ISO 6145-1:1986
(Main)Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures — Dynamic volumetric methods — Part 1: Methods of calibration
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures — Dynamic volumetric methods — Part 1: Methods of calibration
Describes various methods and given a brief and non-exhaustivepresentation of examples of techniques and error calculations which are described in more detail in other parts of ISO 6145. Tabulates examples of influence of temperature and pressure variations. Seven figures illustrate different equipment.
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage — Méthodes volumétriques dynamiques — Partie 1: Méthodes d'étalonnage
La présente Norme internationale constitue la partie 1 de l'ISO 6145, qui traite des diverses méthodes volumétriques dynamiques utilisées pour la préparation des mélanges de gaz pour étalonnage. Elle décrit les méthodes d'étalonnage impliquées dans la préparation des mélanges de gaz pour étalonnage par les techniques volumétriques dynamiques. Elle donne également une présentation succincte d'une liste non exhaustive d'exemples de techniques volumétriques dynamiques qui sont décrits plus en détail dans les autres parties de l'ISO 6145.
Analiza plinov - Priprava kalibrirnih plinskih zmesi - Dinamična volumetrijska metoda - 1. del: Kalibracijske metode
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International Standard 61*45/ 1
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.ME)I(~YHAPO~HAR OPrAHH3Al&lR fl0 CTAH~APTH3A~MMWlRGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Gas analysis - Preparation of calibration gas mixtures -
Dynamit volumetric methods -
Part 1 : Methods of calibration
Analyse des gaz - Prdparation des mblanges de gaz pour etalonnage -
Mkhodes volum&riques dynamiques - Paflie 7 :
M& thodes d% talonnage
First edition - 1986-10-15
UDC 543.27: 53.069.68
Ref. No. ISO 6145/1-1966 (E)
Descriptors : gas analysis, calibration, gas mixtures, reference Sample, preparation.
Price based on 21 pages
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 61451’1 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 158, Analysis of gases.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless otherwise stated.
0
International Organkation for Standardization, 1986
0
Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD ISO6145/1-1986 (E)
Preparation of calibration gas mixtures -
Gas analysis -
Dynamit volumetric methods -
Part 1 : Methods of calibration
0 Introduction
e) sonic orifices ;
Dynamit volumetric methods consist of the introduction of a
f) mass flow controllers;
given flow rate qA of gas A into a constant flow rate 4s of a
complementary gas 8. Gas A tan be either a pure component l
g) diffusion ;
or a mixture, defined by its concentration CIA of the compo-
nent 1, obtained by another preparation method.
h) permeation.
The flow rate of the resultant mixture M of gases A and B, in
In all cases, and most particularly if very dilute mixtures are
which the concentrationl) of component I is CIM, is taken as
concerned, the materials used for the apparatus should be
qM. The value of the final concentration CIM is calculated from
Chosen as a function of their resistance to corrosion and low
the flow rates of gases A and B or from the ratio qA/qB or may
absorption capacity (usually glass, PTFE or stainless steel). lt
be obtained from the measurement of the concentration of
should, however, be pointed out that the phenomena are less
component 1 in the resulting mixture, as given by the equation
important for dynamic volumetric methods than for static
methods.
qA
CIM = (?A -
qA + qB
( >
Numerous variants or combinations of the main techniques tan
be considered and mixtures of several constituents tan also be
lt is assumed with this equation that GIB, the concentration of
prepared by successive dilutions.
component 1 in gas B, is Zero.
Some of these techniques allow calculation of the final concen-
The introduction of gas A tan be continuous (e.g. permeation
tration of the gas mixture from basic physical information (e.g.
tube) or pseudo-continuous (e.g. Piston volumetric pump). A
mass rates of diffusion, flow through capillaries). However,
mixing chamber should be inserted in the System before the
since all techniques are dynamic and rely on stable flow rates,
analyser and is particularly essential in the case of pseudo-
this International Standard emphasizes calibration of the
continuous introduction. The flow rate of component A is
techniques by measurement of the individual flow rates or their
measured either directly in terms of volume or mass, or in-
ratios, or by determination of the final mixture concentration.
directly by measuring the Variation of a physical property.
The accuracy 0% the composition of the calibration gas mixture
is determined by the method of calibration. The dynamic
The dynamic volumetric preparation techniques produce a con-
volumetric technique used has a level of precision associated
tinuous flow rate of calibration gas mixtures into the analyser
with it. Information on the final mixture composition depends
but do not generally allow the build-up of a reserve by storage
both on the calibration method and on the preparation tech-
under pressure.
nique.
The main techniques used for the preparation of the mixtures
are :
a) volumetric Pumps;
1 Scope and field of application
b) periodic injection ;
The International Standard constitutes part 1 of ISO 6145,
c) continuous injection ;
which deals with the various dynamic volumetric methods used
d) capillary ;
in the preparation of calibration gas mixtures.
---.-.--
1) In this International Standard, the term “concentration” designates a concentration a mass ratio, a volume ratio, a molar ratio or a ratio of
pressures.
1
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ISO 6145/1-1986 (EI
It describes the calibration methods involved in the preparation ISO 89!59/2, Gas flow rate measurement - Volumetric method
- Part 2: Bell prover. 1)
sf gas mixtures by dynamic volumetric techniques. It also gives
a brief presentation of a non-exhaustive list of examples of
dynamic volumetric techniques which are described in more
detail in other Parts of ISO 6145.
3 Calibration methods
2 References
3.1 General
Preparation of calibration gas mix-
ISO 6142, Gas analysis -
The accuracy and precision of the concentration Cr,,,, of a com-
tures - Weighing methods.
ponent I of a calibration mixture M depends at any time on the
accuracy and precision of the calibration method, the frequen-
ISO 6143, Gas analysis - Determination of composition of
cy with which it is applied, and the stability of the regulation
calibra tion gas mixtures - Comparison me thods.
devices involved in the dynamic preparation technique.
ISO 6147, Gas analysis - Reparation of calibra tion gas mix-
To assess the instantaneous accuracy of the whole procedure,
tures - Saturation method.
account has to be taken of the time required for the calibration
method and the instantaneous possible Variation of the prin-
ISO 6349, Gas analysis - Reparation of calibration gas mix-
cipal Parameters of the technique as weil as any possible drift of
tures - Permea tion method.
these Parameters during the calibration procedure.
ISO 7395, Gas analysis - Reparation of calibration gas mix-
tures - lMass dynamic method.
According to the preparation technique for the gas mixtures
used, calibration tan be carried out by one of the following
ISO 6145, Gas analysis - Prepara tion of calibration gas mix-
methods :
tures - D ynamic volumetric methods
a) measurement of flow rate (mass or volume);
- Part 2: Volumetric Pumps. 1)
- Part 3: Periodic injections in to a flowing gas stream.
b) comparison method ;
- Part 4: Con tinuous injection method.
c) tracer method;
- Part 5: Capillary calibra tion devices. 1)
d) direct Chemical analysis.
- Part 6: Sonic orifices.
Mass flow con trollers. 1)
- Part 7:
Table 1 Shows the applicability of each calibration method to
- Part 8: Diffusion. 1) the different preparation techniques.
fahle 1 - Calibration methods applicable to the preparation techniques
Calibration methods
Preparation techniques
Comparison Flow rate
Direct
Tracer
(ISO 6143) measurement analysis
+ + +
Volumetric Pumps , May be ap-
‘. plica ble ; depends
Periodic injection + +
on nature of com-
Continuous injection -k +
ponents
+
Capillary + +
Sonic orifice + + +
Mass f low controliers + + +
Diffusion +
Permeation +
1) In preparation.
2
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ISO 6145/1-1986 (EI
The soap-film and mercury-sealed Piston flowmeters share a
In general, the principles of the methods fall into two cat-
common principle, i.e. that of Timing the travel of a soap bubble
egories, as follows :
or Piston between carefully defined Points. The wet gas meter
a) those in which the flow rates of component gases are
is an integrating device which indicates the total volume of gas
measured either by volume or by mass and in which the
that has been passed through it (the dry gas meter, familiar
concentration in the final mixture is calculated from the flow
from the domestic environment, has a similar integrating pro-
rate. Different techniques may be used for the individual
perty but has not been included because it is less accurate).
components of a mixture and these may be calibrated by
The variable area flowmeter (“rotameter”) is a continuously in-
different methods. The principle of measurements of in-
dicating device. The thermal mass flow Sensor measures mass
dividual flow rates, however, remains ;
flow rate as a function of heat flux.
b) those which operate directly on the final mixtures.
Calibration of these flow rate measuring devices is carried out
using one of the following methods:
Since different principles are involved, they are given separately
under each individual method. f) bell prover;
g) gravimetric method ;
Since the calibration methods have different principles and the
h) weighing the volume of water.
equipment used for the realization of the gas flow rates is dif-
ferent, different units tan be used to express the concentra-
The hell prover is a device for creating a constant and defined
tions. .
flow rate of gas, acting as a mechanically driven gas holder.
The gravimetric method measures the mass of gas which has
For calibrations using the comparison method, the concentra-
flowed at a constant rate for a defined time through the device
tion is expressed in mole fractions because most of the calibra-
to be calibrated. The volume of water equivalent to the measur-
tion gas mixtures used for the comparison will if possible be
ing volume of a soap-film or mercury-sealed Piston flowmeter
described in this way.
tan be accurately weighed under carefully controlled condi-
tions.
Using techniques based on volume flow rate leads in the first
instance to volume ratios or percent volume. Recalculation of
The bell prover and the gravimetric method tan be used di-
these data to mole fractions is possible but leads to an increase
rectly, where appropriate, to calibrate the various preparation
in the uncertainty because of the uncertainty of the density and
techniques, but the information is more commonly transferred
molar-volume data. In this case the expression in volume frac-
via one of the flow rate measurement devices.
tions is preferred.
Calibration with the gravimetric method gives mass fractions
3.2.2 Description of flow measurement devices
for the concentrations of components in gas mixtures. These
tan be recalculated to mole fractions by using the atomic
3.2.2.1 Soap-film flowmeter
weights. Expression in mole fraction is therefore preferred.
3.2.2.1.1 Principle
3.2 Measurement of individual flow rates
A special soap-film flowmeter is used for this measurement.
The size of the tube is Chosen to be much larger than normal so
3.2.1 General
that the volume and time measurements tan both the made
with greater accuracy. The measuring tube (sec figure 1) is in-
Under some circumstances the total flow rate cannot be taken
stalled vertically in an insulated box, inside which air is con-
as the sum of tvvo individual flow rates qA and qB which have
tinuously circulated at a controlled temperature in the range
been measured separately. These Problems of non-additivity
23,3 to 23,5 OC with a Variation of rf: 0,02 OC. The temperature
tan be caused by deviations from the laws of ideal gas
is controlled by thermometers which are calibrated to 0,l OC
behaviour or by changes in conditions such as back-pressure or
and which tan be read to 0,Ol OC.
viscosity resulting from the blending of the two flow rates.
Deviations from ideal behaviour tan be predicted with
The gas to be measured is saturated with water vapour at the
reasonable accuracy and other non-additivity errors tan be
temperature of the measuring tube by passing it through three
minimized by careful attention to apparatus design.
successive wash bottles, each of which contains a sintered
bubbler. lt is then introduced into the measuring tube by the
Flow rate measurement is normally carried out using one of the
side-arm at the top. The Solution used to produce the soap-film
following :
is introduced dropwise through the centre tube at the top. This
a) soap-film flowmeter ; Solution consists sf demineralized water containing 0,005 mol/1
of sulfuric acid, 4 ml/l of a non-ionic sutface-active agentl) and
b) mercury-sealed Piston flowmeter ;
1 ml/l of a colouring agent (e.g. mixed indicator) for better light
absorption. When a drop of Solution arrives at the narrow sec-
c) wet gas meter;
tion at the top of the tube, a film forms across the tube and is
d) variable area flowmeter ;
carried down it by the gas flow. Photoelectric cells and lights
are located at each side of the tube, positioned in such a way
e) thermal mass flow Sensor.
1) A suitable product, available commercially, is Nekanil C. This information is given for the convenience of the user of this International Standard
and does not constitute an endorsement of this product by ISO.
3
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ISO 6145/1-1986 (El
that they cannot move. As the soap-film Passes the photoelec- Variations in solubility over the temperature range likely to be
tric cells, it first Starts and then Stops an accurate electronie
used for this measurement will not significantly affect the likely
timer. At the outlet of the tube the film bursts in a syphon, and error.
the gas Passes out of the System. The pressure in the measur-
ing tube is measured by a U-tube manometer filled with water
3.2.2.1.8
Reduction in vapour pressure of water
and connected to the outlet. Before a measurement is made,
several bubbles should be formed and passed along the tube to
The reduction in the partial pressure of water caused by the
ensure that the Walls are thoroughly wetted.
surface active agent or the indicator tan only be about 1 %
relative. This should remain the same between calibration and
3.2.2.1.2 Influence of temperature Variation
measurement and so the errors are represented by the Variation
in this reduction, according to the degree of Saturation (sec
The values measured are all recorded in the temperature band
3.2.2.1.6). If the Variation is 10 % relative, this is 10 % of
between 23,3 and 23,5 OC. The measuring tube is made of
3 x 10-4, i.e. 3 x 10-5.
borosilicate glass having a coefficient of linear expansion of
3,3 x 10-6 K -1. The result is that, taking into account the
3.2.2.1.9 Error summation
control of temperature to + 0,02 OC, there is a maximum varia-
tion in the volume of the measuring tube of approximately
The sum of the possible errors described in 3.2.2.1.2 to
2 x 10-7 and a maximum Variation in the volume of gas of
3.2.2.1.8 is as follows :
7 x 10-5.
temperature 7 x IO-5
3.2.2.1.3 Influence of the pressure drop
pressure 1 x 10-4
The pressure in the soap-film flowmeter will not vary from at-
diffusion
0
mospheric by more than 1 mbar at any value of flow rate and
film thickness
2 x 10-5
this tan be measured to 0,l mbar, giving an error of 10-4.
humidity
3 x 10-4
3.2.2.1.4 Diffusion across the film
solubility
4 x IO-5
vapour pressure 3 x 10-5
gas across the soap-film will not occu since
Diffusion of the
the composition is identical on each side.
