ISO 6145-2:2001
(Main)Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods — Part 2: Volumetric pumps
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods — Part 2: Volumetric pumps
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques — Partie 2: Pompes volumétriques
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6145-2
First edition
2001-07-01
Gas analysis — Preparation of calibration
gas mixtures using dynamic volumetric
methods —
Part 2:
Volumetric pumps
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à
l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 2: Pompes volumétriques
Reference number
ISO 6145-2:2001(E)
© ISO 2001
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ISO 6145-2:2001(E)
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ii ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 6145-2:2001(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Principle . 1
4 Volumetric pump . 2
5 Calculations . 4
Annexes
A Pre-mixed gases for preparation of mixtures of high dilution . 6
A.1 Calculation of results . 6
A.2 Uncertainty of volume fraction . 6
B Practical hints. 7
Bibliography. 8
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ISO 2001 – All rights reserved iii
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ISO 6145-2:2001(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 6145 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 6145-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 158, Analysis of gases.
ISO 6145 consists of the following parts, under the general title Gas analysis — Preparation of calibration gas
mixtures using dynamic volumetric methods:
— Part 1: Methods of calibration
— Part 2: Volumetric pumps
— Part 4: Continuous injection method
— Part 5: Capillary calibration devices
— Part 6: Critical orifices
— Part 7: Thermal mass-flow controllers
— Part 9: Saturation method
— Part 10: Permeation method
Diffusion will be the subject of a future Part 8 to ISO 6145. Part 3 to ISO 6145, entitled Periodic injections into a
flowing gas, has been withdrawn.
Annexes A and B of this part of ISO 6145 are for information only.
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ISO 6145-2:2001(E)
Introduction
This part of ISO 6145 is one of a series of standards dealing with various dynamic volumetric methods used for the
preparation of calibration gas mixtures.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6145-2:2001(E)
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using
dynamic volumetric methods —
Part 2:
Volumetric pumps
1 Scope
This part of ISO 6145 specifies a method for the continuous production of calibration gas mixtures, containing two or
more components, from pure gases or other gas mixtures by use of commercially available multi-piston, volumetric
pumps. Pumps of this type may be employed to prepare gas mixtures in which the volume fractions of the gaseous
components in the complementary gas range from 0,1 % upwards; the relative expanded uncertainty of measure-
ment, U, obtained by multiplying the relative combined standard uncertainty by a coverage factor k = 2 is not
greater than 0,5 %.
Lower concentrations may be obtained by cascading volumetric pumps, and the lowest volume fraction achievable by
−6
means of a two-pump cascade is 10 . Moreover, if pre-mixed gases are used instead of pure gases, much lower
concentrations can be obtained.
The merits of this method are that a large quantity of the gas mixture can be prepared on a continuous basis, and that
multicomponent mixtures can also be readily prepared.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 6145. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications do
not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 6145 are encouraged to investigate the possi-
bility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated references, the
latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain registers of currently
valid International Standards.
ISO 6143, Gas analysis — Comparison methods for determining and checking the composition of calibration gas
mixtures
ISO 6145-1:1986, Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures — Dynamic volumetric methods — Part 1:
Methods of calibration
3 Principle
A binary mixture of two gases, A and B, is prepared by passing each gas through one of a pair of single action piston
pumps, each pump of which is driven by a synchronous motor. The volume fraction, ' , of component A, in the gas
A
mixture is given by:
' =q =(q +q ) (1)
A A A B
in which q and q are the volumetric flow rates of the calibration component A and the complementary gas B
A B
respectively.
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ISO 6145-2:2001(E)
As is the case for all of the dynamic volumetric methods described in this series of standards, q and q shall be
A B
provided under identical conditions of temperature and pressure. If this is not so, and in particular if volumetric pumps
are used at pressures above ambient atmospheric pressure the appropriate corrections are necessary. These are
made by means of the ideal gas laws, or the virial equation in the case of gases showing significant departure from
ideality.
4 Volumetric pump
4.1 Description
The volumetric pump consists of a pair of single-stage dosing pumps with single-action pistons driven by a single
synchronous motor. The drive to one of the pumps is controlled through intermediate gears while that to the other is
direct.
To prepare a two-component mixture of two gases A and B, the gases are to be supplied at ambient atmospheric
pressure to the dosing pumps, and excess gas vented to the atmosphere through a system of bubblers. Two tubes
are connected to the cylinder of each pump; the pure component, A or B, is aspirated through one tube and the other
leads to a mixing chamber. The stroke rate of the one piston may be changed by gear selection while that of the other
remains constant. By this means the volume fractions of A and B in the mixture are established. Figure 1 shows a
schematic diagram of the principle.
