ISO 9213:1992
(Main)Measurement of total discharge in open channels — Electromagnetic method using a full-channel-width coil
Measurement of total discharge in open channels — Electromagnetic method using a full-channel-width coil
Specifies procedures for the establishment and operation of a gauging station, equipped with an electromagnetic flow-meter, in an open channel or a closed conduit with a free water surface. The field of application is limited to sites where the magnetic field is generated by an electromagnetic coil which traverses the full channel width. Does not apply to flow-meters which operate by using the Earth's magnetic field.
Mesurage du débit total dans les canaux découverts — Méthode électromagnétique à l'aide d'une bobine d'induction couvrant toute la largeur du chenal
La présente Norme internationale prescrit les procédures de mise en place et de fonctionnement d'une station de jaugeage équipée d'un débitmètre électromagnétique dans un chenal découvert ou dans une conduite fermée à surface libre. Le domaine d'application se limite aux sites dans lesquels le champ magnétique est engendré par une bobine d'induction étendant son action sur toute la largeur du chenal. La présente Norme internationale ne s'applique pas aux débitmètres exploitant le champ magnétique terrestre.
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
STANDARD
First edition
1992-07-15
Measurement of total discharge in open
channels - Electromagnetit method using a
full-channel-width coil
Mesurage du debit total dans les canaux dhouverts - Methode
6lectromagn6tique i I’aide d’une bobine d’induction couvrant toute Ia
largeur du chenal
--
-VP
--
Reference nurnber
-~----
ISO 9213: 1992(E)
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ISO 9213:1992(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. 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. 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 lnter-
national Standard requires approval by at least 75 % of the member
bodies casting a vote.
International Standard ISO 9213 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 113, Measurement of liquid #OW in open channels, Sub-
Committee SC 1, Velocity area mefhods.
This first edition of ISO 9213 cancels and replaces ISO/TR 9213:1988, of
which it constitutes a technical revision.
Annexes A, B, C and D of this International Standard are for information
only.
0 ISO 1992
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilm, without
Permission in writing from the publisher.
I Organization for Standardization
Internationa
l Switzer
Case Postal e 56 * CH-1211 Geneve 20 iand
Printed in Switzerland
ii
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ISO 9213:1992(E)
INTERNATIONAL STANDARD
Measurement of total discharge in open channels -
Electromagnetit method using a full-channel-width coil
ISO 7066-1:1989, Assessment of uncertainty in the
1 Scope
calibration and use of f7ow measurement devices -
Part 1: Linear calibration relationships.
This International Standard specifies procedures for
the establishment and Operation of a gauging sta-
IEC 68-1:1988, Environmental testing, Part 1: General
tion, equipped with an electromagnetic flow-meter,
and guidance.
in an open channel or a closed conduit with a free
water surface.
IEC 68-2-28:1990, Environmental festing, Part 2:
Tests - Guidance for clamp heat tests.
The field of application is limited to sites where the
magnetic field is generated by an electromagnetic
IEC 801-3: 1984, Electromagnetit compatibility for
coil which traverses the full channel width.
industrial-process measurement and control equip-
This International Standard does not apply to flow- ment, Part 3: Radiated electromagnetic field require-
meters which operate by using the Earth’s magnetic ments.
field.
IEC 801-4:1988, Electromagnetit compatibility for in-
dustrial process measurement and control equip-
Part 4: Elec tric fast transientlburst
ment,
requiremen ts.
2 Normative references
The following Standards contain provisions which,
3 Definitions
through reference in this text, constitute provisions
of this International Standard. At the time of publi-
For the purposes of this International Standard, the
cation, the editions indicated were valid. All stan-
definitions given in ISO 772 apply.
dards are subject to revision, and Parties to
agreements based on this International Standard
4 Principles of Operation
are encouraged to investigate the possibility of ap-
plying the most recent editions of the Standards in-
4.1 The electromagnetic gauge operates on a
dicated below. Members of IEC and ISO maintain
principfe similar to that of an electric dynamo. If a
registers of currently valid International Standards.
length of conductor moves through a magnetic field,
ISO 748:1979, Liquid f7ow measuremenf in open a voltage is generated between the ends of the
conductor. In the electromagnetic gauge, a vertical
channels - Velocity-area methods.
magnetic field is generated by means of an insu-
lated coil which is located either above or beneath
ISO 772:1988, Liquid f7ow measurement in open
the channel. The conductor is formed by the water
channels - Vocabulary and Symbols.
which moves through the magnetic field; the ends
ISO 5168:-‘1, Measurement of fluid Row - Evaluation of the conductor are represented by the channel
of uncertain ties. Walls or river banks. The vety small voltage gener-
ated is sensed by electrodes on the channel banks,
ISO llOO-2:1982, Liquid f7ow measuremenf in open and these are connected to the input of a sensitive
channels - Part 2: Determination of the stage- voltage measuring device. The faster the velocities,
discharge relafion. the greater is the voltage which is generated.
1) To be published. (Revision of ISO 5168:1978)
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ISO 9213:1992(E)
4.2 The basic physical relationship between the governed by the bed and water conductivities, and
variables is: the voltage generated may be only one-tenth that of
a gauge having an insulated bed. The configuration
v= vhl? . . .
(‘1
is therefore normally only suitable for special situ-
ations-
where
V is the voltage generated, in Volts;
4.5 For a typical case of an insulated channel hav-
V is the average veloci ty of the conductor,
ing a full-width coil of 500 ampere turns, located be-
in metres per second
neath the channel, and a water velocity of 1 m/s, the
voltage generated will be approximately 500 pV.
b is the length of the conductor, in metres,
and is equal to the width of the channel;
lt should be noted that this magnetic field decreases
with vertical distance from the plane of the coil, in
n is the magnetic flux density, in teslas?
accordance with classic physical principles. The av-
erage field across the channel width should be cal-
culated over the entire range of water depths if a
4.3 In the case of an operational gauge having an
theoretical calibration is to be obtained.
insulated bed and a Square coil just wider than the
channel, the voltage generated is approximately
0,8 times that given by equation (1). This reduction
4.6 In the ideal case where the magnetic field
in voltage is caused by the shorting effect of the
strength is constant over the entire wetted section,
water upstream and downstream of the magnetic
then taking into account equation (2) the discharge,
field.
Q, is given by:
Q = vbH . . .
Numerically, the empirical relationship (+ 3 %) is:
- (3)
v) z vbiJ
. . .
(2)
and thus
where
cph
--
-
. . .
Q (4)
IJ
is the electrode potential, in microvolts;
where h is the depth of water, in metres (see 8.2.6).
v is the average water velocity, in metres
per second;
In an operational gauge in which the coil is mounted
above the channel, the water near the bed will move
b is the channel width, in metres;
in a less strong magnetic field relative to that near
the surface, and so a non-linear relationship be-
IJ is the average mag netic field strength, in
Q and depth is necessary.
tween
ampe res per metre
Normally this relationship is expressed by a simple
The physical relationship between R and H in
NOTE 1
equation of the form
free space, air or water is given nutnerically by:
lI=Hx4WC Io--’ Q = (K, + h - K2h2)q#i . . .
(5)
where II and H are in different units.
where K1 and K2 are constants.
4.4 In the case of an operational gauge having a
4.7 The coil may be buried under the channel (see
non-insulated bed, the voltage generated is reduced
figure 1) or bridged across the channel above the
by the shorting effect of the bed. The Signal is re-
highest water level (see figure 2).
duced in proportion to the ratio of the bed to water
conductivity. The higher the water conductivity, the A bridged coil configuration is normally used where
less the reduction. The reduction should not be al- the physical presence of the coil is aesthetically ac-
lowed to exceed a factor of IO, because the Signal ceptable and not subject to vandalism. On wider
levels may be too low to be measured accurately channels, a bridged coil may, however, be impracti-
and the reduction factor too variable to be deter- cal. A buried coil may be impractical to use in
mined with confidence. For water of high electrical existing reinforced concrete channels. The choice
conductivity (i.e. greater than 500 pS/m) (e.g. raw of the type of coil will normally be made on a finan-
sewage flowing in a concrete or brick channel) the cial basis, as technically the only significant differ-
reduction is small, of the Order of 10 %. For a natu- ence between the two types is the way in which the
ral river, the reduction will be Iarge and variable, magnetic field varies with depth.
2) 1 T = 1 Wb/m*.
2
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ISO 9213:1992(E)
4.8 The channel Cross-section may be rectangular, 5.2 Owing to the high power consumption of the
trapezoidal or circular. However, if there is a large coil, equipment intended to measure flow continu-
range of depth and only a Single coil located either ously cannot reasonably be operated from its own
above or beneath the channel, the magnetic field power supply.
strength at different depths will differ. If this is the
Where the electrical power supply is derived from
case, the contributions to the average generated
an external power Source, the System shall be ar-
voltage at various depths will not all have the Same
ranged so as to restritt the amount of current
constant of proportionality and the average voltage
passed through the ground. On sites where protec-
will deviate from the ideal of 3~ x b x constant” in
tive multiple earthing (grounding) is used, i.e. where
equation (2). If large vertical velocity gradients exist,
the neutral line is grounded everywhere power is
the spatial integration will be erroneous. For a coil
supplied, special Permission to disconnect the
located beneath the bed, the magnetic field will be
neutral-to-ground link on the power supply may
stronger near the bed than near the water surface.
have to be requested. The power supply voltage
shall be within + 20 % of its nominal value.
4.9
The magnitude of the field is proportional to the
electric current flowing through the coil. This current A 1 kW Source of electrical energy should be avail-
will normally remain relatively constant, but owing able for river gauges.
to ambient temperature fluctuations affecting the
resistance of the coil cable, and fluctuations of the
5.3 The site shall afford adequate on-bank working
mains voltage, it may vary slightly. lt is necessary,
space for handling the membrane and cable during
therefore, to measure the current and to carry out a
construction, and good access for Operation and
proportional correction to the flow calculation made.
maintenance.
