Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 5: Cone meters

ISO 5167-5:2016 specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of cone meters when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid flowing in the conduit. As the uncertainty of an uncalibrated cone meter might be too high for a particular application, it might be deemed essential to calibrate the flow meter in accordance with Clause 7. ISO 5167-5:2016 also provides background information for calculating the flow rate and is applicable in conjunction with the requirements given in ISO 5167‑1. ISO 5167-5:2016 is applicable only to cone meters in which the flow remains subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. Uncalibrated cone meters can only be used within specified limits of pipe size, roughness, β, and Reynolds number. This part of ISO 5167 is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of uncalibrated cone meters in pipes sized less than 50 mm or more than 500 mm, or where the pipe Reynolds numbers are below 8 × 104 or greater than 1,2 × 107. A cone meter is a primary device which consists of a cone-shaped restriction held concentrically in the centre of the pipe with the nose of the cone upstream. The design of cone meter defined in this part of ISO 5167 has one or more upstream pressure tappings in the wall, and a downstream pressure tapping positioned in the back face of the cone with the connection to a differential pressure transmitter being a hole through the cone to the support bar, and then up through the support bar. Alternative designs of cone meters are available; however, at the time of writing, there is insufficient data to fully characterize these devices, and therefore, these meters shall be calibrated in accordance with Clause 7.

Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire — Partie 5: Cônes de mesure

ISO 5167-5:2016 spécifie la géométrie et le mode d'emploi (conditions d'installation et d'utilisation) de cônes de mesure insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide s'écoulant dans cette conduite. Étant donné que l'incertitude d'un cône de mesure non étalonné risque d'être trop élevée pour une application particulière, l'étalonnage du débitmètre conformément à l'Article 7 pourrait être considéré comme essentiel. ISO 5167-5:2016 fournit également des informations de fond nécessaires au calcul du débit et elle est applicable conjointement avec les exigences stipulées dans l'ISO 5167‑1. ISO 5167-5:2016 est applicable uniquement aux cônes de mesure pour lesquels l'écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré comme monophasique. Les cônes de mesure non étalonnés ne peuvent être utilisés que dans des limites spécifiées de diamètre de conduite, de rugosité, de valeur de β et de nombre de Reynolds. La présente partie de l'ISO 5167 n'est pas applicable au mesurage d'un écoulement pulsé. Elle ne couvre pas l'utilisation de cônes de mesure non étalonnés dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm ou supérieur à 500 mm, ni les cas où les nombres de Reynolds rapportés à la tuyauterie sont inférieurs à 8 × 104 ou supérieurs à 1,2 × 107. Un cône de mesure est un élément primaire composé d'une restriction conique maintenue de manière concentrique au centre de la conduite, le nez du cône étant situé en amont. La conception d'un cône de mesure définie dans la présente partie de l'ISO 5167 comprend une ou plusieurs prises de pression amont dans la paroi et une prise de pression aval positionnée dans la face arrière du cône. Le raccordement à un transmetteur de pression différentielle se fait par un trou dans le cône menant à la barre de support, puis vers le haut à travers la barre de support. D'autres conceptions de cônes de mesure sont possibles; cependant, au moment de la rédaction de cette norme les données permettant de caractériser complètement ces appareils étaient insuffisantes et ces derniers doivent donc être étalonnés conformément à l'Article 7.

General Information

Status
Published
Publication Date
06-Mar-2016
Current Stage
9092 - International Standard to be revised
Start Date
08-Sep-2021
Completion Date
08-Sep-2021
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5167-5
First edition
2016-03-01
Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted
in circular cross-section conduits
running full —
Part 5:
Cone meters
Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge de section circulaire —
Partie 5: Cônes de mesure
Reference number
ISO 5167-5:2016(E)
ISO 2016
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2016, Published in Switzerland

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

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www.iso.org
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ISO 5167-5:2016(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

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

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principles of the method of measurement and computation ................................................................................ 2

5 Cone meters ............................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Field of application .............................................................................................................................................................................. 3

5.2 General shape ........................................................................................................................................................................................... 4

5.3 Material and manufacture ............................................................................................................................................................. 7

5.4 Pressure tappings ................................................................................................................................................................................. 8

5.5 Discharge coefficient, C .....................................................................................................................................................................8

5.5.1 Limits of use ......................................................................................................................................................................... 8

5.5.2 Discharge coefficient of the cone meter ...................................................................................................... 8

5.6 Expansibility (expansion) factor, ε ..........................................................................................................................................9

5.7 Uncertainty of the discharge coefficient, C ......................................................................................................................9

5.8 Uncertainty of the expansibility (expansion) factor, ε ...........................................................................................9

5.9 Pressure loss ............................................................................................................................................................................................. 9

6 Installation requirements........................................................................................................................................................................10

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................10

6.2 Minimum upstream and downstream straight lengths for installations between

various fittings and the cone meter ...................................................................................................................................10

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................10

6.2.2 Single 90° bend .................. .................................................... .........................................................................................11

6.2.3 Two 90° bends in perpendicular planes ...................................................................................................11

6.2.4 Concentric expander .................................................................................................................................................11

6.2.5 Partially closed valves ..............................................................................................................................................11

6.3 Additional specific installation requirements for cone meters ..................................................................11

6.3.1 Circularity and cylindricality of the pipe .................................................................................................11

6.3.2 Roughness of the upstream and downstream pipe ........................................................................11

6.3.3 Positioning of a thermowell ................................................................................................................................11

7 Flow calibration of cone meters ........................................................................................................................................................12

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................12

7.2 Test facility ...............................................................................................................................................................................................12

7.3 Meter installation...............................................................................................................................................................................12

7.4 Design of the test programme .................................................................................................................................................12

7.5 Reporting the calibration results .........................................................................................................................................13

7.6 Uncertainty analysis of the calibration ...........................................................................................................................13

7.6.1 General...................................................................................................................................................................................13

7.6.2 Uncertainty of the test facility ...........................................................................................................................13

7.6.3 Uncertainty of the cone meter ..........................................................................................................................13

Annex A (informative) Table of expansibility (expansion) factor .......................................................................................14

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2016 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity

assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical

Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information

The committee responsible for this document is ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,

Subcommittee SC 2, Pressure differential devices.

The first edition of ISO 5167-5 is complementary to ISO 5167-1, ISO 5167-2, ISO 5167-3, and ISO 5167-4.

ISO 5167 consists of the following parts, under the general title Measurement of fluid flow by means of

pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full:

— Part 1: General principles and requirements
— Part 2: Orifice plates
— Part 3: Nozzles and Venturi nozzles
— Part 4: Venturi tubes
— Part 5: Cone meters
iv © ISO 2016 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)
Introduction

This International Standard, divided into five parts, covers the geometry and method of use (installation

and operating conditions) of orifice plates, nozzles, Venturi tubes, and cone meters when they are

inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid in the conduit. It also gives

necessary information for calculating the flow rate and its associated uncertainty.

This International Standard is applicable only to pressure differential devices in which the flow remains

subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase, but

it is not applicable to the measurement of pulsating flow. Furthermore, each of these devices can only

be used within specified limits of pipe size and Reynolds number.

This International Standard deals with devices for which direct calibration experiments have been

made sufficient in number, spread, and quality to enable coherent systems of application to be based

on their results and coefficients to be given with certain predictable limits of uncertainty. However, for

cone meters calibrated in accordance with Clause 7, a wider range of pipe size, β, and Reynolds number

may be considered.

The devices introduced into the pipe are called “primary devices”. The term primary device also includes

the pressure tappings. All other instruments or devices required for the measurement are known as

[1][5]

“secondary devices”. This International Standard covers primary devices; secondary devices will

be mentioned only occasionally.
This International Standard is divided into the following five parts:

a) ISO 5167-1 gives general terms and definitions, symbols, principles, and requirements as well

as methods of measurement and uncertainty that are to be used in conjunction with ISO 5167-1,

ISO 5167-2, ISO 5167-3, ISO 5167-4, and ISO 5167-5.

b) ISO 5167-2 specifies requirements for orifice plates, which can be used with corner pressure

tappings, D and D/2 pressure tappings , and flange pressure tappings.

c) ISO 5167-3 specifies requirements for ISA 1932 nozzles , long radius nozzles, and Venturi nozzles,

which differ in shape and in the position of the pressure tappings.
d) ISO 5167-4 specifies requirements for classical Venturi tubes .

e) This part of ISO 5167 specifies requirements for cone meters and includes a section on calibration.

Aspects of safety are not dealt with in ISO 5167 (all parts). It is the responsibility of the user to ensure

that the system meets applicable safety regulations.