Total 5,6 x IO-4
3.2.2.1.5 Influence of film thickness
3.2.2.2 Mercury-sealed Piston flowmeter
The thickness of the soap-film layer and of the volume of liquid
3.2.2.2.1 Principle
contained in the measuring tube tan be determined accurately
with a burette. Two drops per measurement are enough to pro-
A precision bore glass measuring tube (see figure 2) is set ver-
duce a bubble which traverses the measuring volume without
tically in an insulated box fitted with temperature regulation.
bursting. The thickness of the film varies the volume. The
The temperature is maintained constant to within + 0,02 OC.
volume of a drop of liquid is 0,03 ml compared with a tube
volume of 1 356 ml, i.e. an error of 2 x 10-5 and with a
The measuring tube is divided into a number of sections by
reproducibility of rt 20 % on two drops.
photoelectric cells serving as Sensors, and the actual volume
between two adjacent photoelectric cells is determined by fill-
3.2.2.1.6 Differentes in humidity
ing with water and weighing (see 3.2.3.3).
The saturator is of high efficiency, such that a Variation of 1 %
A constant flow moves a frictionless Piston with a constant
relative humidity between one gas and another corresponds to
Speed upwards. The displaced volume tan be estimated from
a Variation in the volume of the gas sf
the dimensions of the tube or measured from the water calibra-
tion.
21,5 1
- 760 x 100
The Piston, made of plastics (e.g. PVC) or glass contains a
horizontal, circular groove, filled with mercury. The purity of
i.e. 3 x IO-4
the mercury is such as to ensure that the Piston does not stick
in Operation.
Solubility of gases in water
3.2.2.1.7
The Piston is allowed to attain a constant Speed before time
Typical values for solubility in 1 ml of water at ambient counting is allowed to Start at Sensor 1.
temperature are 0,02 ml of hydrogen, 0,03 ml of Oxygen and
0,87 ml of carbon dioxide, Depending on the flow rate and the tube size, counting is stop-
ped when the Piston Passes Sensor 2 or Sensor 3. Sensors tan
Even if the water is pure the error in the volume resulting from
be of the reflection type because of the high reflectance of the
the carbon dioxide dissolved in 0,6 ml of the liquid just mercury ring. Because of a high back-pressure caused by the
introduced into the measuring tube amounts only to 0,05 ml
weight of the Piston, the measured pressure differente is of the
per 1 356 ml, i.e. an error of 4 x 10-5.
Order of 1 mbar up to 10 mbar. The measuring sequence Starts
4
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ISO 6145/1-1986 EI
with closing side 1 of the 3-way valve (sec figure 2). As soon as unsealed by being above the fluid level. The vanes which
the Piston Passes Sensor 1, time counting Starts; it Stops after separate the compartments dip below the fluid at all times, but
the Piston Passes the next Sensor. The 3-way valve resets its are not continued to the spindle, so that fluid is able to pass to
Position and the Piston falls down on the spring. The flowmeter and from each compartment as the drum rotates.
is then ready to Start again.
Figure 3 Shows the Operation of a Single compartment of the
3.2.2.2.2 Influence of temperature Variation meter. In (a) the compartment is filled with fluid with both con-
nectors sealed. Rotation of the drum brings it to Position (b),
where gas tan flow into the compartment and by doing so con-
The measuring tube is made of borosilicate glass having a coef-
tinues to rotate the drum. At Position (c) both connectors are
ficient of linear expansion of 3,3 x 10-6 K -1. The result is
sealed once more with a defined volume of gas in the compart-
that, taking into account the control of temperature to
ment, which is then discharged during further rotation (d).
rt 0,02 *C, there is a maximum Variation in the volume of the
tube of approximately 2 x 10-7 and a maximum Variation in
the volume of gas of 7 x 10-5.
A pointer attached to the drum spindle rotates against a circular
scale on the front of the instrument and a simple mechanical in-
Influence of the pressure drop tegrator records the number of revolutions. Meters are gener-
3.2.2.2.3
ally available in the ranges 0,25 to 25 Vrevolution, suitable for
maximum flow rates of 140 to 3 000 Vh. Meters with extemal
diff erence over the mercury-sealed Piston
The pressure
water jackets are available for precise temperature control.
depends on the mass and dimensions of the Piston.
Pressure differentes from 1 mbar to 10 mbar are found in prac-
If the fluid in the meter is water, the gas entering the meter
tice. For the volume calculation a correction for this pressure
should be saturated with water vapour at the temperature of
differente should be made:
the meter. This prevents loss of water from the meter and
uncertainty as to the correction for gas volume. If the fluid is oil
p + 1 013
of low vapour pressure, no such precaution is necessary. A
v= v.
small amount of pressure is necessary to operate the meter and
1 013
( >
this is measured by a U-tube manometer at the meter inlet. Due
to slight differentes in volume between the compartments, the
The accuracy of the determination of this pressure is about
rate of gas delivery may vary slightly during a complete revolu-
0,Ol mbar, which gives an error on the volume of 10-5.
tion and so, where possible, only whole numbers of revolutions
of the meter should be used. For the same reason, the inlet
3.2.2.2.4 Diffusion accross the Piston
pressure may vary during a complete revolution and the mean
pressure should be estimated.
The construction of the mercury-sealed Piston does not provide
for the possibility of keeping the same composition of the gas
The meter should be kept level during calibration and use. The
on both sides. Though diffusion along the mercury seal is still
level of fluid in the meter is also critical as it defines the volumes
possible, the effect is considered negligible in general practice.
of the compartments. This level tan be most accurately
adjusted with no gas flowing through the meter, after which
3.2.2.2.5 Error summation
calibration for each required value of flow rate is necessary.
Calibration is independent of the gas used, provided that the
The sum of the possible errors described in 3.2.2.2.2 to
fluid is given time to become saturated with the gas in use, and
3.2.2.2.4 is as follows:
free from any previously used gas.
7 x 10-5
temperature
3.2.2.3.2 Temperature variations
1 x 10-5
pressure
diff usion across Piston 0
Thermal expansion of the meter tan be neglected, since the ef-
Total 8 x 10-5
fett on the contained gas volume is much greater. Assuming
that the temperature tan be read during calibration and analysis
to within 0,05 *C, and the appropriate correction applied, the
3.2.2.3 Wet gas meter
maximum Variation of 0,l *C represents an error of 3,4 x 10 -4.
3.2.2.3.1 Principle
3.2.2.3.3 Influence of pressure
A wet gas meter consists of a drum which tan rotate about a
horizontal axis within an outer case. The drum is divided into
four compartments of equal capacity which are arranged radial-
Atmospheric pressure tan be measured with an uncertainty of
ly about the axis of rotation. Esch compartment has an inlet
2 x 10-5, giving a Variation in the measured value between
opening at one end and an outlet at the other. The drum rotates
calibration and analysis of 4 x 10 -5. The excess pressure in the
in water or oil which is contained in the outer case and the level
meter, which varies during the rotation cycle, tan be measured
of which is adjusted to act as a seal so that the compartments
with an uncertainty of 0,l mbar, giving a Variation between
fill with, trap and deliver gas in succession. The positions of the
calibration and analysis of 2 x 10-4. A total error of
inlet and outlet openings are such that at no time are both
2,4 x 10-4 may be expected.
5
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ISO 6145/1-1986 (El
3.2.2.3.4 Differentes in humidity These equations suggest that different gases tan be used, or
the same gas at different pressures with appropriate conversion
factors based upon the Change in e,. In fact, this tan Cause
If the meter is filled with water then, in the range 18 to 22 OC,
serious errors as the coefficient of discharge tan Change; a
the 0,l OC temperature Variation will Cause an uncertainty in the
variable area meter should, therefore, be used only with the gas
vapour pressure of water of about 0,14 mbar, and hence an
with which it was calibrated and under the same pressure con-
uncertainty in the total gas volume of 1,4 x 10-4. Also varia-
ditions.
tion in saturator efficiency of 1 % relative humidity will Cause a
Variation in gas volume of 3 x 10-4. A total error of
4,4 x 10 -4 may be expected.
Any individual meter will have a measuring range of about
10: 1. The range of meters available should cover any flow rate
needed for dynamic volumetric methods from 10 ml/min up-
3.2.2.3.5 Error summation
wards.
The sum of the possible errors described in 3.2.2.3.2 to
3.2.2.4.2 Resettability of flow rate
3.2.2.3.4 is as follows:
Water-filled . Oil-filled
Between calibration and use, the perceived Variation in flow
rate should not exceed 2 x 10-2 provided that the float is in
temperature 3,4 x 10-4 3,4 x 10-4
the upper half of the scale.
pressure 2,4 x 10-4 2,4 x 10-4
humidity 4,4 x 10-4 0
3.2.2.4.3 Influence of temperature Variation
Total 1,02 x 10-3 5,8 x 10-4
By comparison with the meters described in 3.2.2.1, 3.2.2.2
and 3.2.2.3, variable area meters are relatively crude devices
3.2.2.4 Variable area flowmeter and as such are often used subject to variations caused by
changes in ambient conditions without these changes being
measured and, corrections applied. The equations given in
3.2.2.4.1 Principle
3.2.2.4.1 show that flow rate varies inversely with the Square
root of gas density, and gas density itself is inversely related to
A variable area flowmeter (“rotameter”) consists of a tapered
temperature so that
glass tube mounted vertically with the smaller diameter at the
bottom. The tube contains a spherical or conical float, the
1 AT
Aq
--.--z-,-
largest diameter of which is slightly smaller than the bore at the
bottom of the tube. Suitable Stops at the top and bottom of the 4 2 T
tube prevent the float from being lost.
Hence, for a Variation of 3 OC between calibration and use, the
Variation in flow rate is 5 x 1 O-3.
When gas enters the lower end of the tube, the float rises to a
Position at which its weight is supported by the pressure drop
across the annulus between the float and the tube. The posi-
3.2.2.4.4 Influence of pressure Variation
tion of the float is read against graduation marks on the tube.
The variable area flowmeter is most likely to be used at at-
The flow rate, 4, is gien by
mospheric pressure. The pressure drop across the meter is low
(up to 2 mbar) and so possible variations in atmospheric
@f -9, Or5
pressure are much more significant. Gas density is directly
q = K,.h -
related to pressure so that
5
[ 1
& 1 AP
-z-.-
4 2 P
K, is a constant which includes the coefficient of
discharge through the annulus ;
Hence, for a Variation of 20 mbar between calibration and use,
the Variation in flow rate is 1 x 10-2.
h is the height of the float in the tube;
3.2.2.4.5 Error summation
is the density of the float;
@f
is the density of the gas in the same units as ef.
The sum of the possible errors described in 3.2.2.4.2 to
3.2.2.4.4 is as follows:
Since ef + Q,
resetta bility 2 x 10-2
A$h
=- temperature 5 x 10-3
4
(Q,v=
pressure 1 x 10-2
where K2 is a constant including K1 and the density of the float.
Total 35 x 10-2
6
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 6145/1-1986 (EI
3.2.2.5.3 Influence of pressure Variation
3.2.2.5 Thermal mass flow Sensor
The values of cr, and ,Q are influenced by pressure variations to
3.2.2.5.1 Principle
an extent which depends upon the gas. Table 3 gives the values
for some gases at a temperature of approximately 290 K and a
A thermal mass flow Sensor relates an applied upstream!
pressure of approximately 1 013 mbar.
downstream temperature differente to a mass flow rate.
Table 3 - Examples of influence of pressure Variation
A constant heat flux, @, given to a gas stream, Causes a
temperature rise, AT, determined by the heat capacity of the
dc,ldp
e WdP
cP
particular gas and the flow rate such that Gas
(kJ-kg-‘-K-‘] kJ-kg-1-K-‘*bar-1) (kg.m-a) (kg.m-%ar--1)
I I
0,0017 1,163 1,16
Q)
AT=--- 0,000 8 1,335 1,30
0,000 8 1,176 IJ7
cp*qm
0,007 1 1,833 1,83
0,006 3 0,666 7 0,67
Rearranging this equation gives mass flow rate
@
4m = -
3.2.2.5.4 Influence of the orientation
c,-AT
Some Sensors are sensitive to changes in their orientation.
and volume flow rate
There is very little quantitative information on the
phenomenon.
@
4v= -
Q-cp-AT
In practice, the orientation should be the same during calibra-
tion and use when this influence is not known.
where
@ is the heat flux which is fixed by the construction princi- 3.2.2.5.5 Influence of Variation of the heat flux
ple of the device;
The influence of changes in the heat flux, @, appears directly in
Q is the density of the gas;
the determined flow rate values. lt is therefore very important
to check on the stability of this value.
C~ is the specific heat at constant pressure, which
depends only on the gas.
Measurement of voltage and current Shows that stabilities of
better than 10 -4 are obtainable.
The temperature differente, AT, is determi
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 6145-1:1995
01-avgust-1995
$QDOL]DSOLQRY3ULSUDYDNDOLEULUQLKSOLQVNLK]PHVL'LQDPLþQDYROXPHWULMVND
PHWRGDGHO .DOLEUDFLMVNHPHWRGH
Gas analysis -- Preparation of calibration gas mixtures -- Dynamic volumetric methods --
Part 1: Methods of calibration
Analyse des gaz -- Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage -- Méthodes
volumétriques dynamiques -- Partie 1: Méthodes d'étalonnage
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 6145-1:1986
ICS:
71.040.40 Kemijska analiza Chemical analysis
SIST ISO 6145-1:1995 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 6145-1:1995
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SIST ISO 6145-1:1995
International Standard 61*45/ 1
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.ME)I(~YHAPO~HAR OPrAHH3Al&lR fl0 CTAH~APTH3A~MMWlRGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Gas analysis - Preparation of calibration gas mixtures -
Dynamit volumetric methods -
Part 1 : Methods of calibration
Analyse des gaz - Prdparation des mblanges de gaz pour etalonnage -
Mkhodes volum&riques dynamiques - Paflie 7 :
M& thodes d% talonnage
First edition - 1986-10-15
UDC 543.27: 53.069.68
Ref. No. ISO 6145/1-1966 (E)
Descriptors : gas analysis, calibration, gas mixtures, reference Sample, preparation.