Volumetric pumps of this type are commercially available and the following presents brief descriptions of three
variants of the equipment:
a) The capacities of the cylinders are identical; the range of flow rate ratios is 1:1 to 9:1.
b) The capacity of the cylinder in which the piston drive is variable is 1/9 of that of the cylinder in which the drive is
direct. In this arrangement the range of flow rate ratios is 9:1 to 99:1.
c) The capacity of the cylinder in which the piston drive is variable is 1/99 of that of the cylinder in which the drive is
direct. In this arrangement the range of flow rate ratios is 99:1 to 999:1.
Some models are equipped with sets of gear wheels and others have integral switch gears and the ratios are
selected by adjustment of dials.
Pumps can be arranged as a cascade to provide a means of preparation of gas mixtures of lower concentrations. As
an example, two pumps of the third type, defined in c), can be operated in series to produce a binary mixture in which
−6
the volume fraction of the calibration component is 10 . It is also possible for two mixing systems to be combined in
one pump and these systems can be switched to operate in either a parallel or a series configuration. In the series
−6
arrangement volume fractions as low as to 10 can be realized.
4.2 Precautions and validity limits
This method is applicable to the preparation of mixtures of non-reacting species, i.e. those which do not react with
any material of construction of those parts of the pump, and the flow paths external to the pump, with which the
gaseous components come in contact. Therefore pistons of the commercially available pumps shall be constructed
in either bronze or another special alloy with ceramic coating. The latter material shall be claimed by the supplier to
be chemically resistant to gases such as sulphur dioxide, hydrogen
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 6145-2
Première édition
2001-07-01
Analyse des gaz — Préparation des
mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide
de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 2:
Pompes volumétriques
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic
volumetric methods —
Part 2: Volumetric pumps
Numéro de référence
ISO 6145-2:2001(F)
©
ISO 2001
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ISO 6145-2:2001(F)
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Imprimé en Suisse
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ii ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 6145-2:2001(F)
Sommaire Page
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Principe . 1
4 Pompe volumétrique . 2
5 Calculs . 4
Annexes
A Gaz mélangés au préalable pour la préparation de mélanges haute dilution. 6
A.1 Calcul des résultats . 6
A.2 Incertitude de la fraction volumique . 6
B Conseils pratiques . 8
Bibliographie. 9
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ISO 2001 – Tous droits réservés iii
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ISO 6145-2:2001(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison
avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 6145 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.
La Norme internationale ISO 6145-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 158, Analyse des gaz.
L'ISO 6145 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Analyse des gaz — Préparation des
mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques:
— Partie 1: Méthodes d'étalonnage
— Partie 2: Pompes volumétriques
— Partie 4: Méthode d'injection continue
— Partie 5: Dispositifs d'étalonnage par capillaires
— Partie 6: Orifices critiques
— Partie 7: Régulateurs thermiques de débit-masse
— Partie 9: Méthode par saturation
— Partie 10: Méthode par perméation
La diffusion fera l’objet d’une future partie 8 de l’ISO 6145. La partie 3 de l’ISO 6145, intitulée Injections périodiques
dans un flux gazeux, a été retirée.
Les annexes A et B de la présente partie de l'ISO 6145 sont données uniquement à titre d'information.
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ISO 6145-2:2001(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO6145 fait partie d'une série de normes qui présentent différentes méthodes
volumétriques dynamiques utilisées pour préparer des mélanges de gaz pour étalonnage.
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ISO 2001 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 6145-2:2001(F)
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour
étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 2:
Pompes volumétriques
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 6145 spécifie une méthode de production continue de mélanges de gaz pour étalonnage
contenant au moins deux constituants, à partir de gaz purs ou d'autres mélanges de gaz, en utilisant des pompes
volumétriques à plusieurs pistons existant sur le marché. Des pompes de ce type peuvent être employées pour
préparer des mélanges de gaz dans lesquels les fractions volumiques des constituants gazeux dans le gaz de
complément varient en augmentant à partir de 0,1 %; l'incertitude relative étendue de mesurage, U, obtenue en
multipliant l'incertitude type relative composée par un facteur d'élargissement k = 2, n'est pas supérieure à .0,5 %
Des concentrations inférieures peuvent être obtenues en montant les pompes volumétriques en cascade, et la plus
−6
basse fraction volumique qu'il est possible d'atteindre au moyen de deux pompes en cascade est de 10 . De
même, si l'on utilise des mélanges de gaz préparés à l'avance à la place des gaz purs, il est possible d'obtenir des
concentrations encore bien plus basses.
Cette méthode a pour mérites de permettre la préparation en continu d'une grande quantité de mélange de gaz et de
faciliter la préparation de mélanges complexes.
2Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO6145. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 6145 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 6143, Analyse des gaz — Méthodes comparatives pour la détermination et la vérification de la composition des
mélanges de gaz pour étalonnage
ISO 6145-1:1986, Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage — Méthodes
volumétriques dynamiques — Partie 1: Méthodes d'étalonnage
3Principe
Pour préparer un mélange à base de deux constituants gazeux A et B, on utilise deux pompes à piston à simple
action. On fait passer chaque constituant par l'une des deux pompes, qui sont chacune actionnées par un moteur
synchrone. La fraction volumique, ϕ , du constituant d'étalonnage A, dans le mélange de gaz est donnée par:
A
ϕ =q /(q +q ) (1)
A A A B
où q est le débit volumique du constituant d'étalonnage A et q est le débit volumique du gaz de complément B.
A B
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ISO 2001 – Tous droits réservés 1
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ISO 6145-2:2001(F)
Comme c'est le cas pour toutes les méthodes volumétriques dynamiques décrites dans la présente série de normes,
q et q doivent être calculés dans des conditions identiques de température et de pression. Si ce n'est pas le cas,
A B
et en particulier si les pompes volumétriques sont utilisées à des pressions supérieures à la pression atmosphérique
ambiante, des corrections appropriées sont nécessaires. Celles-ci sont faites en ayant recours aux lois des gaz
parfaits, ou en appliquant l'équation viriale dans le cas des gaz s'écartant de la perfection de façon significative.
4 Pompe volumétrique
4.1 Description
La pompe volumétrique est constituée de deux pompes doseuses monocellulaires équipées de pistons à simple
action actionnées par un moteur synchrone unique. L'une des pompes est commandée par un mécanisme à
engrenages intermédiaires tandis que l'autre pompe est à entraînement direct.
Pour préparer un mélange de gaz de deux constituants A et B, les gaz sont acheminés jusqu'aux pompes doseuses
à la pression atmosphérique ambiante, et le gaz en excédent est déchargée dans l'atmosphère à travers un système
de barboteurs. Deux tuyaux sont raccordés au cylindre de chaque pompe; un tuyau achemine le constituant pur
aspiré, A ou B et l'autre conduit à une chambre de mélange. La cadence de course d'un des pistons peut être
modifiée par sélection de la vitesse tandis que la cadence de l'autre demeure constante. Ce moyen permet d'établir
les fractions volumiques de A et de B dans le mélange. La Figure 1 représente schématiquement ce principe.
Des pompes volumétriques de ce type sont disponibles dans le commerce et on trouvera ci-après une brève
description de trois versions de ce matériel:
a) Les capacités des cylindres sont identiques; la plage des rapports de débits s'étend de 1:1 à 9:1.
ème
b) La capacité du cylindre à commande de piston variable représente 1/9 de la capacité de celui à entraînement
direct. Cette configuration permet une plage de rapports de débits de 9:1 à 99:1.
ème
c) La capacité du cylindre à commande de piston variable représente le 1/99 de la capacité de celui à
entraînement direct. Cette configuration permet une plage de rapports de débits de 99:1 à 999:1.
Quelques modèles sont équipés de jeux de roues d'engrenage; d'autres modèles sont entièrement équipés de
mécanismes de commande et les rapports sont choisis par des réglages sur les différents cadrans.
Les pompes peuvent être couplées en cascade de façon à permettre la préparation de mélanges de gaz de
concentrations inférieures. Par exemple, deux pompes appartenant à la troisième version, décrite en c) ci-dessus,
peuvent fonctionner en série pour produire un mélange à deux constituants dans lequel la fraction volumique du
−6
constituant d'étalonnage est de 10 . Il est possible également de combiner deux systèmes de mélange dans une
seule pompe et de manœuvrer ces systèmes en parallèle ou en série. En série, des fractions volumiques aussi
−6
basses que 10 peuvent être atteintes.
4.2 Précautions et domaine de validité
La méthode s'applique à la préparation de mélanges de gaz non réactifs, c'est-à-dire ceux qui ne réagissent avec
aucun des matériaux dans lesquels sont fabriqués les parties de la pompe et les circuits externes à la pompe avec
lesquels les constituants gazeux entrent en contact. Donc, les pistons des pompes disponibles dans le commerce
doivent être fabriqués soit en bronze, soit dans un alliage spécial avec revêtement de céramique. Ce dernier
matériau doit avoir, d'après le fournisseur, la propriété d'être chimiquement résistant aux gaz tels que le dioxyde de
soufre, l'acide sulfhydrique, l'ammoniac, le dioxyde d'azote, le gaz chlorhydrique et le chlore, à condition que ces gaz
soient secs. Les tuyaux dans lesquels circulent les gaz doivent être fabriqués en acier inoxydable résistant à la
corrosion, connu pour être non réactif avec les gaz et les mélanges de gaz
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.