1) Orifice plates with ‘vena contracta’ pressure tappings are not considered in ISO 5167 (all parts).

2) ISA is the abbreviation for the International Federation of the National Standardizing Associations, which was

succeeded by ISO in 1946.

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

© ISO 2016 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167-5:2016(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices inserted in circular cross-section
conduits running full —
Part 5:
Cone meters
1 Scope

This part of ISO 5167 specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions)

of cone meters when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid

flowing in the conduit.

As the uncertainty of an uncalibrated cone meter might be too high for a particular application, it might

be deemed essential to calibrate the flow meter in accordance with Clause 7.

This part of ISO 5167 also provides background information for calculating the flow rate and is

applicable in conjunction with the requirements given in ISO 5167-1.

This part of ISO 5167 is applicable only to cone meters in which the flow remains subsonic throughout

the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. Uncalibrated cone meters

can only be used within specified limits of pipe size, roughness, β, and Reynolds number. This part of

ISO 5167 is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of uncalibrated

cone meters in pipes sized less than 50 mm or more than 500 mm, or where the pipe Reynolds numbers

4 7
are below 8 × 10 or greater than 1,2 × 10 .

A cone meter is a primary device which consists of a cone-shaped restriction held concentrically in the

centre of the pipe with the nose of the cone upstream. The design of cone meter defined in this part of

ISO 5167 has one or more upstream pressure tappings in the wall, and a downstream pressure tapping

positioned in the back face of the cone with the connection to a differential pressure transmitter being

a hole through the cone to the support bar, and then up through the support bar.

Alternative designs of cone meters are available; however, at the time of writing, there is insufficient

data to fully characterize these devices, and therefore, these meters shall be calibrated in accordance

with Clause 7.
2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits — Vocabulary and symbols

ISO 5167-1:2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full — Part 1: General principles and requirements

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 4006, ISO 5167-1, and the

following apply.
© ISO 2016 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)
3.1
beta edge
maximum circumference of the cone
4 Principles of the method of measurement and computation

The principle of the method of measurement is based on the installation of the cone meter into a pipeline

in which a fluid is running full. Flow through a cone meter produces a differential pressure between the

upstream and downstream tappings.
The mass flow rate can be determined by Formulae (1) and (2):
C π
q = ε Dpβρ2Δ (1)
m 1
1−β
and
β =−1 (2)

where d is the diameter of the cone in the plane of the beta edge. This assumes that the diameter of

the pipe at the upstream tapping, D , is equal to the diameter of the pipe at the beta edge, D. Figure 1

TAP
shows that as the cone diameter increases, β decreases.
Key
1 flow
Figure 1 — Cone meter showing different values of β
2 © ISO 2016 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)

The uncertainty limits can be calculated using the procedure given in ISO 5167-1:2003, Clause 8, except

that Formula (3) should be used instead of ISO 5167-1:2003, Formula (3)
12/
 2 2 2
22 2
   
 
δq δd   δρρ 
δδC   ε  21()++ββ δD 2 1 δDp 1
m c 1
 
= + +  +  + +
   
 
     
22 22
     
q C ε D d 4 Dp 4 ρ
    ββ()1+   ββ()1+
m  c     1 
 
 
 
 
(3)
Similarly, the value of the volume flow rate can be calculated since
q = (4)

where ρ is the fluid density at the temperature and pressure for which the volume is stated.

Computation of the flow rate, which is a purely arithmetic process, is performed by replacing the

different items on the right-hand side of Formula (1) by their numerical values. Formula (5) in 5.6 (or

the computed values in Table A.1) gives cone meter expansibility factors (ε). The values in Table A.1

are not intended for precise interpolation. Extrapolation is not permitted. However, the coefficient

of discharge, C, is generally dependent on the Reynolds number, Re, which is itself dependent on q ,

and has to be obtained by iteration (see ISO 5167-1:2003, Annex A for guidance regarding the choice of

iteration procedure and initial estimates).

The diameters, d and D, mentioned in Formulae (1) and (2) are the values of the diameters at working

conditions. Measurements taken at any other conditions should be corrected for any possible expansion

or contraction of the primary device and the pipe due to the values of the temperature and pressure of

the fluid during the measurement.

As the cone meter flow rate calculation is particularly sensitive to the pipe and cone diameter values

used, the user shall ensure that these are correctly entered into the flow computation calculations. For

example, care shall be taken to use the measured internal diameter rather than a nominal value.

It is necessary to know the density and the viscosity of the fluid at working conditions. In the case

of a compressible fluid, it is also necessary to know the isentropic exponent of the fluid at working

conditions.

NOTE The turndown of all differential pressure flow meters is dependent upon the differential pressure

range. Typically, a 10:1 turndown in flow rate (equivalent to 100:1 turndown in differential pressure) can be

achieved.
5 Cone meters
5.1 Field of application

Uncalibrated cone meters can be used in pipes with diameters between 50 mm and 500 mm and with

0,45 ≤ β ≤ 0,75. Cone meters with β > 0,75 shall be calibrated. Cone meters with values of β < 0,45 are

not normally manufactured.
There are limits to the roughness and Reynolds number which shall be addressed.
© ISO 2016 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)
5.2 General shape

5.2.1 Figure 2 shows a section through the centreline of a cone meter. Figure 4 shows other sections

through the meter to aid in the metrology of the cone meter. The letters used in the text refer to those

shown in Figure 2 and Figure 4.

The cone meter is made up of a pipe section of diameter, D, which houses the cone assembly with cone

diameter, d , the support structure for the cone, and the tappings for differential pressure measurement.

The cone assembly is installed such that the cone centreline is concentric to the centreline of the pipe

section, as per 5.2.13.
Key
1 flow
2 body pipe
3 cone element
4 support strut
5 high pressure tapping
6 low pressure tapping
7 cone nose
NOTE 50 mm ≤ L ≤ 2D, as defined in 5.4.7.
Figure 2 — Geometric profile of cone meter
4 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 5167-5:2016(E)

5.2.2 The design of the nose of the cone (for examples, see Figure 3) can be constructed as a machined

component or from an elbow. The nose shall be downstream of the plane of the centreline of the upstream

tapping(s). It is recommended that the nose be as short as practicable.
These designs shown in Figure 3 should not be considered exclusive.
a) Flat b) Pointed c) Curved d) Elbow
Figure 3 — Examples of different cone nose designs

5.2.3 The pipe diameter, D, shall be measured at plane A of Figure 4. The number of measurements

shall be a minimum of four equally spaced around the pipe internal circumference. The arithmetic mean

value of these measurements shall be taken as the value of D in the calculations.

5.2.4 The pipe diameter shall also be measured at plane C of Figure 4 (shown as D in Figure 2). The

TAP

number of measurements at this plane shall be at least equal to the number of pressure tappings (with a

minimum of four).

5.2.5 No diameter at any point between plane C and 1D downstream of plane A from Figure 4 shall

differ from the pipe diameter, D, by more than 1,0 %.
© ISO 2016 – All rights reserved 5
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ISO 5167-5:2016(E)
Key
1 flow
2 cone nose
Figure 4 — Metrology data for a cone meter

5.2.6 The internal surface of the pipe section from plane C to plane A from Figure 4 shall be clean and

smooth, and the roughness criterion, Ra, should be as small as possible and shall be less than 10 D.

5.2.7 The cone assembly shall generally consist of a circular bifrustum (two truncated cones joined

at their widest points). The upstream frustum shall have a single internal angle, θ , of 26° ± 5° to the

centreline of the frusta. The downstream frustum shall have a single internal angle, θ , of 67,5° ± 2,5° to

the centreline of the frusta.

5.2.8 The cone diameter, d , shall be measured at plane A of Figure 4. There shall be a minimum of four

measurements equally spaced around the cone external circumference.

The arithmetic mean value of these measurements shall be taken as the value of d in the calculations.

No diameter shall differ by more than 0,1 % from the value of the mean diameter. This requirement

is satisfied when the difference in length of any of the measured diameters conforms to the said

requirement with respect to the mean of the measured diameters.

5.2.9 The beta edge shall not be sharp. The radius of curvature, R , at the beta edge as shown in

Figure 5, shall be less than the smaller of 0,2 mm and 0,000 5 d .
6 © ISO 2016 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)

5.2.10 The cone shall be such that two diameters situated on the same plane perpendicular to the axis

of revolution do not differ from the mean diameter by more than 0,1 %.

Figure 5 — Radius of curvature, R , at the beta edge shown, as examples, for fabricated and

machined cones

5.2.11 The cone surface shall be clean and smooth, and the roughness criterion, Ra, shall be as small as

possible and shall always be less than 5 × 10 d .

