Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices — Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full

Specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions). Gives necessary information for calculating the flow-rate and its associated uncertainty. Applies only to devices in which the flow remains subsonic.

Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes — Partie 1: Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans des conduites en charge de section circulaire

La présente partie de l'ISO 5167 prescrit la forme et le mode d'emploi (conditions d'installation et d'utilisation) des diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide s'écoulant dans cette conduite. Elle fournit également les informations nécessaires au calcul de ce débit et de l'incertitude associée. Elle s'applique seulement aux appareils déprimogènes pour lesquels l'écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage, est permanent ou ne varie que lentement dans le temps et lorsque le fluide est considéré comme monophasique. De plus, on ne peut utiliser chacun de ces appareils que dans des limites prescrites de diamètre de conduite et de nombre de Reynolds, de sorte qu'on ne peut faire référence à la présente partie de l'ISO 5167 pour des diamètres de conduite inférieurs à 50 mm ou supérieurs à 1 200 mm, ainsi que pour des nombres de Reynolds rapportés au diamètre de la conduite inférieurs à 3 150. Elle traite d'appareils pour lesquels des expériences d'étalonnage direct ont été effectuées en nombre, étendue et qualité suffisants pour que l'on ait pu baser, sur leurs résultats, des systèmes cohérents d'utilisation et pour permettre que les coefficients soient donnés avec une marge d'incertitude prévisible. Les appareils interposés dans la conduite sont appelés «éléments primaires», en comprenant dans 930 ce terme les prises de pression, tandis que l'on appelle «appareils secondaires» tous les autres instruments ou dispositifs nécessaires à l'accomplissement de la mesure. La présente partie de l'ISO 5167 concerne les éléments primaires et ne mentionne qu'exceptionnellement les appareils secondaires1). Les divers éléments primaires considérés dans la présente partie de l'ISO 5167 sont les suivants : a) les diaphragmes, avec lesquels sont utilisées des prises de pression dans les angles, des prises de pression2) à D et D/2 ou des prises

Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices - Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
11-Dec-1991
Withdrawal Date
11-Dec-1991
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
24-Feb-2003
Completion Date
24-Feb-2003

RELATIONS

Effective Date
15-Apr-2008

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ISO 5167-1:1991 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices — Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full Released:12/12/1991
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ISO 5167-1:1996
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ISO 5167-1:1991 - Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogenes
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL
51674
STANDARD
First edition
19914245
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices -
Part 1:
Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted
in circular cross-section conduits running full
Mesure de debit des fluides au moyen d ’appareils d&primog&nes -
Partie I: Diaphragrnes, k/y&-es et tubes de Venturi ins&& dans des
conduites en charge de section circulaire
Reference number
IS0 5167-1:1991(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 51674:1991(E)
Contents
Page

1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Normative references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Symbols and subscripts

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*.................................... 5

4.1 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...*.

4.2 Subscripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5 Principle of the method of measurement and computation . . . 6
5.1 Principle of the method of measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.2 Method of determination of the diameter ratio of the selected

standard primary device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Computation of rate of flow

5.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5.4 Determination of density

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6 General requirements for the measurements 7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Primary device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.2 Nature of the fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.3 Flow conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7 Installation requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Minimum upstream and downstream straight lengths required for
installation between various fittings and the primary device 9

7.3 Flow conditioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4 General requirements for flow conditions at the primary

device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5 Additional specific installation requirements for orifice plates,

nozzles and Venturi nozzles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

7.6 Additional specific installation requirements for classical Venturi

tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*................

8 Orifice plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*....................... 16

0 IS0 1991

All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without

permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Gent&e 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
---------------------- Page: 2 ----------------------
IS0 51674:1991(E)
8.1 Description

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2 Pressure tappings

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3 Coefficients and corresponding uncertainties of orifice plates

8.4 Pressure loss, AQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9 Nozzles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9.1 ISA 1932 nozzle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.2 Long radius nozzles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10 Venturi tubes ,.......,......,.................,......................................... 28

10.1 Classical Venturi tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

10.2 Venturi nozzle ,..................,,..............................................,.., 34

11 Uncertainties on the measurement of flow-rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.1 Definition of uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.2 Practical computation of the uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Annexes
A Tables of discharge coefficients and expansibility [expansion]

factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~...............

B Classical Venturi tubes used outside the scope of this part of

IS0 5167 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

C Pressure loss in a classical Venturi tube
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

D Iterative computations .,........................................................... 59

E Examples of values of the pipe wall uniform equivalent roughness,

k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
IS0 5167=1:1991(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 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 Inter-
national Standard requires approval by at least 75 % of the member
bodies casting a vote.
International Standard IS0 5167-l was prepared by Technical Committee
lSO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits, Sub-Committee
SC 2, Pressure differential devices.
This first edition of IS0 5167-l cancels and replaces IS0 5167:1980, of
which it constitutes a technical revision.
IS0 5167 consists of the following parts, under the general title Meas-
urement of fluid flow by means of pressure differential devices:
- Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular
cross-section conduits running full
- Part 2: Diaphragms or nozzles installed at the inlet of a conduit
Annexes A, B, C, D and E of this part of IS0 5167 are for information only.
---------------------- Page: 4 ----------------------
IS0 5167=1:1991(E)
INTERNATIONAL STANDARD
Measurement of fluid flow by means of pressure differential
devices -
Part 1:
Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular
cross-section conduits running full
IS0 5167 cannot be used for pipe sizes less than
1 Scope
50 mm or more than 1 200 mm or for pipe Reynolds
numbers below 3 150.
This part of IS0 5167 specifies the geometry and
method of use (installation and operating conditions)
It deals with devices for which direct calibration ex-
of orifice plates, nozzles and Venturi tubes when
periments have been made, sufficient in number,
they are inserted in a conduit running full to deter-
spread and quality to enable coherent systems of
mine the flow-rate of the fluid flowing in the conduit.
application to be based on their results and co-
It also gives necessary information for calculating
efficients to be given with certain predictable limits
the flow-rate and its associated uncertainty.
of uncertainty.

It applies only to pressure differential devices in The devices introduced into the pipe are called

which the flow remains subsonic throughout the “primary devices ”. The term primary device also

measuring section and is steady or varies only includes the pressure tappings. All other instru-

slowly with time and where the fluid can be con- ments or devices required for the measurement are

sidered as single-phase. In addition, each of these known as “secondary devices ”. This part of

devices can only be used within specified limits of IS0 5167 covers primary devices; secondary

pipe size and Reynolds number. Thus this part of device@) will be mentioned only occasionally.

1) See IS0 2186:1973, Fluid flow in closed conduits - Connections for pressure signal transmissions between primary and

secondary elements.
---------------------- Page: 5 ----------------------
IS0 51674:1991(E)

The different primary devices dealt with in this part The following definitions are given only for terms

of IS0 5167 are as follows: used in some special sense or for terms the mean-
ing of which it seems useful to emphasize.
a) orifice plates, which can be used with corner
pressure tappings, D and D/2 pressure
3.1 Pressure measurement
tapping@), and flange pressure tappings;
b) ISA 1932 nozzles3), and long radius nozzles,
3.1.1 wall pressure tapping: Annular or circular
which differ in shape and in the position of the
hole drilled in the wall of a conduit in such a way
pressure tappings;
that the edge of the hole is flush with the internal
surface of the conduit.
c) classical Venturi tubes4), and Venturi nozzles,
which differ in shape and in the position of the
The hole is usually circular but in certain cases may
pressure tappings.
be an annular slot.
2 Normative references
3.1.2 static pressure of a fluid flowing through a
straight pipeline, p: Pressure which can be meas-
The following standards contain provisions which,
ured by connecting a pressure gauge to a wall
through reference in this text, constitute provisions
pressure tapping. Only the value of the absolute
of this part of IS0 5167. At the time of publication,
static pressure is considered in this part of IS0 5167.
the editions indicated were valid. All standards are
subject to revision, and parties to agreements based
on this part of IS0 5167 are encouraged to investi-
3.1.3 differential pressure, Ap: Difference between
gate the possibility of applying the most recent edi-
the (static) pressures measured at the wall pressure
tions of the standards indicated below. Members of
tappings, one of which is on the upstream side and
IEC and IS0 maintain registers of currently valid
the other of which is on the downstream side of a
International Standards.
primary device (or in the throat for a Venturi tube)
inserted in a straight pipe through which flow oc-
IS0 468:1982, Surface roughness - Parameters, their
curs, when any difference in height between the up-
values and general rules
for specifLing
stream and downstream tappings has been taken
requirements.
into account.
IS0 4006:1991, Measurement of fluid flow in closed
In this part of IS0 5167 the term “differential press-
conduits - Vocabulary and symbols.
ure” is used only if the pressure tappings are in the
positions specified for each standard primary de-
IS0 5168:-5), Measurement of f7uid f7ow - Evaluation
vice.
of uncertain ties.
3 Definitions 3.1.4 pressure ratio, Z: Ratio of the absolute (static)
pressure at the downstream pressure tapping to the
For the purposes of this part of IS0 5167, the defi-
absolute (static) pressure at the upstream pressure
nitions given in IS0 4006 apply.
tapping.

2) Orifice plates with vena contracta pressure tappings are not considered in this part of IS0 5167.

3) ISA is the abbreviation for the International Federation of the National Standardizing Associations, which was suc-

ceeded by IS0 in 1946.

4) In the USA the classical Venturi tube is sometimes called the Herschel Venturi tube.

5) To be published. (Revision of IS0 5168:1978)
---------------------- Page: 6 ----------------------
IS0 51674:I 991 (,E)
3.2 Primary devices 3.3.2 Reynolds number, Re: Dimensionless par-
ameter expressing the ratio between the inertia and
3.2.1 orifice; throat: Opening of minimum cross- viscous forces.
sectional area of a primary device.
The Reynolds number used in this part of IS0 5167
is referred to
Standard primary device orifices are circular and
coaxial with the pipeline.
- either the upstream condition of the fluid and the
upstream diameter of the pipe, i.e.
3.2.2 orifice plate: Thin plate in which a circular
aperture has been machined.
UP 4%71
=m=-
Standard orifice plates are described as “thin v,D
plate” and “with sharp square edge ”, because the
thickness of the plate is small compared with the
- or the orifice or throat diameter of the primary
diameter of the measuring section and because the
device, i.e.
upstream edge of the orifice is sharp and square.
3.2.3 nozzle: Device which consists of a convergent P
inlet connected to a cylindrical section generally
called the “throat ”. 3.3.3 isentropic exponent, K: Ratio of the relative
variation in pressure to the corresponding relative
variation in density under elementary reversible
3.2.4 Venturi tube: Device which consists of a con-
adiabatic (isentropic) transformation conditions.
vergent inlet connected to a cylindrical part called
the “throat” and an expanding section called the
The isentropic exponent tc appears in the different
“divergent” which is conical.
formulae for the expansibility [expansion] factor E
and varies with the nature of the gas and with its
If the convergent inlet is a standardized ISA 1932
temperature and pressure.
nozzle, the device is called a “Venturi nozzle ”. If the
convergent inlet is conical, the device is called a
There are many gases and vapours for which no
“classical Venturi tube ”.
values for K have been published so far. In such a
case, for the purposes of this part of IS0 5167, the
3.2.5 diameter ratio of a primary device used in a
ratio of the specific heat capacities of jdeal gases
given pipe, B: Ratio of the diameter of the orifice (or
can be used in place of the isentropic exponent.
throat) of the primary device to the internal diameter
of the measuring pipe upstream of the primary de-
3.3.4 discharge coefficient, C: Coefficient, defined
vice.
for an incompressible fluid flow, which relates the
actual flow-rate to the theoretical flow-rate through
However, when the primary device has a cylindrical
a device. It is given by the formula
section upstream, having the same diameter as that
of the pipe (as in the case of the classical Venturi
%1/i - P4
tube), the diameter ratio is the quotient of the throat -
diameter and the diameter of this cylindrical section
q d2@GG-
at the plane of the upstream pressure tappings.
Calibration of standard primary devices by means
3.3 Flow
of incompressible fluids (liquids) shows that the dis-
dependent only on the
charge coefficient is
3.3.1 rate of flow of fluid passing through a primary
Reynolds number for a given primary device in a
device, q: Mass or volume of fluid passing through
given installation.
the orifice (or throat) per unit time; in all cases it is

necessary to state explicitly whether the mass rate The numerical value of C is the same for different

of flow qm, expressed in mass per unit time, or the installations whenever such installations are ge-

volume rate of flow qv, expressed in volume per unit ometrically similar and the flows are characterized

time, is being used. by identical Reynolds numbers.
---------------------- Page: 7 ----------------------
IS0 51674:1991(E)

The equations for the numerical values of C given in determined by direct calibration carried out with

this part of IS0 5167 are based on data determined liquids for the same value of the Reynolds number,

experimentally. by the expansibility [expansion] factor E.