Price based on 21 pages
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SIST ISO 6145-1:1995
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 61451’1 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 158, Analysis of gases.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless otherwise stated.
0
International Organkation for Standardization, 1986
0
Printed in Switzerland
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SIST ISO 6145-1:1995
INTERNATIONAL STANDARD ISO6145/1-1986 (E)
Preparation of calibration gas mixtures -
Gas analysis -
Dynamit volumetric methods -
Part 1 : Methods of calibration
0 Introduction
e) sonic orifices ;
Dynamit volumetric methods consist of the introduction of a
f) mass flow controllers;
given flow rate qA of gas A into a constant flow rate 4s of a
complementary gas 8. Gas A tan be either a pure component l
g) diffusion ;
or a mixture, defined by its concentration CIA of the compo-
nent 1, obtained by another preparation method.
h) permeation.
The flow rate of the resultant mixture M of gases A and B, in
In all cases, and most particularly if very dilute mixtures are
which the concentrationl) of component I is CIM, is taken as
concerned, the materials used for the apparatus should be
qM. The value of the final concentration CIM is calculated from
Chosen as a function of their resistance to corrosion and low
the flow rates of gases A and B or from the ratio qA/qB or may
absorption capacity (usually glass, PTFE or stainless steel). lt
be obtained from the measurement of the concentration of
should, however, be pointed out that the phenomena are less
component 1 in the resulting mixture, as given by the equation
important for dynamic volumetric methods than for static
methods.
qA
CIM = (?A -
qA + qB
( >
Numerous variants or combinations of the main techniques tan
be considered and mixtures of several constituents tan also be
lt is assumed with this equation that GIB, the concentration of
prepared by successive dilutions.
component 1 in gas B, is Zero.
Some of these techniques allow calculation of the final concen-
The introduction of gas A tan be continuous (e.g. permeation
tration of the gas mixture from basic physical information (e.g.
tube) or pseudo-continuous (e.g. Piston volumetric pump). A
mass rates of diffusion, flow through capillaries). However,
mixing chamber should be inserted in the System before the
since all techniques are dynamic and rely on stable flow rates,
analyser and is particularly essential in the case of pseudo-
this International Standard emphasizes calibration of the
continuous introduction. The flow rate of component A is
techniques by measurement of the individual flow rates or their
measured either directly in terms of volume or mass, or in-
ratios, or by determination of the final mixture concentration.
directly by measuring the Variation of a physical property.
The accuracy 0% the composition of the calibration gas mixture
is determined by the method of calibration. The dynamic
The dynamic volumetric preparation techniques produce a con-
volumetric technique used has a level of precision associated
tinuous flow rate of calibration gas mixtures into the analyser
with it. Information on the final mixture composition depends
but do not generally allow the build-up of a reserve by storage
both on the calibration method and on the preparation tech-
under pressure.
nique.
The main techniques used for the preparation of the mixtures
are :
a) volumetric Pumps;
1 Scope and field of application
b) periodic injection ;
The International Standard constitutes part 1 of ISO 6145,
c) continuous injection ;
which deals with the various dynamic volumetric methods used
d) capillary ;
in the preparation of calibration gas mixtures.
---.-.--
1) In this International Standard, the term “concentration” designates a concentration a mass ratio, a volume ratio, a molar ratio or a ratio of
pressures.
1
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SIST ISO 6145-1:1995
ISO 6145/1-1986 (EI
It describes the calibration methods involved in the preparation ISO 89!59/2, Gas flow rate measurement - Volumetric method
- Part 2: Bell prover. 1)
sf gas mixtures by dynamic volumetric techniques. It also gives
a brief presentation of a non-exhaustive list of examples of
dynamic volumetric techniques which are described in more
detail in other Parts of ISO 6145.
3 Calibration methods
2 References
3.1 General
Preparation of calibration gas mix-
ISO 6142, Gas analysis -
The accuracy and precision of the concentration Cr,,,, of a com-
tures - Weighing methods.
ponent I of a calibration mixture M depends at any time on the
accuracy and precision of the calibration method, the frequen-
ISO 6143, Gas analysis - Determination of composition of
cy with which it is applied, and the stability of the regulation
calibra tion gas mixtures - Comparison me thods.
devices involved in the dynamic preparation technique.
ISO 6147, Gas analysis - Reparation of calibra tion gas mix-
To assess the instantaneous accuracy of the whole procedure,
tures - Saturation method.
account has to be taken of the time required for the calibration
method and the instantaneous possible Variation of the prin-
ISO 6349, Gas analysis - Reparation of calibration gas mix-
cipal Parameters of the technique as weil as any possible drift of
tures - Permea tion method.
these Parameters during the calibration procedure.
ISO 7395, Gas analysis - Reparation of calibration gas mix-
tures - lMass dynamic method.
According to the preparation technique for the gas mixtures
used, calibration tan be carried out by one of the following
ISO 6145, Gas analysis - Prepara tion of calibration gas mix-
methods :
tures - D ynamic volumetric methods
a) measurement of flow rate (mass or volume);
- Part 2: Volumetric Pumps. 1)
- Part 3: Periodic injections in to a flowing gas stream.
b) comparison method ;
- Part 4: Con tinuous injection method.
c) tracer method;
- Part 5: Capillary calibra tion devices. 1)
d) direct Chemical analysis.
- Part 6: Sonic orifices.
Mass flow con trollers. 1)
- Part 7:
Table 1 Shows the applicability of each calibration method to
- Part 8: Diffusion. 1) the different preparation techniques.
fahle 1 - Calibration methods applicable to the preparation techniques
Calibration methods
Preparation techniques
Comparison Flow rate
Direct
Tracer
(ISO 6143) measurement analysis
+ + +
Volumetric Pumps , May be ap-
‘. plica ble ; depends
Periodic injection + +
on nature of com-
Continuous injection -k +
ponents
+
Capillary + +
Sonic orifice + + +
Mass f low controliers + + +
Diffusion +
Permeation +
1) In preparation.
2
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SIST ISO 6145-1:1995
ISO 6145/1-1986 (EI
The soap-film and mercury-sealed Piston flowmeters share a
In general, the principles of the methods fall into two cat-
common principle, i.e. that of Timing the travel of a soap bubble
egories, as follows :
or Piston between carefully defined Points. The wet gas meter
a) those in which the flow rates of component gases are
is an integrating device which indicates the total volume of gas
measured either by volume or by mass and in which the
that has been passed through it (the dry gas meter, familiar
concentration in the final mixture is calculated from the flow
from the domestic environment, has a similar integrating pro-
rate. Different techniques may be used for the individual
perty but has not been included because it is less accurate).
components of a mixture and these may be calibrated by
The variable area flowmeter (“rotameter”) is a continuously in-
different methods. The principle of measurements of in-
dicating device. The thermal mass flow Sensor measures mass
dividual flow rates, however, remains ;
flow rate as a function of heat flux.
b) those which operate directly on the final mixtures.
Calibration of these flow rate measuring devices is carried out
using one of the following methods:
Since different principles are involved, they are given separately
under each individual method. f) bell prover;
g) gravimetric method ;
Since the calibration methods have different principles and the
h) weighing the volume of water.
equipment used for the realization of the gas flow rates is dif-
ferent, different units tan be used to express the concentra-
The hell prover is a device for creating a constant and defined
tions. .
flow rate of gas, acting as a mechanically driven gas holder.
The gravimetric method measures the mass of gas which has
For calibrations using the comparison method, the concentra-
flowed at a constant rate for a defined time through the device
tion is expressed in mole fractions because most of the calibra-
to be calibrated. The volume of water equivalent to the measur-
tion gas mixtures used for the comparison will if possible be
ing volume of a soap-film or mercury-sealed Piston flowmeter
described in this way.
tan be accurately weighed under carefully controlled condi-
tions.
Using techniques based on volume flow rate leads in the first
instance to volume ratios or percent volume. Recalculation of
The bell prover and the gravimetric method tan be used di-
these data to mole fractions is possible but leads to an increase
rectly, where appropriate, to calibrate the various preparation
in the uncertainty because of the uncertainty of the density and
techniques, but the information is more commonly transferred
molar-volume data. In this case the expression in volume frac-
via one of the flow rate measurement devices.
tions is preferred.
Calibration with the gravimetric method gives mass fractions
3.2.2 Description of flow measurement devices
for the concentrations of components in gas mixtures. These
tan be recalculated to mole fractions by using the atomic
3.2.2.1 Soap-film flowmeter
weights. Expression in mole fraction is therefore preferred.
3.2.2.1.1 Principle
3.2 Measurement of individual flow rates
A special soap-film flowmeter is used for this measurement.
The size of the tube is Chosen to be much larger than normal so
3.2.1 General
that the volume and time measurements tan both the made
with greater accuracy. The measuring tube (sec figure 1) is in-
Under some circumstances the total flow rate cannot be taken
stalled vertically in an insulated box, inside which air is con-
as the sum of tvvo individual flow rates qA and qB which have
tinuously circulated at a controlled temperature in the range
been measured separately. These Problems of non-additivity
23,3 to 23,5 OC with a Variation of rf: 0,02 OC. The temperature
tan be caused by deviations from the laws of ideal gas
is controlled by thermometers which are calibrated to 0,l OC
behaviour or by changes in conditions such as back-pressure or
and which tan be read to 0,Ol OC.
viscosity resulting from the blending of the two flow rates.
Deviations from ideal behaviour tan be predicted with
The gas to be measured is saturated with water vapour at the
reasonable accuracy and other non-additivity errors tan be
temperature of the measuring tube by passing it through three
minimized by careful attention to apparatus design.
successive wash bottles, each of which contains a sintered
bubbler. lt is then introduced into the measuring tube by the
Flow rate measurement is normally carried out using one of the
side-arm at the top. The Solution used to produce the soap-film
following :
is introduced dropwise through the centre tube at the top. This
a) soap-film flowmeter ; Solution consists sf demineralized water containing 0,005 mol/1
of sulfuric acid, 4 ml/l of a non-ionic sutface-active agentl) and
b) mercury-sealed Piston flowmeter ;
1 ml/l of a colouring agent (e.g. mixed indicator) for better light
absorption. When a drop of Solution arrives at the narrow sec-
c) wet gas meter;
tion at the top of the tube, a film forms across the tube and is
d) variable area flowmeter ;
carried down it by the gas flow. Photoelectric cells and lights
are located at each side of the tube, positioned in such a way
e) thermal mass flow Sensor.
1) A suitable product, available commercially, is Nekanil C. This information is given for the convenience of the user of this International Standard
and does not constitute an endorsement of this product by ISO.
3
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SIST ISO 6145-1:1995
ISO 6145/1-1986 (El
that they cannot move. As the soap-film Passes the photoelec- Variations in solubility over the temperature range likely to be
tric cells, it first Starts and then Stops an accurate electronie
used for this measurement will not significantly affect the likely
timer. At the outlet of the tube the film bursts in a syphon, and error.
the gas Passes out of the System. The pressure in the measur-
ing tube is measured by a U-tube manometer filled with water
3.2.2.1.8
Reduction in vapour pressure of water
and connected to the outlet. Before a measurement is made,
several bubbles should be formed and passed along the tube to
The reduction in the partial pressure of water caused by the
ensure that the Walls are thoroughly wetted.
surface active agent or the indicator tan only be about 1 %
relative. This should remain the same between calibration and
3.2.2.1.2 Influence of temperature Variation
measurement and so the errors are represented by the Variation
in this reduction, according to the degree of Saturation (sec
The values measured are all recorded in the temperature band
3.2.2.1.6). If the Variation is 10 % relative, this is 10 % of
between 23,3 and 23,5 OC. The measuring tube is made of
3 x 10-4, i.e. 3 x 10-5.
borosilicate glass having a coefficient of linear expansion of
3,3 x 10-6 K -1. The result is that, taking into account the
3.2.2.1.9 Error summation
control of temperature to + 0,02 OC, there is a maximum varia-
tion in the volume of the measuring tube of approximately
The sum of the possible errors described in 3.2.2.1.2 to
2 x 10-7 and a maximum Variation in the volume of gas of
3.2.2.1.8 is as follows :
7 x 10-5.
temperature 7 x IO-5
3.2.2.1.3 Influence of the pressure drop
pressure 1 x 10-4
The pressure in the soap-film flowmeter will not vary from at-
diffusion
0
mospheric by more than 1 mbar at any value of flow rate and
film thickness
2 x 10-5
this tan be measured to 0,l mbar, giving an error of 10-4.
humidity
3 x 10-4
3.2.2.1.4 Diffusion across the film
solubility
4 x IO-5
vapour pressure 3 x 10-5
gas across the soap-film will not occu since
Diffusion of the
the composition is identical on each side.
Total 5,6 x IO-4
3.2.2.1.5 Influence of film thickness
3.2.2.2 Mercury-sealed Piston flowmeter
The thickness of the soap-film layer and of the volume of liquid
3.2.2.2.1 Principle
contained in the measuring tube tan be determined accurately
with a burette. Two drops per measurement are enough to pro-
A precision bore glass measuring tube (see figure 2) is set ver-
duce a bubble which traverses the measuring volume without
tically in an insulated box fitted with temperature regulation.
bursting. The thickness of the film varies the volume. The
The temperature is maintained constant to within + 0,02 OC.
volume of a drop of liquid is 0,03 ml compared with a tube
volume of 1 356 ml, i.e. an error of 2 x 10-5 and with a
The measuring tube is divided into a number of sections by
reproducibility of rt 20 % on two drops.
photoelectric cells serving as Sensors, and the actual volume
between two adjacent photoelectric cells is determined by fill-
3.2.2.1.6 Differentes in humidity
ing with water and weighing (see 3.2.3.3).