5.2.12 The supporting structure for the cone shall present as small a restriction to the flow as practical,

whilst ensuring that the structural integrity of the cone meter is not impaired over the range of conditions

anticipated. The cone assembly may optionally include gussets that provide additional mechanical

support.

5.2.13 The lateral and angular deviations of the cone from the centreline of the pipe section shall be

measured.

The distance between the widest part of the cone and the adjacent pipe internal wall shall be measured

(see plane A of Figure 4, labelled K , K , K , K ). There shall be a minimum of four measurements equally

1 2 3 4

spaced around the external circumference of the cone. The difference between each measurement and

the mean of those measurements shall be no greater than 5,0 %.

The distance between the cone nose and the adjacent pipe internal wall shall also be measured (see

plane B of Figure 4, labelled J , J , J , J ). There shall be a minimum of four measurements equally spaced

1 2 3 4

around the external circumference of the cone. The difference between each measurement and the

mean of those measurements shall be no greater than 5,0 %.

The angular deviation of the cone shall be measured and should be no greater than 2,0° in either the

horizontal (θ ) or vertical (θ ) from the pipe centreline at the cone nose, as shown in Figure 4.

HORZ VERT

The lateral deviation of the cone shall be measured and should be no greater than 0,01D in either the

horizontal or vertical from the pipe centreline at the cone nose, as shown in Figure 4.

5.2.14 Consideration shall be taken in the design of the cone meter and its installation to ensure that the

effects of pressure, temperature, and resonance over the entire range of conditions that the flow meter

may see over its operational life do not result in mechanical failure.

In applications where flow conditions produce significant vibration, the use of gussets is recommended.

5.3 Material and manufacture

5.3.1 The cone meter may be manufactured from any material, provided that the cone meter is in

accordance with the foregoing description and will remain so during use.

5.3.2 For fabricated cones, the cone shall include pressure relief vent holes through the downstream

face to ensure the structural stability of the cone under rapid pressure changes.

© ISO 2016 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 5167-5:2016(E)
5.4 Pressure tappings

5.4.1 The upstream tapping shall be made in the form of a pipe wall pressure tapping.

5.4.2 The diameter of the upstream tapping shall be between 4 mm and 10 mm and moreover shall

never be greater than 0,1D.

It is recommended that the upstream tapping be as small as compatible with the fluid (for example,

with its viscosity and contaminants).

5.4.3 The centreline of the upstream tapping(s) shall meet the centreline of the pipe.

5.4.4 At the point of break-through, the hole of the pressure tapping shall be circular. The edges shall

be flush with the pipe wall and free from burrs. The radius shall not exceed one-tenth of the diameter of

the pressure tapping.

5.4.5 The upstream pressure tapping should be cylindrical over a length at least equal to the diameter

of the tapping.

5.4.6 Conformity of the pressure tapping with the two foregoing requirements is assessed by visual

inspection.

5.4.7 The spacing between the planes perpendicular to the pipe axis of the centrelines of the upstream

pressure tapping(s) and the downstream tapping within the cone support, L, shall be a minimum of

50 mm and a maximum of 2D, as shown in Figure 2.

5.4.8 The downstream tapping through the cone shall be cylindrical, and shall have its centreline

concentric to the centreline of the cone. The diameter of this tapping shall be between 0,1 × d and 0,2 × d .

c c

The hole of the pressure tapping shall be circular and the edges shall be free from burrs.

5.5 Discharge coefficient, C
5.5.1 Limits of use

A simultaneous use of extreme values for D, β, and Re shall be avoided as otherwise the uncertainties

given in 5.7 might increase.

For installations outside the limits defined in 5.5.2 for D, β, and Re , it is necessary to calibrate the

discharge coefficient for each meter in accordance with Clause 7 over its entire Reynolds number range

of operation.

The effects of Re , R /D, and β on C are not yet sufficiently known for it to be possible to give reliable

D a
values of C outs
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 5167-5
ISO/TC 30/SC 2
Measurement of fluid flow by means of
Secretariat: BSI
pressure differential devices inserted
Voting begins on:
2015-10-29 in circular cross-section conduits
running full —
Voting terminates on:
2015-12-29
Part 5:
Cone meters
Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge de section circulaire —
Partie 5: Cônes de mesure
Please see the administrative notes on page iii
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2015
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING

This final draft has been developed within the International Organization for Standardization (ISO), and pro-

cessed under the ISO-lead mode of collaboration as defined in the Vienna Agreement. The final draft was

established on the basis of comments received during a parallel enquiry on the draft.

This final draft is hereby submitted to the ISO member bodies and to the CEN member bodies for a parallel

two-month approval vote in ISO and formal vote in CEN.
Positive votes shall not be accompanied by comments.
Negative votes shall be accompanied by the relevant technical reasons.
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

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

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principles of the method of measurement and computation ................................................................................ 2

5 Cone meters ............................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Field of application .............................................................................................................................................................................. 3

5.2 General shape ........................................................................................................................................................................................... 3

5.3 Material and manufacture ............................................................................................................................................................. 7

5.4 Pressure tappings ................................................................................................................................................................................. 8

5.5 Discharge coefficient, C ....................................................................................................................................................................8

5.5.1 Limits of use ......................................................................................................................................................................... 8

5.5.2 Discharge coefficient of the cone meter ...................................................................................................... 8

5.6 Expansibility (expansion) factor, ε .........................................................................................................................................9

5.7 Uncertainty of the discharge coefficient, C .....................................................................................................................9

5.8 Uncertainty of the expansibility (expansion) factor, ε ..........................................................................................9

5.9 Pressure loss ............................................................................................................................................................................................. 9

6 Installation requirements........................................................................................................................................................................10

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................10

6.2 Minimum upstream and downstream straight lengths for installations between

various fittings and the cone meter ...................................................................................................................................10

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................10

6.2.2 Single 90° bend .................. .................................................... .........................................................................................11

6.2.3 Two 90° bends in perpendicular planes ...................................................................................................11

6.2.4 Concentric expander .................................................................................................................................................11

6.2.5 Partially closed valves ..............................................................................................................................................11

6.3 Additional specific installation requirements for cone meters ..................................................................11

6.3.1 Circularity and cylindricality of the pipe .................................................................................................11

6.3.2 Roughness of the upstream and downstream pipe ........................................................................11

6.3.3 Positioning of a thermowell ................................................................................................................................11

7 Flow calibration of cone meters ........................................................................................................................................................12

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................12

7.2 Test facility ...............................................................................................................................................................................................12

7.3 Meter installation...............................................................................................................................................................................12

7.4 Design of the test programme .................................................................................................................................................12

7.5 Reporting the calibration results .........................................................................................................................................13

7.6 Uncertainty analysis of the calibration ...........................................................................................................................13

7.6.1 General...................................................................................................................................................................................13

7.6.2 Uncertainty of the test facility ...........................................................................................................................13

7.6.3 Uncertainty of the cone meter ..........................................................................................................................13

Annex A (informative) Table of expansibility (expansion) factor .......................................................................................14

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2015 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity

assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical

Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information

The committee responsible for this document is ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,

Subcommittee SC 2, Pressure differential devices.

The first edition of ISO 5167-5 is complementary to ISO 5167-1, ISO 5167-2, ISO 5167-3, and ISO 5167-4.

ISO 5167 consists of the following parts, under the general title Measurement of fluid flow by means of

pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full:

— Part 1: General principles and requirements
— Part 2: Orifice plates
— Part 3: Nozzles and Venturi nozzles
— Part 4: Venturi tubes
— Part 5: Cone meters
iv © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
Introduction

This International Standard, divided into five parts, covers the geometry and method of use (installation

and operating conditions) of orifice plates, nozzles, Venturi tubes, and cone meters when they are

inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid in the conduit. It also gives

necessary information for calculating the flow rate and its associated uncertainty.

This International Standard is applicable only to pressure differential devices in which the flow remains

subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase, but

it is not applicable to the measurement of pulsating flow. Furthermore, each of these devices can only

be used within specified limits of pipe size and Reynolds number.

This International Standard deals with devices for which direct calibration experiments have been

made sufficient in number, spread, and quality to enable coherent systems of application to be based

on their results and coefficients to be given with certain predictable limits of uncertainty. However, for

cone meters calibrated in accordance with Clause 7, a wider range of pipe size, β, and Reynolds number

may be considered.

