation. Elle décrit également le matériel et les modes opératoires d'essai permettant le contrôle du bon
fonctionnement du système d'interpolation utilisé. Elle décrit aussi quelques méthodes pour mesurer l'irrégularité
d'espacement des impulsions du compteur.
2 Référence normative
La norme suivante contient des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 7278. Au moment de la publication, l’édition indiquée était en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente partie de
l'ISO 7278 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer l’édition la plus récente de la norme indiquée ci-
après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur à un
moment donné.
ISO 6551:1982, Liquides et gaz de pétrole — Fidélité et sécurité des mesures dynamiques — Systèmes de
transmission par câbles de données, sous forme d'impulsions électriques et/ou électroniques.
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 7278, les définitions suivantes s'appliquent.
3.1 horloge: Dispositif produisant une fréquence stable, dont la période sert de référence (étalonnée) aux
mesurages de temps.
3.2 signal du détecteur: Fermeture de contact ou tension qui démarre ou arrête l'appareil indicateur.
3.3 linéarité de rotation interne: Mesure du taux de régularité d'espacement des impulsions générées par un
compteur à rotation, à débit constant. Celui-ci est généralement exprimé comme étant le rapport de l'écart-type et
de la moyenne de l'espacement des impulsions. Cette mesure comprendra les effets cycliques et non cycliques
générés par le mécanisme du compteur. L'espacement entre impulsions est le temps entre les fronts montants et
les fronts descendants d'impulsions consécutives.
NOTE — La linéarité de rotation interne est le mesurage de régularité qui se répète de manière périodique ou cyclique, dû à
la rotation du compteur.
3.4 front montant/front descendant: Passage d'une tension du niveau bas au niveau haut ou du niveau haut au
niveau bas utilisé pour déclencher ou arrêter un compteur.
1
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ISO 7278-3:1998(F)
3.5 détecteur de phase: Circuit électronique qui détecte une différence de phase entre deux impulsions en
fréquence.
Circuit électronique dont la tension de sortie varie de façon linéaire en fonction du
3.6 générateur de rampe:
temps.
NOTE — Les générateurs de rampe non linéaires ne sont pas utilisés.
3.7 répétabilité (d'un instrument de mesure): Étroitesse de l'accord entre les résultats de mesurages successifs
du même mesurande, mesurages effectués avec toutes les conditions de mesure identiques [VIM].
NOTE — Les conditions définies d'utilisation sont généralement les suivantes:
— répétition dans un bref intervalle de temps;
— utilisation au même endroit dans des conditions ambiantes constantes;
— réduction au minimum des variations imputables à l'observateur.
3.8 résolution: Expression quantitative de la capacité qu'a un dispositif indicateur à percevoir de façon
significative les valeurs adjacentes proches de la grandeur indiquée [VIM].
3.9 compteur à rotation: Compteur dont l'élément de mesure a une ou plusieurs pièces mises en rotation par le
fluide (par exemple compteurs turbines et compteurs à déplacement).
NOTE — Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 7278, la sortie du compteur peut être sous forme d'impulsions
électriques, dont la fréquence moyenne est fonction du débit.
4 Principe
4.1 Généralités
Les points suivants sont applicables lorsqu’on utilise l'une quelconque des trois méthodes décrites dans la présente
partie de l’ISO 7278.
a) L'utilisation des méthodes d'interpolation repose sur l'hypothèse qu'il n'y a pas de variation significative de la
fréquence des impulsions. Toute variation de fréquence due au débit [voir 5.1c)] ou particulièrement à une
non-linéarité de rotation interne (voir article 6) entachera la précision.
b) Le nombre interpolé d'impulsions n', décrit en 4.2, 4.3 et 4.4 ne sera pas généralement un nombre entier.
Le compteur peut générer plusieurs impulsions pour une révolution, ou une impulsion unique par révolution dans le
but de réduire la non-linéarité de rotation interne.
4.2 Méthode du double chronométrage
Voir figure 1.
Le principe de cette méthode est indiqué sur la figure 1. Il consiste à recueillir, dans un compteur, le nombre total
entier d'impulsions, n, délivré par le compteur pendant un étalonnage et à mesurer deux intervalles de temps, T et
1
T :
2
a) T est l'intervalle de temps entre la première impulsion du compteur suivant le premier signal du détecteur et la
1
première impulsion du compteur suivant le dernier signal du détecteur;
b) T est l'intervalle de temps entre le premier et le dernier signal du détecteur.
