SIST ISO 20456:2019

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20456
First edition
2017-09
Measurement of fluid flow in closed
conduits — Guidance for the use
of electromagnetic flowmeters for
conductive liquids
Mesurage du débit des fluides dans les conduites fermées — Lignes
directrices pour l'utilisation des débitmètres électromagnétiques dans
les liquides conducteurs
Reference number
©
ISO 2017
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 3
5 Theory and basic formulae . 4
6 Construction and principle of operation . 4
6.1 General . 4
6.2 Sensor . 5
6.3 Transmitter . 7
6.3.1 General. 7
6.3.2 Alternating magnetic field in the measuring system . 7
6.3.3 Measuring system with applied pulsed DC excitation (simplified model) . 7
6.3.4 Measuring system with applied AC excitation (simplified model) . 8
6.4 Flowmeter/Transmitter output . 9
7 Equipment marking . 9
7.1 Recommended data . 9
7.1.1 Sensor . 9
7.1.2 Transmitter .10
8 Installation design and practice .10
8.1 Sensor .10
8.1.1 Sizing .10
8.1.2 Mounting conditions .11
8.1.3 Potential equalization — General requirements.12
8.1.4 Electrical connections .13
8.1.5 Sensor mounting .13
8.1.6 Installation dimensions for flanged connections .14
8.2 Transmitter location .15
8.3 Operational considerations .16
8.3.1 General.16
8.3.2 Effect of the liquid conductivity .16
8.3.3 Reynolds number effect .16
8.3.4 Velocity profile effect.16
9 Flowmeter calibration, validation, and verification .16
9.1 Flowmeter calibration .16
9.2 Flowmeter verification (in-situ electronic verification) . 16
10 Evaluation of flowmeter performance .17
10.1 General .17
10.2 Applications within the scope of other standards.17
11 Uncertainty analysis .17
Annex A (informative) Materials for construction of sensors .19
Annex B (informative) Practical considerations for measuring system with AC and DC excitation 22
Annex C (informative) Cathodic protection .23
Annex D (informative) Conversion of nominal diameters from metric to US units .24
Annex E (informative) Manufacturers' accuracy specifications.25
Bibliography .29
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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed
conduits, Subcommittee SC 5, Velocity and mass methods.
This first edition of ISO 20456 cancels and replaces ISO 6817:1992, ISO 9104:1991 and ISO 13359:1998,
which has been technically revised.
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Introduction
Clauses 3 to 7 cover the definitions, symbols and basic theory of electromagnetic flowmeters. This
document does not cover insertion type meters, partially filled meters or meters for non-conductive
and highly conductive fluids.
Clause 8 covers installation types and practice, the different types of meter construction, transmitters, lay
lengths and sizing, in order to achieve the best performance of the electromagnetic flowmeter in the field.
Clauses 9 to 11 cover some methods of calibration, verification, evaluation, and uncertainty analysis,
which can be useful for users or independent testing establishments to verify manufacturer’s relative
performance and to demonstrate suitability of application
The tests specified in this document are not necessarily sufficient for instruments specifically designed
for unusually difficult duties. Conversely, a restricted series of tests may be suitable for instruments
designed to perform within a limited range of conditions.
This document is for users and manufacturers.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20456:2017(E)
Measurement of fluid flow in closed conduits —
Guidance for the use of electromagnetic flowmeters for
conductive liquids
1 Scope
This document applies to industrial electromagnetic flowmeters used for the measurement of flowrate
of a conductive liquid in a closed conduit running full. It covers flowmeter types utilizing both
alternating current (AC) and pulsed direct current (DC) circuits to drive the field coils and meters
running from a mains power supply and those operating from batteries or other sources of power.
This document is not applicable to insertion-type flowmeters or electromagnetic flowmeters designed
to work in open channels or pipes running partially full, nor does it apply to the measurement of
magnetically permeable slurries or liquid metal applications.
This document does not specify safety requirements in relation to hazardous environmental usage of
the flowmeter.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
3.1
electromagnetic flowmeter
flowmeter which creates a magnetic field perpendicular to the direction of flow, so enabling the
flowrate to be deduced from the induced voltage, U , produced by the motion of a conducting fluid
v
through the magnetic field
Note 1 to entry: The electromagnetic flowmeter consists of a sensor (3.2) and a transmitter (3.3).
3.2
sensor
device containing at least the following elements:
— an electrically insulating meter tube through which the conductive fluid to be measured flows;
— one pair of electrodes across which the signal generated in the fluid is measured;
— an electromagnet for producing a magnetic field in the meter tube (3.4)
Note 1 to entry: The sensor produces a signal proportional to the flowrate and, in some cases, a reference signal
(3.9). See 6.2.
Note 2 to entry: For a sensor, the wording primary device or flowtube has previously been used.
Note 3 to entry: In some cases, further electrodes are used such as grounding electrodes, full pipe detection
electrodes (empty pipe detection) (see 3.5).
3.3
transmitter
equipment which contains the circuitry which drives the field coils and extracts the flow signal
Note 1 to entry: This equipment may be mounted directly onto the sensor (3.2) or remotely, connected to the
sensor by a cable.
Note 2 to entry: For a transmitter, the wording secondary device, converter or electronic unit has previously
been used.
3.4
meter tube
pipe section of the sensor (3.2) through which the liquid flows, at least part of whose inner surface is
electrically insulating
3.5
measuring electrodes
one or more pairs of electrical contacts or capacitor plates by means of which the induced voltage is
detected
3.6
lower range value
lowest value of the measured variable that a device is set to measure
3.7
upper range value
highest value of the measured variable that a device is set to measure
3.8
span
difference between the upper and lower range values (3.6)
3.9
reference signal
signal which is proportional to the magnetic flux created in the sensor (3.2) and which is compared in
the transmitter (3.3) with the flow signal
3.10
output signal
signal from the transmitter (3.3) which is a function of the flowrate
3.11
Reynolds number
dimensionless parameter expressing the ratio between the inertial and the viscous forces
Note 1 to entry: For closed pipe flow through an electromagnetic flowmeter (3.1), Reynolds number should be
based on the nominal diameter of the meter and corresponding mean velocity through a section of that size.
3.12
accuracy
closeness of the agreement between the result of a measurement and the (conventional) true value of
the measurement
Note 1 to entry: The quantitative expression of accuracy should be in terms of uncertainty (see Annex E).
Note 2 to entry: The use of the term precision for accuracy should be avoided.
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3.13
uncertainty
range within which the true value of the measured quantity can be expected to lie
with a specified value and confidence level
Note 1 to entry: See Clause 11.
3.14
calibration factor
number, determined by liquid calibration, that enables the output signal (3.10) to be related to the
volumetric flowrate
3.15
calibration
operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity
values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding
indications with associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to
establish a relation for obtaining a measurement result from an indication
3.16
verification
means of verifying that an electromagnetic flowmeter (3.1) is operating
correctly, normally with a poorer uncertainty than under controlled laboratory conditions
3.17
calibration validation
number of runs (one or more) at flowrates between zero and the upper range value (3.7) in order to
verify that the flowmeter does perform in the expected way and within the manufacturer's specification
3.18
measuring window
period of time during which the voltage representing the flow velocity is measured
3.19
ideal flow conditions
conditions that exist when a pipe is infinitely long and straight with no internal disturbances
Note 1 to entry: For electromagnetic flowmeters (3.1), it may, in addition, also be assumed that the metering liquid
has a viscosity and density similar to water. Under these conditions, the flow is axisymmetric and will be fully
developed and turbulent at flowrates and pipe sizes most often found in industry.
4 Symbols
Symbol Quantity Units (SI)

magnetic field strength
Tesla (T)
B
mean magnetic field strength
Tesla (T)
B
a
d inside diameter of meter tube metres (m)

electric field strength volt per metre (V/m)
E
U electrochemical voltage volt (V)
c
U transformer voltage volt (V)
t
U velocity related voltage volt (V)
v
F Lorentz force newton (N)
Lorentz
k constant dimensionless (—)
k constant dimensionless (—)
Symbol Quantity Units (SI)
L distance between measuring electrodes metres (m)
e
q volumetric flowrate of the liquid cubic meters per second (m /s)
V
mean axial liquid velocity
metres per second (m/s)
v
Nabla or Del operator
dimensionless (—)
∇
a
See Annex D for a conversion table of nominal diameters from metric to US units.
5 Theory and basic formulae
When a conductive liquid moves through a magnetic field, voltage(s), U , are generated in accordance
v
with Faraday’s law (see Formula 2). The strength of the induced voltages is given by the simplified
expression shown in Formula (1):
 