The devices introduced into the pipe are called “primary devices”. The term primary device also includes

the pressure tappings. All other instruments or devices required for the measurement are known as

[1][5]

“secondary devices”. This International Standard covers primary devices; secondary devices will

be mentioned only occasionally.
This International Standard is divided into the following five parts:

a) ISO 5167-1 gives general terms and definitions, symbols, principles, and requirements as well

as methods of measurement and uncertainty that are to be used in conjunction with ISO 5167-1,

ISO 5167-2, ISO 5167-3, ISO 5167-4, and ISO 5167-5.

b) ISO 5167-2 specifies requirements for orifice plates, which can be used with corner pressure

tappings, D and D/2 pressure tappings , and flange pressure tappings.

c) ISO 5167-3 specifies requirements for ISA 1932 nozzles , long radius nozzles, and Venturi nozzles,

which differ in shape and in the position of the pressure tappings.
d) ISO 5167-4 specifies requirements for classical Venturi tubes .

e) This part of ISO 5167 specifies requirements for cone meters and includes a section on calibration.

Aspects of safety are not dealt with in ISO 5167 (all parts). It is the responsibility of the user to ensure

that the system meets applicable safety regulations.

1) Orifice plates with ‘vena contracta’ pressure tappings are not considered in ISO 5167 (all parts).

2) ISA is the abbreviation for the International Federation of the National Standardizing Associations, which was

succeeded by ISO in 1946.

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

© ISO 2015 – All rights reserved v
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices inserted in circular cross-section
conduits running full —
Part 5:
Cone meters
1 Scope

This part of ISO 5167 specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions)

of cone meters when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid

flowing in the conduit.

As the uncertainty of an uncalibrated cone meter might be too large for a particular application, it might

be deemed essential to calibrate the flow meter in accordance with Clause 7.

This part of ISO 5167 also provides background information for calculating the flow rate and is

applicable in conjunction with the requirements given in ISO 5167-1.

This part of ISO 5167 is applicable only to cone meters in which the flow remains subsonic throughout

the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. Uncalibrated cone meters

can only be used within specified limits of pipe size, roughness, β, and Reynolds number. This part of

ISO 5167 is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of uncalibrated

cone meters in pipes sized less than 50 mm or more than 500 mm, or where the pipe Reynolds numbers

4 7
are below 8 × 10 or greater than 1,2 × 10 .

A cone meter is a primary device which consists of a cone-shaped restriction held concentrically in the

centre of the pipe with the nose of the cone upstream. The design of cone meter defined in this part of

ISO 5167 has one or more upstream pressure tappings in the wall, and a downstream pressure tapping

positioned in the back face of the cone with the connection to a differential pressure transmitter being

a hole through the cone to the support bar, and then up through the support bar.

Alternative designs of cone meters are available; however, at the time of writing, there is insufficient

data to fully characterize these devices, and therefore, these meters shall be calibrated in accordance

with Clause 7.
2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits — Vocabulary and symbols

ISO 5167-1:2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full — Part 1: General principles and requirements

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 4006, ISO 5167-1, and the

following apply.
© ISO 2015 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
3.1
beta edge
maximum circumference of the cone
4 Principles of the method of measurement and computation

The principle of the method of measurement is based on the installation of the cone meter into a pipeline

in which a fluid is running full. Flow through a cone meter produces a differential pressure between the

upstream and downstream tappings.
The mass flow rate can be determined by Formulae (1) and (2):
C π
q = ε Dpβρ2Δ (1)
m 1
1−β
and
β =−1 (2)

where d is the diameter of the cone in the plane of the beta edge. This assumes that the diameter of

the pipe at the upstream tapping, D , is equal to the diameter of the pipe at the beta edge, D. Figure 1

TAP
shows that as the cone diameter increases, β decreases.
Key
1 flow
Figure 1 — Cone meter showing different values of β
2 © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/FDIS 5167-5:2015(E)

The uncertainty limits can be calculated using the procedure given in ISO 5167-1:2003, Clause 8, except

that Formula (3) should be used instead of ISO 5167-1:2003, Formula (3)
12
 
2 22
2 2
22 2 2
 24   
   
        
δq   δd δρ
δδC ε 21()++ββ δD  2 1 δp 1
 
     
m      c  1
 
   
     
= + +  +  + +
   
   
    
  
     
     22    22  
   
q C ε D  d  4 p 4 ρ 
           
   
 ββ()1+ ββ()1+ 
m     c 1
 
 
(3)
Similarly, the value of the volume flow rate can be calculated since
q = (4)

where ρ is the fluid density at the temperature and pressure for which the volume is stated.

Computation of the flow rate, which is a purely arithmetic process, is performed by replacing the

different items on the right-hand side of Formula (1) by their numerical values. Formula (5) in 5.6 (or

the computed values in Table A.1) gives cone meter expansibility factors (ε). The values in Table A.1

are not intended for precise interpolation. Extrapolation is not permitted. However, the coefficient

of discharge, C, is generally dependent on the Reynolds number, Re, which is itself dependent on q ,

and has to be obtained by iteration (see ISO 5167-1:2003, Annex A for guidance regarding the choice of

iteration procedure and initial estimates).

The diameters, d and D, mentioned in Formulae (1) and (2) are the values of the diameters at working

conditions. Measurements taken at any other conditions should be corrected for any possible expansion

or contraction of the primary device and the pipe due to the values of the temperature and pressure of

the fluid during the measurement.

As the cone meter flow rate calculation is particularly sensitive to the pipe and cone diameter values

used, the user shall ensure that these are correctly entered into the flow computation calculations. For

example, care shall be taken to use the measured internal diameter rather than a nominal value.

It is necessary to know the density and the viscosity of the fluid at working conditions. In the case of a

compressible fluid, it is also necessary to know the isentropic exponent of the fluid at working conditions.

NOTE The turndown of all differential pressure flow meters is dependent upon the differential pressure range.

Typically, a 10:1 turndown in flow rate (equivalent to 100:1 turndown in differential pressure) can be achieved.

5 Cone meters
5.1 Field of application

Uncalibrated cone meters can be used in pipes with diameters between 50 mm and 500 mm and with

0,45 ≤ β ≤ 0,75. Cone meters with β > 0,75 shall be calibrated. Cone meters with values of β < 0,45 are

not normally manufactured.
There are limits to the roughness and Reynolds number which shall be addressed.
5.2 General shape

5.2.1 Figure 2 shows a section through the centreline of a cone meter. Figure 4 shows other sections

through the meter to aid in the metrology of the cone meter. The letters used in the text refer to those

shown in Figure 2 and Figure 4.

The cone meter is made up of a pipe section of diameter, D, which houses the cone assembly with cone

diameter, d , the support structure for the cone, and the tappings for differential pressure measurement.

© ISO 2015 – All rights reserved 3
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)

The cone assembly is installed such that the cone centreline is concentric to the centreline of the pipe

section, as per 5.2.13.
Key
1 flow
2 body pipe
3 cone element
4 support strut
5 high pressure tapping
6 low pressure tapping
7 cone nose
NOTE 50 mm ≤ L ≤ 2D, as defined in 5.4.7.
Figure 2 — Geometric profile of cone meter
4 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)

5.2.2 The design of the nose of the cone (for examples, see Figure 3) can be constructed as a machined

component or from an elbow. The nose shall be downstream of the plane of the centreline of the upstream

tapping(s). It is recommended that the nose be as short as practicable.
These designs shown in Figure 3 should not be considered exclusive.
a) Flat b) Pointed c) Curved d) Elbow
Figure 3 — Examples of different cone nose designs

5.2.3 The pipe diameter, D, shall be measured at plane A of Figure 4. The number of measurements

shall be a minimum of four equally spaced around the pipe internal circumference. The arithmetic mean

value of these measurements shall be taken as the value of D in the calculations.

5.2.4 The pipe diameter shall also be measured at plane C of Figure 4 (shown as D in Figure 2). The

TAP

number of measurements at this plane shall be at least equal to the number of pressure tappings (with a

minimum of four).

5.2.5 No diameter at any point between plane C and 1D downstream of plane A from Figure 4 shall

differ from the pipe diameter, D, by more than 1,0 %.
© ISO 2015 – All rights reserved 5
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
Key
1 flow
2 cone nose
Figure 4 — Metrology data for a cone meter

5.2.6 The internal surface of the pipe section from plane C to plane A from Figure 4 shall be clean and

smooth, and the roughness criterion, Ra, should be as small as possible and shall be less than 10 D.

5.2.7 The cone assembly shall generally consist of a circular bifrustum (two truncated cones joined

at their widest points). The upstream frustum shall have a single internal angle, θ , of 26° ± 5° to the

centreline of the frusta. The downstream frustum shall have a single internal angle, θ , of 67,5° ± 2,5° to

the centreline of the frusta.