2
Le nombre interpolé d'impulsions est donné par
T
2
nn'=
T
1
2
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T T
2 2
nn ounn
Nombre interpolé d'impulsions, ′= ′ =
T (i) T (ii)
1 1
Figure 1 — Méthode du double chronométrage
4.3 Méthode du quadruple chronométrage
Voir figure 2.
Le principe de cette méthode est indiqué sur la figure 2. Il consiste à recueillir, dans un compteur, le nombre total
entier d'impulsions, n, délivré par le compteur pendant un étalonnage et à mesurer quatre intervalles de temps de t
1
à t :
4
a) t est l'intervalle de temps entre le premier signal du détecteur et la première impulsion du compteur suivant le
1
signal;
b) est l'intervalle de temps entre la dernière impulsion du compteur précédant le premier signal du détecteur et
t
2
la première impulsion du compteur se produisant après lui;
c) t est l'intervalle de temps entre le second signal du détecteur et la première impulsion du compteur suivant ce
3
signal;
d) t est l'intervalle de temps entre la dernière impulsion du compteur précédant le second signal du détecteur et
4
la première impulsion du compteur se produisant après lui.
Le nombre d'impulsions complètes, n, dans la numération principale d'impulsions est compté normalement par un
compteur piloté par les signaux du détecteur.
Le nombre interpolé d'impulsions, n', entre les signaux du détecteur est alors
t t
1 3
'=+ −
nn
t t
2 4
t
t
1 3
Nombre interpolé d'impulsions, nn′= + −
t t
2 4
Figure 2 — Méthode du quadruple chronométrage
3
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4.4 Méthode de la boucle à verrouillage de phase
Voir figure 3.
Le principe de cette méthode est indiqué sur la figure 3. Les impulsions issues du compteur sont introduites à
l'entrée 1 d'un comparateur de phases, et le signal de sortie est envoyé dans un oscillateur commandé par tension
(VCO) qui génère des impulsions de plus haute fréquence proportionnelles à sa tension d'entrée. Cette fréquence
est choisie pour être supérieure à la fréquence du compteur.
Le signal de sortie du VCO est aussi réintroduit dans l'entrée 2 du comparateur de phase, par l'intermédiaire d'un
diviseur de fréquence où la fréquence des impulsions est diminuée par le diviseur R. La tension de sortie du
comparateur de phases est proportionnelle à la différence en phase ou fréquence entre ses deux entrées, de telle
sorte que la fréquence de sortie du VCO est continuellement asservie afin de maintenir identiques la fréquence et la
phase des deux entrées. Le choix du diviseur de fréquence, R, détermine ainsi le diviseur d'interpolation des
impulsions.
Le nombre d'impulsions interpolées recueillies pendant l'étalonnage est normalement exprimé par
n*
n′=
R
où
n* est le nombre d'impulsions multipliées issues de la sortie multiphase;
R est le diviseur retenu (ou facteur de multiplication).
n*
Nombre interpolé d'impulsions n′=
R
Figure 3 — Méthode de la boucle à verrouillage de phase
4
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ISO 7278-3:1998(F)
Pour parvenir à un asservissement précis, il est nécessaire de filtrer la sortie du comparateur de phases pour éviter
de brusques variations du VCO. Ce filtre, normalement du type simple RC, a la propriété de conserver
momentanément en mémoire la tension requise par le VCO pour continuer à délivrer R fois la fréquence du
compteur entre chaque comparaison de phases. Il convient que la constante de temps des filtres soit choisie de
façon à fournir une bonne stabilité, mais à ne pas cacher les variations de fréquence des impulsions d'entrée dues
aux fluctuations de débit.
5 Conditions d'utilisation
5.1 Généralités
Les conditions qui suivent s'appliquent en général à toutes les méthodes d'interpolation des impulsions décrites
dans la présente partie de l’ISO 7278.
a) Résolution
La résolution du système d'interpolation doit, dans tous les cas, être meilleure que 1 sur 10 000.
b) Nombre de chiffres significatifs pour n'.
Comme établi en 4.1 b), le nombre n' ne sera pas nécessairement un nombre entier. Cependant, pour les méthodes
de chronométrage conduisant à un résultat fractionnaire, il y aura une limite pratique sur le nombre de décimales
pour n'. En pratique, l'amélioration due à l'int
...
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