Fq=+Ev×B =0 (1)
()
Lorentz
 

Ev=− ×=BU∇ ;
()
v


∇ Uv=− ×B
()
v
Spatial integration of Formula (1) results in Formula (2):
Uk= BL v (2)
v 1e
The volume flowrate in the case of a circular pipe is given in Formula (3):
πd
q= v (3)
Which, combined with Formula (2), gives Formula (4):
U
πd  
v
q= (4)
 
4kL
B
 
1 e
Or Formula (5):
qk= U (5)
2 v
Formula (5) may be interpreted in various ways to produce a calibration factor which in practice is
usually determined by wet calibration, as described in 9.1.
6 Construction and principle of operation
6.1 General
As indicated schematically in Figure 1, the magnetic field is so placed with respect to a lined meter
tube that the path of the conductive liquid, flowing in the meter tube, is normal to the magnetic field.
In accordance with Faraday’s law, motion of the liquid through the magnetic field induces a voltage,
U , in the liquid in a path mutually normal both to the field and the direction of liquid motion. By
v
placing electrodes which contact the liquid in insulated mountings or by using insulated electrodes
with capacitance-type coupling in the meter tube in a diametrical plane normal to the magnetic field, a
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voltage proportional to the flow velocity is produced which can be processed by a transmitter. Meters
based on this principle are capable of measuring flow in either direction through the meter tube.
Key
1 coil system
2 lined meter tube
3 measuring electrodes
B magnetic flux density
L distance between measuring electrodes
e
U flow signal (velocity related voltage)
v
mean axial liquid velocity
v
Figure 1 — Principle of Faraday's law
The electromagnetic flowmeter consists of a sensor through which the process liquid flows and
a transmitter which converts the flow signal generated by the sensor into a standardized signal for
suitable acceptance by industrial instrumentation (see, for example, IEC 60381-1 and IEC 60381-2).
The system produces an output signal proportional to volume flowrate (or average velocity). Its
application is generally limited only by the requirement that the metered liquid shall be electrically
conductive.
The sensor and transmitter can be separate, linked by one or more electrical cables, or integrated with
the transmitter directly joined to the sensor.
6.2 Sensor
Figure 2 shows an exploded drawing of an industrial version of a sensor with an integrated transmitter.
The principal components of the sensor are as follows.
a) The meter tube is the pipe section of the sensor through which the liquid flows. For a meter
with field coils mounted outside the meter tube, this would be constructed from a non-magnetic
material. On a design where the field coils are inside the meter tube, it may be made of a magnetic
material.
b) An insulating liner which electrically insulates the measuring electrodes from the meter tube
preventing the induced U from short circuiting through the meter tube. The liner may be concentric
v
with the pipe or be profiled to provide a specific cross-section at the plane of the measuring
electrodes; if the meter tube is non-conductive, then a liner is not mandatory.
c) The field coils produce the magnetic field. The most common configuration is to have two field coils
mounted diametrically opposite to each other, though single field coil designs are available. Field
coils may be mounted on the outside of the meter tube or within the meter tube isolated from the
fluid. The field coils can be either:
— excited by sinusoidal alternating current (AC), as described in 6.3.4, or
— excited by direct current. In this case, it is usual to use a pulsed direct current (DC) as described
further in 6.3.3;
d) The measuring electrodes which detect the induced U . These normally comprise two metallic
v
contacts diametrically opposite to each other standing slightly out from the liner which are in
direct contact with the fluid. In some designs for harsh applications, capacitive electrodes may be
used which are not in direct contact with the fluid.
The sensor may also contain a reference or ground electrode to provide a reference value for the
measured U , and/or an empty pipe detection electrode which triggers an alarm when not in contact
v
with the fluid.
The materials for the lining and for the electrodes shall be selected depending on the liquid to be
measured (see Annex A).
The sensor is usually connected to the piping by means of flanges; however, measuring devices
with flangeless versions and other process connections are also available. The process fluid shall be
electrically connected to the body of the flowmeter by means of a grounding electrode or electrically
conductive and unlined adjacent pipework or grounding (potential equalizing) rings; see 8.1.3.
A
B
Key
1 field coils
2 coil housing
3 lined meter tube
4 measuring electrodes
5 power supply
A transmitter
B sensor
Figure 2 — Elements of an industrial electromagnetic flowmeter
NOTE The sensor can have a non-circular cross-section.
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6.3 Transmitter
6.3.1 General
The transmitter carries out the following functions:
a) provides the current to drive the field coils;
b) amplifies and processes the measuring electrode signal in order to derive a signal proportional to
the flowrate;
c) reduces various noise signals, e.g. fluid noise, electrical noise and common mode noise;
d) provides means of compensating for supply voltage and frequency variations where necessary;
e) provides the various outputs specified by the user or incorporated in the meter. These may include
a visual display and/or electronic outputs of the flowrate, alarm functions, totalised values and
diagnostics;
f) provides an interface for the user to configure the meter using buttons, touchpad or connections to
a PC or other device;
g) may provide an interface to a network.
Instruments may include additional circuitry to perform self-verification.
The transmitter may be mounted directly onto the sensor or remotely, connected to the sensor by a cable.
6.3.2 Alternating magnetic field in the measuring system
Electromagnetic flowmeters use an alternating magnetic field to avoid any voltages which may interfere
with the measurement of flow.
In addition to the flow related voltage, U , described in Clause 5, two other source voltages exist in
v
electromagnetic flowmeters. These are the electrochemical voltage, U , and the voltage created by
c
changes in the magnetic field, the transformer voltage, U . Both of these voltages may have a similar or
t
larger magnitude than U .
v
Further details may be found in Annex B.
6.3.3 Measuring system with applied pulsed DC excitation (simplified model)
In measuring systems with applied pulsed DC excitation, the magnetic field polarity is alternately
reversed. During each magnetic field polarity cycle, the electrode voltage is measured once the
magnetic field is considered to be constant. This period is called the measuring window (see Figure 3).
This measured voltage is a sum of both U and U .
c v
The difference between minimum and maximum value of the measured voltage, U , is proportional to
v
the flow velocity in the meter tube (see Figure 3).
Key
measuring window
Figure 3 — Principle of pulsed DC system (simplified model)
6.3.4 Measuring system with applied AC excitation (simplified model)
In AC excitation, line voltage (typically 115 V or 230 V at 50 Hz or 60 Hz) is applied directly to the field
coils or is supplied by the transmitter. This voltage generates a magnetic field in the sensor that varies
in strength with the amplitude of the applied voltage. The variation follows the pattern of a sine wave
(see Figure 4). This means that the flow signal, U , will also be a sine wave. The peak to peak value of the
v
sine wave, U , will be proportional to the flow velocity.
v
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Key
measuring window
Figure 4 — Principle of AC excitation systems (simplified model)
6.4 Flowmeter/Transmitter output
The system output can be one or more of the following:
a) analogue direct current in accordance with IEC 60381-1;
b) analogue direct voltage in accordance with IEC 60381-2;
c) a frequency data output in the form of scaled or un-scaled pulses;
d) alarm output(s);
e) digital (e.g. communication buses);
f) wireless;
g) display.
NOTE Electromagnetic flowmeters are available as 2-wire and 4-wire systems.
7 Equipment marking
7.1 Recommended data
7.1.1 Sensor
The following data should be displayed either on the sensor or on a name plate:
a) instrument manufacturer;
b) serial number;
c) nominal diameter;
d) maximum process temperature;
e) rated ambient temperature range;
f) maximum process pressure;
g) instrument classification (e.g. degree of protection, hazardous area classification);
h) model number.
NOTE 1 Rated ambient temperature range can be omitted if it is the same as the rated process temperature
range.
NOTE 2 Additional labelling requirements can be required for specific applications or to meet national
regulations (e.g. Ex approvals).
7.1.2 Transmitter
The following data should be displayed on a name plate:
a) instrument manufacturer;
b) serial number;
c) voltage, frequency, and power requirements;
d) instrument classification (e.g. degree of protection, hazardous area classification);
e) rated ambient temperature range;
f) model number.
NOTE Additional labelling requirements can be required for specific applications or to meet national
regulations (e.g. Ex approvals).
8 Installation design and practice
8.1 Sensor
8.1.1 Sizing