The saturator is of high efficiency, such that a Variation of 1 %
A constant flow moves a frictionless Piston with a constant
relative humidity between one gas and another corresponds to
Speed upwards. The displaced volume tan be estimated from
a Variation in the volume of the gas sf
the dimensions of the tube or measured from the water calibra-
tion.
21,5 1
- 760 x 100
The Piston, made of plastics (e.g. PVC) or glass contains a
horizontal, circular groove, filled with mercury. The purity of
i.e. 3 x IO-4
the mercury is such as to ensure that the Piston does not stick
in Operation.
Solubility of gases in water
3.2.2.1.7
The Piston is allowed to attain a constant Speed before time
Typical values for solubility in 1 ml of water at ambient counting is allowed to Start at Sensor 1.
temperature are 0,02 ml of hydrogen, 0,03 ml of Oxygen and
0,87 ml of carbon dioxide, Depending on the flow rate and the tube size, counting is stop-
ped when the Piston Passes Sensor 2 or Sensor 3. Sensors tan
Even if the water is pure the error in the volume resulting from
be of the reflection type because of the high reflectance of the
the carbon dioxide dissolved in 0,6 ml of the liquid just mercury ring. Because of a high back-pressure caused by the
introduced into the measuring tube amounts only to 0,05 ml
weight of the Piston, the measured pressure differente is of the
per 1 356 ml, i.e. an error of 4 x 10-5.
Order of 1 mbar up to 10 mbar. The measuring sequence Starts
4
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SIST ISO 6145-1:1995
ISO 6145/1-1986 EI
with closing side 1 of the 3-way valve (sec figure 2). As soon as unsealed by being above the fluid level. The vanes which
the Piston Passes Sensor 1, time counting Starts; it Stops after separate the compartments dip below the fluid at all times, but
the Piston Passes the next Sensor. The 3-way valve resets its are not continued to the spindle, so that fluid is able to pass to
Position and the Piston falls down on the spring. The flowmeter and from each compartment as the drum rotates.
is then ready to Start again.
Figure 3 Shows the Operation of a Single compartment of the
3.2.2.2.2 Influence of temperature Variation meter. In (a) the compartment is filled with fluid with both con-
nectors sealed. Rotation of the drum brings it to Position (b),
where gas tan flow into the compartment and by doing so con-
The measuring tube is made of borosilicate glass having a coef-
tinues to rotate the drum. At Position (c) both connectors are
ficient of linear expansion of 3,3 x 10-6 K -1. The result is
sealed once more with a defined volume of gas in the compart-
that, taking into account the control of temperature to
ment, which is then discharged during further rotation (d).
rt 0,02 *C, there is a maximum Variation in the volume of the
tube of approximately 2 x 10-7 and a maximum Variation in
the volume of gas of 7 x 10-5.
A pointer attached to the drum spindle rotates against a circular
scale on the front of the instrument and a simple mechanical in-
Influence of the pressure drop tegrator records the number of revolutions. Meters are gener-
3.2.2.2.3
ally available in the ranges 0,25 to 25 Vrevolution, suitable for
maximum flow rates of 140 to 3 000 Vh. Meters with extemal
diff erence over the mercury-sealed Piston
The pressure
water jackets are available for precise temperature control.
depends on the mass and dimensions of the Piston.
Pressure differentes from 1 mbar to 10 mbar are found in prac-
If the fluid in the meter is water, the gas entering the meter
tice. For the volume calculation a correction for this pressure
should be saturated with water vapour at the temperature of
differente should be made:
the meter. This prevents loss of water from the meter and
uncertainty as to the correction for gas volume. If the fluid is oil
p + 1 013
of low vapour pressure, no such precaution is necessary. A
v= v.
small amount of pressure is necessary to operate the meter and
1 013
( >
this is measured by a U-tube manometer at the meter inlet. Due
to slight differentes in volume between the compartments, the
The accuracy of the determination of this pressure is about
rate of gas delivery may vary slightly during a complete revolu-
0,Ol mbar, which gives an error on the volume of 10-5.
tion and so, where possible, only whole numbers of revolutions
of the meter should be used. For the same reason, the inlet
3.2.2.2.4 Diffusion accross the Piston
pressure may vary during a complete revolution and the mean
pressure should be estimated.
The construction of the mercury-sealed Piston does not provide
for the possibility of keeping the same composition of the gas
The meter should be kept level during calibration and use. The
on both sides. Though diffusion along the mercury seal is still
level of fluid in the meter is also critical as it defines the volumes
possible, the effect is considered negligible in general practice.
of the compartments. This level tan be most accurately
adjusted with no gas flowing through the meter, after which
3.2.2.2.5 Error summation
calibration for each required value of flow rate is necessary.
Calibration is independent of the gas used, provided that the
The sum of the possible errors described in 3.2.2.2.2 to
fluid is given time to become saturated with the gas in use, and
3.2.2.2.4 is as follows:
free from any previously used gas.
7 x 10-5
temperature
3.2.2.3.2 Temperature variations
1 x 10-5
pressure
diff usion across Piston 0
Thermal expansion of the meter tan be neglected, since the ef-
Total 8 x 10-5
fett on the contained gas volume is much greater. Assuming
that the temperature tan be read during calibration and analysis
to within 0,05 *C, and the appropriate correction applied, the
3.2.2.3 Wet gas meter
maximum Variation of 0,l *C represents an error of 3,4 x 10 -4.
3.2.2.3.1 Principle
3.2.2.3.3 Influence of pressure
A wet gas meter consists of a drum which tan rotate about a
horizontal axis within an outer case. The drum is divided into
four compartments of equal capacity which are arranged radial-
Atmospheric pressure tan be measured with an uncertainty of
ly about the axis of rotation. Esch compartment has an inlet
2 x 10-5, giving a Variation in the measured value between
opening at one end and an outlet at the other. The drum rotates
calibration and analysis of 4 x 10 -5. The excess pressure in the
in water or oil which is contained in the outer case and the level
meter, which varies during the rotation cycle, tan be measured
of which is adjusted to act as a seal so that the compartments
with an uncertainty of 0,l mbar, giving a Variation between
fill with, trap and deliver gas in succession. The positions of the
calibration and analysis of 2 x 10-4. A total error of
inlet and outlet openings are such that at no time are both
2,4 x 10-4 may be expected.
5
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SIST ISO 6145-1:1995
ISO 6145/1-1986 (El
3.2.2.3.4 Differentes in humidity These equations suggest that different gases tan be used, or
the same gas at different pressures with appropriate conversion
factors based upon the Change in e,. In fact, this tan Cause
If the meter is filled with water then, in the range 18 to 22 OC,
serious errors as the coefficient of discharge tan Change; a
the 0,l OC temperature Variation will Cause an uncertainty in the
variable area meter should, therefore, be used only with the gas
vapour pressure of water of about 0,14 mbar, and hence an
with which it was calibrated and under the same pressure con-
uncertainty in the total gas volume of 1,4 x 10-4. Also varia-
ditions.
tion in saturator efficiency of 1 % relative humidity will Cause a
Variation in gas volume of 3 x 10-4. A total error of
4,4 x 10 -4 may be expected.
Any individual meter will have a measuring range of about
10: 1. The range of meters available should cover any flow rate
needed for dynamic volumetric methods from 10 ml/min up-
3.2.2.3.5 Error summation
wards.
The sum of the possible errors described in 3.2.2.3.2 to
3.2.2.4.2 Resettability of flow rate
3.2.2.3.4 is as follows:
Water-filled . Oil-filled
Between calibration and use, the perceived Variation in flow
rate should not exceed 2 x 10-2 provided that the float is in
temperature 3,4 x 10-4 3,4 x 10-4
the upper half of the scale.
pressure 2,4 x 10-4 2,4 x 10-4
humidity 4,4 x 10-4 0
3.2.2.4.3 Influence of temperature Variation
Total 1,02 x 10-3 5,8 x 10-4
By comparison with the meters described in 3.2.2.1, 3.2.2.2
and 3.2.2.3, variable area meters are relatively crude devices
3.2.2.4 Variable area flowmeter and as such are often used subject to variations caused by
changes in ambient conditions without these changes being
measured and, corrections applied. The equations given in
3.2.2.4.1 Principle
3.2.2.4.1 show that flow rate varies inversely with the Square
root of gas density, and gas density itself is inversely related to
A variable area flowmeter (“rotameter”) consists of a tapered
temperature so that
glass tube mounted vertically with the smaller diameter at the
bottom. The tube contains a spherical or conical float, the
1 AT
Aq
--.--z-,-
largest diameter of which is slightly smaller than the bore at the
bottom of the tube. Suitable Stops at the top and bottom of the 4 2 T
tube prevent the float from being lost.
Hence, for a Variation of 3 OC between calibration and use, the
Variation in flow rate is 5 x 1 O-3.
When gas enters the lower end of the tube, the float rises to a
Position at which its weight is supported by the pressure drop
across the annulus between the float and the tube. The posi-
3.2.2.4.4 Influence of pressure Variation
tion of the float is read against graduation marks on the tube.
The variable area flowmeter is most likely to be used at at-
The flow rate, 4, is gien by
mospheric pressure. The pressure drop across the meter is low
(up to 2 mbar) and so possible variations in atmospheric
@f -9, Or5
pressure are much more significant. Gas density is directly
q = K,.h -
related to pressure so that
5
[ 1
& 1 AP
-z-.-
4 2 P
K, is a constant which includes the coefficient of
discharge through the annulus ;
Hence, for a Variation of 20 mbar between calibration and use,
the Variation in flow rate is 1 x 10-2.
h is the height of the float in the tube;
3.2.2.4.5 Error summation
is the density of the float;
@f
is the density of the gas in the same units as ef.
The sum of the possible errors described in 3.2.2.4.2 to
3.2.2.4.4 is as follows:
Since ef + Q,
resetta bility 2 x 10-2
A$h
=- temperature 5 x 10-3
4
(Q,v=
pressure 1 x 10-2
where K2 is a constant including K1 and the density of the float.
Total 35 x 10-2
6
---------------------- Page: 10 ----------------------
SIST ISO 6145-1:1995
ISO 6145/1-1986 (EI
3.2.2.5.3 Influence of pressure Variation
3.2.2.5 Thermal mass flow Sensor
The values of cr, and ,Q are influenced by pressure variations to
3.2.2.5.1 Principle
an extent which depends upon the gas. Table 3 gives the values
for some gases at a temperature of approximately 290 K and a
A thermal mass flow Sensor relates an applied upstream!
pressure of approximately 1 013 mbar.
downstream temperature differente to a mass flow rate.
Table 3 - Examples of influence of pressure Variation
A constant heat flux, @, given to a gas stream, Causes a
temperature rise, AT, determined by the heat capacity of the
dc,ldp
e WdP
cP
particular gas and the flow rate such that Gas
(kJ-kg-‘-K-‘] kJ-kg-1-K-‘*bar-1) (kg.m-a) (kg.m-%ar--1)
I I
0,0017 1,163 1,16
Q)
AT=--- 0,000 8 1,335 1,30
0,
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.MEXjJYHAPO~HAR OPI-AHH3AlJMR l-l0 CTAHAAPTbl3A~~M.ORGANISAilON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz pour
Méthodes volumétriques dynamiques -
étalonnage -
Partie 1 : Méthodes d’étalonnage
Gas analysis - Prepara tion of calibra tion gas mixtures - Dynamic volumetrie methods - Part 7 : Methods of cafibration
Première édition - 1986-10-15
û
Y
CDU 543.27 : 53369.68 Réf. n* : ISO 6145/1-1966 (FI
E
Descripteurs : analyse de gaz, étalonnage, mélange de gaz, échantillon témoin, préparation.
Prix basé sur 21 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
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 confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéresse par une étude a le droit de kaire partie du comité technique
créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 6145/1 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 158, Analyse des gaz.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
0 Organisation internationale de normalisation, 1986 l
Imprimé en Suisse
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ISO 6145/1-1986 (F)
NORME INTERNATIONALE
Préparation des mélanges de gaz pour
Analyse des gaz -
étalonnage - Méthodes volumétriques dynamiques -
Partie 1 : Méthodes d’étalonnage
0 Introduction e) orifices avec écoulement sonique;
Les méthodes volumétriques dynamiques consistent à intro-
f) régulateurs de débit-masse;
duire un débit donné qA de gaz A dans un débit constant qB
d’un gaz de complément B. Le gaz A peut être un constituant
g) diffusion ;
pur I ou un mélange, défini par sa concentration cIA en consti-
tuant 1, obtenu par une autre méthode de préparation.
h) perméation.
Le débit du mélange des gaz A et B résultant M, dans lequel la
Dans tous les cas, et plus particulièrement s’il s’agit de mélan-
concentrationl) du constituant I est CIM, est égal à qM. La con-
ges tr& dilués, les matériaux utilisés pour l’appareillage doivent
centration finale CIM est calculée à partir des débits des gaz A
être choisis en fonction de leur résistance à la corrosion et de
et B ou à partir du rapport qA/qB ou encore par le mesurage de
leur faible capacitd d’absorption (le plus souvent verre, PTFE
la concentration du constituant I dans le mélange résultant, tel
ou acier inoxydable). II faut cependant remarquer que ces phé-
que donnb par l’équation
noménes sont moins importants pour les méthodes volum&ri-
ques dynamiques que pour les méthodes statiques.
CIM = CIA
De nombreuses variant& ou combinaisons des techniques
principales peuvent être envisagées et on peut également pré-
parer des mélanges de plusieurs constituants par dilutions suc-
Dans cette formule, il est présumé que CIB, concentration du
cessives.
constituant I dans le gaz B, est égale à zéro.