4.10 Esch volume of water flowing in the cross-
5.4 Since the magnetic field reduces as distance
section will contribute to the electrode voltage, and
from the coil increases, it is recommended that the
for an ideal arrangement the voltage will be pro-
ratio of coil width to the vertical distance between
portional to the true spatial integration of the vel-
the coil and any water being measured be not less
ocity across the section. In practice, deviations from
than 2. For narrow deep channels, this may mean
the ideal integration are small, which makes the
that a coil many times wider than the channel is
method suitable for sites where the velocity profiles
necessary.
are irregular and variable. The method is suitable,
therefore, for sites where there is considerable
5.5 For non-insulated channels the Signal attenu-
weed growth, limited variable accretion, upstream
ation due to bed leakage increases as the width-to-
bends and large obstructions in the resch.
depth ratio increases. In this case, it is
recommended that the width-to-depth ratio does not
4.11 With most natura1 channels the bed will be an
exceed 10. However, for insulated channels, oper-
electrical conductor and hence will reduce the in-
ation with width-to-depth ratios of 200 is possible.
duced voltage owing to electrical current leakage
(see 4.4). lt will usually be necessary to line the
5.6 The site characteristics shall be such that the
channel with an electrically insulating impervious
calibration of the Station tan be checked by an
membrane to reduce the current leakage to an ac-
alternative method.
ceptable level (see figure 1).
5.7 Sites shall be selected where there is no spa-
4.12 Problems are caused by the Earth’s magnetic
tial Variation in water conductivity. Whether or not
field, the electrolytic effects of the electrodes in the
the channel is insulated, the accuracy of the method
water and extemal electrical interference. These
will be reduced if the spatial conductivity is not uni-
may be overcome by reversing at regular intervals
form across the section. Gradual variations with
the magnetic field produced by the coil. This is
time are unimportant provided that the spatial uni-
achieved by reversing the current. Measurements
formity of the conductivity is maintained. This re-
are taken with the field first in one direction and then
quirement makes an electromagnetic gauge
in the other.
unsuitable for channels in which fresh water flows
over Saline water, which often occurs in estuaries.
Provided that these requirements are met, the qual-
5 Selection of site
ity of the water will not affect the Operation of the
gauge. Similarly the conductivity of the water will not
5.1 A site Survey should be carried out if necess-
affect the Operation of a gauge in an insulated
ary as outlined in annex A to measure any externat
channel provided that it exceeds 50 pS/m.
electrical interference (e.g. power cables, radio
Rapid changes in water quality with time will pro-
stations or electric railways). Areas of high electrical
interference should be avoided. duce changes in the steady (or slowly changing)
3
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voltages between the electrodes. Such changes will
e) tolerates deposited Sediment or other accretion
bias the amplifier stages of the electronie System. on the channel bed;
f) tolerates variable backwater;
5.8 In a non-insulated channel the accuracy of
measurement is reduced. However, in this Situation
g) tolerates upstream inflows; however, if the inflow
a preliminary Survey shall be carried out to measure
conductivity is significantly different from that of
the conductivity of the water and bed to estimate the
the main channel, there shall be sufficient dis-
Signal reduction before deciding whether the site is
tance for adequate mixing;
suitable (see 4.4 and annex A).
h) tan detect a minimum velocity of about
6 Calibration
0,001 m/s;
i) tolerates irregular velocity profiles, including
6.1 After a Station has been installed, a rating
skew flow and severe eddy currents in the
equation, for example in the form of equation (5),
measurement area;
based on the coil configuration and range of Stage
shall be established and checked by using a
j) is suitable for gauging very shallow water;
current-meter or other method.
k) inherently integrates the velocity Profile over the
6.2 Care shall be taken to ensure that the act of
entire channel cross-section;
check gauging does not affect the working of the
electromagnetic gauge. Any activity in the river
1) affords a wide range of Hage and discharge
should be carried out outside the limits of the coil
measurements;
and insulated section to reduce electrical inter-
ference from current-meters and support cables,
m) provides adequate quality of measurement;
and to avoid wave action generated by wading and
boats.
n) does not constrict the flow;
0) tan measure reverse flow.
i cations
7 APPl
7.1 The electromagnetic ga is particularly 8 Design and construction
4.F
suited for measuring the flow o f un treated domestic
effluent and treated effluent discharge into rivers,
8.1 General
the flow of potable water in a treatment works and
the flow of cooling water in power stations-
The electromagnetic gauging Station should consist
of the following elements (see figures 1 and 2):
7.2 Different Versions of the electromagnetic
a) a field coil installed beneath or above the chan-
gauge are suitable for measuring flow in rivers,
nel;
partly-filled pipes or culverts carrying Storm water,
raw effluent or foul sewage.
b) a pair of electrodes, one on each side of the
The advantages of the method include the following: channel;
a) tolerates weed growth; c) an insulating membrane, normally necessary;
b) tolerates entrained air;
d) an instrumentation unit, including a coil power
supply unit;
c) tolerates temperature stratification;
e) equipment housing;
d) tolerates suspended Sediment or floating debris
in the water; f) a water level measuring device (see 8.2.6).
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the conductors which make up the coil. lt is also
8.2 System equipment
proportional to the electrical resistivity of the ma-
terial used for the conductors. A compromise should
8.2.‘1 Coil
be made, therefore, between the capital tost of the
cable, electricity running costs and strength of elec-
The sensitivity of the equipment to the flow
8.2.1.1 trical interference, and the resolution required in the
is improved by increasing the strength of the field. determination of flow.
This is proportional to the number of turns in the coil
In practice, a coil with a Square configuration slightly
and also to the current flowing through the coil. The
larger than the channel width and of some 200 to
energy required to produce the magnetic field in a
should cover most practical
1 000 ampere turns,
coil of a certain size, number of turns and current is
situations.
inversely proportional to the Cross-sectional area of
membrane
Hut containing
instrumentation unit
Figure 1 - Buried coil configuration
Electrode
potential
Coil current
I
Insulating
membrane
Instrumentation unit
Depth data
1
Displays
Figure 2 - Bridged coil configuration
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ISO 9213:1992(E)
8.2.1.2 Any electrical leakage between the coil and
8.2.1.6 The frequency at which the magnetic field
the water in the channeI will create voltages across
is reversed shall be low enough to permit a stable
the width of the channel. These voltages cannot be
field to be established, but not so low as to permit
separated from those generated by the movement
polarization effects to become significant. Fre-
of water through the magnetic field and will produce
quencies of the Order of 1/2 or 1 cycle every second
an apparent offset in the readings of the equipment.
(0,5 Hz to 1 Hz) are recommended. The coil current
should be either measured or, alternatively, stabil-
If the coil is located beneath the channel, the use of
ized at a fixed value.
a polyethylene-insulated cable with a polyethylene
outer sleeve is recommended. in all cases, the in-
8.2.1.7 A typical coil design is described in
suIation between the coil and earth (or the water
annex B.
surrounding the coil) shall exceed 5 x IO* SZ.
8.2.2 Electrodes
8.2.1.3 The coil shall be installed in ducting
8.2.2.1 It is recommended that the eiectrodes be
(normaliy of about 250 mm diameter) to afford ac-
made from stainless steel Strip or tube. In clean
cess for maintenance of the cable. Construction
water rivers, they should be covered by a mechan-
constraints normally require the coil to be Square in
ical fitter to reduce varying Oxidation Potentials
plan.
generated by wave action of the water. Typically, the
width of flat eiectrodes may be in the range 50 mm
For a bridged coil, a lesser grade of insulation such
to 100 mm. Tubular electrodes should be of the or-
as poly(vinyl chloride) (PVC) is acceptable. The coil
der of 10 mm to 20 mm diameter. The fitter may take
shall span the fuII width of the river above the
the form of a perforated plastic tube of 80 mm di-
maximum Stage at which measurements are re-
ameter placed around the eiectrode.
quired. if the coil is Iikely to be submerged, it shall
be able to withstand impact by floating debris. If
8.2.2.2 In channels containing faul water which is
meaningfut measurements are required in this con-
liable to putrify, the etectrode mounting shall not
dition, the insulation shali exceed 5 x IO* fl when
permit such water to become trapped in pockets or
submerged, and no metal shall be in contact with
crevices near the electrode, and no mechanical fitter
the water.
shall be used.
8.2.1.4 It is recommended that the coil be wound 8.2.2.3 The potential between the electrodes is
with a multi-core cable (e-g. 12 cores each of Iikely to resch severa1 hundred Volts in the event of
4 mm2 Cross-section, a lightning Strike in the vicinity of the gauge. To
insulated from each other,
protect the instrumentation from such an event a
sheathed Overall) to simphfy installation. It is rec-
Zener3) barrier is essential between the electrodes
ommended that the cable is not armoured with steel,
and the input to the instrumentation (see IEC 801-3
otherwise the fieid may be partially contained in the
and IEC 801-4).
armouring. Non-ferrous armouring is permissibIe,
but the armouring shali be insulated from the water
to avoid Ieakage of the induced Signal. 8.2.2.4 The inductive coupling between the Signal
cable and the coil shall be a minimum. This tan be
achieved by the feed from the electrode on the far
8.2.1.5 If the equipment is installed in a potentially
bank passing in a straight line through the coil cen-
explosive atmosphere, the coil shall be of limited tre to bisect the plan area of the coil. An alternative
power and shall be protected against accidental arrangement is to take two Signal cables from rhe
mechanicai damape. For such duty, a typicai coil is far bank etectrode: one cable Passes through the
a 300 turn, 4 mm Cross-section topper conductor, Same ducting as the upstream coil cable and the
with a maximum possible current of 5 A. The coil second electrode cable Passes through the down-
should be encased in an approved plastic trunking,
stream coil ducting. The Signals from these two ca-
and surrounded by concrete 50 mm thick. Alterna-
bles are added together using a resistance network.
tively, double-insulated conductors wound inside an Ducting for the electrode cables either shall Cross
approved glass-reinforced plastic trunking with an the channei beneath the insulating membrane (if
approved junction box may be used. used) or shall be bridged across the channel.