5.2.8 The cone diameter, d , shall be measured at plane A of Figure 4. There shall be a minimum of four

measurements equally spaced around the cone external circumference.

The arithmetic mean value of these measurements shall be taken as the value of d in the calculations.

No diameter shall differ by more than 0,1 % from the value of the mean diameter. This requirement

is satisfied when the difference in length of any of the measured diameters conforms to the said

requirement with respect to the mean of the measured diameters.

5.2.9 The beta edge shall not be sharp. The radius of curvature, R , at the beta edge as shown in

Figure 5, shall be less than the smaller of 0,2 mm and 0,000 5 d .
6 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)

5.2.10 The cone shall be such that two diameters situated on the same plane perpendicular to the axis

of revolution do not differ from the mean diameter by more than 0,1 %

Figure 5 — Radius of curvature, R , at the beta edge shown, as examples, for fabricated and

machined cones

5.2.11 The cone surface shall be clean and smooth, and the roughness criterion, Ra, shall be as small as

possible and shall always be less than 5 × 10 d .

5.2.12 The supporting structure for the cone shall present as small a restriction to the flow as practical,

whilst ensuring that the structural integrity of the cone meter is not impaired over the range of conditions

anticipated. The cone assembly may optionally include gussets that provide additional mechanical support.

5.2.13 The lateral and angular deviations of the cone from the centreline of the pipe section shall be

measured.

The distance between the widest part of the cone and the adjacent pipe internal wall shall be measured

(see plane A of Figure 4, labelled K , K , K , K ). There shall be a minimum of four measurements equally

1 2 3 4

spaced around the external circumference of the cone. The difference between each measurement and

the mean of those measurements shall be no greater than 5,0 %.

The distance between the cone nose and the adjacent pipe internal wall shall also be measured (see

plane B of Figure 4, labelled J , J , J , J ). There shall be a minimum of four measurements equally spaced

1 2 3 4

around the external circumference of the cone. The difference between each measurement and the

mean of those measurements shall be no greater than 5,0 %.

The angular deviation of the cone shall be measured and should be no greater than 2,0° in either the

horizontal (θ ) or vertical (θ ) from the pipe centreline at the cone nose, as shown in Figure 4.

HORZ VERT

The lateral deviation of the cone shall be measured and should be no greater than 0,01D in either the

horizontal or vertical from the pipe centreline at the cone nose, as shown in Figure 4.

5.2.14 Consideration shall be taken in the design of the cone meter and its installation to ensure that the

effects of pressure, temperature, and resonance over the entire range of conditions that the flow meter

may see over its operational life do not result in mechanical failure.

In applications where flow conditions produce significant vibration, the use of gussets is recommended.

5.3 Material and manufacture

5.3.1 The cone meter may be manufactured from any material, provided that the cone meter is in

accordance with the foregoing description and will remain so during use.

5.3.2 For fabricated cones, the cone shall include pressure relief vent holes through the downstream

face to ensure the structural stability of the cone under rapid pressure changes.

© ISO 2015 – All rights reserved 7
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ISO/FDIS 5167-5:2015(E)
5.4 Pressure tappings

5.4.1 The upstream tapping shall be made in the form of a pipe wall pressure tapping.

5.4.2 The diameter of the upstream tapping shall be between 4 mm and 10 mm and moreover shall

never be greater than 0,1D.

It is recommended that the upstream tapping be as small as compatible with the fluid (for example,

with its viscosity and contaminants).

5.4.3 The centreline of the upstream tapping(s) shall meet the centreline of the pipe.

5.4.4 At the point of break-through, the hole of the pressure tapping shall be circular. The edges shall

be flush with the pipe
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 5167-5
Première édition
2016-03-01
Mesure de débit des fluides au moyen
d’appareils déprimogènes insérés
dans des conduites en charge de
section circulaire —
Partie 5:
Cônes de mesure
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
inserted in circular cross-section conduits running full —
Part 5: Cone meters
Numéro de référence
ISO 5167-5:2016(F)
ISO 2016
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ISO 5167-5:2016(F)
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 5167-5:2016(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Principes de la méthode de mesurage et mode de calcul .......................................................................................... 2

5 Cônes de mesure ................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Domaine d’application ..................................................................................................................................................................... 3

5.2 Forme générale ....................................................................................................................................................................................... 4

5.3 Matériau et fabrication .................................................................................................................................................................... 7

5.4 Prises de pression ................................................................................................................................................................................ 8

5.5 Coefficient de décharge, C ...............................................................................................................................................................8

5.5.1 Limites d’utilisation ...................................................................................................................................................... 8

5.5.2 Coefficient de décharge du cône de mesure ............................................................................................. 8

5.6 Coefficient de détente, ε ...................................................................................................................................................................9

5.7 Incertitude du coefficient de décharge, C ..........................................................................................................................9

5.8 Incertitude du coefficient de détente, ε ..............................................................................................................................9

5.9 Perte de pression ...............................................................................................................................................................................10

6 Exigences d’installation .............................................................................................................................................................................10

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................10

6.2 Longueurs droites minimales amont et aval à installer entre différents accessoires

et le cône de mesure ........................................................................................................................................................................11

6.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................11

6.2.2 Coude simple à 90° .....................................................................................................................................................11

6.2.3 Deux coudes à 90° dans des plans perpendi culaires .....................................................................11

6.2.4 Évasement concentrique........................................................................................................................................11

6.2.5 Robinets partiellement fermés .........................................................................................................................11

6.3 Exigences spécifiques supplémentaires pour l’installation de cônes de mesure .......................11

6.3.1 Circularité et cylindricité de la conduite ..................................................................................................11

6.3.2 Rugosité de la conduite amont et aval ........................................................................................................12

6.3.3 Positionnement d’un puits thermométrique ........................................................................................12

7 Étalonnage de l’écoulement des cônes de mesure .........................................................................................................12

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................12

7.2 Installation d’essai ............................................................................................................................................................................12

7.3 Installation de l’appareil de mesure ..................................................................................................................................13

7.4 Conception du programme d’essai .....................................................................................................................................13

7.5 Consignation des résultats d’étalonnage .......................................................................................................................13

7.6 Analyse de l’incertitude de l’étalonnage ........................................................................................................................13

7.6.1 Généralités .........................................................................................................................................................................13

7.6.2 Incertitude de l’installation d’essai ...............................................................................................................13

7.6.3 Incertitude du cône de mesure .........................................................................................................................14

Annexe A (informative) Tableau du coefficient de détente ........................................................................................................15

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................16

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ISO 5167-5:2016(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à

l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes

de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —

Informations supplémentaires.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans

les conduites fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes.

Cette première édition de l’ISO 5167-5 est complémentaire des normes ISO 5167-1, ISO 5167-2,

ISO 5167-3 et ISO 5167-4.

L’ISO 5167 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Mesure de débit des fluides au

moyen d’appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire:

— Partie 1: Principes généraux et exigences générales
— Partie 2: Diaphragmes
— Partie 3: Tuyères et Venturi-tuyères
— Partie 4: Tubes de Venturi
— Partie 5: Cônes de mesure
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 5167-5:2016(F)
Introduction

La présente Norme internationale, qui comprend cinq parties, a pour objet la géométrie et le mode

d’emploi (conditions d’installation et d’utilisation) des diaphragmes, tuyères, tubes de Venturi et cônes

de mesure insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide s’écoulant

dans cette conduite. Elle fournit également les informations nécessaires au calcul de ce débit et de son

incertitude associée.

La présente Norme internationale est applicable uniquement aux appareils déprimogènes dans lesquels

l’écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré

comme monophasique; elle n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. De plus, chacun de

ces appareils ne peut être utilisé que dans des limites spécifiées de diamètre de conduite et de nombre

de Reynolds.

La présente Norme internationale traite d’appareils pour lesquels des étalonnages directs ont été

réalisés, en nombre suffisant, sur une gamme suffisante et avec une qualité suffisante pour permettre

à des systèmes d’application cohérents de se baser sur leurs résultats et coefficients dans certaines

limites prévisibles d’incertitude. Cependant, pour les cônes de mesure étalonnés conformément à

l’Article 7, une plage plus étendue peut être envisagée pour le diamètre de conduite, la valeur de β et le

nombre de Reynolds.

Les appareils interposés dans la conduite sont appelés «éléments primaires», en comprenant dans ce

terme les prises de pression, tandis que l’on appelle «éléments secondaires» tous les autres instruments

ou dispositifs nécessaires à l’accomplissement de la mesure. La présente Norme internationale concerne

[1][5]

les éléments primaires; les éléments secondaires ne sont mentionnés qu’exceptionnellement.