Certaines de ces techniques permettent le calcul de la concen-
L’introduction du gaz A peut être continue (par exemple, tube à
tration finale du mélange de gaz sur la base d’informations
perméation) ou pseudo-continue (par exemple, pompe volumé-
d’ordre physique (par exemple, taux de diffusion, débit au tra-
trique à piston). Une chambre d’homogénéisation du mélange
vers de capillaires). Cependant, toutes les techniques étant des
devrait être insérée dans le systéme avant l’analyseur et elle est
méthodes dynamiques qui s’appuient sur des débits stables, la
particulièrement essentielle dans le cas d’une introduction
présente Norme internationale souligne l’importance de I’éta-
pseudo-continue. Le débit du constituant A est mesuré soit
lonnage des techniques par mesurage des débits invididuels ou
directement en termes de volume ou de masse, soit indirecte-
de leurs rapports ou par détermination de la concentration
ment par mesurage de la variation d’une propriété physique.
finale du mélange. Cette méthode d’étalonnage definit la préci-
sion de la composition du mélange de gaz pour étalonnage : la
Les techniques de préparation volumétriques dynamiques pro-
technique volumétrique dynamique employée a une certaine
duisent un débit continu de mélanges de gaz pour étalonnage
variabilité associée. La connaissance de la composition du
dans l’analyseur mais en gilnéral ne permettent pas de consti-
mélange final dépend à la fois de la m&hode d’étalonnage et de
tuer une réserve de gaz par stockage sous pression.
la technique de préparation.
Les principales techniques utilisées pour la préparation des
mélanges sont les suivantes :
1 Objet et domaine d’application
a) pompes volumétriques ;
b) injections périodiques ;
La présente Norme internationale constitue la partie 1 de
I’ISO 6145, qui traite des diverses méthodes volumétriques
c) injection continue ;
dynamiques utilisées pour la préparation des mélanges de gaz
d) capillaire ;
pour étalonnage.
1) Dans la présente Norme internationale, le terme woncentration)) désigne soit une concentration, soit un titre massique, volumique ou molaire,
soit un rapport de pressions.
1
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ISO 6145/1-1986 (FI
ISO 8959/2, Mesure de débit des gaz - Méthode volumétrique
Elle décrit les méthodes d’étalonnage impliquées dans la prépa-
- Partie 2: Système à cloche. 1)
ration des mélanges de gaz pour étalonnage par les techniques
volumétriques dynamiques. Elle donne également une présen-
tation succincte d’une liste non exhaustive d’exemples de tech-
niques volumétriques dynamiques qui sont décrits plus en
détail dans les autres parties de I’ISO 6145. 3 Méthodes d’étalonnage
3.1 Généralités
2 Références
La précision et la fidélité de la concentration CIM d’un consti-
ISO 6142, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz
tuant I dans un mélange d’étalonnage M dépend à tout
Méthodes pondérales.
pour étalonnage -
moment de la précision et de la fidélité de la méthode d’étalon-
nage et de la fréquence avec laquelle elle est appliquée de
Dé termina tion de la composition
ISO 6143, Analyse des gaz -
même que de la stabilité des dispositifs de réglage impliqués
de mélanges de gaz pour étalonnage - Methodes par compa-
dans la technique de préparation dynamique.
raison.
ISO 6147, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz Pour évaluer la précision instantanée de l’ensemble de la procé-
Me thode par saturation.
pour étalonnage - dure, on doit principalement prendre en considération le temps
de résolution de la méthode d’étalonnage et la variation instan-
ISO 6349, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz
tanée éventuelle des principaux paramétres de la technique
,
Methode par perméation.
pour étalonnage -
ainsi que toute dérive éventuelle de ces paramétres pendant la
période d’étalonnage.
Préparation des mélanges de gaz
ISO 7395, Analyse des gaz -
pour étalonnage - Methodes dynamiques massiques.
Compte tenu de la technique de préparation des mélanges de
l’étalonnage peut être effectué par l’une des
gaz utilisés,
ISO 6145, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz
méthodes suivantes :
Methodes volumétriques dynamiques
pour étalonnage -
-
a) mesure du débit (masse ou volume);
Partie 2: Pompes volumetriques. 1)
- Partie 3 : Injections périodiques dans un flux gazeux.
b) méthode par comparaison;
- Partie 4: Methode #injection continue.
c) méthode par traceur;
-
Partie 5: Dispositifs d’étalonnage par capillaires. 1)
- Partie 6: Orifices avec ecoulement sonique. d) analyse chimique directe.
-
Partie 7: Régulateurs de débit-masse. 1)
Le tableau 1 indique quelle méthode d’étalonnage est applica-
Y
Partie 8: Diffusion. 1) ble selon les diverses techniques de préparation.
Tableau 1 - Mbthodes d’étalonnage applicables aux techniques de prbparation
M&hodes d’étalonnage
Techniques de prdparation Analyse
Comparaison
Traceur chimique
Debit-volume
(SO 61431
directe
Pompes volumétriques + Peut être appli-
a table, dépend dl
+
Injections périodiques
. la nature des
+
Injection continue constituants
+
Capillaires
Orifices avec écoulement sonique +
Régulateurs de débit-masse i-
+
Diffusion
Perméation +
1) En cours d’élaboration.
2
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ISO 6145/1-1986 (FI
Les débitmètres à lame de savon et à piston à joint de mercure
En général, les principes des méthodes entrent dans deux caté-
gories : ont un principe identique, à savoir celui de compter le temps de
déplacement de la lame de savon ou du piston entre deux
a) ceux dans lesquels les debits des constituants gazeux
points soigneusement définis. Le compteur à gaz par voie
sont mesurés soit par volume soit par masse et la concentra-
humide est un dispositif d’intégration qui indique le volume
tion dans le mélange final est calculee à partir des débits.
total de gaz qui l’a traversé (le compteur à gaz par voie sèche,
Différentes techniques peuvent être utilisees pour les cons-
bien connu dans l’environnement domestique, a une propriété
tituants individuels d’un mélange et celles-ci peuvent être
d’intégration semblable mais n’est pas traité ici car il est moins
étalonnées par différentes méthodes ; toutefois, le principe
précis). Le débitmetre à section variable krotamétre)~) est un
du mesurage de débits individuels reste acquis;
dispositif d’indication en continu. Le détecteur de débit de
b) ceux qui agissent directement sur les mélanges terminés.
masse thermique mesure un débit de masse en fonction du flux
calorifique.
Différents principes étant impliqués, ils sont donnés séparé-
ment dans chaque méthode individuelle.
L’étalonnage de ces dispositifs de mesure du débit est effectué
Par
Comme les méthodes d’étalonnage reposent sur des principes
f) système à cloche;
différents et que l’équipement utilisé pour la réalisation de
débits gazeux est différent, différentes unités peuvent être
g) méthode gravimétrique;
employées pour exprimer les concentrations.
h) pesée d’un volume d’eau.
Les étalonnages à l’aide de la méthode par comparaison con-
Le systéme à cloche est un dispositif destine à créer un débit de
duisent à des unités de concentration en fractions de mole car
gaz constant et connu et qui agit comme un gazomètre mû
la plupart des mélanges de gaz pour étalonnage utilisés pour la
mécaniquement. La methode gravimétrique mesure la masse
comparaison seront, si possible, décrits de cette façon.
de gaz qui est passée, à débit constant, pendant un temps
défini, au travers du dispositif à étalonner. Le volume d’eau
L’utilisation de techniques basées sur un débit en volume con-
équivalent au volume de mesurage d’un débitmètre à lame de
duit en premier lieu à des rapports de volume ou à un pourcen-
savon ou à piston a joint de mercure peut être pesé avec préci-
tage de volume. II est possible de recalculer ces données en
sion dans des conditions régulées avec soin.
fractions de mole mais ceci provoque une augmentation de
l’incertitude en raison de l’incertitude des données relatives à la
Le système à cloche et la méthode gravimétrique peuvent être
densité et au volume molaire. Dans ce cas, une expression en
utilisés directement, le cas échéant, pour étalonner les diverses
fractions de volume est préférée.
techniques de préparation, mais l’information passe plus géné-
ralement par les dispositifs de mesure du débit.
L’étalonnage par methode gravimétrique fournit des fractions
de masse pour les concentrations de constituants de mélanges
gazeux. Celles-ci peuvent être recalculées en fractions de mole
3.2.2 Description des dispositifs de mesure de debit
en utilisant les masses atomiques. L’expression en fraction de
mole est en conséquence préférée.
3.2.2.1 Débitmétre a lame de savon
3.2 Mesurage des debits individuels 3.2.2.1 .l Principe
Un debitmetre à lame de savon, de conception particuliére, est
3.2.1 Gbn&alités
utilisé pour cette mesure. Les dimensions du tube sont choisies
de maniere à être beaucoup plus grandes que la normale de
Dans certains cas, le débit total ne peut pas être pris égal à la
façon que les mesures de volume et de temps puissent être pra-
somme des deux débits individuels qA et qB qui ont été mesurés
séparément. Ces problèmes de non-additivite peuvent être cau- tiquées toutes deux avec une meilleure précision. Le tube de
sés par des écarts à la loi des gaz parfaits ou par des variations mesure (voir figure 1) est disposé verticalement dans un coffret
de conditions telles que variation de pression et viscosité résul- isolé dans lequel circule de l’air en continu à température régu-
Me dans la gamme de 23,3 à 23,5 OC avec une variation de
tant du mélange des deux koulements. Les écarts par rapport
à la loi des gaz parfaits peuvent être prévus avec une précision + 0,02 OC. La température est surveillée par des thermomètres
raisonnable et les autres erreurs de non-additivité peuvent être etalonnés a 0,l OC prés et pouvant être lus à 0,Ol OC prés.
minimisées en prenant des précautions dans la conception de
Le gaz à mesurer est saturé de vapeur d’eau à la température du
l’appareillage.
tube de mesure en le faisant passer par trois laveurs successifs,
Le mesurage du débit est normalement effectué par chacun d’eux contenant un bulleur fritté, puis ce gaz est intro-
duit dans le tube de mesure par la pièce en té au sommet. La
a) debitmétre à lame de savon ;
solution utilisée pour produire la lame de savon est introduite
b) débitmétre a piston à joint de mercure;
goutte à goutte par le tube central au sommet. Cette solution
consiste en de l’eau déminéralisée contenant, par litre,
c) compteur à gaz par voie humide;
0,005 mol d’acide sulfurique, 4 ml d’agent tensio-actif non
d) débitmètre à section variable;
ionique11 et 1 ml de colorant (par exemple indicateur mixte)
e) détecteur de débit de masse thermique. pour une meilleure absorption de la lumiere.
1) Un produit acceptable, diffusé sur le marché, est le Nekanil C. Cette information est donnée pour la commodité des utilisateurs de la présente par-
tie de I’ISO 6145 et ne signifie pas que I’ISO approuve ce produit.
3
---------------------- Page: 5 ----------------------
1s0 6145/1-1986 (FI
Même si l’eau est très pure, l’erreur de volume résultant du
Quand une goutte de solution arrive au niveau du rétrécisse-
ment de section au sommet du tube, une lame se forme dans le dioxyde de carbone dissout dans 0,6 ml de liquide venant juste
d’être introduit dans le tube de mesure n’est que de 0,05 ml
tube et est entraînée vers le bas par l’écoulement de gaz. Les
cellules photoélectriques et les lampes sont fixées à chaque pour 1 356 ml, c’est-à-dire une erreur de 4 x 10-S.
extrémité du tube de telle sorte qu’elles ne puissent pas être
déplacées. Lorsque la lame de savon passe au niveau des cellu-
Les variations de solubilité dans la gamme des températures
les photoélectriques, elle met d’abord en marche puis arrête un
dans laquelle peut avoir lieu cette mesure n’affecteront pas
chronométre électronique précis. À la sortie du tube, la lame
l’erreur possible de facon significative.
,
éclate dans un syphon et le gaz sort du système. La pression
dans le tube de mesure est mesurée par un manomètre à tube
3.2.2.1.8 Réduction de la pression de vapeur d’eau
en U rempli d’eau et relié à la sortie. Avant qu’une mesure soit
effectuée, plusieurs bulles doivent se former et passer le long
La réduction de la pression partielle d’eau créée par l’agent
du tube afin que ses parois soient entièrement mouillées.
tensio-actif ou l’indicateur ne peut être que de 1 % environ en
valeur relative. Cette réduction doit rester la même entre I’éta-
3.2.2.1.2 Influence de la variation de température
lonnage et le mesurage, et par conséquent les erreurs sont
représentées par la variation de cette réduction en fonction du
Les valeurs mesurées sont toutes enregistrées dans la zone de
degré de saturation (voir 3.2.2.1.6). Si la variation est de 10 %
température située entre 23,3 et 23,5 OC. Le tube de mesure est
en valeur relative, cela correspond à 10 % de 3 x 10 -4 soit
en verre borosilicaté ayant un coefficient de dilatation linéique
3 x 10-5.
de 3,3 x 10-S K -1. II en résulte donc, compte tenu de la régu-
lation de température à St 0,02 OC, une variation maximale du
volume du tube de mesure d’environ 2 x 10-J et du volume du
3.2.2.1.9 Somme des erreurs
gaz de7 x 10-S.