3) A Zener barrier is a vol t age- and current-limi lightning
ting circuit which protects against high voltage inputs from
strikes. It also reduces th e risk of haza
rdous vol t ag es being pr mesented to the electrode faulty el ectronic equi pment.
s bY
6
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ISO 9213:1992(E)
Concrete
Level Sensor
‘E Coil supported on benching
benching
r /
Concrete pipe
plastic pipe section
Figure 3 - Coil configuration for partially filled pipes
8.2.2.5 In open channels the etectrodes should be edge shail be protected against darnage by local
supported in guides mounted on the Walls or banks scour.
on either side of the channel. Such mountings shalt
extend throughout the fuII depth of flow. The guides
8.2.3.3 In practice the membrane may be covered
may consist of slotted plastic rods for flat etectrodes
by a variety of materials to protect it against dam-
or perforated plastic tubing for tubular eiectrodes.
age. Acceptable protection on the river bed is a
Atternatively the etectrodes may be moulded into
100 mm thick layer of concrete (this shall not be re-
glass-reinforced plastic units, with only one face of
inforced). The banks of the river may be protected
the metal etectrode exposed. The guides shall be
by rock-fitled non-metallic gabions or, in some in-
secured to the channel wails or banks, but the
stances, a layer of concrete. In a rectangular chan-
membrane shall not be punctured (except as speci-
nel, the membrane may be set behind a vertical wall
fied in 8.2.3.4 ) (see figure 1).
of concrete or similar material, such as concrete
blocks or clay bricks. No metal reinforcement or
In closed conduits the etectrodes shall be installed
wire rope shall be used within the insulated resch.
as patt of the preformed pipe section (see 8.2.3.6
and figure 3).
8.2.3.4 The membrane shall not be punctured, ex-
cept along the edges for anchoring purposes. For
8.2.3 Insulating membrane
this reason the take-off Point to a stilfing weil shail
be beyond the Limits of the membrane.
8.2.3.1 If the channel is to be lined, an insulating
membrane shalt be used which is tough enough to
8.2.3.5 In a concrete channel the upstream leading
withstand the Stresses involved. A high density
edge and sides of the membrane shoufd be battened
polyethylene sheet 2 mm or 3 mm thick, or equiv-
to the concrete or fixed by simiiar means. In a river,
alent material, is recommended. The resistivity of
the edges of the membrane may be anchored by
the material shall be greater than IO’* Q-m.
concrete bagging to trap the membrane in a trench.
8.2.3.2 The membrane shall be mechanically an-
8.2.3.6 It is recommended that the length of the
chored and sealed at the leading and side edges to
lining is not Hess than l,5 times the channel vvidth
protect against local scour and Seepage. The lining
at the maximum Stage at which measurements arc
shall be laid and secured in such a way as to pre-
to be made. The lining shall be centred with respect
vent subsequent movement. The bed at the trailing
to the coil centre.
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In closed conduits a special preformed section shall The equipment datum shall be at the mean level of
be inserted in the conduit, as shown in figure3. The the insulation at the bottom of the channel, below
resistivity of the material shall be greater than the level of the bottom of the electrodes. lf the insu-
IO’* SJ-m.
lation is covered with a protective layer of concrete
or other non-conducting material, then the datum is
the mean level of the top of this covering.
8.2.4 Instrumentation unit
The Zero Point of the gauge should be at a datum
8.2.4.1 The instrumentation shall consist of a power
preferably at or below the Point of Zero flow.
supply to drive the coil, a sensitive detector to
measure the electrode voltage and other etectronic
8.3 Measurement of watet- and bed
processing units to compute the discharge from the
conductivity
site Parameters and water depth. The electronie
System detects and measures the required Signal in
If the equipment is established on a non-insulated
the presence of interference the magnitude of which
channel, regular measurement of water conductivity
may be many thousands of times greater. To obtain
and bed teakage is required. The ratio between
meaningful determinations of flow, measurements
these Parameters shall be determined to an uncer-
shall be averaged over a period of several minutes.
tainty of within 5 % and the value thus determined
used in the flow determination.
8.2.4.2 An in sifu data-logging System may be in-
cluded with an instrument to record data on one or
8.4 Measurement of coil current and
more of a variety of recording devices.
electrode voltage
8.2.4.3 To check the equipment, a digital output
The uncertainty in the measurement of coil current
display shall give a continuous display of discharge
shall not exceed 1 % of the measured value.
and depth with built-in indicator alarms to detect
etectronic faults. lt shall also be possible to display
The uncertainty in the measurement of voltage gen-
other fundamental variables, including the electrode
erated by the movement of water in the magnetic
potential, coil current and engineering Parameters
field shall be + 0,5 pV or + 1 % of the actual value,
-
in the instrumentation, such as power supply volt-
whichever is greater. -
ages. Where a non-insulated channel is used, the
display shall be capable of indicating the water
8.5 Measurement interferences
resistivity and the measured bed resistance.
The Signals generated by the movement of water
8.2.4.4 The displays shall have the following resol-
through the magnetic field produced by the coil will
utions:
vary from a few to several hundred microvolts.
Typical values by which the Signals will he modified
electrode voltage:
0,l p.v
by interference from various sources are given in
coil current: 0,Ol A
table 1.
depth: 1,0 mm
Table 1
8.2.4.5 A means of altering the averaqing period
Source Interference
as an aid to checking shall be provided.‘
+ 1,5 V between electrodes
Power frequency
8.2.5 Equipment housing
(50 Hz or 60 Hz) and ground
+ 5 mV between electrodes
-
The eiectronic System shail not be subjected to
_.
temperatures outside its design range when in op-
Radio frequency + 40 mV between electrodes
eration. The housing shall be secured against the
änd ground
ingress of corrosive or explosive gases, if these are
+ 5 mV between electrodes
-
likely to be present. Venti
...
NORME
INTERNATIONALE
Première édition
1992-07-l 5
Mesurage du débit total dans les canaux
- Méthode électromagnétique à
découverts
l’aide d’une bobine d’induction couvrant toute la
largeur du chenal
Measurement of total discharge in open channels - Elec tromagnetic
method using a full-channel-width coi1
-
Numéro de référence
ISO 9213: 1992(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé 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 tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques 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 9213 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans /es canaux décou-
verts, sous-comité SC 1, Méthodes d’exploration du champ des
vitesses.
Cette première édition de I’ISO 9213 annule et remplace
l’ISO/TR 9213:1988, dont elle constitue une révision technique.
Les annexes A, 6, C et D de la pré sente Norme internationale sont
d’informat
don nées uniquement à titre ion.
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mkanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
NORME INTERNATIONALE
ISO 9213:1992(F)
Mesurage du débit total dans les canaux découverts -
Méthode électromagnétique à l’aide d’une bobine d’induction
couvrant toute la largeur du chenal
ISO 5168:- i)l Mesure de débit des fluides - Calcul
1 Domaine d’application
de l’incertitude.
La présente Norme internationale prescrit les pro-
ISO IIOO-2:1982, Mesure de débit des liquides dans
cédures de mise en place et de fonctionnement
les canaux découverts - Partie 2: Détermination de
d’une station de jaugeage équipée d’un débitmètre
la relation hauteur-débit.
électromagnétique dans un chenal découvert ou
dans une conduite fermée à surface libre.
ISO 7066-I : 1989, Évaluation de /‘incertitude dans
l’étalonnage et I’utilisation des appareils de mesure
Le domaine d’application se limite aux sites dans
du débit - Partie 1: Relations d’étalonnage
lesquels le champ magnétique est engendré par une
linéaires.
bobine d’induction étendant son action sur toute la
largeur du chenal.
CEI 68-l : 1988, Essais d’environnement - Première
partie: Généralités et guide.
La présente Norme internationale ne s’applique pas
aux débitmètres exploitant le champ magnétique
terrestre. CEI 68-2-28: 1990, Essais d’environnement - Deu-
xième partie: Essais - Guide pour les essais de
chaleur humide.
CEI 801~J:f984, Compafibrlr’té ekf~o~agnétique
pour les matériels de mesure et de commande dans
2 Références normatives
/es processus industriels - Troisième partie: Pres-
criptions relatives aux champs de rayonnements
Les normes suivantes contiennent des dispositions
électromagnétiques.
qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la pré-
Compatibilité électromagnétique
CEI 80%4:1988,
sente Norme internationale. Au moment de la pu-
pour les matériels de mesure et de commande dans
blication, les éditions indiquées étaient en vigueur.
/es processus industriels - Quatrième partie: Pres-
Toute norme est sujette à révision et les parties
crip tions relatives aux transitoires électriques rapi-
prenantes des accords fondés sur la présente
des en salves.
Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
des normes indiquées ci-après. Les membres de la
CEI et de I’ISO possédent le registre des Normes
internationales en vigueur à un moment donné.
ISO 748:1979, Mesure de débit des liquides dans les
3 Définitions
canaux découverts - Méthodes d’exploration du
champ des vitesses.
Pour les besoins de la présente Norme internatio-
ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides dans les nale, les définitions données dans I’ISO 772 s’appli-
canaux découverts - Vocabulaire et symboles. quent.
1) A publier. (Révision de I’ISO 5168:1978)
1
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
NOTE 1 il existe une relation physique entre B et H
4 Principe de fonctionnement
dans l’espace, air ou eau, qui s’exprime numériquement
sous la forme:
4.1 Un débitmètre électromagnétique fonctionne
R= HX4Z X 1o--7
sur un principe similaire à celui d’une dynamo
électrique. Si une certaine longueur de conducteur où I3 et Ti sont données en unités différentes.
est placée dans un champ magnétique, une tension
se forme entre les extrémités du conducteur. Dans
4.4 Lorsque le débitmètre opérationnel n’a pas de
le débitmètre électromagnétique, un champ magné-
fond isolé, la tension engendrée diminue sous l’effet
tique vertical est engendré par une bobine isolée
de court-circuit de l’eau. Le signal diminue dans le
suspendue au-dessus du chenal ou enterrée dans
rapport de la conductivité du fond à la conductivité
son lit. Le conducteur est représenté par l’eau qui
de l’eau. Plus la conductivité de l’eau est élevée et
coule à travers le champ magnétique. Les extrémi-
moins la tension engendrée diminue. Il convient que
tés du conducteur sont représentées par les parois
cette réduction ne dépasse jamais un facteur de 10
du chenal ou les berges de la rivière. La tension très
sous peine d’obtenir des niveaux de signal trop fai-
faible ainsi engendrée est captée par des électrodes
bles pour être mesurés avec exactitude et un facteur
placées sur les rives du chenal, ces électrodes étant
de réduction trop variable pour pouvoir être déter-
reliées à la borne d’entrée d’un appareil sensible
miné avec fiabilité. Lorsque l’eau présente une forte
de mesurage des tensions. Plus la vitesse est
conductivité électrique (c’est-à-dire supérieure à
grande et plus la tension engendrée est élevée.