The quantity l/,/l - p* is called the “velocity E is equal to unity when the fluid is ncompressib le

NOTE 1
of approach factor” and the product
and is less than un ity when th e fluid i S compressibl e.
This method is possible because experiments show
?$7 that E is practically independent of the Reynolds
number and, for a given diameter ratio of a given
is called the “flow coefficient ”.
primary device, F, only depends on the differential
pressure, static pressure and the isentropic ex-
3.3.5 expansibility [expansion] factor, E: Coefficient
ponent.
used to take into account the compressibility of the
fluid. It is given by the formula
The numerical values of E for orifice plates given in
this part of IS0 5167 are based on data determined
qm Jl - p4
experimentally. For nozzles and Venturi tubes they
are based on the thermodynamic general energy
equation.
Calibration of a given primary device by means of a
3.3.6 arithmetical mean deviation of the
compressible fluid (gas), shows that the ratio
(roughness) profile, R,: Arithmetic mean deviation
from the mean line of the profile being measured.
%l Jl - P4
The mean line is such that the sum of the squares
of the distances between the effective surface and
the mean line is a minimum. In practice R, can be

is dependent on the value of the Reynolds number measured with standard equipment for machined

as well as on the values of the pressure ratio and surfaces but can only be estimated for rougher sur-

the isentropic exponent of the gas. faces of pipes. (See also IS0 468.)

The method adopted for representing these vari- For pipes, the uniform equivalent roughness k is

ations consists of multiplying the discharge coef-
used. This value can be determined experimentally
ficient C of the primary device considered, as
(see 8.3.1) or taken from tables (see annex E).
---------------------- Page: 8 ----------------------
IS0 5167=1:1991(E)
4 Symbols and subscripts
4.1 Symbols
Symbol Quantity Dimensiod) SI unit
c Coefficient of discharge
dimensionless
d Diameter of orifice (or throat) of primary device at working con- L
ditions
n Upstream internal pipe diameter (or upstream diameter of a clas- L m
sicai Venturi tube) at working conditions
e Relative uncertainty dimensionless
k Uniform equivalent roughness L m
Pressure tapping spacing L m
L Relative pressure tapping spacing
dimensionless
L :,
Absolute static pressure of the fluid ML-’ T-2 Pa
Mass rate of flow MT-’ kg/s
%?l
Volume rate of flow L3 T-” m3/s
R Radius L m
Arithmetical mean deviation of the (roughness) profile L m
Reynolds number dimensionless
Reynolds number referred to D
dimensionless
ReD
Reynolds number referred to d dimensionless
Red
t Temperature of the fluid
0 “C
u Mean axial velocity of the fluid in the pipe LT-’ m/s
Diameter ratio dimensionless
Ratio of specific heat capacities*) dimensionless
6 3) 3)
Absolute uncertainty
Differential pressure
ML-’ T-2 Pa
Aw Pressure loss
ML-’ T-2 Pa
E Expansibility [expansion] factor dimensionless
K isentropic exponent*) dimensionless
ML-’ T.-2
Dynamic viscosity of the fluid Pa5
V Kinematic viscosity of the fluid L* T-1 m*/s
v=-
Relative pressure loss
dimensionless
Density of the fluid ML-3
kg/m3
‘t Pressure ratio dimensionless
7=pi
Total angle of the divergent section
di mensioniess rad
= mass, L = length, T = time, 0 = temperature.
1) M

2) y is the ratio of the specific heat capacity at constant pressure to the specific heat capacity at constant volume. For ideal gases,

the ratio of the specific heat capacities and the Isentropic exponent have the same value (see 3.3.3). These values depend on the na-

ture of the gas.
3) The dimensions and units are those of the corresponding quantity.
---------------------- Page: 9 ----------------------
IS0 5167=1:1991(E)
4.2 Subscripts 5.2 Method of determination of the diameter
ratio of the selected standard primary device
Subscript Meaning
In practice, when determining the diameter ratio of
a primary element to be installed in a given pipeline,
1 Upstream
C and E used in the basic formulae (1) and (2) are,
2 Downstream
in general, not known. Hence the following shall be
selected a priori:
- the type of primary device to be used;
5 Principle of the method of measurement
- a rate of flow and the corresponding value of the
and computation differential pressure.
The related values of qm and Ap are then inserted in
the basic formulae rewritten in the form
5.1 Principle of the method of measurement
The principle of the method of measurement is
*D2 JZi&-
based on the installation of a primary device (such
as an orifice plate, a nozzle or a Venturi tube) into
in which e and E can be inserted for either upstream
a pipeline in which a fluid is running full. The instal-
or downstream conditions (e, and cl, or g2 and E*)
lation of the primary device causes a static pressure
and the diameter ratio of the selected primary de-
difference between the upstream side and the throat
vice can be determined by iteration (see annex D).
or downstream side of the device. The rate of flow
can be determined from the measured value of this
pressure difference and from the knowledge of the
characteristics of the flowing fluid as well as the
circumstances under which the device is being 5.3 Computation of rate of flow
used. It is assumed that the device is geometrically
similar to one on which calibration has been carried
Tables A.1 to A.16 are given for convenience: tables
out and that the conditions of use are the same, i.e.
A.1 to A.13 give the values of C as a function of p,
that it is in accordance with this part of IS0 5167.
Re, and D for orifice plates and nozzles, tables A.14
and A.15 give orifice, nozzle and Venturi tube
The mass rate of flow can be determined, since it is
expansibility factors gl, and tableA. gives values
related to the differential pressure within the uncer-
of Venturi nozzle discharge coefficients. They are
tainty limits stated in this part of IS0 5167, by one
not intended for precise interpolation. Extrapolation
of the following formulae:
is not permitted.
*--(I)
Computation of the rate of flow, which is a purely
arithmetic process, is effected by replacing the dif-
ferent terms on the right-hand side of the basic for-
mula (1) or (2) by their numerical values.
qm= 4% E2$d2JE l l m(2) NoTES
2 Except for the case of Venturi tubes, C may be de-
pendent on Re, which is itself dependent on qm. In such
cases the final value of C, and hence of qm, has to be ob-
where g2 and c2 are referred to the downstream
tained by iteration. See annex 0 for guidance regarding
conditions.
the choice of the iteration procedure and initial estimates.
Note that
3 Ap represents the differential pressure, as defined in
3.1.3.
= &’
4 The diameters Cc and D mentioned in the formulae are
the values of the diameters at the working conditions.
Similarly, the value of the volume rate of flow can
Measurements taken at any other conditions should be
be calculated since
corrected for any possible expansion or contraction of the
primary device and the pipe due to the values of the
temperature and pressure of the fluid during the meas-
. . .
9v e” (3)
urement.
where e is the fluid density at the temperature and
5 It is necessary to know the density and the viscosity
pressure for which the volume is stated. of the fluid at the working conditions.
---------------------- Page: 10 ----------------------
IS0 5167=1:1991(E)
Any method of determining reliable values of
5.4 Determination of density 5.4.3
the density, static pressure, temperature and vis-
cosity of the fluid is acceptable if it does not interfere
It is necessary to know the density of the fluid at the
with the distribution of the flow in any way at the
plane of the upstream or downstream pressure
measuring cross-section.
tapping; it can either be measured directly or be
calculated from a knowledge of the static pressure,
5.4.4 The temperature of the primary device and
temperature and characteristics of the fluid at the
that of the fluid upstream of the primary device are
appropriate plane. However, it is considered that the
assumed to be the same (see 7.1.9).
upstream pressure tapping will provide the most
consistent results.
6 General requirements for the
measurements
5.4.1 The static pressure of the fluid shall be
In order to comply with this part of IS0 5167 the fol-
measured in the plane of the upstream or down-
lowing requirements shall be met.
stream pressure tapping by means of an individual
pipe-wall pressure tapping (as described in 82.1) or
by means of carrier ring tappings (see figure 6).
6.1 Primary device
6.1.1 The primary device shall be manufactured,
5.4.1.1 The static pressure tapping shall preferably
installed and used in accordance with this part of
be separate from the tappings provided for measur-
IS0 5167.
ing the components of the differential pressure, un-

less the intention is to measure upstream and When the manufacturing characteristics and con-

downstream pressures separately. ditions of use of the primary devices are outside the

limits given in this part of IS0 5167, it is necessary
It is, however, permissible to link simultaneously
to calibrate the primary device separately under the
one pressure tapping with a differential pressure
actual conditions of use.
measuring device and a static pressure measuring
device, provided that it is verified that this double
6.1.2 The condition of the primary device shall be
connection does not lead to any distortion of the
checked after each measurement or after each se-
differential pressure measurement.
ries of measurements, or at intervals close enough
to each other so that conformity with this part of
IS0 5167 is maintained.
5.4.1.2 The static pressure value to be used in
It should be noted that even apparently neutral fluids
subsequent computations is that existing at the level
may form deposits or encrustations on primary de-
of the centre of the measuring cross-section, which
vices. Resulting changes in the discharge coefficient
may differ from the pressure measured at the wall.
which can occur over a period of time can lead to
values outside the uncertainties given in this part of
IS0 5167.
5.4.2 The temperature of the fluid shall preferably
be measured downstream of the primary device.
6.1.3 The primary device shall be manufactured
The thermometer well or pocket shall take up as lit-
from material the coefficient of expansion of which
tle space as possible. The distance between it and
is known, except if the user decides that the vari-
the primary device shall be at least equal to 5D (and
ations in the dimensions due to the temperature
at most 150 when the fluid is a gas) if the pocket is
changes may be neglected.
located downstream, and in accordance with the
values given in table 1, columns 10 and 11, if the
6.2 Nature of the fluid
pocket is located upstream.
6.2.1 The fluid may b e either compressible
(gas)
Within the limits of application of this part of
or con sidered a s being incompressible (liquid)
IS0 5167 it may generally be assumed that the
downstream and upstream temperatures of the fluid
6.2.2 The fluid shall be such that it can be con-
are the same at the differential pressure tappings.
sidered as being physically and thermally homo-
...

SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 5167-1:1996
01-november-1996
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices - Part 1:
Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section
conduits running full

Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices -- Part 1: Orifice

plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full

Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes -- Partie 1:
Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans des conduites en charge de
section circulaire
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 5167-1:1991
ICS:
17.120.10 Pretok v zaprtih vodih Flow in closed conduits
SIST ISO 5167-1:1996 en

2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.

---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
INTERNATIONAL
51674
STANDARD
First edition
19914245
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices -
Part 1:
Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted
in circular cross-section conduits running full
Mesure de debit des fluides au moyen d ’appareils d&primog&nes -
Partie I: Diaphragrnes, k/y&-es et tubes de Venturi ins&& dans des
conduites en charge de section circulaire
Reference number
IS0 5167-1:1991(E)
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 51674:1991(E)
Contents
Page

1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Normative references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Symbols and subscripts

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*.................................... 5

4.1 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...*.

4.2 Subscripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5 Principle of the method of measurement and computation . . . 6
5.1 Principle of the method of measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.2 Method of determination of the diameter ratio of the selected

standard primary device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Computation of rate of flow

5.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5.4 Determination of density

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6 General requirements for the measurements 7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Primary device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.2 Nature of the fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.3 Flow conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7 Installation requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Minimum upstream and downstream straight lengths required for
installation between various fittings and the primary device 9

7.3 Flow conditioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4 General requirements for flow conditions at the primary

device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5 Additional specific installation requirements for orifice plates,

nozzles and Venturi nozzles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

7.6 Additional specific installation requirements for classical Venturi

tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*................

8 Orifice plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*....................... 16

0 IS0 1991

All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without

permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Gent&e 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 51674:1991(E)
8.1 Description

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2 Pressure tappings

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.3 Coefficients and corresponding uncertainties of orifice plates

8.4 Pressure loss, AQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9 Nozzles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9.1 ISA 1932 nozzle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.2 Long radius nozzles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10 Venturi tubes ,.......,......,.................,......................................... 28

10.1 Classical Venturi tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

10.2 Venturi nozzle ,..................,,..............................................,.., 34

11 Uncertainties on the measurement of flow-rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.1 Definition of uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.2 Practical computation of the uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Annexes
A Tables of discharge coefficients and expansibility [expansion]

factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~...............

B Classical Venturi tubes used outside the scope of this part of

IS0 5167 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

C Pressure loss in a classical Venturi tube
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

D Iterative computations .,........................................................... 59

E Examples of values of the pipe wall uniform equivalent roughness,

k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

. . .
III
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 5167=1:1991(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 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 Inter-
national Standard requires approval by at least 75 % of the member
bodies casting a vote.
International Standard IS0 5167-l was prepared by Technical Committee
lSO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits, Sub-Committee
SC 2, Pressure differential devices.
This first edition of IS0 5167-l cancels and replaces IS0 5167:1980, of
which it constitutes a technical revision.
IS0 5167 consists of the following parts, under the general title Meas-
urement of fluid flow by means of pressure differential devices:
- Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular
cross-section conduits running full
- Part 2: Diaphragms or nozzles installed at the inlet of a conduit
Annexes A, B, C, D and E of this part of IS0 5167 are for information only.
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 5167=1:1991(E)
INTERNATIONAL STANDARD
Measurement of fluid flow by means of pressure differential
devices -
Part 1:
Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular
cross-section conduits running full
IS0 5167 cannot be used for pipe sizes less than
1 Scope
50 mm or more than 1 200 mm or for pipe Reynolds
numbers below 3 150.
This part of IS0 5167 specifies the geometry and
method of use (installation and operating conditions)
It deals with devices for which direct calibration ex-
of orifice plates, nozzles and Venturi tubes when
periments have been made, sufficient in number,
they are inserted in a conduit running full to deter-
spread and quality to enable coherent systems of
mine the flow-rate of the fluid flowing in the conduit.
application to be based on their results and co-
It also gives necessary information for calculating
efficients to be given with certain predictable limits
the flow-rate and its associated uncertainty.
of uncertainty.

It applies only to pressure differential devices in The devices introduced into the pipe are called

which the flow remains subsonic throughout the “primary devices ”. The term primary device also

measuring section and is steady or varies only includes the pressure tappings. All other instru-

slowly with time and where the fluid can be con- ments or devices required for the measurement are

sidered as single-phase. In addition, each of these known as “secondary devices ”. This part of

devices can only be used within specified limits of IS0 5167 covers primary devices; secondary

pipe size and Reynolds number. Thus this part of device@) will be mentioned only occasionally.

1) See IS0 2186:1973, Fluid flow in closed conduits - Connections for pressure signal transmissions between primary and

secondary elements.
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 51674:1991(E)

The different primary devices dealt with in this part The following definitions are given only for terms

of IS0 5167 are as follows: used in some special sense or for terms the mean-
ing of which it seems useful to emphasize.
a) orifice plates, which can be used with corner
pressure tappings, D and D/2 pressure
3.1 Pressure measurement
tapping@), and flange pressure tappings;
b) ISA 1932 nozzles3), and long radius nozzles,
3.1.1 wall pressure tapping: Annular or circular
which differ in shape and in the position of the
hole drilled in the wall of a conduit in such a way
pressure tappings;
that the edge of the hole is flush with the internal
surface of the conduit.
c) classical Venturi tubes4), and Venturi nozzles,
which differ in shape and in the position of the
The hole is usually circular but in certain cases may
pressure tappings.
be an annular slot.
2 Normative references
3.1.2 static pressure of a fluid flowing through a
straight pipeline, p: Pressure which can be meas-
The following standards contain provisions which,
ured by connecting a pressure gauge to a wall
through reference in this text, constitute provisions
pressure tapping. Only the value of the absolute
of this part of IS0 5167. At the time of publication,
static pressure is considered in this part of IS0 5167.
the editions indicated were valid. All standards are
subject to revision, and parties to agreements based
on this part of IS0 5167 are encouraged to investi-
3.1.3 differential pressure, Ap: Difference between
gate the possibility of applying the most recent edi-
the (static) pressures measured at the wall pressure
tions of the standards indicated below. Members of
tappings, one of which is on the upstream side and
IEC and IS0 maintain registers of currently valid
the other of which is on the downstream side of a
International Standards.
primary device (or in the throat for a Venturi tube)
inserted in a straight pipe through which flow oc-
IS0 468:1982, Surface roughness - Parameters, their
curs, when any difference in height between the up-
values and general rules
for specifLing
stream and downstream tappings has been taken
requirements.
into account.
IS0 4006:1991, Measurement of fluid flow in closed
In this part of IS0 5167 the term “differential press-
conduits - Vocabulary and symbols.
ure” is used only if the pressure tappings are in the
positions specified for each standard primary de-
IS0 5168:-5), Measurement of f7uid f7ow - Evaluation
vice.
of uncertain ties.
3 Definitions 3.1.4 pressure ratio, Z: Ratio of the absolute (static)
pressure at the downstream pressure tapping to the
For the purposes of this part of IS0 5167, the defi-
absolute (static) pressure at the upstream pressure
nitions given in IS0 4006 apply.
tapping.

2) Orifice plates with vena contracta pressure tappings are not considered in this part of IS0 5167.

3) ISA is the abbreviation for the International Federation of the National Standardizing Associations, which was suc-

ceeded by IS0 in 1946.

4) In the USA the classical Venturi tube is sometimes called the Herschel Venturi tube.

5) To be published. (Revision of IS0 5168:1978)
---------------------- Page: 8 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 51674:I 991 (,E)
3.2 Primary devices 3.3.2 Reynolds number, Re: Dimensionless par-
ameter expressing the ratio between the inertia and
3.2.1 orifice; throat: Opening of minimum cross- viscous forces.
sectional area of a primary device.
The Reynolds number used in this part of IS0 5167
is referred to
Standard primary device orifices are circular and
coaxial with the pipeline.
- either the upstream condition of the fluid and the
upstream diameter of the pipe, i.e.
3.2.2 orifice plate: Thin plate in which a circular
aperture has been machined.
UP 4%71
=m=-
Standard orifice plates are described as “thin v,D
plate” and “with sharp square edge ”, because the
thickness of the plate is small compared with the
- or the orifice or throat diameter of the primary
diameter of the measuring section and because the
device, i.e.
upstream edge of the orifice is sharp and square.
3.2.3 nozzle: Device which consists of a convergent P
inlet connected to a cylindrical section generally
called the “throat ”. 3.3.3 isentropic exponent, K: Ratio of the relative
variation in pressure to the corresponding relative
variation in density under elementary reversible
3.2.4 Venturi tube: Device which consists of a con-
adiabatic (isentropic) transformation conditions.
vergent inlet connected to a cylindrical part called
the “throat” and an expanding section called the
The isentropic exponent tc appears in the different
“divergent” which is conical.
formulae for the expansibility [expansion] factor E
and varies with the nature of the gas and with its
If the convergent inlet is a standardized ISA 1932
temperature and pressure.
nozzle, the device is called a “Venturi nozzle ”. If the
convergent inlet is conical, the device is called a
There are many gases and vapours for which no
“classical Venturi tube ”.
values for K have been published so far. In such a
case, for the purposes of this part of IS0 5167, the
3.2.5 diameter ratio of a primary device used in a
ratio of the specific heat capacities of jdeal gases
given pipe, B: Ratio of the diameter of the orifice (or
can be used in place of the isentropic exponent.
throat) of the primary device to the internal diameter
of the measuring pipe upstream of the primary de-
3.3.4 discharge coefficient, C: Coefficient, defined
vice.
for an incompressible fluid flow, which relates the
actual flow-rate to the theoretical flow-rate through
However, when the primary device has a cylindrical
a device. It is given by the formula
section upstream, having the same diameter as that
of the pipe (as in the case of the classical Venturi
%1/i - P4
tube), the diameter ratio is the quotient of the throat -
diameter and the diameter of this cylindrical section
q d2@GG-
at the plane of the upstream pressure tappings.
Calibration of standard primary devices by means
3.3 Flow
of incompressible fluids (liquids) shows that the dis-
dependent only on the
charge coefficient is
3.3.1 rate of flow of fluid passing through a primary
Reynolds number for a given primary device in a
device, q: Mass or volume of fluid passing through
given installation.
the orifice (or throat) per unit time; in all cases it is

necessary to state explicitly whether the mass rate The numerical value of C is the same for different

of flow qm, expressed in mass per unit time, or the installations whenever such installations are ge-

volume rate of flow qv, expressed in volume per unit ometrically similar and the flows are characterized

time, is being used. by identical Reynolds numbers.
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 5167-1:1996
IS0 51674:1991(E)

The equations for the numerical values of C given in determined by direct calibration carried out with

this part of IS0 5167 are based on data determined liquids for the same value of the Reynolds number,

experimentally. by the expansibility [expansion] factor E.