Les cinq parties formant la présente Norme internationale sont structurées comme suit:

a) L’ISO 5167-1 indique les termes généraux et leur définition, les symboles, les principes et

les exigences, ainsi que les méthodes de mesurage et l’incertitude qui doivent être utilisés

conjointement avec l’ISO 5167-1, l’ISO 5167-2, l’ISO 5167-3, l’ISO 5167-4 et l’ISO 5167-5.

b) L’ISO 5167-2 spécifie les exigences relatives aux diaphragmes avec lesquels sont utilisées des prises

de pression dans les angles, des prises de pression à D et à D/2 et des prises de pression à la bride.

c) L’ISO 5167-3 spécifie les exigences relatives aux tuyères ISA 1932 , aux tuyères à long rayon et

aux Venturi-tuyères, lesquelles diffèrent entre elles par leur forme et l’emplacement des prises de

pression.

d) L’ISO 5167-4 spécifie les exigences relatives aux tubes de Venturi classiques .

e) La présente partie de l’ISO 5167 spécifie les exigences relatives aux cônes de mesure et inclut un

article sur l’étalonnage.

Les aspects de sécurité ne sont pas traités dans l’ISO 5167 (toutes les parties). Il incombe à l’utilisateur

de s’assurer que le système respecte les réglementations applicables en matière de sécurité.

1) Les diaphragmes à prises de pression «vena contracta» ne sont pas traités dans l’ISO 5167 (toutes les parties).

2) ISA est le sigle de la Fédération internationale des associations nationales de normalisation, organisme auquel

l’ISO a succédé en 1946.

3) Aux États-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé «tube de Herschel».

© ISO 2016 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 5167-5:2016(F)
Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils
déprimogènes insérés dans des conduites en charge de
section circulaire —
Partie 5:
Cônes de mesure
1 Domaine d’application

La présente partie de l’ISO 5167 spécifie la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation et

d’utilisation) de cônes de mesure insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit

du fluide s’écoulant dans cette conduite.

Étant donné que l’incertitude d’un cône de mesure non étalonné risque d’être trop élevée pour une

application particulière, l’étalonnage du débitmètre conformément à l’Article 7 pourrait être considéré

comme essentiel.

La présente partie de l’ISO 5167 fournit également des informations de fond nécessaires au calcul du

débit et elle est applicable conjointement avec les exigences stipulées dans l’ISO 5167-1.

La présente partie de l’ISO 5167 est applicable uniquement aux cônes de mesure pour lesquels

l’écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré

comme monophasique. Les cônes de mesure non étalonnés ne peuvent être utilisés que dans des

limites spécifiées de diamètre de conduite, de rugosité, de valeur de β et de nombre de Reynolds. La

présente partie de l’ISO 5167 n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. Elle ne couvre

pas l’utilisation de cônes de mesure non étalonnés dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm

ou supérieur à 500 mm, ni les cas où les nombres de Reynolds rapportés à la tuyauterie sont inférieurs

4 7
à 8 × 10 ou supérieurs à 1,2 × 10 .

Un cône de mesure est un élément primaire composé d’une restriction conique maintenue de manière

concentrique au centre de la conduite, le nez du cône étant situé en amont. La conception d’un cône de

mesure définie dans la présente partie de l’ISO 5167 comprend une ou plusieurs prises de pression amont

dans la paroi et une prise de pression aval positionnée dans la face arrière du cône. Le raccordement à

un transmetteur de pression différentielle se fait par un trou dans le cône menant à la barre de support,

puis vers le haut à travers la barre de support.

D’autres conceptions de cônes de mesure sont possibles; cependant, au moment de la rédaction de cette

norme les données permettant de caractériser complètement ces appareils étaient insuffisantes et ces

derniers doivent donc être étalonnés conformément à l’Article 7.
2 Références normatives

Les documents suivants, en totalité ou en partie, sont référencés de manière normative dans le présent

document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée

s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y

compris les éventuels amendements).

ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées — Vocabulaire et symboles

ISO 5167-1:2003, Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes insérés dans des conduites

en charge de section circulaire — Partie 1: Principes généraux et exigences générales

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ISO 5167-5:2016(F)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 4006 et l’ISO 5167-1,

ainsi que le terme et la définition suivante, s’appliquent.
3.1
arête bêta
circonférence maximale du cône
4 Principes de la méthode de mesurage et mode de calcul

Le principe de la méthode de mesurage consiste à interposer un cône de mesure sur le passage d’un

fluide s’écoulant dans une conduite en charge, ce qui crée une pression différentielle entre les prises

aval et amont.
Le débit-masse peut être déterminé à l’aide des Formules (1) et (2):
C π
q = ε Dpβρ2Δ (1)
m 1
1−β
β =−1 (2)

où d est le diamètre du cône dans le plan de l’arête bêta. Cela suppose que le diamètre de la conduite

au niveau de la prise de pression amont, D , est égal au diamètre de la conduite à l’arête bêta, D.

TAP

La Figure 1 montre que β diminue au fur et à mesure que le diamètre du cône augmente.

Légende
1 sens de l’écoulement
Figure 1 — Cône de mesure avec différentes valeurs de β
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 5167-5:2016(F)

Les limites d’incertitude peuvent être calculées suivant le mode opératoire indiqué à l’Article 8 de

l’ISO 5167-1:2003, si ce n’est qu’il convient d’utiliser la Formule (3) suivante à la place de la Formule (3)

de l’ISO 5167-1:2003:
12
2 22
2 2
22 2 2
   
24    
       
δq δd δρ
 
δδC ε 21()++ββ δD  2  1 δp 1 
 
m    c  1
     
   
    
= + +   +  +  +
 
 
     
 
     
 22  22
        
q C ε  D  d  4 p 4 ρ 
        
   
ββ()1+ ββ()1+    
m     c 1
(3)
De même, on peut calculer la valeur du débit-volume sachant que:
q = (4)

où ρ est la masse volumique du fluide à la température et à la pression pour lesquelles le volume est donné.

Le calcul du débit, qui est un procédé purement arithmétique, est effectué par le remplacement des

différents termes situés à droite de la Formule (1) par leur valeur numérique. La Formule (5) en 5.6 (ou

les valeurs calculées dans le Tableau A.1) donne les coefficients de détente (ε) du cône de mesure. Les

valeurs du Tableau A.1 ne sont pas prévues pour une interpolation précise. L’extrapolation n’est pas

permise. Cependant, le coefficient de décharge, C, est généralement fonction du nombre de Reynolds,

Re, qui est lui-même fonction de q et doit être obtenu par itération (voir de l’ISO 5167-1:2003, Annexe A

pour des préconisations sur le choix du procédé d’itération et des estimations initiales).

Les diamètres d et D mentionnés dans les Formules (1) et (2) sont les valeurs des diamètres dans les

conditions de service. Il convient donc de corriger les valeurs mesurées dans d’autres conditions pour

tenir compte de la dilatation ou contraction éventuelle de l’élément primaire et de la conduite résultant

des valeurs de la température et de la pression du fluide lors du mesurage.

Comme le calcul du débit du cône de mesure est particulièrement sensible aux valeurs utilisées pour le

diamètre de la conduite et du cône, l’utilisateur doit s’assurer que celles-ci sont correctement introduites

dans les calculs de débit. Par exemple, il faut veiller à utiliser le diamètre intérieur mesuré plutôt que la

valeur nominale.

Il est nécessaire de connaître la masse volumique et la viscosité du fluide dans les conditions de service.

Dans le cas d’un fluide compressible, il est également nécessaire de connaître l’exposant isentropique

du fluide dans les conditions de service.

NOTE La marge de réglage effective de tous les débitmètres de pression différentielle est fonction de la plage

de pression différentielle. Il est généralement possible d’obtenir une marge de 10:1 pour le débit (équivalant à

une marge de 100:1 pour la pression différentielle).
5 Cônes de mesure
5.1 Domaine d’application

Les cônes de mesure non étalonnés peuvent être utilisés dans les conduites de diamètre compris

entre 50 mm et 500 mm et avec 0,45 ≤ β ≤ 0,75. Les cônes de mesure avec β > 0,75 doivent être étalonnés.

Les cônes de mesure avec des valeurs de β < 0,45 ne sont normalement pas fabriqués.

Il existe des limites à la rugosité et au nombre de Reynolds qui doivent être traitées.