La somme des erreurs potentielles décrites de 3.2.2.1.2 à
3.2.2.1.8 est la suivante :
3.2.2.1.3 Influence de la perte de pression
La pression dans le débitmétre à lame de savon ne doit pas
température 7 x 10-5
varier par rapport à la pression atmosphérique de plus de
pression 1 x 10-d
1 mbar à n’importe quelle valeur de débit et ceci peut être
mesuré jusqu’à 0,l mbar, ce qui donne une erreur de 10-d. diffusion 0
épaisseur de la lame
2 x 10-5
3.2.2.1.4 Diffusion dans la lame de savon
humidité
3 x 10-4
La diffusion du gaz dans la lame de savon ne se produit pas
solubilité 4 x 10-5
puisque la composition est identique de chaque côté.
tension de vapeur 3 x JO-5
Total 5,6 x 10-d
3.2.2.1.5 Influence de l’épaisseur de la lame de savon
L’épaisseur de la couche de lame de savon et du volume de 3.2.2.2 Débitmétre à piston à joint de mercure
liquide contenu dans le tube de mesure peut être déterminée
avec précision à l’aide d’une burette. Deux gouttes ,par mesure
3.2.2.2.1 Principe
suffisent pour produire une bulle qui parcourt le volume de
mesure sans éclater. L’épaisseur du film fait varier le volume. Le
Un tube de mesure avec un alésage de précision (voir figure 2)
volume d’une goutte de liquide est de 0,03 ml par rapport au
est disposé verticalement dans un coffret isolé à température
volume du tube de 1 356 ml, c’est-à-dire une erreur de
régulée. La température est maintenue constante à * 0,02 OC
2 x 10-5 et avec une reproductibilité de + 20 % sur deux
prés.
gouttes.
Le tube est divisé en un certain nombre de sections par des cel-
3.2.2.1.6 Variations de l’humidité
lules photoélectriques utilisees comme détecteurs ; le volume
réel entre deux cellules photoélectriques adjacentes est deter-
Le saturateur étant de haute efficacité, même en admettant une
miné par remplissage avec de l’eau et pesée (voir 3.2.3.3).
variation de 1 % d’humidité relative en passant d’un gaz a un
autre, cela correspond à une variation du volume de gaz de
Un débit constant déplace un piston sans frottement à une
vitesse constante vers le haut. Le volume déplacé peut être cal-
21,5 1
culé à partir des dimensions du tube et/ou de l’étalonnage à
- x 100
760
l’eau.
c’est-à-dire 3 x 10 -4
Le piston, fait de plastique (par exemple PVC) ou de verre,
comporte une rainure circulaire horizontale, remplie de mer-
3.2.2.1.7 Solubilité des gaz dans l’eau cure. La pureté du mercure doit être telle que le piston ne
puisse se coller au cours de son déplacement.
Les valeurs typiques de solubilité dans 1 ml d’eau à température
ambiante sont de 0,02 ml d’hydrogéne, de 0,03 ml d’oxygène et Le piston doit avoir atteint une vitesse constante avant que le
de 0,87 ml de dioxyde de carbone.
chronométrage ne puisse commencer au niveau du capteur 1.
4
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ISO 6145/1-1986 (FI
Suivant le débit et la dimension du tube, le comptage est arrêté capacité égale, placés radialement autour de l’axe de rotation.
lorsque le piston passe au niveau du capteur 2 ou du capteur 3. Chaque compartiment a une ouverture à chacune de ses extré-
Les capteurs sont du type à réflexion compte tenu de la grande mités. Le tambour tourne dans l’eau contenue dans le coffret
réflectance du joint de mercure. Compte tenu de la valeur éle- extérieur et le niveau de l’eau est réglé de maniere a ce qu’il
vée de la pression de retour cré6e par le poids du piston, la dif-
agisse comme un joint de sorte que les compartiments se rem-
férence de pression mesurée est de l’ordre de 1 à 10 mbar. La plissent, conservent et rejettent le gaz successivement. Les
séquence de mesurage commence avec la fermeture du coté 1
positions des ouvertures d’entrée et de sortie sont telles qu’à
de la vanne à trois voies (voir figure 2). Dés que le piston passe aucun moment elles ne puissent être ouvertes ensemble en se
le capteur 1, le chronométrage commence et il s’arrête lorsque trouvant au-dessus du niveau de l’eau. Les robinets qui sépa-
le piston a passé le prochain capteur. La vanne a trois voies
rent les compartiments sont à tout moment sous l’eau mais ne
reprend sa position et le piston tombe sur le ressort. Le débit- sont pas liés à la tige de sorte que l’eau puisse passer dans les
metre est alors prêt a recommencer à fonctionner.
deux sens dans chaque compartiment suivant la rotation du
tambour.
3.2.2.2.2 Influence de la variation de température
La figure 3 montre le fonctionnement d’un seul compartiment
du compteur. En (a), le compartiment est rempli d’eau et les
Le tube de mesure est constitué d’un verre borosilicaté ayant
deux ouvertures sont fermées. La rotation du tambour conduit
un coefficient de dilatation linéique de 3,3 x 10-S K -1. II en
à la position (b) où le gaz peut passer dans le compartiment et
résulte qu’en tenant compte d’une régulation de la température
continuer ainsi à faire tourner le tambour. En position (cl, les
à k 0,02 OC, on trouve une variation maximale du volume du
deux ouvertures sont à nouveau fermées avec un volume défini
tube d’environ 2 x 10 -7 et du volume de gaz de 7 x 10-S.
de gaz dans le compartiment qui est ensuite refoulé pendant la
rotation (dl.
3.2.2.2.3 Influence de la perte de pression
Une aiguille attachée à la tige du tambour tourne devant une
La différence de pression dans le piston à joint de mercure échelle circulaire placée sur l’instrument et un simple intégra-
dépend du poids et de la dimension du piston. teur mécanique enregistre le nombre de tours. Les compteurs
sont généralement disponibles dans la gamme de 0,25 à 25 I/tr,
Des différences de pression comprises entre 1 et 10 mbar sont
ce qui convient pour des débits maximaux de 140 à 3 000 Vh.
courantes en pratique. Pour le calcul du volume, une correction Des compteurs avec des manchons de refroidissement exté-
doit être faite pour tenir compte de cette différence de pression
rieurs existent pour des réglages de température plus précis.
Si le fluide, dans le compteur, est de l’eau, le gaz pénétrant
p + 1 013
v= vo
dans le compteur doit être saturé de vapeur d’eau, à la tempéra-
1 013
( >
ture du compteur. Cette précaution évite toute perte d’eau du
compteur et élimine l’incertitude vis-à-vis de la correction de
La précision de la détermination de cette pression est d’environ
volume de gaz. Si le fluide est de I’huile à faible tension de
0,Ol mbar, ce qui donne une erreur sur le volume de 10-S.
vapeur, une telle précaution n’est pas nécessaire. Une faible
pression est nécessaire pour faire fonctionner le compteur et
3.2.2.2.4 Diffusion dans le piston
elle est mesurée par un manometre a tube en U, contenant de
l’eau, placé à l’entrée du compteur. Compte tenu des légères
La construction du piston à joint de mercure ne fournit pas la
différences de volume entre les compartiments, le débit du gaz
possibilité de conserver la même composition du gaz des deux
peut Iégérement varier pendant un tour complet et par consé-
cotés du piston. Bien que la diffusion le long du joint de mer-
quent on ne considérera autant que possible que des tours
cure soit toujours possible, cet effet est considéré comme
complets du compteur. Pour la même raison, la pression
négligeable dans la pratique courante.
d’entrée peut varier pendant un tour complet et la pression
moyenne doit être évaluée.
3.2.2.2.5 Somme des erreurs
Le compteur doit être conservé horizontal pendant l’étalonnage
La somme des erreurs potentielles décrites de 3.2.2.2.2 à et l’emploi. Le niveau de l’eau dans le compteur est aussi trés
important car il définit le volume des compartiments. Ce niveau
3.2.2.2.4 est la suivante:
peut être réglé de la maniére la plus précise lorsque le gaz ne
température 7 x 10-S passe pas dans le compteur, après quoi un étalonnage pour
chaque valeur requise du débit est nécessaire. L’étalonnage est
pression 1 x 10-S
indépendant du gaz employé pourvu qu’un temps assez long
diffusion dans le piston 0 soit laissé pour que l’eau soit saturée du gaz employé et
exempte de tout gaz utilisé précédemment.
Total 8 x 10-S
3.2.2.3.2 Influence de la variation de température
3.2.2.3 Compteur à gaz par voie humide
La détente thermique du compteur peut être négligée puisque
3.2.2.3.1 Principe
l’influence du volume de gaz contenu est beaucoup plus
grande. Supposant que la température puisse être lue à 0,05 OC
Un compteur à gaz par voie humide se compose d’un tambour
pres pendant l’étalonnage et l’analyse et qu’une correction
qui peut tourner autour d’un axe horizontal dans un coffret
appropriée est appliquée, la variation maximale de 0,l OC repré-
extérieur. Le tambour est divisé en quatre compartiments, de
sente une erreur de 3,4 x 10-d.
5
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 6145/1-1986 (FI
3.2.2.3.3 Influence de la pression ef est la masse volumique du flotteur;
La pression atmosphérique peut être mesurée avec une incerti-
Q, est la masse volumique du gaz, exprimée dans la même
tude de 2 x 10-5, ce qui donne une variation sur la valeur unité que celle de ef.
mesurée entre l’étalonnage et l’analyse de 4 x 10-S. La pres-
sion en excés dans le compteur, qui varie pendant le cycle de
Puisque ef & Q,
rotation, peut être mesurée avec une incertitude de 0,l mbar,
ce qui donne une variation entre l’étalonnage et l’analyse de
K2’h
=-
4
2 x 10 -4. Une erreur totale de 2,4 x 10 -4 peut être attendue.
(egP5
3.2.2.3.4 Différences d’humidité
où K2 est une constante qui tient compte de K1 et de la
masse volumique du flotteur.
Si le compteur est rempli d’eau, une variation de 0,l OC dans
l’intervalle des températures de 18 à 22 OC causera une incerti- Ces équations laissent supposer que l’on peut utiliser différents
tude d’environ 0,14 mbar en ce qui concerne la tension de
gaz ou le même gaz à des pressions différentes avec des fac-
vapeur de l’eau et, par suite, une incertitude de 1,4 x 10 -4 en
teurs de conversion appropriés fondés sur la variation de Q,. En
ce qui concerne le volume total de gaz. De même, une variation fait, cela peut conduire à des erreurs importantes car le coeffi-
de 1 % d’humidité relative, quant à l’efficacité du saturateur,
cient de décharge peut changer et par conséquent un débitmè-
entraînera une variation du volume de gaz de 3 x 10-d. Une tre à section variable ne devrait être utilisé qu’avec le gaz pour
erreur totale de 4,4 x 10-d peut être attendue. lequel il a eté etalonné et sous les mêmes conditions de pres-
sion.
_I
3.2.2.3.5 Somme des erreurs
Tout débitmetre de ce genre a une étendue de mesurage
d’environ 10: 1. La gamme des débitmètres disponibles couvre
La somme des erreurs potentielles décrites de 3.2.2.3.2 a
tout débit nécessaire pour les méthodes volumétriques dynami-
3.2.2.3.4 est la suivante:
ques à partir de 10 ml/min et au-dessus.
Rempli d’eau Rempli d’huile
3.2.2.4.2 Rétablissement du débit
température 3,4 x 10-4 3,4 x 10-J
2,4 x 10-d
pression 2,4 x 10-d
Entre l’étalonnage et l’emploi, une variation percue du débit ne
doit pas dépasser 2 x 10-Z à condition que le flotteur soit à la
humidité 4,4 x 10-d 0
moitié supérieure de l’échelle.
1,02 x 10-S
Total 5,8 x 10-4
,
3.2.2.4.3 Influence de la variation de température
3.2.2.4 Débitmètre à section variable
Par comparaison aux débitmètres décrits ci-dessus, les débit-
mètres à section variable sont des dispositifs relativement gros-
3.2.2.4.1 Principe
siers, et sont donc souvent utilisés avec des’variations de con-
ditions ambiantes sans que ces variations soient mesurées et
Un débitmètre à section variable kotamètre))) est constitué
les corrections appliquées. Les équations ci-dessus montrent
par un tube conique en verre placé verticalement, le diamétre le
que le débit varie en fonction inverse de la racine carrée de la
plus petit étant situé en bas. Le tube contient un flotteur sphéri-
masse volumique du gaz et la masse volumique du gaz varie
que ou conique dont le plus grand diamètre est légèrement plus
quant à elle en fonction inverse de la température; par consé-
petit que l’alésage au fond du tube. Des blocages convenables
quent,
sont aménagés en haut et en bas du tube pour éviter de perdre
le flotteur.
1 AT
A4
-z-.-
Lorsque le gaz entre à la partie basse du tube, le flotteur s’éléve
4 2 T
jusqu’à une position dans laquelle son poids est équilibré par la
perte de pression dans l’espace annulaire situé entre le flotteur
Pour une variation de 3 OC entre l’étalonnage et l’emploi, la
et le tube. La position du flotteur est lue sur une graduation
variation du de
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.MEXjJYHAPO~HAR OPI-AHH3AlJMR l-l0 CTAHAAPTbl3A~~M.ORGANISAilON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz pour
Méthodes volumétriques dynamiques -
étalonnage -
Partie 1 : Méthodes d’étalonnage
Gas analysis - Prepara tion of calibra tion gas mixtures - Dynamic volumetrie methods - Part 7 : Methods of cafibration
Première édition - 1986-10-15
û
Y
CDU 543.27 : 53369.68 Réf. n* : ISO 6145/1-1966 (FI
E
Descripteurs : analyse de gaz, étalonnage, mélange de gaz, échantillon témoin, préparation.
Prix basé sur 21 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
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 confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéresse par une étude a le droit de kaire partie du comité technique
créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 6145/1 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 158, Analyse des gaz.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
0 Organisation internationale de normalisation, 1986 l
Imprimé en Suisse
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ISO 6145/1-1986 (F)
NORME INTERNATIONALE
Préparation des mélanges de gaz pour
Analyse des gaz -
étalonnage - Méthodes volumétriques dynamiques -
Partie 1 : Méthodes d’étalonnage
0 Introduction e) orifices avec écoulement sonique;
Les méthodes volumétriques dynamiques consistent à intro-
f) régulateurs de débit-masse;
duire un débit donné qA de gaz A dans un débit constant qB
d’un gaz de complément B. Le gaz A peut être un constituant
g) diffusion ;
pur I ou un mélange, défini par sa concentration cIA en consti-
tuant 1, obtenu par une autre méthode de préparation.
h) perméation.