500 @/m), comme c’est le cas pour les eaux usées
coulant dans un chenal en béton ou en briques, la
4.2 La relation physique fondamentale existant
réduction est faible de l’ordre de 10 %. En rivière
entre les variables est:
naturelle, elle sera elevée et variable, en fonction
de la nature du fond et de la conductivité de l’eau,
V = vhB
. . .
(1)
et les tensions engendrées ne pourront atteindre
qu’un dixième de la tension obtenue avec isolation
V est la tension engendrée, en volts;
du fond. Par conséquent, la forme ne convient nor-
malement que dans les situations spéciales.
V
est la vite sse moyenn e du conducteur,
en mèt res seconde
Par
4.5 Dans le cas typique d’un chenal isolé dans le
b est la r du CO
longueu Inducteur, en mè-
fond duquel est enterrée une bobine de 500
.
tres
gale à la largeur du chena I
,é 7
ampères-tours couvrant toute la largeur du chenal,
où l’eau coule à une vitesse de 1 m/s, la tension
B est la densité du flux magnétique, en
engendrée sera d’environ 500 pV.
teslas*).
II est à noter que le champ magnétique diminue
avec l’éloignement du plan de la bobine, conformé-
4.3 Si l’on dispose d’un débitmètre opérationnel à
ment aux lois classiques de la physique. II convient
fond isolé et d’une bobine carrée un peu plus large
donc, pour obtenir un étalonnage théorique, de cal-
que le chenal, on obtient une tension correspondant
culer le champ moyen sur la largeur du chenal pour
à environ 0,8 fois la tension donnée par
toute une gamme de profondeurs d’eau.
l’équation (1). Cette diminution est due à l’effet de
mise en court-circuit de l’eau en amont et en aval
du champ magnétique.
4.6 Dans le cas idéal où l’intensité du champ ma-
gnétique est constante dans toute la section
La relation empirique (+ 3 %) s’exprime numéri-
mouillée, le débit, Q, est donné, compte tenu de
quement sous la forme: -
l’équation (2) par:
‘;p x vbH
. . .
Q = vbti .
. .
(3)
où
et donc
est le potentiel des électrodes, en
rph
--
mit rovol ts; -
. . .
Q (4)
Il
enne de l’eau, en mè-
V est la vitesse
mOY
.
où h est la profondeur d’eau, en mètres (voir 8.2.6).
tres par secon de
9
Dans les débitmètres opérationnels dont la bobine
h est la largeur du chenal, en mètres;
est suspendue au-dessus du chenal, l’eau circule à
moyen ne
II est I ‘intensité du c hamp ma- proximité du fond dans un champ magnétique moins
gnéti que, en a mpères r mèt re. fort que celui près de la surface. II est donc néces-
Pa
2) 1 T = 1 Wb/m*.
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 9243:1992(F)
saire d’etablir une relation non linéaire entre Q et pratique, l’écart par rapport à l’intégrale spatiale
idéale est néanmoins petit, ce qui permet d’utiliser
la profondeur.
la méthode dans des sites à profil de vitesses irré-
On obtient cette relation en règle générale à l’aide
gulier et variable, et notamment là où l’on trouve
d’une simple équation, de la forme:
beaucoup de végétation aquatique, des accrétions
variables d’ampleur limitée, des coudes en amont
Q = (K, + h - K2h2)03/Zi . . .
(5)
et d’importantes obstructions du chenal.
où Kl et Kg sont des constantes.
4.11 Dans la plupart des canaux naturels, le lit est
conducteur de l’électricité et la tension induite est
4.7 La bobine peut être soit enterrée dans le lit du
donc réduite par les courants de fuite (voir 4.4). II
chenal (voir figure l), soit suspendue en travers du
sera habituellement nécessaire de revêtir le fond
chenal au-dessus du niveau le plus élevé (voir
d’une membrane isolante imperméable maintenant
figure 2).
les courants de fuite à un niveau acceptable (voir
figure 1).
Le montage suspendu est normalement utilisé là où
la présence matérielle d’une bobine ne présente
4.12 Le champ magnétique terrestre cause des
pas d’inconvénient du point de vue esthétique et ne
problèmes, de même que les effets électrolytiques
prête pas au vandalisme. Cependant, sur les canaux
des électrodes dans l’eau et les perturbations élec-
d’une plus grande largeur, la suspension peut être
triques extérieures. Ces problèmes peuvent être
plus difficilement réalisable. II peut également être
aplanis si l’on change à intervalles réguliers le
impossible d’employer une bobine enterrée dans
champ magnétique engendré par la bobine. Pour
les canaux à fond en béton armé. Puisque techni-
cela, il suffit d’inverser le courant. Les mesurages
quement la seule différence significative entre les
sont donc effectués avec le champ dans un sens,
deux types d’installations réside dans la manière
puis avec le champ dans le sens contraire.
dont varie le champ magnétique, le choix de l’ins-
tallation de la bobine se fera normalement sur la
base de critéres financiers.
5 Choix du site
4.8 La section transversale du chenal peut être
5.1 Si nécessaire, une étude du site doit être ef-
rectangulaire, trapézoïdale ou circulaire. Si la pro-
fectuée conformément aux indications de
fondeur varie beaucoup et que l’on ne dispose que
l’annexe A pour mesurer les perturbations électri-
d’une seule bobine enterrée ou suspendue, le
ques extérieures (par exemple câbles électriques,
champ magnétique obtenu aura des intensités dif-
stations radio ou voies de chemins de fer électri-
férentes selon la profondeur. Si tel est le cas, l’effet
fiées). II convient d’éviter les zones a fortes pertur-
du champ sur la tension moyenne engendrée n’aura
bations électriques.
pas la même constante de proportionnalité selon la
La tension moyenne variera par
profondeur.
5.2 En raison de la forte consommation d’électri-
rapport au cas idéal donné par l’équation (2) de
cité dans la bobine, il est pratiquement impossible
S’il
w x b x constante,,. existe d’importants
qu’un matériel mesurant le débit en continu soit ali-
qradients de vitesses verticales, l’intégration des
menté par sa propre source d’énergie.
iitesses dans l’espace sera erronée. Lorsque la
bobine est enterrée dans le lit, le champ magnéti-
Lorsque l’alimentation électrique provient d’une
que sera plus intense près du fond que près de la
source d’énergie extérieure, il faut’ prévoir un sys-
surface de l’eau.
tème limitant la quantité de courant passant dans le
sol. Dans les sites recourant à une mise à la terre
4.9 L’intensité du champ est proportionnelle à
de protection multiple, c’est-à-dire là où un fil neutre
l’intensité de courant électrique circulant dans la
est mis à la terre à tous les endroits où circule de
bobine. L’intensité de courant est généralement
l’électricité, il peut s’avérer nécessaire de deman-
constante, mais elle peut varier Iégerement sous
der des autorisations spéciales pour déconnecter la
l’effet des fluctuations de température affectant la
liaison neutre-terre de la source d’alimentation. La
résistance du câble de la bobine et des fluctuations
tension d’alimentation ne doit pas s’écarter de plus
de tension d’alimentation du réseau. II est donc né-
de + 20 % de sa valeur nominale.
-
cessaire de mesurer l’intensité du courant et de
1 kW est néces-
faire les corrections correspondantes au moment du Une sou rce d’ énergie électrique de
calcul du débit. saire po ur les jaugeages en rivière.
4.10 Chaque élément de courant dans la section 5.3 Le site doit offrir un espace sur berges suffï-
sant pour manipuler la membrane et les câbles
transversale du canal apporte sa part de tension au
pendant la construction, et doit être facilement ac-
niveau des électrodes et le montage idéal est celui
où la tension est proportionnelle à l’intégrale spa- cessible pour la mise en œuvre et l’entretien de la
tiale vraie de la vitesse dans la section. Dans la station.
3
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
5.4 Étant donné que le champ magnétique diminue
6.2 Qn doit veiller à ne pas affecter par cette véri-
quand la distance à la bobine augmente, il est re-
fication le fonctionnement du débitmètre électroma-
commandé de maintenir un rapport d’au moins 2
gnétique. Toute activité entreprise dans la riviére
entre la largeur de la bobine et la distance verticale
doit avoir lieu en dehors de la zone occupée par la
de la bobine à tout point de la section mouillée.
bobine et par le troncon isolé, afin de réduire les
Dans les chenaux étroits mais profonds, une bobine
perturbations électriques dues aux moulinets et aux
bien plus large que le chenal lui-même est donc
câbles de suspension, et d’empêcher la formation
nécessaire.
de vagues causées par les canots et les perches de
sondage.
5.5 Dans les chenaux non isolés, l’atténuation du
signal due aux fuites dans le lit augmente avec le
rapport Iargeur/profondeur. Dans ce cas, il est re-
commandé de ne pas dépasser un rapport
7 Applications
IargeuTjprofondeur de 10. Dans les chenaux isolés,
ce rapport peut toutefois aller jusqu’à 200.