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ISO 5167-5:2016(F)
5.2 Forme générale

5.2.1 La Figure 2 représente la coupe d’un cône de mesure passant par son axe. La Figure 4 représente

d’autres coupes à travers l’appareil de mesure afin de faciliter la métrologie du cône de mesure. Les

lettres utilisées dans le texte renvoient aux repères correspondants sur la Figure 2 et la Figure 4.

Le cône de mesure est constitué d’un tronçon de conduite de diamètre D qui abrite le cône assemblé de

diamètre d , la structure de support du cône et les prises pour le mesurage de la pression différentielle.

Le cône assemblé est installé de manière à ce que son axe soit concentrique avec l’axe du tronçon de

conduite, conformément à 5.2.13.
Légende
1 sens de l’écoulement
2 corps de la conduite
3 élément conique
4 bras de support
5 prise haute pression
6 prise basse pression
7 nez du cône
NOTE 50 mm ≤ L ≤ 2D, comme défini en 5.4.7.
Figure 2 — Profil géométrique du cône de mesure

5.2.2 La conception du nez du cône (pour des exemples, voir la Figure 3) peut être réalisée sous la

forme d’un composant usiné ou à partir d’un coude. Le nez doit être en aval du plan passant par l’axe de

la (des) prise(s) de pression amont. Il est recommandé que le nez soit aussi court que possible.

Il convient de ne pas considérer comme exclusives les conceptions représentées à la Figure 3.

4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 5167-5:2016(F)
a) Plat b) Pointu c) Incurvé d) Coude
Figure 3 — Exemples de conceptions différentes du nez du cône

5.2.3 Le diamètre D de la conduite doit être mesuré dans le plan A de la Figure 4. Le nombre de

mesurages doit être au minimum de quatre, régulièrement espacés sur la circonférence intérieure de la

conduite. La moyenne arithmétique de toutes ces mesures doit être prise comme valeur de D dans les

calculs.

5.2.4 Le diamètre de la conduite doit également être mesuré dans le plan C de la Figure 4 (D sur la

TAP

Figure 2). Il doit y avoir au moins autant de mesurages dans ce plan que de prises de pression (quatre au

minimum).

5.2.5 Aucun diamètre en un point quelconque entre le plan C et 1D en aval du plan A sur la Figure 4 ne

doit différer du diamètre D de la conduite de plus de 1,0 %.
© ISO 2016 – Tous droits réservés 5
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ISO 5167-5:2016(F)
Légende
1 sens de l’écoulement
2 nez du cône
Figure 4 — Données de métrologie pour un cône de mesure

5.2.6 La surface intérieure du tronçon de conduite entre le plan C et le plan A sur la Figure 4 doit

être propre et lisse, et il convient que le critère de rugosité R soit aussi faible que possible et inférieur

à 10 D.

5.2.7 Le cône assemblé doit généralement être composé d’un double tronc de cône circulaire (deux

cônes tronqués joints à l’endroit où ils sont le plus large). Le tronc de cône amont doit former un angle

intérieur, θ , de 26° ± 5° avec l’axe des troncs de cône. Le tronc de cône aval doit former un angle intérieur,

θ , de 67,5° ± 2,5° avec l’axe des troncs de cône.

5.2.8 Le diamètre d du cône doit être mesuré dans le plan A de la Figure 4. Au minimum quatre

mesurages, régulièrement espacés sur la circonférence extérieure du cône, doivent être effectués.

La moyenne arithmétique de toutes ces mesures doit être prise comme valeur de d dans les calculs.

Aucun diamètre ne doit différer de plus de 0,1 % de la valeur du diamètre moyen. Cette exigence est

réputée satisfaite lorsque la différence de longueur de n’importe lequel des diamètres mesurés par

rapport à la moyenne des diamètres mesurés est conforme à ladite exigence.
6 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 5167-5:2016(F)

5.2.9 L’arête bêta ne doit pas être vive. Le rayon de courbure R à l’arête bêta, représenté à la Figure 5,

doit être inférieur à 0,2 mm ou à 0,000 5 d , en retenant la plus petite des deux valeurs.

5.2.10 Le cône doit être tel que deux diamètres situés dans le même plan perpendiculaire à l’axe de

révolution ne diffèrent pas du diamètre moyen de plus de 0,1 %.

Figure 5 — Rayon de courbure, R , à l’arête bêta, représenté à titre d’exemple pour des cônes

façonnés et usinés

5.2.11 La surface du cône doit être propre et lisse, et le critère de rugosité R doit être aussi faible que

possible et toujours inférieur à 5 × 10 d .

5.2.12 La structure de support du cône doit présenter une restriction de l’écoulement aussi petite

que possible, tout en faisant en sorte que l’intégrité structurelle du cône de mesure ne soit pas affectée

dans la plage des conditions prévues. Le cône assemblé peut éventuellement inclure des goussets qui

fournissent un support mécanique supplémentaire.

5.2.13 Les écarts latéraux et angulaires du cône par rapport à l’axe du tronçon de conduite doivent être

mesurés.

La distance entre la partie la plus large du cône et la paroi intérieure de la conduite adjacente doit

être mesurée (voir le plan A sur la Figure 4, repères K , K , K , K ). Au minimum quatre mesurages,

1 2 3 4

régulièrement espacés sur la circonférence extérieure du cône, doivent être effectués. La différence

entre chaque mesurage et la moyenne de ces mesurages ne doit pas être supérieure à 5,0 %.

La distance entre le nez du cône et la paroi intérieure de la conduite adjacente doit être mesurée (voir

le plan B sur la Figure 4, repères J , J , J , J ). Au minimum quatre mesurages, régulièrement espacés sur

1 2 3 4

la circonférence extérieure du cône, doivent être effectués. La différence entre chaque mesurage et la

moyenne de ces mesurages ne doit pas être supérieure à 5,0 %.

L’écart angulaire du cône doit être mesuré et il convient qu’il ne soit pas supérieur à 2,0° dans le sens

horizontal (θ ) ou vertical (θ ) par rapport à l’axe de la conduite au nez du cône, comme illustré

HORZ VERT
à la Figure 4.

L’écart latéral du cône doit être mesuré et il convient qu’il ne soit pas supérieur à 0,01D dans le sens

horizontal ou vertical par rapport à l’axe de la conduite au nez du cône, comme illustré à la Figure 4.

5.2.14 Lors de la conception du cône de mesure et de son installation, il est nécessaire de s’assurer que

les effets de la pression, de la température et de la résonance n’engendrent pas de défaillance mécanique

dans toute la plage de conditions que peut rencontrer le débitmètre pendant sa durée de vie en service.

Pour les applications pour lesquelles les conditions d’écoulement produisent des vibrations importantes,

l’utilisation de goussets est recommandée.
5.3 Matériau et fabrication

5.3.1 Le cône de mesure peut être fabriqué en n’importe quel matériau, pourvu qu’il soit et reste

conforme à la description ci-dessus pendant l’utilisation.
© ISO 2016 –
...

PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 5167-5
ISO/TC 30/SC 2
Mesure de débit des fluides au moyen
Secrétariat: BSI
d’appareils déprimogènes insérés
Début de vote:
2015-10-29 dans des conduites en charge de
section circulaire —
Vote clos le:
2015-12-29
Partie 5:
Cônes de mesure
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
inserted in circular cross-section conduits running full —
Part 5: Cone meters
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
Veuillez consulter les notes administratives en page iii
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
TION NATIONALE. ISO 2015
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
TRAITEMENT PARALLÈLE ISO/CEN

Le présent projet final a été élaboré dans le cadre de l’Organisation internationale de normalisation (ISO) et

soumis selon le mode de collaboration sous la direction de l’ISO, tel que défini dans l’Accord de Vienne. Le

projet final a été établi sur la base des observations reçues lors de l’enquête parallèle sur le projet.

Le projet final est par conséquent soumis aux comités membres de l’ISO et aux comités membres du CEN en

parallèle à un vote d’approbation de deux mois au sein de l’ISO et à un vote formel au sein du CEN.