Le débit du mélange des gaz A et B résultant M, dans lequel la
Dans tous les cas, et plus particulièrement s’il s’agit de mélan-
concentrationl) du constituant I est CIM, est égal à qM. La con-
ges tr& dilués, les matériaux utilisés pour l’appareillage doivent
centration finale CIM est calculée à partir des débits des gaz A
être choisis en fonction de leur résistance à la corrosion et de
et B ou à partir du rapport qA/qB ou encore par le mesurage de
leur faible capacitd d’absorption (le plus souvent verre, PTFE
la concentration du constituant I dans le mélange résultant, tel
ou acier inoxydable). II faut cependant remarquer que ces phé-
que donnb par l’équation
noménes sont moins importants pour les méthodes volum&ri-
ques dynamiques que pour les méthodes statiques.
CIM = CIA
De nombreuses variant& ou combinaisons des techniques
principales peuvent être envisagées et on peut également pré-
parer des mélanges de plusieurs constituants par dilutions suc-
Dans cette formule, il est présumé que CIB, concentration du
cessives.
constituant I dans le gaz B, est égale à zéro.
Certaines de ces techniques permettent le calcul de la concen-
L’introduction du gaz A peut être continue (par exemple, tube à
tration finale du mélange de gaz sur la base d’informations
perméation) ou pseudo-continue (par exemple, pompe volumé-
d’ordre physique (par exemple, taux de diffusion, débit au tra-
trique à piston). Une chambre d’homogénéisation du mélange
vers de capillaires). Cependant, toutes les techniques étant des
devrait être insérée dans le systéme avant l’analyseur et elle est
méthodes dynamiques qui s’appuient sur des débits stables, la
particulièrement essentielle dans le cas d’une introduction
présente Norme internationale souligne l’importance de I’éta-
pseudo-continue. Le débit du constituant A est mesuré soit
lonnage des techniques par mesurage des débits invididuels ou
directement en termes de volume ou de masse, soit indirecte-
de leurs rapports ou par détermination de la concentration
ment par mesurage de la variation d’une propriété physique.
finale du mélange. Cette méthode d’étalonnage definit la préci-
sion de la composition du mélange de gaz pour étalonnage : la
Les techniques de préparation volumétriques dynamiques pro-
technique volumétrique dynamique employée a une certaine
duisent un débit continu de mélanges de gaz pour étalonnage
variabilité associée. La connaissance de la composition du
dans l’analyseur mais en gilnéral ne permettent pas de consti-
mélange final dépend à la fois de la m&hode d’étalonnage et de
tuer une réserve de gaz par stockage sous pression.
la technique de préparation.
Les principales techniques utilisées pour la préparation des
mélanges sont les suivantes :
1 Objet et domaine d’application
a) pompes volumétriques ;
b) injections périodiques ;
La présente Norme internationale constitue la partie 1 de
I’ISO 6145, qui traite des diverses méthodes volumétriques
c) injection continue ;
dynamiques utilisées pour la préparation des mélanges de gaz
d) capillaire ;
pour étalonnage.
1) Dans la présente Norme internationale, le terme woncentration)) désigne soit une concentration, soit un titre massique, volumique ou molaire,
soit un rapport de pressions.
1
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ISO 6145/1-1986 (FI
ISO 8959/2, Mesure de débit des gaz - Méthode volumétrique
Elle décrit les méthodes d’étalonnage impliquées dans la prépa-
- Partie 2: Système à cloche. 1)
ration des mélanges de gaz pour étalonnage par les techniques
volumétriques dynamiques. Elle donne également une présen-
tation succincte d’une liste non exhaustive d’exemples de tech-
niques volumétriques dynamiques qui sont décrits plus en
détail dans les autres parties de I’ISO 6145. 3 Méthodes d’étalonnage
3.1 Généralités
2 Références
La précision et la fidélité de la concentration CIM d’un consti-
ISO 6142, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz
tuant I dans un mélange d’étalonnage M dépend à tout
Méthodes pondérales.
pour étalonnage -
moment de la précision et de la fidélité de la méthode d’étalon-
nage et de la fréquence avec laquelle elle est appliquée de
Dé termina tion de la composition
ISO 6143, Analyse des gaz -
même que de la stabilité des dispositifs de réglage impliqués
de mélanges de gaz pour étalonnage - Methodes par compa-
dans la technique de préparation dynamique.
raison.
ISO 6147, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz Pour évaluer la précision instantanée de l’ensemble de la procé-
Me thode par saturation.
pour étalonnage - dure, on doit principalement prendre en considération le temps
de résolution de la méthode d’étalonnage et la variation instan-
ISO 6349, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz
tanée éventuelle des principaux paramétres de la technique
,
Methode par perméation.
pour étalonnage -
ainsi que toute dérive éventuelle de ces paramétres pendant la
période d’étalonnage.
Préparation des mélanges de gaz
ISO 7395, Analyse des gaz -
pour étalonnage - Methodes dynamiques massiques.
Compte tenu de la technique de préparation des mélanges de
l’étalonnage peut être effectué par l’une des
gaz utilisés,
ISO 6145, Analyse des gaz - Préparation des mélanges de gaz
méthodes suivantes :
Methodes volumétriques dynamiques
pour étalonnage -
-
a) mesure du débit (masse ou volume);
Partie 2: Pompes volumetriques. 1)
- Partie 3 : Injections périodiques dans un flux gazeux.
b) méthode par comparaison;
- Partie 4: Methode #injection continue.
c) méthode par traceur;
-
Partie 5: Dispositifs d’étalonnage par capillaires. 1)
- Partie 6: Orifices avec ecoulement sonique. d) analyse chimique directe.
-
Partie 7: Régulateurs de débit-masse. 1)
Le tableau 1 indique quelle méthode d’étalonnage est applica-
Y
Partie 8: Diffusion. 1) ble selon les diverses techniques de préparation.
Tableau 1 - Mbthodes d’étalonnage applicables aux techniques de prbparation
M&hodes d’étalonnage
Techniques de prdparation Analyse
Comparaison
Traceur chimique
Debit-volume
(SO 61431
directe
Pompes volumétriques + Peut être appli-
a table, dépend dl
+
Injections périodiques
. la nature des
+
Injection continue constituants
+
Capillaires
Orifices avec écoulement sonique +
Régulateurs de débit-masse i-
+
Diffusion
Perméation +
1) En cours d’élaboration.
2
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ISO 6145/1-1986 (FI
Les débitmètres à lame de savon et à piston à joint de mercure
En général, les principes des méthodes entrent dans deux caté-
gories : ont un principe identique, à savoir celui de compter le temps de
déplacement de la lame de savon ou du piston entre deux
a) ceux dans lesquels les debits des constituants gazeux
points soigneusement définis. Le compteur à gaz par voie
sont mesurés soit par volume soit par masse et la concentra-
humide est un dispositif d’intégration qui indique le volume
tion dans le mélange final est calculee à partir des débits.
total de gaz qui l’a traversé (le compteur à gaz par voie sèche,
Différentes techniques peuvent être utilisees pour les cons-
bien connu dans l’environnement domestique, a une propriété
tituants individuels d’un mélange et celles-ci peuvent être
d’intégration semblable mais n’est pas traité ici car il est moins
étalonnées par différentes méthodes ; toutefois, le principe
précis). Le débitmetre à section variable krotamétre)~) est un
du mesurage de débits individuels reste acquis;
dispositif d’indication en continu. Le détecteur de débit de
b) ceux qui agissent directement sur les mélanges terminés.
masse thermique mesure un débit de masse en fonction du flux
calorifique.
Différents principes étant impliqués, ils sont donnés séparé-
ment dans chaque méthode individuelle.
L’étalonnage de ces dispositifs de mesure du débit est effectué
Par
Comme les méthodes d’étalonnage reposent sur des principes
f) système à cloche;
différents et que l’équipement utilisé pour la réalisation de
débits gazeux est différent, différentes unités peuvent être
g) méthode gravimétrique;
employées pour exprimer les concentrations.
h) pesée d’un volume d’eau.
Les étalonnages à l’aide de la méthode par comparaison con-
Le systéme à cloche est un dispositif destine à créer un débit de
duisent à des unités de concentration en fractions de mole car
gaz constant et connu et qui agit comme un gazomètre mû
la plupart des mélanges de gaz pour étalonnage utilisés pour la
mécaniquement. La methode gravimétrique mesure la masse
comparaison seront, si possible, décrits de cette façon.
de gaz qui est passée, à débit constant, pendant un temps
défini, au travers du dispositif à étalonner. Le volume d’eau
L’utilisation de techniques basées sur un débit en volume con-
équivalent au volume de mesurage d’un débitmètre à lame de
duit en premier lieu à des rapports de volume ou à un pourcen-
savon ou à piston a joint de mercure peut être pesé avec préci-
tage de volume. II est possible de recalculer ces données en
sion dans des conditions régulées avec soin.
fractions de mole mais ceci provoque une augmentation de
l’incertitude en raison de l’incertitude des données relatives à la
Le système à cloche et la méthode gravimétrique peuvent être
densité et au volume molaire. Dans ce cas, une expression en
utilisés directement, le cas échéant, pour étalonner les diverses
fractions de volume est préférée.
techniques de préparation, mais l’information passe plus géné-
ralement par les dispositifs de mesure du débit.
L’étalonnage par methode gravimétrique fournit des fractions
de masse pour les concentrations de constituants de mélanges
gazeux. Celles-ci peuvent être recalculées en fractions de mole
3.2.2 Description des dispositifs de mesure de debit
en utilisant les masses atomiques. L’expression en fraction de
mole est en conséquence préférée.
3.2.2.1 Débitmétre a lame de savon
3.2 Mesurage des debits individuels 3.2.2.1 .l Principe
Un debitmetre à lame de savon, de conception particuliére, est
3.2.1 Gbn&alités
utilisé pour cette mesure. Les dimensions du tube sont choisies
de maniere à être beaucoup plus grandes que la normale de
Dans certains cas, le débit total ne peut pas être pris égal à la
façon que les mesures de volume et de temps puissent être pra-
somme des deux débits individuels qA et qB qui ont été mesurés
séparément. Ces problèmes de non-additivite peuvent être cau- tiquées toutes deux avec une meilleure précision. Le tube de
sés par des écarts à la loi des gaz parfaits ou par des variations mesure (voir figure 1) est disposé verticalement dans un coffret
de conditions telles que variation de pression et viscosité résul- isolé dans lequel circule de l’air en continu à température régu-
Me dans la gamme de 23,3 à 23,5 OC avec une variation de
tant du mélange des deux koulements. Les écarts par rapport
à la loi des gaz parfaits peuvent être prévus avec une précision + 0,02 OC. La température est surveillée par des thermomètres
raisonnable et les autres erreurs de non-additivité peuvent être etalonnés a 0,l OC prés et pouvant être lus à 0,Ol OC prés.
minimisées en prenant des précautions dans la conception de
Le gaz à mesurer est saturé de vapeur d’eau à la température du
l’appareillage.
tube de mesure en le faisant passer par trois laveurs successifs,
Le mesurage du débit est normalement effectué par chacun d’eux contenant un bulleur fritté, puis ce gaz est intro-
duit dans le tube de mesure par la pièce en té au sommet. La
a) debitmétre à lame de savon ;
solution utilisée pour produire la lame de savon est introduite
b) débitmétre a piston à joint de mercure;
goutte à goutte par le tube central au sommet. Cette solution
consiste en de l’eau déminéralisée contenant, par litre,
c) compteur à gaz par voie humide;
0,005 mol d’acide sulfurique, 4 ml d’agent tensio-actif non
d) débitmètre à section variable;
ionique11 et 1 ml de colorant (par exemple indicateur mixte)
e) détecteur de débit de masse thermique. pour une meilleure absorption de la lumiere.
1) Un produit acceptable, diffusé sur le marché, est le Nekanil C. Cette information est donnée pour la commodité des utilisateurs de la présente par-
tie de I’ISO 6145 et ne signifie pas que I’ISO approuve ce produit.
3
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1s0 6145/1-1986 (FI
Même si l’eau est très pure, l’erreur de volume résultant du
Quand une goutte de solution arrive au niveau du rétrécisse-
ment de section au sommet du tube, une lame se forme dans le dioxyde de carbone dissout dans 0,6 ml de liquide venant juste
d’être introduit dans le tube de mesure n’est que de 0,05 ml
tube et est entraînée vers le bas par l’écoulement de gaz. Les
cellules photoélectriques et les lampes sont fixées à chaque pour 1 356 ml, c’est-à-dire une erreur de 4 x 10-S.
extrémité du tube de telle sorte qu’elles ne puissent pas être
déplacées. Lorsque la lame de savon passe au niveau des cellu-
Les variations de solubilité dans la gamme des températures
les photoélectriques, elle met d’abord en marche puis arrête un
dans laquelle peut avoir lieu cette mesure n’affecteront pas
chronométre électronique précis. À la sortie du tube, la lame
l’erreur possible de facon significative.