The quantity l/,/l - p* is called the “velocity E is equal to unity when the fluid is ncompressib le

NOTE 1
of approach factor” and the product
and is less than un ity when th e fluid i S compressibl e.
This method is possible because experiments show
?$7 that E is practically independent of the Reynolds
number and, for a given diameter ratio of a given
is called the “flow coefficient ”.
primary device, F, only depends on the differential
pressure, static pressure and the isentropic ex-
3.3.5 expansibility [expansion] factor, E: Coefficient
ponent.
used to take into account the compressibility of the
fluid. It is given by the formula
The numerical values of E for orifice plates given in
this part of IS0 5167 are based on data determined
qm Jl - p4
experimentally. For nozzles and Venturi tubes they
are based on the thermodynamic general energy
equation.
Calibration of a given primary device by means of a
3.3.6 arithmetical mean deviation of the
compressible fluid (gas), shows that the ratio
(roughness) profile, R,: Arithmetic mean deviation
from the mean line of the profile being measured.
%l Jl - P4
The mean line is such that the sum of the squares
of the distances between the effective surface and
the mean line is a minimum. In practice R, can be

is dependent on the value of the Reynolds number measured with standard equipment for machined

as well as on the values of the pressure ratio and surfaces but can only be estimated for rougher sur-

the isentropic exponent of the gas. faces of pipes. (See also IS0 468.)

The method adopted for representing these vari- For pipes, the uniform equivalent roughness k is

ations consists of multiplying the discharge coef-
used. This value can be determined experimentally
ficient C of the primary device considered, as
(see 8.3.1) or taken from tables (see annex E).
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SIST ISO 5167-1:1996
IS0 5167=1:1991(E)
4 Symbols and subscripts
4.1 Symbols
Symbol Quantity Dimensiod) SI unit
c Coefficient of discharge
dimensionless
d Diameter of orifice (or throat) of primary device at working con- L
ditions
n Upstream internal pipe diameter (or upstream diameter of a clas- L m
sicai Venturi tube) at working conditions
e Relative uncertainty dimensionless
k Uniform equivalent roughness L m
Pressure tapping spacing L m
L Relative pressure tapping spacing
dimensionless
L :,
Absolute static pressure of the fluid ML-’ T-2 Pa
Mass rate of flow MT-’ kg/s
%?l
Volume rate of flow L3 T-” m3/s
R Radius L m
Arithmetical mean deviation of the (roughness) profile L m
Reynolds number dimensionless
Reynolds number referred to D
dimensionless
ReD
Reynolds number referred to d dimensionless
Red
t Temperature of the fluid
0 “C
u Mean axial velocity of the fluid in the pipe LT-’ m/s
Diameter ratio dimensionless
Ratio of specific heat capacities*) dimensionless
6 3) 3)
Absolute uncertainty
Differential pressure
ML-’ T-2 Pa
Aw Pressure loss
ML-’ T-2 Pa
E Expansibility [expansion] factor dimensionless
K isentropic exponent*) dimensionless
ML-’ T.-2
Dynamic viscosity of the fluid Pa5
V Kinematic viscosity of the fluid L* T-1 m*/s
v=-
Relative pressure loss
dimensionless
Density of the fluid ML-3
kg/m3
‘t Pressure ratio dimensionless
7=pi
Total angle of the divergent section
di mensioniess rad
= mass, L = length, T = time, 0 = temperature.
1) M

2) y is the ratio of the specific heat capacity at constant pressure to the specific heat capacity at constant volume. For ideal gases,

the ratio of the specific heat capacities and the Isentropic exponent have the same value (see 3.3.3). These values depend on the na-

ture of the gas.
3) The dimensions and units are those of the corresponding quantity.
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SIST ISO 5167-1:1996
IS0 5167=1:1991(E)
4.2 Subscripts 5.2 Method of determination of the diameter
ratio of the selected standard primary device
Subscript Meaning
In practice, when determining the diameter ratio of
a primary element to be installed in a given pipeline,
1 Upstream
C and E used in the basic formulae (1) and (2) are,
2 Downstream
in general, not known. Hence the following shall be
selected a priori:
- the type of primary device to be used;
5 Principle of the method of measurement
- a rate of flow and the corresponding value of the
and computation differential pressure.
The related values of qm and Ap are then inserted in
the basic formulae rewritten in the form
5.1 Principle of the method of measurement
The principle of the method of measurement is
*D2 JZi&-
based on the installation of a primary device (such
as an orifice plate, a nozzle or a Venturi tube) into
in which e and E can be inserted for either upstream
a pipeline in which a fluid is running full. The instal-
or downstream conditions (e, and cl, or g2 and E*)
lation of the primary device causes a static pressure
and the diameter ratio of the selected primary de-
difference between the upstream side and the throat
vice can be determined by iteration (see annex D).
or downstream side of the device. The rate of flow
can be determined from the measured value of this
pressure difference and from the knowledge of the
characteristics of the flowing fluid as well as the
circumstances under which the device is being 5.3 Computation of rate of flow
used. It is assumed that the device is geometrically
similar to one on which calibration has been carried
Tables A.1 to A.16 are given for convenience: tables
out and that the conditions of use are the same, i.e.
A.1 to A.13 give the values of C as a function of p,
that it is in accordance with this part of IS0 5167.
Re, and D for orifice plates and nozzles, tables A.14
and A.15 give orifice, nozzle and Venturi tube
The mass rate of flow can be determined, since it is
expansibility factors gl, and tableA. gives values
related to the differential pressure within the uncer-
of Venturi nozzle discharge coefficients. They are
tainty limits stated in this part of IS0 5167, by one
not intended for precise interpolation. Extrapolation
of the following formulae:
is not permitted.
*--(I)
Computation of the rate of flow, which is a purely
arithmetic process, is effected by replacing the dif-
ferent terms on the right-hand side of the basic for-
mula (1) or (2) by their numerical values.
qm= 4% E2$d2JE l l m(2) NoTES
2 Except for the case of Venturi tubes, C may be de-
pendent on Re, which is itself dependent on qm. In such
cases the final value of C, and hence of qm, has to be ob-
where g2 and c2 are referred to the downstream
tained by iteration. See annex 0 for guidance regarding
conditions.
the choice of the iteration procedure and initial estimates.
Note that
3 Ap represents the differential pressure, as defined in
3.1.3.
= &’
4 The diameters Cc and D mentioned in the formulae are
the values of the diameters at the working conditions.
Similarly, the value of the volume rate of flow can
Measurements taken at any other conditions should be
be calculated since
corrected for any possible expansion or contraction of the
primary device and the pipe due to the values of the
temperature and pressure of the fluid during the meas-
. . .
9v e” (3)
urement.
where e is the fluid density at the temperature and
5 It is necessary to know the density and the viscosity
pressure for which the volume is stated. of the fluid at the working conditions.
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SIST ISO 5167-1:1996
IS0 5167=1:1991(E)
Any method of determining reliable values of
5.4 Determination of density 5.4.3
the density, static pressure, temperature and vis-
cosity of the fluid is acceptable if it does not interfere
It is necessary to know the density of the fluid at the
with the distribution of the flow in any way at the
plane of the upstream or downstream pressure
measuring cross-section.
tapping; it can either be measured directly or be
calculated from a knowledge of the static pressure,
5.4.4 The temperature of the primary device and
temperature and characteristics of the fluid at the
that of the fluid upstream of the primary device are
appropriate plane. However, it is considered that the
assumed to be the same (see 7.1.9).
upstream pressure tapping will provide the most
consistent results.
6 General requirements for the
measurements
5.4.1 The static pressure of the fluid shall be
In order to comply with this part of IS0 5167 the fol-
measured in the plane of the upstream or down-
lowing requirements shall be met.
stream pressure tapping by means of an individual
pipe-wall pressure tapping (as described in 82.1) or
by means of carrier ring tappings (see figure 6).
6.1 Primary device
6.1.1 The primary device shall be manufactured,
5.4.1.1 The static pressure tapping shall preferably
installed and used in accordance with this part of
be separate from the tappings provided for measur-
IS0 5167.
ing the components of the differential pressure, un-

less the intention is to measure upstream and When the manufacturing characteristics and con-

downstream pressures separately. ditions of use of the primary devices are outside the

limits given in this part of IS0 5167, it is necessary
It is, however, permissible to link simultaneously
to calibrate the primary device separately under the
one pressure tapping with a differential pressure
actual conditions of use.
measuring device and a static pressure measuring
device, provided that it is verified that this double
6.1.2 The condition of the primary device shall be
connection does not lead to any distortion of the
checked after each measurement or after each se-
differential pressure measurement.
ries of measurements, or at intervals close enough
to each other so that conformity with this part of
IS0 5167 is maintained.
5.4.1.2 The static pressure value to be used in
It should be noted that even apparently neutral fluids
subsequent computations is that existing at the level
may form deposits or encrustations on primary de-
of the centre of the measuring cross-section, which
vices. Resulting changes in the discharge coefficient
may differ from the pressure measured
...

NORME
51674
INTERNATIONALE
Première édition
1991-12-15
Mesure de débit des fluides au moyen
d’appareils déprimogènes -
Partie 1:
Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés
dans des conduites en charge de section
circulaire
Measurement of fluid slow by means of pressure differential devices -
Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular
cross-section conduits running full
---
Numéro de référence
ISO 5167-1:1991(F)
-_-----
____ _ ..-- .-- .----- -
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ISO 5167-l :1991 (F)
Sommaire
Page

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 Domaine d’application
..,,...........,....................,,..,........................... 2
2 Références normatives

3 Définitions ,...............................,....,.....,...,....,............................... 2

4 Symboles et indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~.......

4.1 Symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Indices .,.,..,..,..............................,.....,..................,..,..,...............

. . . . . . 6
5 Principe de la méthode de mesurage et mode de calcul
5.1 Principe de la méthode de mesurage .,............,.......,.,........... 6
5.2 Méthode de détermination du rapport des diamètres de l’élément

primaire normalisé choisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Calcul du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5.4 Détermination de la masse volumique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6 Conditions générales pour les mesurages

6.1 Élément primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.2 Nature du fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.3 Conditions de I’écouIement .,...,.............................................,.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7 Conditions d’installation
. . . . . . . . . . . . . . . 8

7.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Longueurs droites minimales d’amont et d’aval à installer entre
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
différents accessoires et l’élément primaire
. ...*... 31

7.3 Tranquilliseurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4 Conditions générales à remplir par l’écoulement au voisinage de

I’élément primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5 Conditions d’installation supplémentaires spécifiques aux
,........................*... 14
diaphragmes, tuyères et Venturi-tuyères
7.6 Conditions d’installation supplémentaires spécifiques aux tubes

de Venturi classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.......................... 16
8 Diaphragmes ...................................................
0 ISO 1991

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

mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.

Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 51674:1991(F)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*.................... 16

8.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2 Prises de pression
8.3 Coefficients et incertitudes correspondantes des

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

diaphragmes

8.4 Perte de pression, AV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9 Tuyères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9.1 Tuyère ISA 1932 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9.2 Tuyères à long rayon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10 Tubes de Venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

10.1 Tubes de Venturi classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

10.2 Venturi-tuyère . . . . . . ..I............................................................... 34

11 Incertitudes sur la mesure du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.1 Définition de l’incertitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.2 Calcul pratique de l’incertitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Annexes
A Tableaux des coefficients de décharge et de détente . . . . . . . . . 39
B Tubes de Venturi classiques en dehors du domaine couvert par la

présente partie de I’ISO 5167 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

C Perte de pression dans un tube de Venturi classique . . . . . . . . . 57

D Calculs par itération ,.........................................................~..... 59

E Exemples de valeurs pour la rugosité uniforme équivalente, k, des

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

parois des conduites
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 51674:1991(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 comite 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 5167-l a été élaborée par le comité tech-
nique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les conduites
fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes.
Cette première édition annule et remplace I’ISO 5167:1980, dont elle
constitue une révision technique.
L’ISO 5167 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Mesure de débit des f7uides au moyen d’appareils déprimogènes:
- Partie 1: Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans
des conduites en charge de section circulaire
- Partie 2: Diaphragmes ou tuyères placés à l’entrée d’une conduite
Les annexes A, B, C, D et E de la présente partie de I’ISO 5167 sont
données uniquement à titre d’information.
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 51674:1991(F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils
déprimogènes -
Partie 1:
Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans des
conduites en charge de section circulaire
partie de I’ISO 5167 pour des diamètres de conduite
1 Domaine d’application
inférieurs à SO mm ou supérieurs à 1200 mm, ainsi
que pour des nombres de Reynolds rapportés au
La présente partie de I’ISO 5167 prescrit la forme
diamètre de la conduite inférieurs à 3 150.
et le mode d’emploi (conditions d’installation et
d’utilisation) des diaphragmes, tuyères et tubes de
Elle traite d’appareils pour lesquels des expériences
Venturi insérés dans une conduite en charge dans
d’étalonnage direct ont été effectuées en nombre,
le but de déterminer le débit du fluide s’écoulant
étendue et qualité suffisants pour que l’on ait pu
dans cette conduite. Elle fournit également les in-
baser, sur leurs résultats, des systèmes cohérents
formations nécessaires au calcul de ce débit et de
d’utilisation et pour permettre que les coefficients
l’incertitude associée.
soient donnés avec une marge d’incertitude prévi-
sible.
Elle s’applique seulement aux appareils dépri-

pour lesquels l’écoulement reste Les appareils interposés dans la conduite sont ap-

mogènes
pelés &léments primaires,,, en comprenant dans ce
subsonique dans tout le troncon de mesurage, est
terme les prises de pression, tandis que l’on appelle
permanent ou ne varie que lentement dans le temps

et lorsque le fluide est consideré comme ((appareils secondaires)) tous les autres instruments

ou dispositifs nécessaires à l’accomplissement de
monophasique. De plus, on ne peut utiliser chacun

de ces appareils que dans des limites prescrites de la mesure. La présente partie de I’ISO 5167

diamètre de conduite et de nombre de Reynolds, de concerne les éléments primaires et ne mentionne

sorte qu’on ne peut faire référence à la présente qu’exceptionnellement les appareils secondaire&) .

1) Voir ISO 2186:1973, Débit des fluides dans /es conduites fermées - Liaisons pour la transmission du signal de pression

entre /es éléments primaires et secondaires.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 5167~lA991 (F)
Les divers éléments primaires considérés dans la
3 Définitions
présente partie de I’ISO 5167 sont les suivants:
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 5167,
a) les diaphragmes, avec lesquels sont utilisees
les Minitions données dans I’ISO 4006 s’appliquent.
des prises de pression dans les angles, des pri-
Les définitions suivantes ne sont données que pour
ses de pression *) à f1 et D/2 ou des prises de
des termes employés dans un sens spécial ou pour
pression à la bride;
des termes dont il semble utile de rappeler la si-
gnification.
b) les tuyéres ISA3) 1932 et les tuyéres à long rayon,
qui diffèrent entre elles par leur forme’ et t’em-
3.1 Mesure de la pression
placement des prises de pression;
3.1.1 prise de pression â la paroi: Orifice (circulaire
c) les tubes de Venturi classiques4) et les Venturi-
ou annulaire) aménagé dans la paroi d’une
tuyères, qui diffèrent entre eux par leur forme et
conduite, dont le bord est arasé à la paroi interne
l’emplacement des prises de pression.
de cette conduite.
‘orifice habituelle men t circulaire, mais peut,
L est
cas, être une fente annulai re.
d ans cert ains
3.1.2 pression (statique) d’un fluide s’écoulant dans
2 Références normatives
une tuyauterie rectiligne, p: Pression que l’on peut
mesurer en reliant un manomètre à une prise de
Les normes suivantes contiennent des dispositions
pression à la paroi. Dans la présente partie de
qui, par suite de la référence qui en est faite,
I’ISO 5167, on considère exclusivement la valeur de
constituent des dispositions valables pour la pré-
la pression (statique) absolue.
sente partie de I’ISO 5167. Au moment de la publi-
cation, les éditions indiquées étaient en vigueur.
3.1.3 pression différentielle, Ap: Différence des
Toute norme est sujette à révision et les parties
pressions (statiques) mesurées à des prises de
prenantes des accords fondés sur la présente partie
pression à la paroi, dont l’une est située en amont
de I’ISO 5167 sont invitées à rechercher la possi-
et l’autre en aval d’un élément primaire (ou dans le
bilité d’appliquer les éditions les plus récentes des
col pour un tube de Venturi) interposé dans une
normes indiquées ci-après. Les membres de la CEI
tuyauterie rectiligne où s’écoule un fluide, lorsque
et de I’ISO possèdent le registre des Normes inter-
toute différence de hauteur entre les prises de
nationales en vigueur à un moment donné.
pression amont et aval a été prise en considération.

ISO 468:1982, Rugosité de surface - Paramètres, Dans la présente partie de I’ISO 5167, le terme de

leurs valeurs et les régles générales de la détermi- ( ses de pression sont situés aux emplacements
nation des spécifications.
prescrits pour chaque élément primaire normalisé.
ISO 4006:1991, Mesure de débit des fluides dans les
3.1.4 rapport des pressions, 7: Quotient de la pres-
conduites fermées - Vocabulaire et symboles.
sion (statique) absolue à la prise de pression aval
par la pression (statique) absolue à la prise de
ISO 5168:-S), Mesure de débit des fluides - Calcul
de l’incertitude. pression amont.

2) Les diaphragmes à prises de pression wena contracta)) ne sont pas traités dans la présente partie de I’ISO 5167.

3) ISA est le sigle de la Fédération internationale des associations nationales de normalisation, organisation à laquelle

ISO a succédé en 1946.

4) Aux Etats-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé ( 5) A publier. (Révision de I’ISO 5168:1978)
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 51674:1991(F)
Dans la présente partie de I’ISO 5167 on utilise
3.2 Éléments primaires

3.2.1 orifice; col: Ouverture d’aire minimale de - soit le nombre de Reynolds rapporté à l’état

l’élément primaire. amont du fluide et au diamètre de la tuyauterie
amont, qui est:
Les orifices des éléments primaires normalisés sont
de section circulaire et de même axe que la tuyau-
terie.
3.2.2 diaphragme: Plaque mince percée d’un ori- -
soit le nombre de Reynolds rapporté au diamètre
fice circulaire.
de l’orifice (ou du col) de l’élément primaire, qui
est:
Les diaphragmes normalisés sont dits <(en plaque
mince,, et 4 arête vive rectangulaire),, parce que RP
-Il
RP ,(f= -
l’épaisseur de la plaque est faible relativement au
diamètre de la tuyauterie de mesure, et parce que
l’arête amont de l’orifice forme un angle droit et est
à bord vif.
3.3.3 exposant isentropique, K: Rapport de la va-
riation relative de la pression à la variation relative
3.2.3 tuyère: Dispositif convergent suivi d’une par-
de la masse volumique qui lui correspond dans une
tie cylindrique dite ~~OIT
transformation adiabatique réversible (isentropique)
élémentaire.
3.2.4 tube de Venturi: Dispositif convergent suivi
d’une partie cylindrique dite ~col)~ et d’un éva-
L’exposant isentropique K apparaît dans tes diffé-
sement tronconique dit ((divergents>.
rentes formules du coefficient de détente E, et ii va-
rie avec la nature du gaz, sa température et sa
Si la partie convergente est une tuyère ISA 1932
pression.
normalisée, l’appareil est appelé «Venturi-tuyère),.
Si la partie convergente est tronconique, l’appareil
II existe de nombreux gaz et vapeurs pour lesquels
est appelé ((tube de Venturi classique,,.
des valeurs de K n’ont pas encore été publiées.
Dans ce cas, pour les besoins de la présente partie
3.2.5 rapport des diamètres d’un élément primaire
de I’ISO 5167, le rapport des capacités thermiques
utilisé dans une tuyauterie donnée, /?: Quotient du
massiques pour les gaz parfaits peut être utilisé à
diamètre de l’orifice (du col) de l’élément primaire
la place de l’exposant isentropique.
par le diamètre interne de la tuyauterie de mesure
en amont de cet élément primaire.
Cependant, dans le cas où l’élément primaire com-
3.3.4 coefficient de décharge, C: Coefficient défini

porte une partie cylindrique d’amont, de diamètre pour un écoulement de fluide incompressibl e, qui

équivalent au diamètre de la tuyauterie (tube de relie le debit réel traversant l’appareil au débit

Venturi classique), le rapport des diamètres est le théori que; il est donné par la fo rmule

quotient du diamètre du col par le diamètre de cette
qn7 1 -P4
partie cylindrique, mesuré dans le plan des prises
T J
de pression amont.
;- d*,/i&g,
3.3 Écoulement
L’étalonnage direct d’éléments primaires normali-

3.3.1 débit d’un fluide s’écoulant à travers un élé- sés exécuté au moyen de fluides dits incompres-

sibles (liquides) montre que le coefficient de
ment primaire, q: Masse ou volume de fluide traver-

sant l’orifice (ou le col) par unité de temps. Il est décharge n’est, pour un élément primaire donné

obligatoire, en toutes circonstances, de préciser ex- dans une installation donnée, fonction que du seul

plicitement s’il s’agit d’un débit-masse qm (exprimé nombre de Reynolds.
en masse par unité de temps) ou d’un débit-volume
La valeur numérique de C est la même pour des
qv (exprimé en volume par unité de temps).
installations différentes, chaque fois que ces instal-
lations sont géométriquement semblables et que les
3.3.2 nombre de Reynolds, Rc: Paramètre sans di-
écoulements y sont caractérisés par des nombres
mension exprimant le rapport entre les forces
de Reynolds égaux.
d’inertie et les forces de viscosité.
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ISO 51674:1991(F)

Les équations utilisées pour les valeurs numériques exécutés pour la même valeur du nombre de

de C données dans la présente partie de I’ISO 5167 Reynolds, par le coefficient de détente, E.

sont basées sur des données expérimentales.
Le coefficient de détente, C, est égal à l’unité lorsque
le fluide est incompressible, et est inférieur à l’unité
NOTE 1 La grandeur l/ est appeke coefficient
lorsque le fluide est compressible.
de vitesse d’approche, et
Cette méthode est utilisable parce que l’expérience
montre que c est pratiquement indépendant du
nombre de Reynolds et que, pour un rapport de
est appelé coefficient de débit.
diamètres donné d’un élément primaire donné, E ne
dépend que de la pression différentielle, de la pres-
sion statique et de l’exposant isentropique.
3.3.5 coefficient de détente, E: Coefficient utilisé
pour tenir compte de la compressibilité du fluide; il
Les valeurs numériques de F,, données dans la pré-
est défini par la formule:
sente partie de I’ISO 5167, ont été déterminées ex-
périmentalement pour ce qui concerne les
diaphragmes. Pour les tuyères et tubes de Venturi,
ces valeurs sont basées sur l’équation générale
d’énergie thermodynamique.
L’étalonnage direct d’un élément primaire donné au
3.3.6 écart moyen arithmétique du profi (de rugo-
moyen d’un fluide compressible (gaz) montre que le
sité), R,: Écart moyen arithmétique par rapport à la
rapport
ligne moyenne du profil considéré. Cette ligne
%J-
moyenne est telle que la somme des carrés des
distances entre la surface réelle et cette ligne soit
minimale. En pratique, R, peut être mesuré avec un
matériel normalisé pour ce qui concerne les surfa-
est fonction à la fois de la valeur du nombre de
ces usinées, mais ne peut être qu’estimé lorsqu’il
Reynolds et des valeurs du rapport des pressions
s’agit des surfaces plus rugueuses de conduites.
et de l’exposant isentropique du gaz.
(Voir aussi ISO 468.)