Usually, the sensor process connection size will be the same as that of the adjacent pipework. However,
care should be taken if the optimum performance is desired. Points to be considered are, for example:
— pipe size;
— pipe connection;
— flowrates;
— minimum and maximum flow to be measured;
— pressure loss.
The manufacturer's specifications, such as minimum span, velocity, abrasive fluid, low flow conditions
etc., should be followed. Typically, the measurement uncertainty of electromagnetic flowmeter will
be lowest above 1 m/s and below 1 m/s, the uncertainty will tend to increase. Although there is no
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theoretical maximum flowrate for an electromagnetic flowmeter, in practice, meters are sized such
that the maximum velocity does not exceed 10 m/s under normal operational conditions.
NOTE If flowmeter size is different from that of the adjacent pipework, then the effect of this discontinuity
can affect the flowmeter performance and pressure loss.
8.1.2 Mounting conditions
8.1.2.1 General
Provided the pipe remains full at all times, there is no theoretical restriction on the orientation in which
the sensor should be mounted. Where possible, if installing in a pipeline running vertically, ensure
the flow direction is upwards through the sensor to eliminate the possibility of annual flow errors. In
practice, the following conditions should be observed.
8.1.2.2 Effects of non-ideal flow conditions
Calibration laboratories strive to have flow conditions that are as close to ideal flow conditions.
Installing a flowmeter in conditions that are significantly different from ideal flow conditions, such as
placing the flowmeter closely downstream of an elbow or valve, may result in reduced performance.
Differences in the flowmeter design may have an effect on how much the performance is affected by
such non-ideal flow conditions.
8.1.2.3 Electrode position
In a horizontal pipe, since any gas bubbles will rise and collect at the top of the pipe, or sediment may
collect at the bottom of the pipe, the sensor should be mounted so that neither measuring electrode is
in these positions.
8.1.2.4 Zero-checking provision
If it is necessary to check the flowmeter zero in situ, then valves should be provided to stop the flow
through the device, leaving it filled with stationary liquid. When the flowmeter is equipped with an
automatically adjusting zero, this provision may not be necessary.
8.1.2.5 Multiphase flow through the sensor
8.1.2.5.1 Entrained solids
When solids are entrained in the liquid, care should be taken in the selection of the lining material and
electrode material (see Annex A). Where there is a possibility that material may settle in the sensor, it
should be mounted vertically or provision should be made to flush it through.
On spool piece devices, a ring to protect the leading edge of the electromagnetic flowmeter lining is
sometimes used. This ring shall be designed to ensure streamlined flow.
8.1.2.5.2 Entrained gases
Entrained gases cause measurement inaccuracies in direct relation to the volume percentage of gas
to liquid. An electromagnetic flowmeter measures velocity and computes the total volume flow by
multiplying the velocity by the cross sectional area. Precautions should be taken to reduce this effect by
increasing the liquid pressure, e.g. by locating the sensor on the high-pressure side of a restrictor such
as a control valve, or by eliminating the entrained gas.
NOTE High amounts of entrained gas can lead to a noisy measurement signal, or complete loss of the signal.
An automatic gas/air relief valve may be mounted at an appropriate distance before the sensor.
8.1.2.6 Buried sensors
Where it is necessary to install sensors in underground pipework, they should be installed in appropriate
chambers. However, where it is necessary to backfill over the sensor, advice should be sought from the
manufacturer and appropriate steps taken to protect the sensor from corrosive ground conditions, soil
loading, and impact from excavators. For an installation below heavily stressed surfaces, e.g. streets, a
metal plate may need to be installed above the sensor. Connecting cables to the transmitter should be
run in a continuous length without joints which could be penetrated by groundwater.
8.1.2.7 Submerged sensors
Sensors installed in a location where they may be flooded or submerged should be rated to the
appropriate depth as expected in the application.
8.1.2.8 Access for maintenance and cleaning
Sensors installed in pipelines containing wastewater and some process waters with grease, fat or
entrained solids should be installed in such a way as to allow the bore to be cleaned. This may include
rodding points or tappings through which inspection and maintenance tools can be inserted. See
Figure 5.
Figure 5 — Design of typical installation diagram
8.1.3 Potential equalization — General requirements
In general, the flowmeter requires a connection to the metered liquid. This connection starts with one
of three things contacting the liquid, a metallic pipe, a grounding ring(s) (potential equalizing ring),
or a grounding electrode (see Figures 6 and 7). Usually, one of those is connected to the sensor body,
which is then connected to the correct terminal in the transmitter. In some cases, this connection to
the transmitter is not made via the sensor body. In the case of a cathodically protected pipeline, special
precautions shall be taken (see Annex C).
Some transmitters are constructed such that a connection to the metered liquid is not required. The
manufacturer's installation guidance should be followed.
NOTE The dotted connection in Figure 7 indicates that with non-metallic adjacent piping the dotted
connection can be omitted.
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≥2 × DN
≥5 × DN
Key
1 potential equalizing ring
2 non-coated metallic pipe work
Figure 6 — Installation in non-coated metallic pipe work
Key
1 equalizing ring
2 non-metallic or internally coated pipe work
Figure 7 — Installation in non-metallic or internally coated pipe work
8.1.4 Electrical connections
The manufacturer’s instructions shall be carefully followed for connections between the sensor and the
transmitter. Instructions in relation to electrical grounding of the flowmeter system shall be followed.
8.1.5 Sensor mounting
8.1.5.1 Full pipe requirements
The sensor shall be mounted in such a position that it will be completely filled with the liquid being
metered; otherwise, the measurement will not be within the manufacturer’s stated accuracy. Some
sensors include an additional electrode to detect when the meter is not running full and trigger an
alarm. Such systems are intended for horizontal pipe runs and the sensor would be installed with the
extra electrode in line with the crown of the pipe. Partially-filled sensor meters are used, for example,
in sewage applications, but these merit special consideration outside the scope of this document.
8.1.5.2 Mechanical connections
There are different varieties of fittings including flanges, wafer, hygienic couplings, clamps, threads and
welded connections. It is essential that the sensor is correctly aligned on the pipe axis.
For flange connections:
— bolts should be tightened evenly and in moderation in order to avoid damage to the lining; the
manufacturer should state the maximum permissible torque;
— the manufacturer shall provide a reasonable clearance between the rear face of the flange and the
meter housing for installation and removal.
Care should be taken when handling the sensor; slings around the sensor or lifting lugs should be used.
Lifting by any means that could damage the liner, for example, hooks in the bore, shall not be used.
Under no circumstances shall the sensor be lifted using the cable which connects it to the transmitter.
Where gaskets are fitted between the meter and the pipe connection, care should be taken to ensure
that they are concentric with the pipe bore and do not intrude into the flow.
8.1.5.3 Pipeline stress
Every effort should be made to minimize piping loads and resulting strains at the sensor connecting
flanges, particularly in plastic meters which are not intended to sustain piping loads. Permissible values
should be checked with the manufacturer.
8.1.5.4 Pipe size reduction
To minimize pressure loss in cases where a sensor with a smaller nominal bore than the connecting
pipe is installed, it is advisable to connect the sensor into the pipe work by means of shallow tapered
cone pieces (recommended maximum included angle is 16°) (see Figure 8). Eccentric taper pipes may
be used when the pipeline is horizontal to prevent air pockets from forming; alternatively, air relief
valves may be fitted upstream of the upstream taper. In such cases, the inlet and outlet straight pipe
sections shall be the same size as the flowmeter. The pipe reduction may affect the performance of the
flowmeter and eccentric reducers will have a larger effect on accuracy than concentric reducers (see
8.1.2.1).
max 8°
d
d
Figure 8 — Shallow taper entry and exit reducers to minimize pressure loss
8.1.6 Installation dimensions for flanged connections
For each meter size designation, there is a corresponding fixed overall length, L (for definition, see
Figure 9), and tolerance both as specified in Table 1.
The length, L, includes the liner if it covers the flange face but excludes accessories such as gaskets,
grounding and protection rings.
NOTE Other standards include alternative recommended lengths for meters.
14 © ISO 2017 – All rights reserved