5.6 Les caractéristiques du site doivent permettre
7.1 Les débitmètres électromagnétiques sont par-
une vérification de l’étalonnage de la station par une
ticulièrement bien adaptés au mesurage du débit
autre méthode.
des eaux résiduaires domestiques non traitées, des
eaux résiduaires traitées rejetées dans les rivières,
5.7 Le site doit être choisi dans un endroit ne pré- de l’eau potable dans les usines de retraitement et
de l’eau de refroidissement des centrales thermi-
sentant pas de variations de la conductivité de l’eau
dans l’espace. Que le chenal soit isolé ou non, ques.
l’exactitude de la méthode diminue si la conductivité
dans l’espace n’est pas uniforme sur toute la sec-
tion. Les variations dans le temps sont négligeables
7.2 Des versions spéciales de débitmètre électro-
si l’uniformité de la conductivité est garantie dans
magnétique conviennent au mesurage du débit dans
l’espace. Cette exigence rend les débitmètres élec-
les rivières, dans les tuyauteries partiellement rem-
tromagnétiques impropres à l’usage dans les ca-
plies ou dans les caniveaux transportant des eaux
naux d’eau douce à reflux d’eau salée, comme cela
de pluie, des eaux usées ou des eaux résiduaires.
se produit souvent dans les estuaires. Si ces condi-
tions sont remplies, la qualité de l’eau n’aura aucun
Parmi les avantages de la méthode, on peut citer les
effet sur le fonctionnement du débitmetre. De même,
suivants:
la conductivité de l’eau n’affectera pas le fonction-
nement du débitmètre, dans un chenal isolé à
a) elle est peu sensible à la végétation;
condition qu’elle dépasse 50 uS/m.
b) elle est peu sensible aux entraînements d’air;
De rapides changements dans le temps de la qualité
de l’eau engendrent des variations de la tension
elle est peu sensible aux stratifications de tem-
(constante ou faiblement variable) entre les électro-
pérature;
des. Ces variations provoquent des erreurs au stade
de l’amplification des signaux.
elle est peu sensible aux sédiments en suspen-
sion dans l’eau ou aux débris flottants;
5.8 Dans un chenal non isolé, l’exactitude de me-
sure est réduite. Dans ce cas, une étude préli-
elle tolère le dépôt de sédiments ou autres
minaire doit être effectuée pour mesurer la
accrétions sur le lit du chenal;
conductivité de l’eau et du fond, de facon à évaluer
la réduction du signal avant de décider si le site
f) elle est peu sensible aux remous variables;
peut convenir (voir 4.4 et annexe A).
g) elle est peu sensible aux apports d’eau amont;
6 Étalonnage
si toutefois l’apport a une conductivité très diffé-
rente de celle de l’eau du chenal principal, on
6.1 Une fois une station installée, on doit établir doit prévoir une distance suffisante pour que le
une équation d’étalonnage, par exemple de la forme mélange s’effectue convenablement;
de l’équation (5) en fonction de la forme de la bo-
bine et de la gamme des niveaux, et on doit la véri- h) elle permet de détecter une vitesse minimale
fier à l’aide de moulinets ou par d’autres méthodes. d’environ 0,001 m/s;
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ISO 9213:1992(F)
i) elle admet les profils de vitesse irréguliers, y 8 Conception et construction
compris les écoulements obliques et les gros
tourbillons dans la zone de mesurage;
8.1 Généralités
j) elle est utilisable dans les eaux très peu profon-
Une station de jaugeage électromagnétique doit être
des;
composée des éléments suivants (voir figures 1 et
.
.
2)
k) elle intègre par essence les profils de vitesse sur
toute la section transversale du chenal;
a) une bobine d’induction installée au-dessous ou
au-dessus du chenal;
elle permet de mesurer une large gamme de ni-
ux et de débits;
vea
b) deux électrodes, placées de chaque côté du
chenal;
m) elle a une mesure de bonne qualité;
c) une membrane isolante, normalement néces-
n) elle ne crée pas de rétrécissement de I’écou-
saire;
lement;
d) un appareillage comportant notamment le sys-
o) elle permet de mesurer les courants de retour.
tème d’alimentation de la bobine;
e) une cabine de protection;
f) un dispositif de mesurage du niveau d’eau (voir
8.2.6).
Débitmètre électromagnétique avec bobine enterrée
Figure 1 -
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
Cap
Affichage
Figure 2 -
Débitmètre électromagnétique avec bobine suspendue
8.2 Matériel du système tous les cas, l’isolation entre la bobine et la terre (ou
l’eau entourant la bobine) doit dépasser 5 x lO* Q.
8.2.1 Bobine
8.2.1.3 La bobine doit être installée dans un
conduit (d’environ 250 mm de diamètre nor-
8.2.1.1 Le matériel sera d’autant plus sensible au
malement) permettant d’accéder au câble pour
débit que l’intensité du champ sera plus forte. Or
l’entretien. Les contraintes de construction exigent
celle-ci est proportionnelle au nombre de spires
généralement que la bobine vue en plan soit carrée.
ainsi qu’à l’intensité du courant traversant la bo-
bine. L’énergie requise pour produire le champ ma-
Lorsque la bobine est suspendue au-dessus de
gnétique dans une bobine d’une certaine taille,
l’eau, il est permis d’avoir une isolation de moins
ayant un certain nombre de spires et parcourue par
bonne qualité (par exemple polychlorure de vinyle).
un certain courant, est inversement proportionnelle
La bobine doit couvrir le chenal sur toute sa largeur
à l’aire de la section transversale des conducteurs
au-dessus du niveau maximal à mesurer. S’il y a
constituant cette bobine. Elle est par ailleurs pro-
des risques de submersion de la bobine, elle doit
portionnelle à la résistivité électrique du matériau
résister aux chocs éventuels des débris flottants.
des conducteurs. Un compromis doit donc être
Pour que les mesurages soient significatifs, il faut
trouvé entre les coûts d’investissement en câbles,
que l’isolation du montage, en cas de submersion,
les coûts d’alimentation en électricité et les pertur-
dépasse 5 x lO* Sz et qu’aucune partie métallique ne
bations électriques engendrées, et la résolution
soit en contact avec l’eau.
désirée dans la détermination du débit.
8.2.1.4 II est recommandé de réaliser I’enrou-
En pratique, une bobine de forme carrée, un peu
lement avec un câble multibrins (par exemple 12
plus large que le chenal et de 200 à 1 000 ampères-
brins, chacun de 4 mm* de section, isolés les uns
tours, conviendra à la plupart des situations
des autres et le tout enfermé dans une gaine) pour
concrètes.
simplifier l’installation. Il est aussi recommandé de
ne pas armer le câble d’acier sous peine de faire
8.2.1.2 Les fuites électriques entre la bobine et
passer une partie du champ dans l’armature. Une
l’eau engendrent des tensions dans la largeur du
armature non ferreuse est admise, si elle est isolée
chenal. Ces tensions ne peuvent pas être isolées de
de l’eau pour éviter d’offrir des lignes de fuite au
celles qu’engendre le passage de l’eau dans le
signal induit.
champ magnétique, d’où une erreur apparente dans
les indications des appareils.
8.2.1.5 Si le matériel est installé dans une atmo-
Si la bobine est enterrée dans le lit du chenal, il est
sphère potentiellement explosive, la bobine doit être
recommandé d’utiliser un câble isolé en poly- de puissance limitée ou être protégée contre les
éthylène à gaine extérieure de polyéthylène. Dans détériorations mécaniques accidentelles. La bobine
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
type dans ce cas est une bobine de 300 tours de
8.2.2.4 Le couplage inductif entre le câble trans-
conducteur en cuivre de 4 mm* de section et le mettant le signal et la bobine doit être minimal.
courant maximal possible est de 5 A. La bobine doit Dans ce but, on raccordera l’électrode de la berge
être enfermée dans une gaine en plastique agréée la plus éloignée en passant en ligne droite au centre
puis dans une enveloppe en béton de 50 mm de la bobine, de facon à partager sa surface en deux
d’épaisseur. On peut également utiliser un câble à parties égales. On’peut également prévoir deux câ-
deux conducteurs isolés et torsadés dans une gaine bles de transmission du signal partant de l’électrode
agréée en plastique renforcé de fibres de verre avec située sur la berge la plus éloignée: l’un de ces câ-
une boîte de jonction agréée. bles passe par le même conduit que le câble amont
de la bobine et le deuxième par le conduit du câble
aval de la bobine. Les signaux des deux câbles sont
8.2.1.6 La fréquence d’inversion du champ magné-
additionnés par un réseau de résistances. Le
tique doit être suffisamment basse pour permettre
conduit réservé aux câbles des électrodes doit être
l’établissement d’un champ stable mais pas assez
installé en travers du canal sous la membrane iso-
pour laisser la polarisation prendre de l’importance.
lante (si celle-ci est utilisée), ou bien doit être sus-
II est recommandé de choisir des fréquences de
pendu au-dessus de la surface de l’eau.
l’ordre de 1/2 à 1 cycle par seconde (0,5 Hz à 1 Hz).
Le courant de la bobine est soit à mesurer, soit à
8.2.2.5 Dans les chenaux découverts, les électro-
stabiliser à une valeur fixée.
des doivent être fixées dans des guides montés sur
les parois ou les rives de chaque côté du chenal.
Un modèle type de bobine est décrit en an-
8.2.1.7
Ces systèmes de fixation doivent s’étendre sur toute
nexe B .
la profondeur de l’écoulement. Les guides peuvent
être des tiges de plastique rainurées pour les élec-
8.2.2 Electrodes trodes plates ou des tubes de plastique perforés
pour les électrodes tubulaires. On peut aussi mouler
les électrodes dans du plastique renforcé par des
8.2.2.1 II est recommandé de fabriquer les électro-
fibres de verre, n’exposant qu’une seule face de
des avec un ruban ou un tube en acier inoxydable.
l’électrode. Ces guides doivent être fixés aux parois
Dans les rivières à eau propre, il convient de les
du chenal ou aux berges, mais ne doivent pas trouer
recouvrir d’un filtre mécanique pour réduire les va-
la membrane (voir aussi 8.2.3.4 ) (voir figure 1).
riations de potentiel d’oxydation dues à l’effet des
vagues. Normalement, les électrodes plates peuvent
Dans les conduites fermées, les électrodes doivent
avoir de 50 mm à 100 mm de largeur. Les électrodes
faire partie intégrante du troncon de tuyauterie
tubulaires doivent avoir un diamètre de l’ordre de
préformé (voir 8.2.3.6 et figure 3). ’
10 mm à 20 mm. Le filtre peut se présenter sous la
forme d’un tube en plastique perforé de 80 mm de
8.2.3 Membrane isolante
diamètre entourant l’électrode.
8.2.3.1 Si le canal doit être revêtu, la membrane
8.2.2.2 Dans les chenaux charriant des eaux
isolante à utiliser doit être assez solide pour résister
résiduaires, susceptibles de putréfaction, le mon-
aux contraintes rencontrées. Une feuille de poly-
tage des électrodes doit empêcher que l’eau ne
éthylène à haute résistance de 2 mm ou 3 mm
reste prisonnière dans des poches ou des fentes
d’épaisseur ou d’un matériau équivalent est recom-
voisines des électrodes. Aucun filtre mécanique ne
mandée. La résistivité du matériau doit être supé-
doit être utilisé.
rieure à lO’* Q-m.
8.2.2.3 Le potentiel entre les électrodes peut par- 8.2.3.2 La membrane isolante doit être fixée par
fois atteindre plusieurs centaines de volts si la fou- des moyens mécaniques et de facon hermétique à
dre tombe à proximité du débitmètre. Pour protéger l’avant et sur les côtés pour éviter ies affouillements
les appareils de cette éventualité, il est essentiel locaux et les suintements. L’isolant doit $tre posé
d’installer une barrière Zener3) entre les électrodes et fixé de manière à éviter tout mouvement ultérieur.
et l’entrée des appareils (voir CEI 801-3 et Le lit doit être protégé à l’aval de la membrane pour
CEI 801-4). éviter les affouillements locaux.