La méthode adoptée pour représenter ces va- Pour les conduites, on utilise la rugosité uniforme

riations consiste à multiplier le coefficient de dé- équivalente k. Cette valeur peut être déterminée

charge C de l’élément primaire considéré, déter- expérimentalement (voir 8.3.1) ou lue dans des ta-

miné par étalonnages directs au moyen de liquides, bles (voir annexe E).
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ISO 5167-1:1991(F)
4 Symboles et indices
4.1 Symboles
Symbole
Grandeur Dimensiod) Unité SI
C Coefficient de décharge Sans dimension
d Diamètre de l’orifice (ou du col) de l’élément primaire dans les
L m
conditions de service
n Diamètre intérieur de la conduite de mesure en amont (ou diamè-
L m
tre amont d’un tube de Venturi classique) dans les conditions de
service
_.._
Incertitude, en valeur relative Sans dimension
Rugosité uniforme équivalente L
&oignement d’une prise de pression L m
..-_
iloignement relatif d’une prise de pression: Sans dimension
T,= +
Pression statique absolue du fluide ML. ’ T * Pa
Débit-masse MT ’ kg/s
L3 T ‘. 1
Débit-volume
m3/s
R Rayon
L m
Écart moyen arithmétique du profil (de rugosité) L
Rt? Nombre de Reynolds Sans dimension
R&?D Nombre de Reynolds rapporté à II
Sans dimension
Nombre de Reynolds rapporté à d Sans dimension
R%i
t Température du fluide
@ “C
u Vitesse débitante du fluide dans la conduite
LT-- ’ m/s
Rapport des diamétres: Sans dimension
Rapport des capacités thermiques massiques*)
Sans dimension
3) 3)
6 Incertitude en valeur absolue
Pression différentielle ML- ’ T -2
AP Pa
Aw Perte de pression ML- ’ T *
--_
& Coefficient de détente Sans dimension
K Exposant isentropique*) Sans dimension
Viscosité dynamique du fluide ML ‘T *
tu Pa*s
V Viscosité cinématique du fluide: L*T ’
m*/s
Perte de pression relative Sans dimension
Masse volumique du fluide ML 3 kg/m3
Rapport des pressions: Sans dimension
=ïq-
Angle au sommet du divergent Sans dimension rad
= masse, L = longueur, T = temps, @ = température.
1) M

2) y est le rapport de la capacité thermique massique à pression constante à la capacité thermique massique à volume constant. Pour

les gaz parfaits, ce rapport et l’exposant isentropique ont la même valeur (voir 3.3.3 ). Ces valeurs dépendent de la nature du gaz.

3) Les dimensions et les unités sont celles de la grandeur correspondante.
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ISO 5167=1:1991(F)
5.2 Mdthode de détermination du rapport des
4.2 Indices
diamétres de l’élément primaire normalisé
choisi
Indice Qualificatif
Dans la pratique, lorsque l’on doit déterminer le
Amont
rapport des diamètres d’un élément primaire à ins-
2 Aval
taller dans une tuyauterie donnée, on ne connait
pas, en général, Cet E intervenant dans les formules
de base (1) ou (2). On choisira donc a priori
- le type d’élément primaire à utiliser, et
5 Principe de la méthode de mesurage et
mode de calcul
- une valeur du débit et la valeur correspondante
de la pression différentielle.
On porte les valeurs corrélatives de qm et Ap dans
5.1 Principe de la méthode de mesurage
les formules de base, écrites sous la forme ci-
dessous:
Le principe de la méthode de mesurage consiste à
interposer un élément primaire (tel qu’un dia- h
CP 4%?l
- -
phragme, une tuyère ou un tube de Venturi) sur le
niJ2J==
3 -p
passage d’un fluide s’écoulant en charge dans une
conduite, ce qui crée une pression différentielle du

fluide entre l’amont et le col ou l’aval de cet élément dans lesquelles e et c peuvent être relatifs aux

primaire. On peut déduire la valeur du débit de la conditions amont OIJ aval (~1 et CI, ou ~2 et ~2) et l’on

mesure de cette pression différentielle et de la détermine, par approximations successives, le rap-

connaissance des caractéristiques du fluide en port des diamètres de l’élément primaire choisi (voir

écoulement et des circonstances d’emploi de I’élé- annexe D).
ment primaire. II est admis que celui-ci est géomé-
triquement semblable à l’un de ceux ayant fait
antérieurement l’objet d’étalonnages directs et qu’il 5.3 Calcul du débit
est utilisé dans les mêmes conditions, c’est-à-dire
qu’il est en tous points conforme à la présente par-
Les tableaux A.1 à A.16 sont donnés à titre indicatif.
tie de I’ISO 5167.
Les tableaux A.1 à A.13 donnent les valeurs de C,
en fonction de /I, RQ et » pour les diaphragmes et
En effet, le débit-masse est lié à la pression diffé-
les tuyères, les tableaux A.14 et A.15 présentent le
rentielle, dans les limites d’incertitude indiquées
coefficient de détente ~1 pour les diaphragmes, les
dans la présente partie de I’ISO 5167, par l’une des
tuyères et les tubes de Venturi et le tableau A.16
formules de base suivantes:
donne le coefficient de décharge pour les Venturi-
tuyères. Ils ne sont pas établis en vue d’une inter-
(1) polation précise. L’extrapolation n’est pas permise.
On effectue le calcul du débit de facon purement
arithmétique en remplacant les différeks termes du
second membre des formules de base (1) ou (2) par
leurs valeurs numériques.
NOTES
2 Sauf pour les tubes de Venturi, C est fonction de Re,
où e2 et c2 sont relatifs aux conditions aval. On no-
qui est lui-même fonction de y,,,. Dans ce cas, il convient
tera que
d’obtenir la valeur finale de C et donc de Q,,, par itération.
r-x-
Voir l’annexe D pour le choix du procédé d’itération et
= El
l+*
des valeurs initiales.
3 AJ) représente la pression différentielle, telle qu’elle
De même, on peut calculer la valeur du débit-
est définie en 3.1.3.
vol urne, sachan t que
4 Les diamètres d et IJ mentionnés dans les formules
=- sont les valeurs des diamètres dans les conditions de
. . .
qv (3)
service. II convient donc de corriger les valeurs d et D
mesurées dans d’autres conditions pour tenir compte de
où e est la masse volumique du fluide à la tempé-
la dilatation ou contraction éventuelle de l’élément pri-
rature et à la pression pour lesquelles le volume est
maire et de la conduite résultant des valeurs de la tem-
donné. pérature et de la pression du fluide lors du mesurage.
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 5167=1:1991(F)

5 II est nécessaire de connaître la masse volumique et 5.4.3 Tout mode de détermination de valeurs

la viscosité du fluide dans les conditions de service.
fiables de la masse volumique, de la pression stati-
que, de la température et de la viscosité du fluide
est acceptable s’il ne perturbe en rien la répartition
de l’écoulement dans la section de mesure.
5.4 Détermination de la masse volumique
5.4.4 La température de l’élément primaire et celle
II est nécessaire de connaître la masse volumique
du fluide en amont de l’élément primaire sont sup-
du fluide au droit de la prise de pression amont ou
posées être les mêmes (voir 7.1.9).
aval; elle peut être soit mesurée directement, soit
calculée à partir de la connaissance de la pression
(statique), de la température et des caractéristiques
6 Conditions générales pour les
du fluide dans le plan approprié. Cependant, la prise
mesurages
de pression amont est considérée comme celle qui
donne les résultats les plus probants.
Afin de satisfaire à la présente partie de I’ISO 5167,
les prescriptions ci-après doivent être respectées.
54.1 La pression (statique) du fluide doit être me-
surée, dans le plan des prises de pression amont
6.1 Élément primaire
ou aval, au moyen d’une prise de pression indivi-
duelle à la paroi (décrite en 8.2.1) ou au moyen de
6.1.1 L’élément primaire doit être construit, installé
prises sur une bague piézométrique (voir figure 6).
et utilisé d’une facon conforme à la présente partie
de I’ISO 5167.
5.4.1.1 Cette prise de pression statique doit de
Pour les éléments primaires dont les caractéris-
préférence être distincte de celle qui est destinée
tiques de construction et d’utilisation sortent des li-
au mesurage de la composante de la pression dif-
mites définies dans la présente partie de I’ISO 5167,
férentielle, à moins que l’on désire mesurer sépa-
il est nécessaire d’étalonner individuellement I’élé-
rément les pressions aux prises amont et aval.
ment primaire dans ses conditions réelles de ser-
vice.
Toutefois, il est permis de relier simultanément une
prise de pression à un appareil de mesure de pres-
6.1.2 Le bon état de l’élément primaire doit être
sion différentielle et à un appareil de mesure de
vérifié après chaque mesurage ou après chaque
pression (statique), à condition de vérifier que cette
série de mesurages, ou à intervalles suffisamment
double liaison ne conduit pas à une détérioration de
rapprochés pour qu’on ait la certitude du maintien
la mesure de la pression différentielle.
de sa conformité à la présente partie de I’ISO 5167.
L’attention est attirée sur le fait que des fluides
5.4.1.2 La valeur de la pression (statique) à consi-
même apparemment neutres peuvent former des
dérer dans les calculs ultérieurs est celle qui existe
dépôts ou des incrustations sur les éléments pri-
au niveau du centre de la section droite de mesure,
maires. Les variations éventuelles du coefficient de
qui peut être différente de la pression mesurée à la
décharge, qui peuvent en résulter dans le temps,
paroi.
peuvent co
...

NORME
51674
INTERNATIONALE
Première édition
1991-12-15
Mesure de débit des fluides au moyen
d’appareils déprimogènes -
Partie 1:
Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés
dans des conduites en charge de section
circulaire
Measurement of fluid slow by means of pressure differential devices -
Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular
cross-section conduits running full
---
Numéro de référence
ISO 5167-1:1991(F)
-_-----
____ _ ..-- .-- .----- -
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 5167-l :1991 (F)
Sommaire
Page

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 Domaine d’application
..,,...........,....................,,..,........................... 2
2 Références normatives

3 Définitions ,...............................,....,.....,...,....,............................... 2

4 Symboles et indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~.......

4.1 Symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Indices .,.,..,..,..............................,.....,..................,..,..,...............

. . . . . . 6
5 Principe de la méthode de mesurage et mode de calcul
5.1 Principe de la méthode de mesurage .,............,.......,.,........... 6
5.2 Méthode de détermination du rapport des diamètres de l’élément

primaire normalisé choisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Calcul du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5.4 Détermination de la masse volumique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6 Conditions générales pour les mesurages

6.1 Élément primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.2 Nature du fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6.3 Conditions de I’écouIement .,...,.............................................,.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7 Conditions d’installation
. . . . . . . . . . . . . . . 8

7.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Longueurs droites minimales d’amont et d’aval à installer entre
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
différents accessoires et l’élément primaire
. ...*... 31

7.3 Tranquilliseurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.4 Conditions générales à remplir par l’écoulement au voisinage de

I’élément primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.5 Conditions d’installation supplémentaires spécifiques aux
,........................*... 14
diaphragmes, tuyères et Venturi-tuyères
7.6 Conditions d’installation supplémentaires spécifiques aux tubes

de Venturi classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.......................... 16
8 Diaphragmes ...................................................
0 ISO 1991

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

mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.

Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 51674:1991(F)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*.................... 16

8.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.2 Prises de pression
8.3 Coefficients et incertitudes correspondantes des

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

diaphragmes

8.4 Perte de pression, AV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9 Tuyères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9.1 Tuyère ISA 1932 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9.2 Tuyères à long rayon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10 Tubes de Venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

10.1 Tubes de Venturi classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

10.2 Venturi-tuyère . . . . . . ..I............................................................... 34

11 Incertitudes sur la mesure du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.1 Définition de l’incertitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

11.2 Calcul pratique de l’incertitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Annexes
A Tableaux des coefficients de décharge et de détente . . . . . . . . . 39
B Tubes de Venturi classiques en dehors du domaine couvert par la

présente partie de I’ISO 5167 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

C Perte de pression dans un tube de Venturi classique . . . . . . . . . 57

D Calculs par itération ,.........................................................~..... 59

E Exemples de valeurs pour la rugosité uniforme équivalente, k, des

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

parois des conduites
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 51674:1991(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 comite 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 5167-l a été élaborée par le comité tech-
nique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les conduites
fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes.
Cette première édition annule et remplace I’ISO 5167:1980, dont elle
constitue une révision technique.
L’ISO 5167 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Mesure de débit des f7uides au moyen d’appareils déprimogènes:
- Partie 1: Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans
des conduites en charge de section circulaire
- Partie 2: Diaphragmes ou tuyères placés à l’entrée d’une conduite
Les annexes A, B, C, D et E de la présente partie de I’ISO 5167 sont
données uniquement à titre d’information.
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 51674:1991(F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils
déprimogènes -
Partie 1:
Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans des
conduites en charge de section circulaire
partie de I’ISO 5167 pour des diamètres de conduite
1 Domaine d’application
inférieurs à SO mm ou supérieurs à 1200 mm, ainsi
que pour des nombres de Reynolds rapportés au
La présente partie de I’ISO 5167 prescrit la forme
diamètre de la conduite inférieurs à 3 150.
et le mode d’emploi (conditions d’installation et
d’utilisation) des diaphragmes, tuyères et tubes de
Elle traite d’appareils pour lesquels des expériences
Venturi insérés dans une conduite en charge dans
d’étalonnage direct ont été effectuées en nombre,
le but de déterminer le débit du fluide s’écoulant
étendue et qualité suffisants pour que l’on ait pu
dans cette conduite. Elle fournit également les in-
baser, sur leurs résultats, des systèmes cohérents
formations nécessaires au calcul de ce débit et de
d’utilisation et pour permettre que les coefficients
l’incertitude associée.
soient donnés avec une marge d’incertitude prévi-
sible.
Elle s’applique seulement aux appareils dépri-

pour lesquels l’écoulement reste Les appareils interposés dans la conduite sont ap-

mogènes
pelés &léments primaires,,, en comprenant dans ce
subsonique dans tout le troncon de mesurage, est
terme les prises de pression, tandis que l’on appelle
permanent ou ne varie que lentement dans le temps

et lorsque le fluide est consideré comme ((appareils secondaires)) tous les autres instruments

ou dispositifs nécessaires à l’accomplissement de
monophasique. De plus, on ne peut utiliser chacun

de ces appareils que dans des limites prescrites de la mesure. La présente partie de I’ISO 5167

diamètre de conduite et de nombre de Reynolds, de concerne les éléments primaires et ne mentionne

sorte qu’on ne peut faire référence à la présente qu’exceptionnellement les appareils secondaire&) .

1) Voir ISO 2186:1973, Débit des fluides dans /es conduites fermées - Liaisons pour la transmission du signal de pression

entre /es éléments primaires et secondaires.
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ISO 5167~lA991 (F)
Les divers éléments primaires considérés dans la
3 Définitions
présente partie de I’ISO 5167 sont les suivants:
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 5167,
a) les diaphragmes, avec lesquels sont utilisees
les Minitions données dans I’ISO 4006 s’appliquent.
des prises de pression dans les angles, des pri-
Les définitions suivantes ne sont données que pour
ses de pression *) à f1 et D/2 ou des prises de
des termes employés dans un sens spécial ou pour
pression à la bride;
des termes dont il semble utile de rappeler la si-
gnification.
b) les tuyéres ISA3) 1932 et les tuyéres à long rayon,
qui diffèrent entre elles par leur forme’ et t’em-
3.1 Mesure de la pression
placement des prises de pression;
3.1.1 prise de pression â la paroi: Orifice (circulaire
c) les tubes de Venturi classiques4) et les Venturi-
ou annulaire) aménagé dans la paroi d’une
tuyères, qui diffèrent entre eux par leur forme et
conduite, dont le bord est arasé à la paroi interne
l’emplacement des prises de pression.
de cette conduite.
‘orifice habituelle men t circulaire, mais peut,
L est
cas, être une fente annulai re.
d ans cert ains
3.1.2 pression (statique) d’un fluide s’écoulant dans
2 Références normatives
une tuyauterie rectiligne, p: Pression que l’on peut
mesurer en reliant un manomètre à une prise de
Les normes suivantes contiennent des dispositions
pression à la paroi. Dans la présente partie de
qui, par suite de la référence qui en est faite,
I’ISO 5167, on considère exclusivement la valeur de
constituent des dispositions valables pour la pré-
la pression (statique) absolue.
sente partie de I’ISO 5167. Au moment de la publi-
cation, les éditions indiquées étaient en vigueur.
3.1.3 pression différentielle, Ap: Différence des
Toute norme est sujette à révision et les parties
pressions (statiques) mesurées à des prises de
prenantes des accords fondés sur la présente partie
pression à la paroi, dont l’une est située en amont
de I’ISO 5167 sont invitées à rechercher la possi-
et l’autre en aval d’un élément primaire (ou dans le
bilité d’appliquer les éditions les plus récentes des
col pour un tube de Venturi) interposé dans une
normes indiquées ci-après. Les membres de la CEI
tuyauterie rectiligne où s’écoule un fluide, lorsque
et de I’ISO possèdent le registre des Normes inter-
toute différence de hauteur entre les prises de
nationales en vigueur à un moment donné.
pression amont et aval a été prise en considération.

ISO 468:1982, Rugosité de surface - Paramètres, Dans la présente partie de I’ISO 5167, le terme de

leurs valeurs et les régles générales de la détermi- ( ses de pression sont situés aux emplacements
nation des spécifications.
prescrits pour chaque élément primaire normalisé.
ISO 4006:1991, Mesure de débit des fluides dans les
3.1.4 rapport des pressions, 7: Quotient de la pres-
conduites fermées - Vocabulaire et symboles.
sion (statique) absolue à la prise de pression aval
par la pression (statique) absolue à la prise de
ISO 5168:-S), Mesure de débit des fluides - Calcul
de l’incertitude. pression amont.

2) Les diaphragmes à prises de pression wena contracta)) ne sont pas traités dans la présente partie de I’ISO 5167.

3) ISA est le sigle de la Fédération internationale des associations nationales de normalisation, organisation à laquelle

ISO a succédé en 1946.

4) Aux Etats-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé ( 5) A publier. (Révision de I’ISO 5168:1978)
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ISO 51674:1991(F)
Dans la présente partie de I’ISO 5167 on utilise
3.2 Éléments primaires

3.2.1 orifice; col: Ouverture d’aire minimale de - soit le nombre de Reynolds rapporté à l’état

l’élément primaire. amont du fluide et au diamètre de la tuyauterie
amont, qui est:
Les orifices des éléments primaires normalisés sont
de section circulaire et de même axe que la tuyau-
terie.
3.2.2 diaphragme: Plaque mince percée d’un ori- -
soit le nombre de Reynolds rapporté au diamètre
fice circulaire.
de l’orifice (ou du col) de l’élément primaire, qui
est:
Les diaphragmes normalisés sont dits <(en plaque
mince,, et 4 arête vive rectangulaire),, parce que RP
-Il
RP ,(f= -
l’épaisseur de la plaque est faible relativement au
diamètre de la tuyauterie de mesure, et parce que
l’arête amont de l’orifice forme un angle droit et est
à bord vif.
3.3.3 exposant isentropique, K: Rapport de la va-
riation relative de la pression à la variation relative
3.2.3 tuyère: Dispositif convergent suivi d’une par-
de la masse volumique qui lui correspond dans une
tie cylindrique dite ~~OIT
transformation adiabatique réversible (isentropique)
élémentaire.
3.2.4 tube de Venturi: Dispositif convergent suivi
d’une partie cylindrique dite ~col)~ et d’un éva-
L’exposant isentropique K apparaît dans tes diffé-
sement tronconique dit ((divergents>.
rentes formules du coefficient de détente E, et ii va-
rie avec la nature du gaz, sa température et sa
Si la partie convergente est une tuyère ISA 1932
pression.
normalisée, l’appareil est appelé «Venturi-tuyère),.
Si la partie convergente est tronconique, l’appareil
II existe de nombreux gaz et vapeurs pour lesquels
est appelé ((tube de Venturi classique,,.
des valeurs de K n’ont pas encore été publiées.
Dans ce cas, pour les besoins de la présente partie
3.2.5 rapport des diamètres d’un élément primaire
de I’ISO 5167, le rapport des capacités thermiques
utilisé dans une tuyauterie donnée, /?: Quotient du
massiques pour les gaz parfaits peut être utilisé à
diamètre de l’orifice (du col) de l’élément primaire
la place de l’exposant isentropique.
par le diamètre interne de la tuyauterie de mesure
en amont de cet élément primaire.
Cependant, dans le cas où l’élément primaire com-
3.3.4 coefficient de décharge, C: Coefficient défini

porte une partie cylindrique d’amont, de diamètre pour un écoulement de fluide incompressibl e, qui

équivalent au diamètre de la tuyauterie (tube de relie le debit réel traversant l’appareil au débit

Venturi classique), le rapport des diamètres est le théori que; il est donné par la fo rmule

quotient du diamètre du col par le diamètre de cette
qn7 1 -P4
partie cylindrique, mesuré dans le plan des prises
T J
de pression amont.
;- d*,/i&g,
3.3 Écoulement
L’étalonnage direct d’éléments primaires normali-

3.3.1 débit d’un fluide s’écoulant à travers un élé- sés exécuté au moyen de fluides dits incompres-

sibles (liquides) montre que le coefficient de
ment primaire, q: Masse ou volume de fluide traver-

sant l’orifice (ou le col) par unité de temps. Il est décharge n’est, pour un élément primaire donné

obligatoire, en toutes circonstances, de préciser ex- dans une installation donnée, fonction que du seul

plicitement s’il s’agit d’un débit-masse qm (exprimé nombre de Reynolds.
en masse par unité de temps) ou d’un débit-volume
La valeur numérique de C est la même pour des
qv (exprimé en volume par unité de temps).
installations différentes, chaque fois que ces instal-
lations sont géométriquement semblables et que les
3.3.2 nombre de Reynolds, Rc: Paramètre sans di-
écoulements y sont caractérisés par des nombres
mension exprimant le rapport entre les forces
de Reynolds égaux.
d’inertie et les forces de viscosité.
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ISO 51674:1991(F)