Figure 9 — Definition of overall length, L, and overall length in function of size
Table 1 — Dimensions for flanged connections
Dimensions in SI units
Nominal size of flange
Nominal length Tolerance of length
connections
L (mm) (mm)
DN
15 200
20 200
25 200
32 200
40 200
50 200
L
−3
65 200
80 200
100 250
125 250
150 300
200 350
250 450
300 500
L
−5
350 550
400 600
For DN 450 to DN 2 000, recommended length of 1 to 1,3 × DN should be applied.
Tolerance on length of meters greater than DN 400 should be agreed between the user
and manufacturer.
For dimensions smaller than DN 15, there are no preferred installation lengths.
8.2 Transmitter location
Transmitters should be installed in an accessible position free from excessive vibration, due regard
being given to the manufacturer’s specifications for ambient temperature and humidity. In particular,
a suitable sunshade or canopy shall be installed over the transmitter to avoid direct solar irradiation.
The cables carrying the electrode and reference signals between the transmitter and the sensor should
be of the type specified by the manufacturer. These cables should be as short as possible and not exceed
the limit imposed by the manufacturer. Care should be taken to ensure that signal cables are not routed
in proximity to cables carrying high electrical currents. Good earthing practice should be observed
with particular attention being paid to the prevention of “earth loops”.
8.3 Operational considerations
8.3.1 General
Wherever possible, the user should comply with the manufacturer’s recommendations for installation
in order to minimize the effects of different operating conditions. Many conditions, such as vibration,
ambient temperature, process temperature, solids or gases in the process liquid, those listed in 8.3.2
to 8.3.4, and others can affect the flow measurement and may increase the overall measurement
uncertainty.
8.3.2 Effect of the liquid conductivity
Minimum operational conductivity requirements shall be specified by the manufacturer.
If the conductivity is not uniform throughout the fluid in the meter, it may have an effect on flowmeter
performance.
8.3.3 Reynolds number effect
If the Reynolds number (Re) is higher than 10,000, the effect of Re is usually so small that, for practical
purposes, it can be ignored. At lower Res, the accuracy of flow measurement may be reduced.
8.3.4 Velocity profile effect
Distortions in velocity profiles may be caused by pipe fittings (bends, valves, reducers, etc.) placed
upstream or downstream from the flowmeter; the resulting velocity profiles may have an influence on
the performance of the meter.
9 Flowmeter calibration, validation, and verification
9.1 Flowmeter calibration
Calibration of an electromagnetic flowmeter usually consists of passing liquid (normally water)
through the flowmeter in a calibration facility at the time of manufacture. The flowmeter is compared
with a reference at two or more flowrates, and then the calibration factor is adjusted to meet the
manufacturer's specification. At this point, the calibration is complete.
After the calibration is completed, the flowmeter is often operated again to validate that the meter
meets the performance requirements. The data from this calibration validation step is usually included
in a report from the manufacturer. The number of calibration validations runs and the flowrates at
which they are performed are usually defined by the manufacturer, but may be specified by the user.
NOTE The method of computing the flowmeter sensor signal based on electromagnetic field strength
measurements and on physical dimensions, commonly referred to as “dry calibration,” is beyond the scope of this
document.
9.2 Flowmeter verification (in-situ electronic verification)
Electronic verification systems perform a number of electronic measurements on the sensor,
transmitter and the interconnections
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20456
Première édition
2017-09
Mesurage du débit des fluides
dans les conduites fermées —
Recommandations pour l'utilisation
des débitmètres électromagnétiques
dans les liquides conducteurs
Measurement of fluid flow in closed conduits — Guidance for the use
of electromagnetic flowmeters for conductive liquids
Numéro de référence
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ISO 2017
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Fax: +41 22 749 09 47
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 3
5 Théorie et formules de base . 4
6 Conception et principe de fonctionnement . 4
6.1 Généralités . 4
6.2 Capteur . 5
6.3 Transmetteur . 7
6.3.1 Généralités . 7
6.3.2 Champ magnétique alternatif dans le système de mesure . 8
6.3.3 Système de mesure avec excitation par CC pulsé appliqué (modèle simplifié) . 8
6.3.4 Système de mesure avec excitation par CA appliqué (modèle simplifié) . 8
6.4 Signal de sortie du débitmètre/du transmetteur . 9
7 Marquage de l’équipement .10
7.1 Données recommandées .10
7.1.1 Capteur .10
7.1.2 Transmetteur .10
8 Conception de l’installation et mise en œuvre .10
8.1 Capteur .10
8.1.1 Dimensionnement .10
8.1.2 Conditions de montage . .11
8.1.3 Égalisation des potentiels — Exigences générales .12
8.1.4 Connexions électriques .13
8.1.5 Montage du capteur .14
8.1.6 Dimensions d’installation des raccords à brides .15
8.2 Emplacement du transmetteur .16
8.3 Considérations fonctionnelles .16
8.3.1 Généralités .16
8.3.2 Influence de la conductivité du liquide .17
8.3.3 Influence du nombre de Reynolds .17
8.3.4 Influence du profil des vitesses .17
9 Étalonnage, validation et vérification du débitmètre .17
9.1 Étalonnage du débitmètre .17
9.2 Vérification du débitmètre (vérification électronique in situ) .17
10 Évaluation des performances du débitmètre .18
10.1 Généralités .18
10.2 Applications dans le domaine d’application d’autres normes .18
11 Analyse d'incertitude .18
Annexe A (informative) Matériaux de fabrication des capteurs .20
Annexe B (informative) Considérations pratiques applicables au système de mesure avec
excitation par CA et CC .23
Annexe C (informative) Protection cathodique .25
Annexe D (informative) Conversion des diamètres nominaux des unités métriques en
unités américaines .27
Annexe E (informative) Spécifications d’exactitude du fabricant .28
Bibliographie .32
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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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de l'ISO aux principes de l'Organisation
mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC) voir le lien
suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans
les conduites fermées, sous-comité SC 5, Méthodes de vitesse et massiques.
Cette première édition de l’ISO 20456 annule et remplace l’ISO 6817:1992, l’ISO 9104:1991 et
l’ISO 13359:1998, qui ont fait l’objet d’une révision technique.
Introduction
Les Articles 3 à 7 couvrent les définitions, les symboles et la théorie de base des débitmètres
électromagnétiques. Le présent document ne traite pas des débitmètres à insertion, des débitmètres
partiellement remplis ou des débitmètres pour liquides non conducteurs et hautement conducteurs.
L’Article 8 concerne les types et les méthodes d’installation, les différents types de conception
des débitmètres, les transmetteurs, les longueurs et le dimensionnement du pas, afin d’obtenir les
meilleures performances du débitmètre électromagnétique sur site.
Les Articles 9 à 11 couvrent certaines méthodes d’étalonnage, de vérification, d’évaluation et d’analyse
de l’incertitude, qui peuvent être utiles aux utilisateurs d’organismes d’essai indépendants, pour vérifier
la performance relative du fabricant et pour démontrer l’aptitude de l’application.
Les essais spécifiés dans le présent document ne sont pas nécessairement suffisants pour les
instruments spécialement conçus pour des tâches particulièrement complexes. Inversement, une série
d’essais limitée peut convenir aux instruments conçus pour fonctionner dans une gamme de conditions
limitée.
Le présent document est destiné aux utilisateurs et aux fabricants.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20456:2017(F)
Mesurage du débit des fluides dans les conduites
fermées — Recommandations pour l'utilisation des
débitmètres électromagnétiques dans les liquides
conducteurs
1 Domaine d'application
Le présent document s’applique aux débitmètres électromagnétiques industriels utilisés pour mesurer
le débit d’un liquide conducteur dans une conduite fermée remplie. Il traite des types de débitmètres
utilisant à la fois des circuits à courant alternatif (CA) et à courant continu (CC) pulsé pour entraîner les
bobines de champs et les débitmètres branchés sur secteur ainsi que ceux fonctionnant sur batteries ou
d’autres sources d’énergie.
Le présent document n’est pas applicable aux débitmètres à insertion ou aux débitmètres
électromagnétiques conçus pour fonctionner dans des canalisations ou des conduites ouvertes
partiellement remplies, ni au mesurage de pâtes magnétiquement perméables ou aux applications de
métal liquide.
Le présent document ne spécifie aucune exigence de sécurité applicable à l’utilisation environnementale
dangereuse du débitmètre.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
débitmètre électromagnétique
appareil créant un champ magnétique normal au sens de l’écoulement et permettant de déduire le débit
à partir de la tension induite, U , produite par le déplacement d’un liquide conducteur dans le champ
v
magnétique
Note 1 à l'article: Le débitmètre électromagnétique comprend un capteur (3.2) et un transmetteur (3.3).
3.2
capteur
dispositif contenant au moins les éléments suivants:
— un tube de mesure isolé électriquement à travers lequel s’écoule le liquide conducteur à mesurer;
— une paire d’électrodes servant à mesurer le signal généré dans le liquide;
— un électroaimant servant à produire un champ magnétique dans le tube de mesure (3.4).
Note 1 à l'article: Le capteur produit un signal proportionnel au débit et, dans certains cas, un signal de référence
(3.9). Voir 6.2.
Note 2 à l'article: Pour un capteur, le terme «élément primaire» ou «tube de circulation» a été précédemment
utilisé.
Note 3 à l'article: Dans certains cas, d’autres électrodes sont utilisées, par exemple des électrodes de terre, des
électrodes de détection de conduite pleine (détection de conduite vide) (voir 3.5).
3.3
transmetteur
appareil contenant les circuits qui entraînent les bobines de champ et extraient le signal de débit
Note 1 à l'article: Cet appareil peut être monté directement sur le capteur (3.2) ou à distance, raccordé au capteur
par un câble.
Note 2 à l'article: Pour un transmetteur, le terme «élément secondaire», «convertisseur» ou «unité électronique»
a été précédemment utilisé.
3.4
tube de mesure
tronçon tubulaire du capteur (3.2) à travers lequel s’écoule le liquide, dont au moins une partie de sa
surface intérieure est isolée électriquement
3.5
électrodes de mesure
paire(s) de contacts électriques ou de plaques de condensateur permettant de détecter la tension induite
3.6
limite inférieure
valeur minimale de la variable mesurée qu’un dispositif peut mesurer
3.7
limite supérieure
valeur maximale de la variable mesurée qu’un dispositif peut mesurer
3.8
plage de mesure
différence entre la limite supérieure et la limite inférieure (3.6)
3.9
signal de référence
signal proportionnel au flux magnétique créé dans le capteur (3.2) et qui est comparé, dans le
transmetteur (3.3), au signal de débit
3.10
signal de sortie
signal délivré par le transmetteur (3.3), qui est proportionnel au débit
3.11
nombre de Reynolds
paramètre sans dimension exprimant le rapport entre force d’inertie et force de viscosité
Note 1 à l'article: Pour l’écoulement en conduite fermée à travers un débitmètre électromagnétique (3.1), il
convient que le nombre de Reynolds repose sur le diamètre nominal du débitmètre et sur la vitesse moyenne
correspondante à travers un tronçon de cette dimension.
3.12
exactitude
étroitesse de l'accord entre le résultat d'un mesurage et la valeur vraie (conventionnelle) du mesurage
Note 1 à l'article: Il convient d’exprimer l’expression quantitative de l’exactitude en termes d’incertitude (voir
Annexe E).
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Note 2 à l'article: Il convient d’éviter l’utilisation du terme «précision» pour désigner l’exactitude.
3.13
incertitude
plage dans laquelle la valeur vraie de la grandeur mesurée est censée se situer avec une
valeur et un niveau de confiance spécifiés
Note 1 à l'article: Voir l’Article 11.
3.14
facteur d’étalonnage
nombre, déterminé par l’étalonnage du liquide, permettant d’associer le signal de sortie (3.10) au débit
volumétrique
3.15
étalonnage
opération qui permet, dans des conditions spécifiées, dans un premier temps, d’établir un lien entre les
grandeurs associées aux incertitudes de mesure fournies par les étalons de mesure, et les indications
correspondantes associées aux incertitudes de mesure et, dans un deuxième temps, d'utiliser ces
informations pour établir un lien afin d'obtenir un résultat de mesure à partir d’une indication
3.16
vérification
moyen permettant de vérifier qu’un débitmètre électromagnétique
(3.1) fonctionne correctement, normalement avec une moins bonne incertitude que dans des conditions
de laboratoire contrôlées
3.17
validation de l’étalonnage
nombre de séquences (une ou plusieurs) à des débits compris entre zéro et la limite supérieure (3.7) afin
de vérifier que le débitmètre fonctionne normalement et conformément aux spécifications du fabricant
3.18
fenêtre de mesure
période de temps pendant laquelle la tension représentant la vitesse d’écoulement est mesurée
3.19
conditions de débit idéales
conditions prévalant lorsqu’une conduite est de longueur infinie et droite sans perturbations internes
Note 1 à l'article: Pour les débitmètres électromagnétiques (3.1), on peut également supposer que le liquide mesuré
a une viscosité et une densité similaires à celles de l’eau. Dans ces conditions, l’écoulement est asymétrique et sera
pleinement développé et turbulent aves les débits et les dimensions de conduite les plus courants du domaine.
4 Symboles
Symbole Grandeur Unités (SI)