3) Une barrière Zener est un circuit limitant la tension et l’intensité du courant, et protégeant des surtensions dues à la
foudre. Elle réduit également le risque qu’une tension dangereuse soit transmise aux électrodes par un appareillage
électronique défectueux.
7
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
Fondation
Capteur de niveau
’ Bobine posée sur fondation
en béton
r /
section
Canal à
en «U))
Ele
droncon de conduite en plastique
Tuyau en béton
renforcé par fibre de verre
Figure 3 - Débitmètre électromagnétique pour conduites partiellement remplies
8.2.3.3 Dans la pratique, la membrane peut être 8.2.3.6 II est recommandé que la longueur de la
recouverte de matériaux de nature différente, la membrane isolante soit égale ou supérieure à 1,5
protégeant des détériorations. Lorsque la mem- fois la largeur de la surface de l’eau au niveau
brane est posée dans le lit du chenal, une couche maximal ou s’effectueront les mesures. La mem-
de béton épaisse de 100 mm (le béton n’a pas be- brane doit être centrée par rapport à la bobine.
soin d’être armé) offre un moyen de protection
Dans les conduites fermées, une section préformée
convenable. La membrane sur les rives peut être
spéciale doit être insérée dans la conduite (voir fi-
protégée par des gabions non métalliques emplis
gure 3). La résistivité du matériau doit être supé-
de pierres ou, dans certains cas, par une couche de
rieure à lO’* CI-m.
béton. Dans un canal de section rectangulaire, la
membrane peut être placée derrière une paroi ver-
ticale de béton ou de matériau similaire du type
8.2.4 Appareillage
blocs de béton ou briques d’argile. Aucun renfor-
cement métallique ni câble ne doivent être utilisés
8.2.4.1 L’appareillage doit comporter un système
dans le bief isolé.
d’alimentation électrique de la bobine, un détecteur
sensible mesurant la tension des électrodes et
d’autres dispositifs électroniques de traitement per-
8.2.3.4 La membrane ne doit pas être percée, sauf
mettant de calculer le débit à partir des paramètres
aux points de fixation, le long des bords. Pour cette
du site et de la profondeur de l’eau. Le système
raison, la prise d’alimentation du puits de tranquilli-
électronique détecte et mesure le signal requis en
sation doit se trouver au-delà des limites de la
...
NORME
INTERNATIONALE
Première édition
1992-07-l 5
Mesurage du débit total dans les canaux
- Méthode électromagnétique à
découverts
l’aide d’une bobine d’induction couvrant toute la
largeur du chenal
Measurement of total discharge in open channels - Elec tromagnetic
method using a full-channel-width coi1
-
Numéro de référence
ISO 9213: 1992(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé 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 tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques 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 9213 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans /es canaux décou-
verts, sous-comité SC 1, Méthodes d’exploration du champ des
vitesses.
Cette première édition de I’ISO 9213 annule et remplace
l’ISO/TR 9213:1988, dont elle constitue une révision technique.
Les annexes A, 6, C et D de la pré sente Norme internationale sont
d’informat
don nées uniquement à titre ion.
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mkanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
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NORME INTERNATIONALE
ISO 9213:1992(F)
Mesurage du débit total dans les canaux découverts -
Méthode électromagnétique à l’aide d’une bobine d’induction
couvrant toute la largeur du chenal
ISO 5168:- i)l Mesure de débit des fluides - Calcul
1 Domaine d’application
de l’incertitude.
La présente Norme internationale prescrit les pro-
ISO IIOO-2:1982, Mesure de débit des liquides dans
cédures de mise en place et de fonctionnement
les canaux découverts - Partie 2: Détermination de
d’une station de jaugeage équipée d’un débitmètre
la relation hauteur-débit.
électromagnétique dans un chenal découvert ou
dans une conduite fermée à surface libre.
ISO 7066-I : 1989, Évaluation de /‘incertitude dans
l’étalonnage et I’utilisation des appareils de mesure
Le domaine d’application se limite aux sites dans
du débit - Partie 1: Relations d’étalonnage
lesquels le champ magnétique est engendré par une
linéaires.
bobine d’induction étendant son action sur toute la
largeur du chenal.
CEI 68-l : 1988, Essais d’environnement - Première
partie: Généralités et guide.
La présente Norme internationale ne s’applique pas
aux débitmètres exploitant le champ magnétique
terrestre. CEI 68-2-28: 1990, Essais d’environnement - Deu-
xième partie: Essais - Guide pour les essais de
chaleur humide.
CEI 801~J:f984, Compafibrlr’té ekf~o~agnétique
pour les matériels de mesure et de commande dans
2 Références normatives
/es processus industriels - Troisième partie: Pres-
criptions relatives aux champs de rayonnements
Les normes suivantes contiennent des dispositions
électromagnétiques.
qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la pré-
Compatibilité électromagnétique
CEI 80%4:1988,
sente Norme internationale. Au moment de la pu-
pour les matériels de mesure et de commande dans
blication, les éditions indiquées étaient en vigueur.
/es processus industriels - Quatrième partie: Pres-
Toute norme est sujette à révision et les parties
crip tions relatives aux transitoires électriques rapi-
prenantes des accords fondés sur la présente
des en salves.
Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
des normes indiquées ci-après. Les membres de la
CEI et de I’ISO possédent le registre des Normes
internationales en vigueur à un moment donné.
ISO 748:1979, Mesure de débit des liquides dans les
3 Définitions
canaux découverts - Méthodes d’exploration du
champ des vitesses.
Pour les besoins de la présente Norme internatio-
ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides dans les nale, les définitions données dans I’ISO 772 s’appli-
canaux découverts - Vocabulaire et symboles. quent.
1) A publier. (Révision de I’ISO 5168:1978)
1
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ISO 9213:1992(F)
NOTE 1 il existe une relation physique entre B et H
4 Principe de fonctionnement
dans l’espace, air ou eau, qui s’exprime numériquement
sous la forme:
4.1 Un débitmètre électromagnétique fonctionne
R= HX4Z X 1o--7
sur un principe similaire à celui d’une dynamo
électrique. Si une certaine longueur de conducteur où I3 et Ti sont données en unités différentes.
est placée dans un champ magnétique, une tension
se forme entre les extrémités du conducteur. Dans
4.4 Lorsque le débitmètre opérationnel n’a pas de
le débitmètre électromagnétique, un champ magné-
fond isolé, la tension engendrée diminue sous l’effet
tique vertical est engendré par une bobine isolée
de court-circuit de l’eau. Le signal diminue dans le
suspendue au-dessus du chenal ou enterrée dans
rapport de la conductivité du fond à la conductivité
son lit. Le conducteur est représenté par l’eau qui
de l’eau. Plus la conductivité de l’eau est élevée et
coule à travers le champ magnétique. Les extrémi-
moins la tension engendrée diminue. Il convient que
tés du conducteur sont représentées par les parois
cette réduction ne dépasse jamais un facteur de 10
du chenal ou les berges de la rivière. La tension très
sous peine d’obtenir des niveaux de signal trop fai-
faible ainsi engendrée est captée par des électrodes
bles pour être mesurés avec exactitude et un facteur
placées sur les rives du chenal, ces électrodes étant
de réduction trop variable pour pouvoir être déter-
reliées à la borne d’entrée d’un appareil sensible
miné avec fiabilité. Lorsque l’eau présente une forte
de mesurage des tensions. Plus la vitesse est
conductivité électrique (c’est-à-dire supérieure à
grande et plus la tension engendrée est élevée.
500 @/m), comme c’est le cas pour les eaux usées
coulant dans un chenal en béton ou en briques, la
4.2 La relation physique fondamentale existant
réduction est faible de l’ordre de 10 %. En rivière
entre les variables est:
naturelle, elle sera elevée et variable, en fonction
de la nature du fond et de la conductivité de l’eau,
V = vhB
. . .
(1)
et les tensions engendrées ne pourront atteindre
qu’un dixième de la tension obtenue avec isolation
V est la tension engendrée, en volts;
du fond. Par conséquent, la forme ne convient nor-
malement que dans les situations spéciales.
V
est la vite sse moyenn e du conducteur,
en mèt res seconde
Par
4.5 Dans le cas typique d’un chenal isolé dans le
b est la r du CO
longueu Inducteur, en mè-
fond duquel est enterrée une bobine de 500
.
tres
gale à la largeur du chena I
,é 7
ampères-tours couvrant toute la largeur du chenal,
où l’eau coule à une vitesse de 1 m/s, la tension
B est la densité du flux magnétique, en
engendrée sera d’environ 500 pV.
teslas*).
II est à noter que le champ magnétique diminue
avec l’éloignement du plan de la bobine, conformé-
4.3 Si l’on dispose d’un débitmètre opérationnel à
ment aux lois classiques de la physique. II convient
fond isolé et d’une bobine carrée un peu plus large
donc, pour obtenir un étalonnage théorique, de cal-
que le chenal, on obtient une tension correspondant
culer le champ moyen sur la largeur du chenal pour
à environ 0,8 fois la tension donnée par
toute une gamme de profondeurs d’eau.
l’équation (1). Cette diminution est due à l’effet de
mise en court-circuit de l’eau en amont et en aval
du champ magnétique.
4.6 Dans le cas idéal où l’intensité du champ ma-
gnétique est constante dans toute la section
La relation empirique (+ 3 %) s’exprime numéri-
mouillée, le débit, Q, est donné, compte tenu de
quement sous la forme: -
l’équation (2) par:
‘;p x vbH
. . .
Q = vbti .
. .
(3)
où
et donc
est le potentiel des électrodes, en
rph
--
mit rovol ts; -
. . .
Q (4)
Il
enne de l’eau, en mè-
V est la vitesse
mOY
.
où h est la profondeur d’eau, en mètres (voir 8.2.6).
tres par secon de
9
Dans les débitmètres opérationnels dont la bobine
h est la largeur du chenal, en mètres;
est suspendue au-dessus du chenal, l’eau circule à
moyen ne
II est I ‘intensité du c hamp ma- proximité du fond dans un champ magnétique moins
gnéti que, en a mpères r mèt re. fort que celui près de la surface. II est donc néces-
Pa
2) 1 T = 1 Wb/m*.