Les équations utilisées pour les valeurs numériques exécutés pour la même valeur du nombre de

de C données dans la présente partie de I’ISO 5167 Reynolds, par le coefficient de détente, E.

sont basées sur des données expérimentales.
Le coefficient de détente, C, est égal à l’unité lorsque
le fluide est incompressible, et est inférieur à l’unité
NOTE 1 La grandeur l/ est appeke coefficient
lorsque le fluide est compressible.
de vitesse d’approche, et
Cette méthode est utilisable parce que l’expérience
montre que c est pratiquement indépendant du
nombre de Reynolds et que, pour un rapport de
est appelé coefficient de débit.
diamètres donné d’un élément primaire donné, E ne
dépend que de la pression différentielle, de la pres-
sion statique et de l’exposant isentropique.
3.3.5 coefficient de détente, E: Coefficient utilisé
pour tenir compte de la compressibilité du fluide; il
Les valeurs numériques de F,, données dans la pré-
est défini par la formule:
sente partie de I’ISO 5167, ont été déterminées ex-
périmentalement pour ce qui concerne les
diaphragmes. Pour les tuyères et tubes de Venturi,
ces valeurs sont basées sur l’équation générale
d’énergie thermodynamique.
L’étalonnage direct d’un élément primaire donné au
3.3.6 écart moyen arithmétique du profi (de rugo-
moyen d’un fluide compressible (gaz) montre que le
sité), R,: Écart moyen arithmétique par rapport à la
rapport
ligne moyenne du profil considéré. Cette ligne
%J-
moyenne est telle que la somme des carrés des
distances entre la surface réelle et cette ligne soit
minimale. En pratique, R, peut être mesuré avec un
matériel normalisé pour ce qui concerne les surfa-
est fonction à la fois de la valeur du nombre de
ces usinées, mais ne peut être qu’estimé lorsqu’il
Reynolds et des valeurs du rapport des pressions
s’agit des surfaces plus rugueuses de conduites.
et de l’exposant isentropique du gaz.
(Voir aussi ISO 468.)

La méthode adoptée pour représenter ces va- Pour les conduites, on utilise la rugosité uniforme

riations consiste à multiplier le coefficient de dé- équivalente k. Cette valeur peut être déterminée

charge C de l’élément primaire considéré, déter- expérimentalement (voir 8.3.1) ou lue dans des ta-

miné par étalonnages directs au moyen de liquides, bles (voir annexe E).
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ISO 5167-1:1991(F)
4 Symboles et indices
4.1 Symboles
Symbole
Grandeur Dimensiod) Unité SI
C Coefficient de décharge Sans dimension
d Diamètre de l’orifice (ou du col) de l’élément primaire dans les
L m
conditions de service
n Diamètre intérieur de la conduite de mesure en amont (ou diamè-
L m
tre amont d’un tube de Venturi classique) dans les conditions de
service
_.._
Incertitude, en valeur relative Sans dimension
Rugosité uniforme équivalente L
&oignement d’une prise de pression L m
..-_
iloignement relatif d’une prise de pression: Sans dimension
T,= +
Pression statique absolue du fluide ML. ’ T * Pa
Débit-masse MT ’ kg/s
L3 T ‘. 1
Débit-volume
m3/s
R Rayon
L m
Écart moyen arithmétique du profil (de rugosité) L
Rt? Nombre de Reynolds Sans dimension
R&?D Nombre de Reynolds rapporté à II
Sans dimension
Nombre de Reynolds rapporté à d Sans dimension
R%i
t Température du fluide
@ “C
u Vitesse débitante du fluide dans la conduite
LT-- ’ m/s
Rapport des diamétres: Sans dimension
Rapport des capacités thermiques massiques*)
Sans dimension
3) 3)
6 Incertitude en valeur absolue
Pression différentielle ML- ’ T -2
AP Pa
Aw Perte de pression ML- ’ T *
--_
& Coefficient de détente Sans dimension
K Exposant isentropique*) Sans dimension
Viscosité dynamique du fluide ML ‘T *
tu Pa*s
V Viscosité cinématique du fluide: L*T ’
m*/s
Perte de pression relative Sans dimension
Masse volumique du fluide ML 3 kg/m3
Rapport des pressions: Sans dimension
=ïq-
Angle au sommet du divergent Sans dimension rad
= masse, L = longueur, T = temps, @ = température.
1) M

2) y est le rapport de la capacité thermique massique à pression constante à la capacité thermique massique à volume constant. Pour

les gaz parfaits, ce rapport et l’exposant isentropique ont la même valeur (voir 3.3.3 ). Ces valeurs dépendent de la nature du gaz.

3) Les dimensions et les unités sont celles de la grandeur correspondante.
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ISO 5167=1:1991(F)
5.2 Mdthode de détermination du rapport des
4.2 Indices
diamétres de l’élément primaire normalisé
choisi
Indice Qualificatif
Dans la pratique, lorsque l’on doit déterminer le
Amont
rapport des diamètres d’un élément primaire à ins-
2 Aval
taller dans une tuyauterie donnée, on ne connait
pas, en général, Cet E intervenant dans les formules
de base (1) ou (2). On choisira donc a priori
- le type d’élément primaire à utiliser, et
5 Principe de la méthode de mesurage et
mode de calcul
- une valeur du débit et la valeur correspondante
de la pression différentielle.
On porte les valeurs corrélatives de qm et Ap dans
5.1 Principe de la méthode de mesurage
les formules de base, écrites sous la forme ci-
dessous:
Le principe de la méthode de mesurage consiste à
interposer un élément primaire (tel qu’un dia- h
CP 4%?l
- -
phragme, une tuyère ou un tube de Venturi) sur le
niJ2J==
3 -p
passage d’un fluide s’écoulant en charge dans une
conduite, ce qui crée une pression différentielle du

fluide entre l’amont et le col ou l’aval de cet élément dans lesquelles e et c peuvent être relatifs aux

primaire. On peut déduire la valeur du débit de la conditions amont OIJ aval (~1 et CI, ou ~2 et ~2) et l’on

mesure de cette pression différentielle et de la détermine, par approximations successives, le rap-

connaissance des caractéristiques du fluide en port des diamètres de l’élément primaire choisi (voir

écoulement et des circonstances d’emploi de I’élé- annexe D).
ment primaire. II est admis que celui-ci est géomé-
triquement semblable à l’un de ceux ayant fait
antérieurement l’objet d’étalonnages directs et qu’il 5.3 Calcul du débit
est utilisé dans les mêmes conditions, c’est-à-dire
qu’il est en tous points conforme à la présente par-
Les tableaux A.1 à A.16 sont donnés à titre indicatif.
tie de I’ISO 5167.
Les tableaux A.1 à A.13 donnent les valeurs de C,
en fonction de /I, RQ et » pour les diaphragmes et
En effet, le débit-masse est lié à la pression diffé-
les tuyères, les tableaux A.14 et A.15 présentent le
rentielle, dans les limites d’incertitude indiquées
coefficient de détente ~1 pour les diaphragmes, les
dans la présente partie de I’ISO 5167, par l’une des
tuyères et les tubes de Venturi et le tableau A.16
formules de base suivantes:
donne le coefficient de décharge pour les Venturi-
tuyères. Ils ne sont pas établis en vue d’une inter-
(1) polation précise. L’extrapolation n’est pas permise.
On effectue le calcul du débit de facon purement
arithmétique en remplacant les différeks termes du
second membre des formules de base (1) ou (2) par
leurs valeurs numériques.
NOTES
2 Sauf pour les tubes de Venturi, C est fonction de Re,
où e2 et c2 sont relatifs aux conditions aval. On no-
qui est lui-même fonction de y,,,. Dans ce cas, il convient
tera que
d’obtenir la valeur finale de C et donc de Q,,, par itération.
r-x-
Voir l’annexe D pour le choix du procédé d’itération et
= El
l+*
des valeurs initiales.
3 AJ) représente la pression différentielle, telle qu’elle
De même, on peut calculer la valeur du débit-
est définie en 3.1.3.
vol urne, sachan t que
4 Les diamètres d et IJ mentionnés dans les formules
=- sont les valeurs des diamètres dans les conditions de
. . .
qv (3)
service. II convient donc de corriger les valeurs d et D
mesurées dans d’autres conditions pour tenir compte de
où e est la masse volumique du fluide à la tempé-
la dilatation ou contraction éventuelle de l’élément pri-
rature et à la pression pour lesquelles le volume est
maire et de la conduite résultant des valeurs de la tem-
donné. pérature et de la pression du fluide lors du mesurage.
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ISO 5167=1:1991(F)

5 II est nécessaire de connaître la masse volumique et 5.4.3 Tout mode de détermination de valeurs

la viscosité du fluide dans les conditions de service.
fiables de la masse volumique, de la pression stati-
que, de la température et de la viscosité du fluide
est acceptable s’il ne perturbe en rien la répartition
de l’écoulement dans la section de mesure.
5.4 Détermination de la masse volumique
5.4.4 La température de l’élément primaire et celle
II est nécessaire de connaître la masse volumique
du fluide en amont de l’élément primaire sont sup-
du fluide au droit de la prise de pression amont ou
posées être les mêmes (voir 7.1.9).
aval; elle peut être soit mesurée directement, soit
calculée à partir de la connaissance de la pression
(statique), de la température et des caractéristiques
6 Conditions générales pour les
du fluide dans le plan approprié. Cependant, la prise
mesurages
de pression amont est considérée comme celle qui
donne les résultats les plus probants.
Afin de satisfaire à la présente partie de I’ISO 5167,
les prescriptions ci-après doivent être respectées.
54.1 La pression (statique) du fluide doit être me-
surée, dans le plan des prises de pression amont
6.1 Élément primaire
ou aval, au moyen d’une prise de pression indivi-
duelle à la paroi (décrite en 8.2.1) ou au moyen de
6.1.1 L’élément primaire doit être construit, installé
prises sur une bague piézométrique (voir figure 6).
et utilisé d’une facon conforme à la présente partie
de I’ISO 5167.
5.4.1.1 Cette prise de pression statique doit de
Pour les éléments primaires dont les caractéris-
préférence être distincte de celle qui est destinée
tiques de construction et d’utilisation sortent des li-
au mesurage de la composante de la pression dif-
mites définies dans la présente partie de I’ISO 5167,
férentielle, à moins que l’on désire mesurer sépa-
il est nécessaire d’étalonner individuellement I’élé-
rément les pressions aux prises amont et aval.
ment primaire dans ses conditions réelles de ser-
vice.
Toutefois, il est permis de relier simultanément une
prise de pression à un appareil de mesure de pres-
6.1.2 Le bon état de l’élément primaire doit être
sion différentielle et à un appareil de mesure de
vérifié après chaque mesurage ou après chaque
pression (statique), à condition de vérifier que cette
série de mesurages, ou à intervalles suffisamment
double liaison ne conduit pas à une détérioration de
rapprochés pour qu’on ait la certitude du maintien
la mesure de la pression différentielle.
de sa conformité à la présente partie de I’ISO 5167.
L’attention est attirée sur le fait que des fluides
5.4.1.2 La valeur de la pression (statique) à consi-
même apparemment neutres peuvent former des
dérer dans les calculs ultérieurs est celle qui existe
dépôts ou des incrustations sur les éléments pri-
au niveau du centre de la section droite de mesure,
maires. Les variations éventuelles du coefficient de
qui peut être différente de la pression mesurée à la
décharge, qui peuvent en résulter dans le temps,
paroi.
peuvent co
...

Questions, Comments and Discussion

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