intensité du champ magnétique
Tesla (T)
B
intensité moyenne du champ magnétique Tesla (T)
B
a
d diamètre intérieur du tube de mesure mètres (m)

intensité du champ électrique volts par mètre (V/m)
E
U tension électrochimique volts (V)
c
U tension du transformateur volts (V)
t
U tension liée à la vitesse volts (V)
v
F force de Lorentz newtons (N)
Lorentz
k constante sans dimension (—)
Symbole Grandeur Unités (SI)
k constante sans dimension (—)
a
L écartement des électrodes de mesure mètres (m)
e
q débit-volume du liquide mètres cubes par seconde (m /s)
V
vitesse débitante moyenne du liquide mètres par seconde (m/s)
v
∇ opérateur Nabla ou Del sans dimension (—)
a
Voir l’Annexe D pour une table de conversion des unités métriques en unités américaines des diamètres
nominaux.
5 Théorie et formules de base
Lorsqu’un liquide conducteur s’écoule dans un champ magnétique, une ou des tension(s), U , sont
v
générées conformément à la loi de Faraday [voir Formule (2)]. L’intensité des tensions induites est
donnée par l’expression simplifiée indiquée dans la Formule (1):
 

Fq=+Ev×B = 0 (1)
()
Lorentz
 

Ev=− ×=BU∇ ;
()
v


∇ Uv=− ×B
()
v
L’intégration spatiale de la Formule (1) donne lieu à la Formule (2):
Uk= BL v (2)
ve1
Dans le cas d’une conduite circulaire, le débit-volume est donné dans la Formule (3):
πd
q= v (3)
qui, combinée à la Formule (2), donne lieu à la Formule (4):
πd U
 
v
q = (4)
 