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 9243:1992(F)
saire d’etablir une relation non linéaire entre Q et pratique, l’écart par rapport à l’intégrale spatiale
idéale est néanmoins petit, ce qui permet d’utiliser
la profondeur.
la méthode dans des sites à profil de vitesses irré-
On obtient cette relation en règle générale à l’aide
gulier et variable, et notamment là où l’on trouve
d’une simple équation, de la forme:
beaucoup de végétation aquatique, des accrétions
variables d’ampleur limitée, des coudes en amont
Q = (K, + h - K2h2)03/Zi . . .
(5)
et d’importantes obstructions du chenal.
où Kl et Kg sont des constantes.
4.11 Dans la plupart des canaux naturels, le lit est
conducteur de l’électricité et la tension induite est
4.7 La bobine peut être soit enterrée dans le lit du
donc réduite par les courants de fuite (voir 4.4). II
chenal (voir figure l), soit suspendue en travers du
sera habituellement nécessaire de revêtir le fond
chenal au-dessus du niveau le plus élevé (voir
d’une membrane isolante imperméable maintenant
figure 2).
les courants de fuite à un niveau acceptable (voir
figure 1).
Le montage suspendu est normalement utilisé là où
la présence matérielle d’une bobine ne présente
4.12 Le champ magnétique terrestre cause des
pas d’inconvénient du point de vue esthétique et ne
problèmes, de même que les effets électrolytiques
prête pas au vandalisme. Cependant, sur les canaux
des électrodes dans l’eau et les perturbations élec-
d’une plus grande largeur, la suspension peut être
triques extérieures. Ces problèmes peuvent être
plus difficilement réalisable. II peut également être
aplanis si l’on change à intervalles réguliers le
impossible d’employer une bobine enterrée dans
champ magnétique engendré par la bobine. Pour
les canaux à fond en béton armé. Puisque techni-
cela, il suffit d’inverser le courant. Les mesurages
quement la seule différence significative entre les
sont donc effectués avec le champ dans un sens,
deux types d’installations réside dans la manière
puis avec le champ dans le sens contraire.
dont varie le champ magnétique, le choix de l’ins-
tallation de la bobine se fera normalement sur la
base de critéres financiers.
5 Choix du site
4.8 La section transversale du chenal peut être
5.1 Si nécessaire, une étude du site doit être ef-
rectangulaire, trapézoïdale ou circulaire. Si la pro-
fectuée conformément aux indications de
fondeur varie beaucoup et que l’on ne dispose que
l’annexe A pour mesurer les perturbations électri-
d’une seule bobine enterrée ou suspendue, le
ques extérieures (par exemple câbles électriques,
champ magnétique obtenu aura des intensités dif-
stations radio ou voies de chemins de fer électri-
férentes selon la profondeur. Si tel est le cas, l’effet
fiées). II convient d’éviter les zones a fortes pertur-
du champ sur la tension moyenne engendrée n’aura
bations électriques.
pas la même constante de proportionnalité selon la
La tension moyenne variera par
profondeur.
5.2 En raison de la forte consommation d’électri-
rapport au cas idéal donné par l’équation (2) de
cité dans la bobine, il est pratiquement impossible
S’il
w x b x constante,,. existe d’importants
qu’un matériel mesurant le débit en continu soit ali-
qradients de vitesses verticales, l’intégration des
menté par sa propre source d’énergie.
iitesses dans l’espace sera erronée. Lorsque la
bobine est enterrée dans le lit, le champ magnéti-
Lorsque l’alimentation électrique provient d’une
que sera plus intense près du fond que près de la
source d’énergie extérieure, il faut’ prévoir un sys-
surface de l’eau.
tème limitant la quantité de courant passant dans le
sol. Dans les sites recourant à une mise à la terre
4.9 L’intensité du champ est proportionnelle à
de protection multiple, c’est-à-dire là où un fil neutre
l’intensité de courant électrique circulant dans la
est mis à la terre à tous les endroits où circule de
bobine. L’intensité de courant est généralement
l’électricité, il peut s’avérer nécessaire de deman-
constante, mais elle peut varier Iégerement sous
der des autorisations spéciales pour déconnecter la
l’effet des fluctuations de température affectant la
liaison neutre-terre de la source d’alimentation. La
résistance du câble de la bobine et des fluctuations
tension d’alimentation ne doit pas s’écarter de plus
de tension d’alimentation du réseau. II est donc né-
de + 20 % de sa valeur nominale.
-
cessaire de mesurer l’intensité du courant et de
1 kW est néces-
faire les corrections correspondantes au moment du Une sou rce d’ énergie électrique de
calcul du débit. saire po ur les jaugeages en rivière.
4.10 Chaque élément de courant dans la section 5.3 Le site doit offrir un espace sur berges suffï-
sant pour manipuler la membrane et les câbles
transversale du canal apporte sa part de tension au
pendant la construction, et doit être facilement ac-
niveau des électrodes et le montage idéal est celui
où la tension est proportionnelle à l’intégrale spa- cessible pour la mise en œuvre et l’entretien de la
tiale vraie de la vitesse dans la section. Dans la station.
3
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
5.4 Étant donné que le champ magnétique diminue
6.2 Qn doit veiller à ne pas affecter par cette véri-
quand la distance à la bobine augmente, il est re-
fication le fonctionnement du débitmètre électroma-
commandé de maintenir un rapport d’au moins 2
gnétique. Toute activité entreprise dans la riviére
entre la largeur de la bobine et la distance verticale
doit avoir lieu en dehors de la zone occupée par la
de la bobine à tout point de la section mouillée.
bobine et par le troncon isolé, afin de réduire les
Dans les chenaux étroits mais profonds, une bobine
perturbations électriques dues aux moulinets et aux
bien plus large que le chenal lui-même est donc
câbles de suspension, et d’empêcher la formation
nécessaire.
de vagues causées par les canots et les perches de
sondage.
5.5 Dans les chenaux non isolés, l’atténuation du
signal due aux fuites dans le lit augmente avec le
rapport Iargeur/profondeur. Dans ce cas, il est re-
commandé de ne pas dépasser un rapport
7 Applications
IargeuTjprofondeur de 10. Dans les chenaux isolés,
ce rapport peut toutefois aller jusqu’à 200.
5.6 Les caractéristiques du site doivent permettre
7.1 Les débitmètres électromagnétiques sont par-
une vérification de l’étalonnage de la station par une
ticulièrement bien adaptés au mesurage du débit
autre méthode.
des eaux résiduaires domestiques non traitées, des
eaux résiduaires traitées rejetées dans les rivières,
5.7 Le site doit être choisi dans un endroit ne pré- de l’eau potable dans les usines de retraitement et
de l’eau de refroidissement des centrales thermi-
sentant pas de variations de la conductivité de l’eau
dans l’espace. Que le chenal soit isolé ou non, ques.
l’exactitude de la méthode diminue si la conductivité
dans l’espace n’est pas uniforme sur toute la sec-
tion. Les variations dans le temps sont négligeables
7.2 Des versions spéciales de débitmètre électro-
si l’uniformité de la conductivité est garantie dans
magnétique conviennent au mesurage du débit dans
l’espace. Cette exigence rend les débitmètres élec-
les rivières, dans les tuyauteries partiellement rem-
tromagnétiques impropres à l’usage dans les ca-
plies ou dans les caniveaux transportant des eaux
naux d’eau douce à reflux d’eau salée, comme cela
de pluie, des eaux usées ou des eaux résiduaires.
se produit souvent dans les estuaires. Si ces condi-
tions sont remplies, la qualité de l’eau n’aura aucun
Parmi les avantages de la méthode, on peut citer les
effet sur le fonctionnement du débitmetre. De même,
suivants:
la conductivité de l’eau n’affectera pas le fonction-
nement du débitmètre, dans un chenal isolé à
a) elle est peu sensible à la végétation;
condition qu’elle dépasse 50 uS/m.
b) elle est peu sensible aux entraînements d’air;
De rapides changements dans le temps de la qualité
de l’eau engendrent des variations de la tension
elle est peu sensible aux stratifications de tem-
(constante ou faiblement variable) entre les électro-
pérature;
des. Ces variations provoquent des erreurs au stade
de l’amplification des signaux.
elle est peu sensible aux sédiments en suspen-
sion dans l’eau ou aux débris flottants;
5.8 Dans un chenal non isolé, l’exactitude de me-
sure est réduite. Dans ce cas, une étude préli-
elle tolère le dépôt de sédiments ou autres
minaire doit être effectuée pour mesurer la
accrétions sur le lit du chenal;
conductivité de l’eau et du fond, de facon à évaluer
la réduction du signal avant de décider si le site
f) elle est peu sensible aux remous variables;
peut convenir (voir 4.4 et annexe A).
g) elle est peu sensible aux apports d’eau amont;
6 Étalonnage
si toutefois l’apport a une conductivité très diffé-
rente de celle de l’eau du chenal principal, on
6.1 Une fois une station installée, on doit établir doit prévoir une distance suffisante pour que le
une équation d’étalonnage, par exemple de la forme mélange s’effectue convenablement;
de l’équation (5) en fonction de la forme de la bo-
bine et de la gamme des niveaux, et on doit la véri- h) elle permet de détecter une vitesse minimale
fier à l’aide de moulinets ou par d’autres méthodes. d’environ 0,001 m/s;
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
i) elle admet les profils de vitesse irréguliers, y 8 Conception et construction
compris les écoulements obliques et les gros
tourbillons dans la zone de mesurage;
8.1 Généralités
j) elle est utilisable dans les eaux très peu profon-
Une station de jaugeage électromagnétique doit être
des;
composée des éléments suivants (voir figures 1 et
.
.
2)
k) elle intègre par essence les profils de vitesse sur
toute la section transversale du chenal;
a) une bobine d’induction installée au-dessous ou
au-dessus du chenal;
elle permet de mesurer une large gamme de ni-
ux et de débits;
vea
b) deux électrodes, placées de chaque côté du
chenal;
m) elle a une mesure de bonne qualité;
c) une membrane isolante, normalement néces-
n) elle ne crée pas de rétrécissement de I’écou-
saire;
lement;
d) un appareillage comportant notamment le sys-
o) elle permet de mesurer les courants de retour.
tème d’alimentation de la bobine;
e) une cabine de protection;
f) un dispositif de mesurage du niveau d’eau (voir
8.2.6).