,
éclate dans un syphon et le gaz sort du système. La pression
dans le tube de mesure est mesurée par un manomètre à tube
3.2.2.1.8 Réduction de la pression de vapeur d’eau
en U rempli d’eau et relié à la sortie. Avant qu’une mesure soit
effectuée, plusieurs bulles doivent se former et passer le long
La réduction de la pression partielle d’eau créée par l’agent
du tube afin que ses parois soient entièrement mouillées.
tensio-actif ou l’indicateur ne peut être que de 1 % environ en
valeur relative. Cette réduction doit rester la même entre I’éta-
3.2.2.1.2 Influence de la variation de température
lonnage et le mesurage, et par conséquent les erreurs sont
représentées par la variation de cette réduction en fonction du
Les valeurs mesurées sont toutes enregistrées dans la zone de
degré de saturation (voir 3.2.2.1.6). Si la variation est de 10 %
température située entre 23,3 et 23,5 OC. Le tube de mesure est
en valeur relative, cela correspond à 10 % de 3 x 10 -4 soit
en verre borosilicaté ayant un coefficient de dilatation linéique
3 x 10-5.
de 3,3 x 10-S K -1. II en résulte donc, compte tenu de la régu-
lation de température à St 0,02 OC, une variation maximale du
volume du tube de mesure d’environ 2 x 10-J et du volume du
3.2.2.1.9 Somme des erreurs
gaz de7 x 10-S.
La somme des erreurs potentielles décrites de 3.2.2.1.2 à
3.2.2.1.8 est la suivante :
3.2.2.1.3 Influence de la perte de pression
La pression dans le débitmétre à lame de savon ne doit pas
température 7 x 10-5
varier par rapport à la pression atmosphérique de plus de
pression 1 x 10-d
1 mbar à n’importe quelle valeur de débit et ceci peut être
mesuré jusqu’à 0,l mbar, ce qui donne une erreur de 10-d. diffusion 0
épaisseur de la lame
2 x 10-5
3.2.2.1.4 Diffusion dans la lame de savon
humidité
3 x 10-4
La diffusion du gaz dans la lame de savon ne se produit pas
solubilité 4 x 10-5
puisque la composition est identique de chaque côté.
tension de vapeur 3 x JO-5
Total 5,6 x 10-d
3.2.2.1.5 Influence de l’épaisseur de la lame de savon
L’épaisseur de la couche de lame de savon et du volume de 3.2.2.2 Débitmétre à piston à joint de mercure
liquide contenu dans le tube de mesure peut être déterminée
avec précision à l’aide d’une burette. Deux gouttes ,par mesure
3.2.2.2.1 Principe
suffisent pour produire une bulle qui parcourt le volume de
mesure sans éclater. L’épaisseur du film fait varier le volume. Le
Un tube de mesure avec un alésage de précision (voir figure 2)
volume d’une goutte de liquide est de 0,03 ml par rapport au
est disposé verticalement dans un coffret isolé à température
volume du tube de 1 356 ml, c’est-à-dire une erreur de
régulée. La température est maintenue constante à * 0,02 OC
2 x 10-5 et avec une reproductibilité de + 20 % sur deux
prés.
gouttes.
Le tube est divisé en un certain nombre de sections par des cel-
3.2.2.1.6 Variations de l’humidité
lules photoélectriques utilisees comme détecteurs ; le volume
réel entre deux cellules photoélectriques adjacentes est deter-
Le saturateur étant de haute efficacité, même en admettant une
miné par remplissage avec de l’eau et pesée (voir 3.2.3.3).
variation de 1 % d’humidité relative en passant d’un gaz a un
autre, cela correspond à une variation du volume de gaz de
Un débit constant déplace un piston sans frottement à une
vitesse constante vers le haut. Le volume déplacé peut être cal-
21,5 1
culé à partir des dimensions du tube et/ou de l’étalonnage à
- x 100
760
l’eau.
c’est-à-dire 3 x 10 -4
Le piston, fait de plastique (par exemple PVC) ou de verre,
comporte une rainure circulaire horizontale, remplie de mer-
3.2.2.1.7 Solubilité des gaz dans l’eau cure. La pureté du mercure doit être telle que le piston ne
puisse se coller au cours de son déplacement.
Les valeurs typiques de solubilité dans 1 ml d’eau à température
ambiante sont de 0,02 ml d’hydrogéne, de 0,03 ml d’oxygène et Le piston doit avoir atteint une vitesse constante avant que le
de 0,87 ml de dioxyde de carbone.
chronométrage ne puisse commencer au niveau du capteur 1.
4
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ISO 6145/1-1986 (FI
Suivant le débit et la dimension du tube, le comptage est arrêté capacité égale, placés radialement autour de l’axe de rotation.
lorsque le piston passe au niveau du capteur 2 ou du capteur 3. Chaque compartiment a une ouverture à chacune de ses extré-
Les capteurs sont du type à réflexion compte tenu de la grande mités. Le tambour tourne dans l’eau contenue dans le coffret
réflectance du joint de mercure. Compte tenu de la valeur éle- extérieur et le niveau de l’eau est réglé de maniere a ce qu’il
vée de la pression de retour cré6e par le poids du piston, la dif-
agisse comme un joint de sorte que les compartiments se rem-
férence de pression mesurée est de l’ordre de 1 à 10 mbar. La plissent, conservent et rejettent le gaz successivement. Les
séquence de mesurage commence avec la fermeture du coté 1
positions des ouvertures d’entrée et de sortie sont telles qu’à
de la vanne à trois voies (voir figure 2). Dés que le piston passe aucun moment elles ne puissent être ouvertes ensemble en se
le capteur 1, le chronométrage commence et il s’arrête lorsque trouvant au-dessus du niveau de l’eau. Les robinets qui sépa-
le piston a passé le prochain capteur. La vanne a trois voies
rent les compartiments sont à tout moment sous l’eau mais ne
reprend sa position et le piston tombe sur le ressort. Le débit- sont pas liés à la tige de sorte que l’eau puisse passer dans les
metre est alors prêt a recommencer à fonctionner.
deux sens dans chaque compartiment suivant la rotation du
tambour.
3.2.2.2.2 Influence de la variation de température
La figure 3 montre le fonctionnement d’un seul compartiment
du compteur. En (a), le compartiment est rempli d’eau et les
Le tube de mesure est constitué d’un verre borosilicaté ayant
deux ouvertures sont fermées. La rotation du tambour conduit
un coefficient de dilatation linéique de 3,3 x 10-S K -1. II en
à la position (b) où le gaz peut passer dans le compartiment et
résulte qu’en tenant compte d’une régulation de la température
continuer ainsi à faire tourner le tambour. En position (cl, les
à k 0,02 OC, on trouve une variation maximale du volume du
deux ouvertures sont à nouveau fermées avec un volume défini
tube d’environ 2 x 10 -7 et du volume de gaz de 7 x 10-S.
de gaz dans le compartiment qui est ensuite refoulé pendant la
rotation (dl.
3.2.2.2.3 Influence de la perte de pression
Une aiguille attachée à la tige du tambour tourne devant une
La différence de pression dans le piston à joint de mercure échelle circulaire placée sur l’instrument et un simple intégra-
dépend du poids et de la dimension du piston. teur mécanique enregistre le nombre de tours. Les compteurs
sont généralement disponibles dans la gamme de 0,25 à 25 I/tr,
Des différences de pression comprises entre 1 et 10 mbar sont
ce qui convient pour des débits maximaux de 140 à 3 000 Vh.
courantes en pratique. Pour le calcul du volume, une correction Des compteurs avec des manchons de refroidissement exté-
doit être faite pour tenir compte de cette différence de pression
rieurs existent pour des réglages de température plus précis.
Si le fluide, dans le compteur, est de l’eau, le gaz pénétrant
p + 1 013
v= vo
dans le compteur doit être saturé de vapeur d’eau, à la tempéra-
1 013
( >
ture du compteur. Cette précaution évite toute perte d’eau du
compteur et élimine l’incertitude vis-à-vis de la correction de
La précision de la détermination de cette pression est d’environ
volume de gaz. Si le fluide est de I’huile à faible tension de
0,Ol mbar, ce qui donne une erreur sur le volume de 10-S.
vapeur, une telle précaution n’est pas nécessaire. Une faible
pression est nécessaire pour faire fonctionner le compteur et
3.2.2.2.4 Diffusion dans le piston
elle est mesurée par un manometre a tube en U, contenant de
l’eau, placé à l’entrée du compteur. Compte tenu des légères
La construction du piston à joint de mercure ne fournit pas la
différences de volume entre les compartiments, le débit du gaz
possibilité de conserver la même composition du gaz des deux
peut Iégérement varier pendant un tour complet et par consé-
cotés du piston. Bien que la diffusion le long du joint de mer-
quent on ne considérera autant que possible que des tours
cure soit toujours possible, cet effet est considéré comme
complets du compteur. Pour la même raison, la pression
négligeable dans la pratique courante.
d’entrée peut varier pendant un tour complet et la pression
moyenne doit être évaluée.
3.2.2.2.5 Somme des erreurs
Le compteur doit être conservé horizontal pendant l’étalonnage
La somme des erreurs potentielles décrites de 3.2.2.2.2 à et l’emploi. Le niveau de l’eau dans le compteur est aussi trés
important car il définit le volume des compartiments. Ce niveau
3.2.2.2.4 est la suivante:
peut être réglé de la maniére la plus précise lorsque le gaz ne
température 7 x 10-S passe pas dans le compteur, après quoi un étalonnage pour
chaque valeur requise du débit est nécessaire. L’étalonnage est
pression 1 x 10-S
indépendant du gaz employé pourvu qu’un temps assez long
diffusion dans le piston 0 soit laissé pour que l’eau soit saturée du gaz employé et
exempte de tout gaz utilisé précédemment.
Total 8 x 10-S
3.2.2.3.2 Influence de la variation de température
3.2.2.3 Compteur à gaz par voie humide
La détente thermique du compteur peut être négligée puisque
3.2.2.3.1 Principe
l’influence du volume de gaz contenu est beaucoup plus
grande. Supposant que la température puisse être lue à 0,05 OC
Un compteur à gaz par voie humide se compose d’un tambour
pres pendant l’étalonnage et l’analyse et qu’une correction
qui peut tourner autour d’un axe horizontal dans un coffret
appropriée est appliquée, la variation maximale de 0,l OC repré-
extérieur. Le tambour est divisé en quatre compartiments, de
sente une erreur de 3,4 x 10-d.
5
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ISO 6145/1-1986 (FI
3.2.2.3.3 Influence de la pression ef est la masse volumique du flotteur;
La pression atmosphérique peut être mesurée avec une incerti-
Q, est la masse volumique du gaz, exprimée dans la même
tude de 2 x 10-5, ce qui donne une variation sur la valeur unité que celle de ef.
mesurée entre l’étalonnage et l’analyse de 4 x 10-S. La pres-
sion en excés dans le compteur, qui varie pendant le cycle de
Puisque ef & Q,
rotation, peut être mesurée avec une incertitude de 0,l mbar,
ce qui donne une variation entre l’étalonnage et l’analyse de
K2’h
=-
4
2 x 10 -4. Une erreur totale de 2,4 x 10 -4 peut être attendue.
(egP5
3.2.2.3.4 Différences d’humidité
où K2 est une constante qui tient compte de K1 et de la
masse volumique du flotteur.
Si le compteur est rempli d’eau, une variation de 0,l OC dans
l’intervalle des températures de 18 à 22 OC causera une incerti- Ces équations laissent supposer que l’on peut utiliser différents
tude d’environ 0,14 mbar en ce qui concerne la tension de
gaz ou le même gaz à des pressions différentes avec des fac-
vapeur de l’eau et, par suite, une incertitude de 1,4 x 10 -4 en
teurs de conversion appropriés fondés sur la variation de Q,. En
ce qui concerne le volume total de gaz. De même, une variation fait, cela peut conduire à des erreurs importantes car le coeffi-
de 1 % d’humidité relative, quant à l’efficacité du saturateur,
cient de décharge peut changer et par conséquent un débitmè-
entraînera une variation du volume de gaz de 3 x 10-d. Une tre à section variable ne devrait être utilisé qu’avec le gaz pour
erreur totale de 4,4 x 10-d peut être attendue. lequel il a eté etalonné et sous les mêmes conditions de pres-
sion.
_I
3.2.2.3.5 Somme des erreurs
Tout débitmetre de ce genre a une étendue de mesurage
d’environ 10: 1. La gamme des débitmètres disponibles couvre
La somme des erreurs potentielles décrites de 3.2.2.3.2 a
tout débit nécessaire pour les méthodes volumétriques dynami-
3.2.2.3.4 est la suivante:
ques à partir de 10 ml/min et au-dessus.
Rempli d’eau Rempli d’huile
3.2.2.4.2 Rétablissement du débit
température 3,4 x 10-4 3,4 x 10-J
2,4 x 10-d
pression 2,4 x 10-d
Entre l’étalonnage et l’emploi, une variation percue du débit ne
doit pas dépasser 2 x 10-Z à condition que le flotteur soit à la
humidité 4,4 x 10-d 0
moitié supérieure de l’échelle.
1,02 x 10-S
Total 5,8 x 10-4
,
3.2.2.4.3 Influence de la variation de température
3.2.2.4 Débitmètre à section variable
Par comparaison aux débitmètres décrits ci-dessus, les débit-
mètres à section variable sont des dispositifs relativement gros-
3.2.2.4.1 Principe
siers, et sont donc souvent utilisés avec des’variations de con-
ditions ambiantes sans que ces variations soient mesurées et
Un débitmètre à section variable kotamètre))) est constitué
les corrections appliquées. Les équations ci-dessus montrent
par un tube conique en verre placé verticalement, le diamétre le
que le débit varie en fonction inverse de la racine carrée de la
plus petit étant situé en bas. Le tube contient un flotteur sphéri-
masse volumique du gaz et la masse volumique du gaz varie
que ou conique dont le plus grand diamètre est légèrement plus
quant à elle en fonction inverse de la température; par consé-
petit que l’alésage au fond du tube. Des blocages convenables
quent,
sont aménagés en haut et en bas du tube pour éviter de perdre
le flotteur.
1 AT
A4
-z-.-
Lorsque le gaz entre à la partie basse du tube, le flotteur s’éléve
4 2 T
jusqu’à une position dans laquelle son poids est équilibré par la
perte de pression dans l’espace annulaire situé entre le flotteur
Pour une variation de 3 OC entre l’étalonnage et l’emploi, la
et le tube. La position du flotteur est lue sur une graduation
variation du de
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.