4kL B
 
1 e
ou à la Formule (5):
qk= U (5)
2 v
La Formule (5) peut être interprétée de différentes manières pour produire un facteur d’étalonnage
qui, en pratique, est généralement déterminé par l’étalonnage par voie humide, comme décrit en 9.1.
6 Conception et principe de fonctionnement
6.1 Généralités
Comme indiqué sur le schéma de la Figure 1, le champ magnétique est placé par rapport à un tube de
mesure revêtu de sorte que le trajet du liquide conducteur circulant dans le tube de mesure est normal
au champ magnétique. Conformément à la loi de Faraday, le déplacement du liquide dans le champ
magnétique induit une tension U , dans le liquide, dans un trajet mutuellement normal à la fois au
v
champ et au sens de déplacement du liquide. Le fait de placer des électrodes en contact avec le liquide
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dans des montages isolés ou d’utiliser des électrodes isolées à couplage capacitif dans le tube de mesure
selon un plan diamétral normal au champ magnétique, produit une tension proportionnelle à la vitesse
d’écoulement qui peut être traitée par un transmetteur. Les débitmètres reposant sur ce principe
peuvent mesurer le débit dans n’importe quelle direction dans le tube de mesure.
Légende
1 système de bobines
2 tube de mesure revêtu
3 électrodes de mesure
B densité de flux magnétique
L écartement des électrodes de mesure
e
U signal de débit (tension liée à la vitesse)
v
vitesse débitante moyenne du liquide
v
Figure 1 — Principe de la loi de Faraday
Le débitmètre électromagnétique comprend un capteur à travers lequel s’écoule le liquide process, ainsi
qu’un transmetteur qui convertit le signal de débit produit par le capteur en un signal normalisé pour
être accepté par les instruments industriels (voir, par exemple, l’IEC 60381-1 et l’IEC 60381-2).
Le système produit un signal de sortie proportionnel au débit-volume (ou à la vitesse moyenne).
Généralement, son application est uniquement limitée par l’exigence de conductivité électrique du
liquide de mesure.
Le capteur et le transmetteur peuvent être séparés, liés par un ou plusieurs câbles électriques ou
intégrés au transmetteur directement raccordé au capteur.
6.2 Capteur
La Figure 2 est une vue éclatée d’un modèle industriel de capteur doté d’un transmetteur intégré. Les
principaux composants du capteur sont les suivants.
a) Le tube de mesure est le tronçon tubulaire du capteur à travers lequel s’écoule le liquide. Pour
un débitmètre dont les bobines de champ sont montées à l’extérieur du tube de mesure, il doit
être fabriqué dans un matériau non magnétique. Sur un modèle où les bobines de champ sont à
l’intérieur du tube de mesure, il peut être fabriqué dans un matériau magnétique.
b) Un revêtement isolant qui isole électriquement les électrodes de mesure du tube de mesure, ce
qui empêche la tension induite U de court-circuiter le tube de mesure. Le revêtement peut être
v
concentrique par rapport à la conduite ou être profilé de façon à fournir une section transversale
spécifique au niveau du plan des électrodes de mesure; si le débitmètre n’est pas conducteur, alors
il n’est pas obligatoire d’utiliser un revêtement.
c) Les bobines de champ produisent le champ magnétique. La configuration la plus courante consiste
en deux bobines de champ montées diamétralement opposées l’une par rapport à l’autre, même
s’il existe des modèles à une seule bobine de champ. Les bobines de champ peuvent être montées
à l’extérieur du tube de mesure ou à l’intérieur du tube de mesure isolé du liquide. Les bobines de
champ peuvent être:
— excitées par un courant alternatif (CA) sinusoïdal, comme décrit en 6.3.4, ou
— excitées par un courant continu. Dans ce cas, il est courant d’utiliser un courant continu (CC)
pulsé comme décrit en 6.3.3.
d) Les électrodes de mesure qui détectent la tension U induite. Normalement, elles comprennent
v
des contacts métalliques diamétralement opposés les uns aux autres et positionnés légèrement en
dehors du revêtement, en contact direct avec le liquide. Dans certains modèles conçus pour des
applications complexes, des électrodes capacitives qui ne sont pas en contact direct avec le liquide
peuvent être utilisées.
Le capteur peut également contenir une électrode de référence ou de terre pour fournir une valeur de
référence pour la tension U mesurée, et/ou une électrode de détection de conduite vide qui déclenche
v
une alarme lorsqu’elle n’est pas en contact avec le liquide.
Les matériaux utilisés pour le revêtement et pour les électrodes doivent être choisis en fonction du
liquide à mesurer (voir Annexe A).
Généralement, le capteur est raccordé à la conduite à l’aide de brides; cependant, il existe également
des modèles sans brides et d’autres raccords de process. Le liquide de process doit être électriquement
raccordé au corps du débitmètre à l’aide d’une électrode de terre, d’une conduite adjacente
électriquement conductrice et non revêtue ou de bagues de mise à la terre (égalisation des potentiels);
voir 8.1.3.
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A
B
Légende
1 bobines de champ
2 logement de bobine
3 tube de mesure revêtu
4 électrodes de mesure
5 alimentation électrique
A transmetteur
B capteur
Figure 2 — Éléments d’un débitmètre électromagnétique industriels
NOTE Le capteur peut avoir une section transversale non circulaire.
6.3 Transmetteur
6.3.1 Généralités
Le transmetteur exerce les fonctions suivantes:
a) il fournit le courant pour entraîner les bobines de champ;
b) il amplifie et traite le signal de l’électrode de mesure afin d’obtenir un signal proportionnel au débit;
c) il réduit les différents signaux de bruit, par exemple le bruit du liquide, le bruit électrique et le bruit
de mode commun;
d) il fournit un moyen de compensation des variations de tension d’alimentation et de fréquence
lorsque cela est nécessaire;
e) il fournit les différents signaux de sortie spécifiés par l’utilisateur ou incorporés dans le débitmètre.
Celles-ci peuvent comprendre un affichage visuel et/ou des signaux de sortie électroniques du
débit, des fonctions d’alarme, des valeurs totalisées et du diagnostic;
f) il fournit une interface permettant à l’utilisateur de configurer le débitmètre à l’aide de boutons,
d’un clavier ou des connexions à un PC ou à un autre dispositif;
g) il peut fournir une interface réseau.
Les instruments peuvent comprendre d’autres circuits permettant d’effectuer une auto-vérification.
Le transmetteur peut être monté directement sur le capteur ou à distance, raccordé au capteur par
un câble.
6.3.2 Champ magnétique alternatif dans le système de mesure
Les débitmètres électromagnétiques utilisent un champ magnétique alternatif qui permet d’empêcher
les tensions susceptibles d’interférer avec le mesurage du débit.
En plus de la tension liée au débit, U , décrite à l’Article 5, il existe deux autres tensions de source dans
v
les débitmètres électromagnétiques. Il s’agit de la tension électrochimique, U , et de la tension créée par
c
les variations de champ magnétique, la tension du transformateur, U . Ces deux tensions peuvent avoir
t
une amplitude supérieure ou égale à U .