Débitmètre électromagnétique avec bobine enterrée
Figure 1 -
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
Cap
Affichage
Figure 2 -
Débitmètre électromagnétique avec bobine suspendue
8.2 Matériel du système tous les cas, l’isolation entre la bobine et la terre (ou
l’eau entourant la bobine) doit dépasser 5 x lO* Q.
8.2.1 Bobine
8.2.1.3 La bobine doit être installée dans un
conduit (d’environ 250 mm de diamètre nor-
8.2.1.1 Le matériel sera d’autant plus sensible au
malement) permettant d’accéder au câble pour
débit que l’intensité du champ sera plus forte. Or
l’entretien. Les contraintes de construction exigent
celle-ci est proportionnelle au nombre de spires
généralement que la bobine vue en plan soit carrée.
ainsi qu’à l’intensité du courant traversant la bo-
bine. L’énergie requise pour produire le champ ma-
Lorsque la bobine est suspendue au-dessus de
gnétique dans une bobine d’une certaine taille,
l’eau, il est permis d’avoir une isolation de moins
ayant un certain nombre de spires et parcourue par
bonne qualité (par exemple polychlorure de vinyle).
un certain courant, est inversement proportionnelle
La bobine doit couvrir le chenal sur toute sa largeur
à l’aire de la section transversale des conducteurs
au-dessus du niveau maximal à mesurer. S’il y a
constituant cette bobine. Elle est par ailleurs pro-
des risques de submersion de la bobine, elle doit
portionnelle à la résistivité électrique du matériau
résister aux chocs éventuels des débris flottants.
des conducteurs. Un compromis doit donc être
Pour que les mesurages soient significatifs, il faut
trouvé entre les coûts d’investissement en câbles,
que l’isolation du montage, en cas de submersion,
les coûts d’alimentation en électricité et les pertur-
dépasse 5 x lO* Sz et qu’aucune partie métallique ne
bations électriques engendrées, et la résolution
soit en contact avec l’eau.
désirée dans la détermination du débit.
8.2.1.4 II est recommandé de réaliser I’enrou-
En pratique, une bobine de forme carrée, un peu
lement avec un câble multibrins (par exemple 12
plus large que le chenal et de 200 à 1 000 ampères-
brins, chacun de 4 mm* de section, isolés les uns
tours, conviendra à la plupart des situations
des autres et le tout enfermé dans une gaine) pour
concrètes.
simplifier l’installation. Il est aussi recommandé de
ne pas armer le câble d’acier sous peine de faire
8.2.1.2 Les fuites électriques entre la bobine et
passer une partie du champ dans l’armature. Une
l’eau engendrent des tensions dans la largeur du
armature non ferreuse est admise, si elle est isolée
chenal. Ces tensions ne peuvent pas être isolées de
de l’eau pour éviter d’offrir des lignes de fuite au
celles qu’engendre le passage de l’eau dans le
signal induit.
champ magnétique, d’où une erreur apparente dans
les indications des appareils.
8.2.1.5 Si le matériel est installé dans une atmo-
Si la bobine est enterrée dans le lit du chenal, il est
sphère potentiellement explosive, la bobine doit être
recommandé d’utiliser un câble isolé en poly- de puissance limitée ou être protégée contre les
éthylène à gaine extérieure de polyéthylène. Dans détériorations mécaniques accidentelles. La bobine
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 9213:1992(F)
type dans ce cas est une bobine de 300 tours de
8.2.2.4 Le couplage inductif entre le câble trans-
conducteur en cuivre de 4 mm* de section et le mettant le signal et la bobine doit être minimal.
courant maximal possible est de 5 A. La bobine doit Dans ce but, on raccordera l’électrode de la berge
être enfermée dans une gaine en plastique agréée la plus éloignée en passant en ligne droite au centre
puis dans une enveloppe en béton de 50 mm de la bobine, de facon à partager sa surface en deux
d’épaisseur. On peut également utiliser un câble à parties égales. On’peut également prévoir deux câ-
deux conducteurs isolés et torsadés dans une gaine bles de transmission du signal partant de l’électrode
agréée en plastique renforcé de fibres de verre avec située sur la berge la plus éloignée: l’un de ces câ-
une boîte de jonction agréée. bles passe par le même conduit que le câble amont
de la bobine et le deuxième par le conduit du câble
aval de la bobine. Les signaux des deux câbles sont
8.2.1.6 La fréquence d’inversion du champ magné-
additionnés par un réseau de résistances. Le
tique doit être suffisamment basse pour permettre
conduit réservé aux câbles des électrodes doit être
l’établissement d’un champ stable mais pas assez
installé en travers du canal sous la membrane iso-
pour laisser la polarisation prendre de l’importance.
lante (si celle-ci est utilisée), ou bien doit être sus-
II est recommandé de choisir des fréquences de
pendu au-dessus de la surface de l’eau.
l’ordre de 1/2 à 1 cycle par seconde (0,5 Hz à 1 Hz).
Le courant de la bobine est soit à mesurer, soit à
8.2.2.5 Dans les chenaux découverts, les électro-
stabiliser à une valeur fixée.
des doivent être fixées dans des guides montés sur
les parois ou les rives de chaque côté du chenal.
Un modèle type de bobine est décrit en an-
8.2.1.7
Ces systèmes de fixation doivent s’étendre sur toute
nexe B .
la profondeur de l’écoulement. Les guides peuvent
être des tiges de plastique rainurées pour les élec-
8.2.2 Electrodes trodes plates ou des tubes de plastique perforés
pour les électrodes tubulaires. On peut aussi mouler
les électrodes dans du plastique renforcé par des
8.2.2.1 II est recommandé de fabriquer les électro-
fibres de verre, n’exposant qu’une seule face de
des avec un ruban ou un tube en acier inoxydable.
l’électrode. Ces guides doivent être fixés aux parois
Dans les rivières à eau propre, il convient de les
du chenal ou aux berges, mais ne doivent pas trouer
recouvrir d’un filtre mécanique pour réduire les va-
la membrane (voir aussi 8.2.3.4 ) (voir figure 1).
riations de potentiel d’oxydation dues à l’effet des
vagues. Normalement, les électrodes plates peuvent
Dans les conduites fermées, les électrodes doivent
avoir de 50 mm à 100 mm de largeur. Les électrodes
faire partie intégrante du troncon de tuyauterie
tubulaires doivent avoir un diamètre de l’ordre de
préformé (voir 8.2.3.6 et figure 3). ’
10 mm à 20 mm. Le filtre peut se présenter sous la
forme d’un tube en plastique perforé de 80 mm de
8.2.3 Membrane isolante
diamètre entourant l’électrode.
8.2.3.1 Si le canal doit être revêtu, la membrane
8.2.2.2 Dans les chenaux charriant des eaux
isolante à utiliser doit être assez solide pour résister
résiduaires, susceptibles de putréfaction, le mon-
aux contraintes rencontrées. Une feuille de poly-
tage des électrodes doit empêcher que l’eau ne
éthylène à haute résistance de 2 mm ou 3 mm
reste prisonnière dans des poches ou des fentes
d’épaisseur ou d’un matériau équivalent est recom-
voisines des électrodes. Aucun filtre mécanique ne
mandée. La résistivité du matériau doit être supé-
doit être utilisé.
rieure à lO’* Q-m.
8.2.2.3 Le potentiel entre les électrodes peut par- 8.2.3.2 La membrane isolante doit être fixée par
fois atteindre plusieurs centaines de volts si la fou- des moyens mécaniques et de facon hermétique à
dre tombe à proximité du débitmètre. Pour protéger l’avant et sur les côtés pour éviter ies affouillements
les appareils de cette éventualité, il est essentiel locaux et les suintements. L’isolant doit $tre posé
d’installer une barrière Zener3) entre les électrodes et fixé de manière à éviter tout mouvement ultérieur.
et l’entrée des appareils (voir CEI 801-3 et Le lit doit être protégé à l’aval de la membrane pour
CEI 801-4). éviter les affouillements locaux.
3) Une barrière Zener est un circuit limitant la tension et l’intensité du courant, et protégeant des surtensions dues à la
foudre. Elle réduit également le risque qu’une tension dangereuse soit transmise aux électrodes par un appareillage
électronique défectueux.
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ISO 9213:1992(F)
Fondation
Capteur de niveau
’ Bobine posée sur fondation
en béton
r /
section
Canal à
en «U))
Ele
droncon de conduite en plastique
Tuyau en béton
renforcé par fibre de verre
Figure 3 - Débitmètre électromagnétique pour conduites partiellement remplies
8.2.3.3 Dans la pratique, la membrane peut être 8.2.3.6 II est recommandé que la longueur de la
recouverte de matériaux de nature différente, la membrane isolante soit égale ou supérieure à 1,5
protégeant des détériorations. Lorsque la mem- fois la largeur de la surface de l’eau au niveau
brane est posée dans le lit du chenal, une couche maximal ou s’effectueront les mesures. La mem-
de béton épaisse de 100 mm (le béton n’a pas be- brane doit être centrée par rapport à la bobine.
soin d’être armé) offre un moyen de protection
Dans les conduites fermées, une section préformée
convenable. La membrane sur les rives peut être
spéciale doit être insérée dans la conduite (voir fi-
protégée par des gabions non métalliques emplis
gure 3). La résistivité du matériau doit être supé-
de pierres ou, dans certains cas, par une couche de
rieure à lO’* CI-m.
béton. Dans un canal de section rectangulaire, la
membrane peut être placée derrière une paroi ver-
ticale de béton ou de matériau similaire du type
8.2.4 Appareillage
blocs de béton ou briques d’argile. Aucun renfor-
cement métallique ni câble ne doivent être utilisés
8.2.4.1 L’appareillage doit comporter un système
dans le bief isolé.
d’alimentation électrique de la bobine, un détecteur
sensible mesurant la tension des électrodes et
d’autres dispositifs électroniques de traitement per-
8.2.3.4 La membrane ne doit pas être percée, sauf
mettant de calculer le débit à partir des paramètres
aux points de fixation, le long des bords. Pour cette
du site et de la profondeur de l’eau. Le système
raison, la prise d’alimentation du puits de tranquilli-
électronique détecte et mesure le signal requis en
sation doit se trouver au-delà des limites de la
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.