v
L’Annexe B fournit des informations supplémentaires.
6.3.3 Système de mesure avec excitation par CC pulsé appliqué (modèle simplifié)
Dans les systèmes de mesure avec excitation par CC pulsé appliqué, la polarité du champ magnétique
est alternativement inversée. Pendant chaque cycle de polarité du champ magnétique, la tension
d’électrode est mesurée dès lors que le champ magnétique est considéré constant. Cette période est
appelée fenêtre de mesure (voir Figure 3). Cette tension mesurée est une somme de U et U .
c v
La différence entre la valeur minimale et la valeur maximale de la tension mesurée, U , est
v
proportionnelle à la vitesse d’écoulement dans le tube de mesure (voir Figure 3).
Légende
fenêtre de mesure
Figure 3 — Principe du système à CC pulsé (modèle simplifié)
6.3.4 Système de mesure avec excitation par CA appliqué (modèle simplifié)
Lors de l’excitation par CA, la tension de secteur (généralement 115 V ou 230 V à 50 Hz ou 60 Hz) est
directement appliquée aux bobines de champ ou est fournie par le transmetteur. Cette tension génère
un champ magnétique dans le capteur dont l’intensité varie en fonction de l’amplitude de la tension
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appliquée. La variation a la forme d’une onde sinusoïdale (voir Figure 4). Cela signifie que le signal de
débit, U , aura également la forme d’une onde sinusoïdale. La valeur crête-à-crête de l’onde sinusoïdale,
v
U , sera proportionnelle à la vitesse d’écoulement.
v
Légende
fenêtre de mesure
Figure 4 — Principe des systèmes avec excitation par CA (modèle simplifié)
6.4 Signal de sortie du débitmètre/du transmetteur
Le signal de sortie du signal peut être un ou plusieurs des suivants:
a) courant continu analogique conformément à l’IEC 60381-1;
b) tension continue analogique conformément à l’IEC 60381-2;
c) sortie de données de fréquence sous la forme d’impulsions proportionnées ou non;
d) sortie(s) d’alarme;
e) numérique (par exemple, bus de communication);
f) sans fil;
g) visuel.
NOTE Les débitmètres électromagnétiques sont disponibles sous forme de systèmes 2 fils et 4 fils.
7 Marquage de l’équipement
7.1 Données recommandées
7.1.1 Capteur
Il convient de marquer les données suivantes sur le capteur ou sur une plaque signalétique:
a) fabricant de l’instrument;
b) numéro de série:
c) diamètre nominal;
d) température de process maximale;
e) plage de température ambiante nominale;
f) pression de process maximale;
g) classification de l’instrument (par exemple, niveau de protection, classification de zone dangereuse);
h) numéro de modèle.
NOTE 1 La plage de température ambiante nominale peut être omise si elle est identique à la plage de
température de process nominale.
NOTE 2 D’autres exigences d’étiquetage peuvent être requises avec certaines applications spécifiques ou pour
satisfaire aux réglementations nationales (par exemple, homologations Ex).
7.1.2 Transmetteur
Il convient de marquer les données suivantes sur une plaque signalétique:
a) fabricant de l’instrument;
b) numéro de série;
c) exigences de tension, de fréquence et de puissance;
d) classification de l’instrument (par exemple, niveau de protection, classification de zone dangereuse);
e) plage de température ambiante nominale;
f) numéro de modèle.
NOTE D’autres exigences d’étiquetage peuvent être requises avec certaines applications spécifiques ou pour
satisfaire aux réglementations nationales (par exemple, homologations Ex).
8 Conception de l’installation et mise en œuvre
8.1 Capteur
8.1.1 Dimensionnement
Généralement, les dimensions du raccord process du capteur seront identiques à celles de la conduite
adjacente. Cependant, il convient de prêter une attention particulière si l’on souhaite optimiser les
performances. Il faut, par exemple, tenir compte des points suivants:
— dimensions de la conduite;
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— raccord de conduite;
— débits;
— débit minimal et débit maximal à mesurer;
— perte de pression.
Il convient de suivre les spécifications du fabricant, notamment la plage de mesure minimale, la vitesse,
le liquide abrasif, les conditions de faible débit, etc. En général, l’incertitude de mesure du débitmètre
électromagnétique sera la plus faible au-dessus de 1 m/s, et aura tendance à augmenter en dessous de
1 ms/s. Bien qu’il n’existe pas de débit maximal théorique pour un débitmètre électromagnétique, en
pratique, les débitmètres ont des dimensions telles que la vitesse maximale ne dépasse pas 10 m/s dans
des conditions de fonctionnement normales.
NOTE Si les dimensions du débitmètre diffèrent de celles de la conduite adjacente, alors cet écart peut avoir
une influence sur les performances du débitmètre et la perte de pression.
8.1.2 Conditions de montage
8.1.2.1 Généralités
Sous réserve que la conduite reste systématiquement pleine, il n’existe aucune restriction théorique
quant à l’orientation de montage du capteur. Le cas échéant, en cas d’installation dans une conduite
fonctionnant à la verticale, s’assurer que l’écoulement monte par le capteur pour éliminer le risque
d’erreurs de débits annuels. Dans la pratique, il convient de respecter les conditions suivantes.
8.1.2.2 Effets des conditions de débit non idéales
Les laboratoires d’étalonnage s’efforcent d’avoir des conditions de débit proches des conditions de débit
idéales. L’installation d’un débitmètre dans des conditions significativement différentes des conditions
de débit idéales, notamment le placement du débitmètre en aval d’un coude ou d’une vanne, peut altérer
les performances. Les différences de conception des débitmètres peuvent avoir une influence sur le
niveau d’altération des performances par des conditions de débit non idéales.
8.1.2.3 Position des électrodes
Dans une conduite horizontale, étant donné que des bulles de gaz montent et se rassemblent dans la
partie supérieure de la conduite, ou que des sédiments peuvent se déposer dans sa partie inférieure, il
convient de monter le capteur de sorte qu’aucune électrode de mesure ne s’y trouve.
8.1.2.4 Vérification du zéro
S’il est nécessaire de vérifier le zéro du débitmètre in situ, il convient de prévoir des vannes permettant
d’arrêter l’écoulement dans le dispositif tout en le maintenant rempli de liquide au repos. Lorsque le
débitmètre est équipé d’un réglage automatique du zéro, cette précaution n’est pas nécessaire.
8.1.2.5 Écoulement polyphasique dans le capteur
8.1.2.5.1 Solides entraînés
Lorsque des solides sont entraînés dans le liquide, il convient de veiller à bien choisir le matériau de
revêtement et le matériau de l’électrode (voir Annexe A). S’il existe un risque de dépôt de matière dans
le capteur, il convient de monter le capteur à la verticale ou de prévoir de le purger.
Sur les dispositifs à manchette de raccordement, une bague de protection du bord d’attaque du
revêtement du débitmètre électromagnétique est parfois utilisée. Cette bague doit être profilée pour ne
pas perturber l’écoulement.
8.1.2.5.2 Gaz entraînés
Les gaz entraînés engendrent des erreurs de mesure en relation directe avec le pourcentage en volume
de gaz contenu dans le liquide. Un débitmètre électromagnétique mesure la vitesse et calcul le débit-
volume total en multipliant la vitesse par la section transversale. Il convient de veiller à réduire cet effet
en augmentant la pression du liquide, par exemple en positionnant le capteur du côté haute pression
d’un étranglement tel qu’une vanne de réglage, ou en éliminant le gaz entraîné.
NOTE De grandes quantités de gaz entraîné peuvent générer un signal de mesure bruyant ou une perte
complète du signal.
Une soupape de dégagement de gaz/d’air automatique peut être montée à une distance appropriée
avant le capteur.
8.1.2.6 Capteurs enterrés
Lorsqu’il est nécessaire d’installer des capteurs dans des conduites souterraines, il convient de les
installer dans des chambres appropriées. Cependant, lorsqu’il est nécessaire de remblayer par-dessus
le capteur, il convient de demander conseil auprès du fabricant et de prendre des mesures appropriées
pour protéger le capteur contre le sol corrosif, la charge du sol et l’impact exercé par les excavateurs.
Pour une installation sous des surfaces fortement sollicitées, par exemples des rues, il peut être
nécessaire d’installer une plaque en métal au-dessus du capteur. Il convient de raccorder des câbles
au transmetteur sur une longueur continue, sans jonctions susceptibles d’être infiltrées par les eaux
souterraines.
8.1.2.7 Capteurs immergés
Il convient d’assigner les capteurs installés dans une zone susceptible d’être inondée ou submergée à la
profondeur appropriée prévue dans l’application.
8.1.2.8 Accès pour la maintenance ou le nettoyage
Il convient d’installer les capteurs montés dans des conduites contenant des eaux usées et certaines
eaux de traitement contenant de la graisse, du gras ou des solides entraînés, de façon à pouvoir nettoyer
leur alésage. Cela peut inclure les points de tringlage ou les taraudages à travers lesquels des outils
d’inspection et de maintenance peuvent être insérés. Voir Figure 5.
Figure 5 — Schéma d’installation type
8.1.3 Égalisation des potentiels — Exigences générales
En général, le débitmètre nécessite une connexion avec le liquide mesuré. Cette connexion commence
par l’un des trois éléments en contact avec le liquide: un tuyau métallique, une ou des bague(s) de
mise à la terre (bague d’égalisation des potentiels) ou une électrode de terre (voir Figures 6 et 7).
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≥2 × DN
≥5 × DN
Généralement, l’un d’entre eux est raccordé au corps du capteur, qui est à son tour raccordé à la borne
appropriée dans le transmetteur. Dans certains cas, cette connexion avec le transmetteur ne s’effectue
pas par le biais du corps du capteur. Dans le cas d’une conduite à protection cathodique, des précautions
particulières doivent être prises (voir Annexe C).
Certains transmetteurs sont conçus de sorte qu’une connexion avec le liquide mesuré n’est pas requise.
Il convient de suivre les recommandations d’installation du fabricant.
NOTE La Figure 7 indique qu’avec une conduite adjacente non métallique, la connexion en pointillés peut
être omise.
Légende
1 bague d’égalisation des potentiels
2 conduite métallique non revêtue
Figure 6 — Installation dans une conduite métallique non revêtue
Légende
1 bague d’égalisation
2 conduite non métallique ou à revêtement intérieur
Figure 7 — Installation dans une conduite non métallique ou à revêtement intérieur
8.1.4 Connexions électriques
Les instructions du fabricant doivent être scrupuleusement suivies en ce qui concerne les connexions
entre le capteur et le transmetteur. Les instructions relatives à la mise à la terre du débitmètre doivent
être respectées.
8.1.5 Montage du capteur
8.1.5.1 Exigence applicable à la conduite pleine
Le capteur doit être monté dans une position telle qu’il sera complètement recouvert par le liquide
mesuré; à défaut, le mesurage ne sera pas conforme aux limites d’exactitude énoncées par le fabricant.
Certains capteurs comprennent une électrode supplémentaire permettant de détecter à quel moment le
débitmètre ne fonctionne pas et de déclencher une alarme. Ces systèmes sont destinés aux canalisations
horizontales et le capteur doit être installé avec l’électrode supplémentaire alignée sur la couronne de
la conduite. Les débitmètres partiellement remplis sont utilisés, par exemple, dans les applications
d’assainissement, mais ils méritent une attention particulière en dehors du domaine d’application du
présent document.
8.1.5.2 Connexions mécaniques
Il existe plusieurs sortes de raccords, notamment les brides, les galettes, les raccords de tuyaux
hygiéniques, les griffes, les filetages et les connexions par soudage. Il est essentiel que le capteur soit
correctement aligné sur l’axe de la conduite.
Pour les raccords à brides:
— il convient de serrer de manière régulière et modérée les boulons pour éviter d’endommager le
revêtement; il convient que le fabricant indique le couple maximal admissible;
— le fabricant doit prévoir un jeu raisonnable entre la face arrière de la bride et le logement du
débitmètre pour permettre l'installation et la dépose.
La manutention du capteur doit se faire avec soin; il convient d’utiliser les élingues entourant le capteur
ou des pattes de levage. Il ne faut pas utiliser de moyens de levage susceptibles d’endommager le
revêtement, tels que, par exemple, les crochets d’agrippage dans l’alésage. En aucun cas le capteur ne
doit être soulevé à l’aide du câble le reliant au transmetteur.
Lorsque des joints sont disposés entre le débitmètre et le raccord de conduite, il convient de veiller à ce
qu’ils soient concentriques avec l’alésage de la conduite et qu’ils ne s’infiltrent pas dans l’écoulement.
8.1.5.3 Tension dans la conduite
Il convient de s’efforcer de réduire au minimum les charges sur la conduite et les tensions au niveau
des brides de raccord du capteur, en particulier dans les débitmètres en plastique non conçus pour
supporter des charges. Il convient de vérifier les valeurs admissibles avec le fabricant.
8.1.5.4 Réduction des dimensions de la conduite
Pour réduire au minimum la perte de pression dans les cas où un capteur ayant un alésage nominal
moins élevé que le tuyau de raccordement est installé, il est conseillé de raccorder le capteur dans la
conduite à l’aide de pièces coniques concaves (l’angle maximal recommandé est de 16°) (voir Figure 8).
Des tuyaux coniques excentriques peuvent être utilisés lorsque la conduite est horizontale car ils
empêchent la formation de poches d’air; des soupapes de dégagement d’air peuvent être aussi installées
en amont du cône amont. Dans ces cas, les sections tubulaires droites d’entrée et de sortie doivent avoir
les mêmes dimensions que le débitmètre. La réduction des dimensions de la conduite peut altérer les
performances du débitmètre et des réducteurs excentriques auront plus d’effet sur l’exactitude que les
réducteurs concentriques (voir 8.1.2.1).
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max 8°
d
d
Figure 8 — Réducteurs coniques concaves d’entrée et de sortie permettant de réduire au
minimu
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