Les votes positifs ne doivent pas être accompagnés d’observations.
Les votes négatifs doivent être accompagnés des arguments techniques pertinents.
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2015, Publié en Suisse

Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Principes de la méthode de mesurage et mode de calcul .......................................................................................... 2

5 Cônes de mesure ................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Domaine d’application ..................................................................................................................................................................... 3

5.2 Forme générale ....................................................................................................................................................................................... 4

5.3 Matériau et fabrication .................................................................................................................................................................... 7

5.4 Prises de pression ................................................................................................................................................................................ 8

5.5 Coefficient de décharge, C .............................................................................................................................................................8

5.5.1 Limites d’utilisation ...................................................................................................................................................... 8

5.5.2 Coefficient de décharge du cône de mesure ............................................................................................. 8

5.6 Coefficient de détente, ε ..................................................................................................................................................................9

5.7 Incertitude du coefficient de décharge, C.........................................................................................................................9

5.8 Incertitude du coefficient de détente, ε .............................................................................................................................9

5.9 Perte de pression ...............................................................................................................................................................................10

6 Exigences d’installation .............................................................................................................................................................................10

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................10

6.2 Longueurs droites minimales amont et aval à installer entre différents accessoires

et le cône de mesure ........................................................................................................................................................................11

6.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................11

6.2.2 Coude simple à 90° .....................................................................................................................................................11

6.2.3 Deux coudes à 90° dans des plans perpendi culaires .....................................................................11

6.2.4 Évasement concentrique........................................................................................................................................11

6.2.5 Robinets partiellement fermés .........................................................................................................................11

6.3 Exigences spécifiques supplémentaires pour l’installation de cônes de mesure .......................11

6.3.1 Circularité et cylindricité de la conduite ..................................................................................................11

6.3.2 Rugosité de la conduite amont et aval ........................................................................................................12

6.3.3 Positionnement d’un puits thermométrique ........................................................................................12

7 Étalonnage de l’écoulement des cônes de mesure .........................................................................................................12

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................12

7.2 Installation d’essai ............................................................................................................................................................................12

7.3 Installation de l’appareil de mesure ..................................................................................................................................13

7.4 Conception du programme d’essai .....................................................................................................................................13

7.5 Consignation des résultats d’étalonnage .......................................................................................................................13

7.6 Analyse de l’incertitude de l’étalonnage ........................................................................................................................13

7.6.1 Généralités .........................................................................................................................................................................13

7.6.2 Incertitude de l’installation d’essai ...............................................................................................................13

7.6.3 Incertitude du cône de mesure .........................................................................................................................14

Annexe A (informative) Tableau du coefficient de détente ........................................................................................................15

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................17

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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer

un engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à

l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes

de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —

Informations supplémentaires.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans

les conduites fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes.

Cette première édition de l’ISO 5167-5 est complémentaire des normes ISO 5167-1, ISO 5167-2,

ISO 5167-3 et ISO 5167-4.

L’ISO 5167 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Mesure de débit des fluides au

moyen d’appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire:

— Partie 1: Principes généraux et exigences générales
— Partie 2: Diaphragmes
— Partie 3: Tuyères et Venturi-tuyères
— Partie 4: Tubes de Venturi
— Partie 5: Cônes de mesure
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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
Introduction

La présente Norme internationale, qui comprend cinq parties, a pour objet la géométrie et le mode

d’emploi (conditions d’installation et d’utilisation) des diaphragmes, tuyères, tubes de Venturi et cônes

de mesure insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide s’écoulant

dans cette conduite. Elle fournit également les informations nécessaires au calcul de ce débit et de son

incertitude associée.

La présente Norme internationale est applicable uniquement aux appareils déprimogènes dans

lesquels l’écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être

considéré comme monophasique; elle n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. De plus,

chacun de ces appareils ne peut être utilisé que dans des limites spécifiées de diamètre de conduite et

de nombre de Reynolds.

La présente Norme internationale traite d’appareils pour lesquels des étalonnages directs ont été

réalisés, en nombre suffisant, sur une gamme suffisante et avec une qualité suffisante pour permettre

à des systèmes d’application cohérents de se baser sur leurs résultats et coefficients dans certaines

limites prévisibles d’incertitude. Cependant, pour les cônes de mesure étalonnés conformément à

l’Article 7, une plage plus étendue peut être envisagée pour le diamètre de conduite, la valeur de β et le

nombre de Reynolds.

Les appareils interposés dans la conduite sont appelés «éléments primaires», en comprenant dans ce

terme les prises de pression, tandis que l’on appelle «éléments secondaires» tous les autres instruments

ou dispositifs nécessaires à l’accomplissement de la mesure. La présente Norme internationale concerne

[1][5]

les éléments primaires; les éléments secondaires ne sont mentionnés qu’exceptionnellement.

Les cinq parties formant la présente Norme internationale sont structurées comme suit:

a) L’ISO 5167-1 indique les termes généraux et leur définition, les symboles, les principes et

les exigences, ainsi que les méthodes de mesurage et l’incertitude qui doivent être utilisés

conjointement avec l’ISO 5167-1, l’ISO 5167-2, l’ISO 5167-3, l’ISO 5167-4 et l’ISO 5167-5.

b) L’ISO 5167-2 spécifie les exigences relatives aux diaphragmes avec lesquels sont utilisées des prises

de pression dans les angles, des prises de pression à D et à D/2 et des prises de pression à la bride.

c) L’ISO 5167-3 spécifie les exigences relatives aux tuyères ISA 1932 , aux tuyères à long rayon et aux

Venturi-tuyères, lesquelles diffèrent entre elles par leur forme et l’emplacement des prises de pression.

d) L’ISO 5167-4 spécifie les exigences relatives aux tubes de Venturi classiques .

e) La présente partie de l’ISO 5167 spécifie les exigences relatives aux cônes de mesure et inclut un

article sur l’étalonnage.

Les aspects de sécurité ne sont pas traités dans l’ISO 5167 (toutes les parties). Il incombe à l’utilisateur

de s’assurer que le système respecte les réglementations applicables en matière de sécurité.

1) Les diaphragmes à prises de pression «vena contracta» ne sont pas traités dans l’ISO 5167 (toutes les parties).

2) ISA est le sigle de la Fédération internationale des associations nationales de normalisation, organisme auquel

l’ISO a succédé en 1946.

3) Aux États-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé «tube de Herschel».

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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils
déprimogènes insérés dans des conduites en charge de
section circulaire —
Partie 5:
Cônes de mesure
1 Domaine d’application

La présente partie de l’ISO 5167 spécifie la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation et

d’utilisation) de cônes de mesure insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit

du fluide s’écoulant dans cette conduite.

Étant donné que l’incertitude d’un cône de mesure non étalonné risque d’être trop grande pour une

application particulière, l’étalonnage du débitmètre conformément à l’Article 7 pourrait être considéré

comme essentiel.

La présente partie de l’ISO 5167 fournit également des informations de fond nécessaires au calcul du

débit et elle est applicable conjointement avec les exigences stipulées dans l’ISO 5167-1.

La présente partie de l’ISO 5167 est applicable uniquement aux cônes de mesure pour lesquels

l’écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré

comme monophasique. Les cônes de mesure non étalonnés ne peuvent être utilisés que dans des

limites spécifiées de diamètre de conduite, de rugosité, de valeur de β et de nombre de Reynolds. La

présente partie de l’ISO 5167 n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. Elle ne couvre

pas l’utilisation de cônes de mesure non étalonnés dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm

ou supérieur à 500 mm, ni les cas où les nombres de Reynolds rapportés à la tuyauterie sont inférieurs

4 7
à 8 × 10 ou supérieurs à 1,2 × 10 .

Un cône de mesure est un élément primaire composé d’une restriction conique maintenue de manière

concentrique au centre de la conduite, le nez du cône étant situé en amont. La conception d’un cône de

mesure définie dans la présente partie de l’ISO 5167 comprend une ou plusieurs prises de pression amont

dans la paroi et une prise de pression aval positionnée dans la face arrière du cône. Le raccordement à

un transmetteur de pression différentielle se fait par un trou dans le cône menant à la barre de support,

puis vers le haut à travers la barre de support.

D’autres conceptions de cônes de mesure sont possibles; cependant, au moment de la rédaction de cette

norme les données permettant de caractériser complètement ces appareils étaient insuffisantes et ces

derniers doivent donc être étalonnés conformément à l’Article 7.
2 Références normatives

Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à

l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées — Vocabulaire et symboles

ISO 5167-1:2003, Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes insérés dans des conduites

en charge de section circulaire — Partie 1: Principes généraux et exigences générales

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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 4006 et l’ISO 5167-1,

ainsi que le terme et la définition suivante, s’appliquent.
3.1
arête bêta
circonférence maximale du cône
4 Principes de la méthode de mesurage et mode de calcul

Le principe de la méthode de mesurage consiste à interposer un cône de mesure sur le passage d’un

fluide s’écoulant dans une conduite en charge, ce qui crée une pression différentielle entre les prises

aval et amont.
Le débit-masse peut être déterminé à l’aide des Formules (1) et (2):
C π
q = ε Dpβρ2Δ (1)
m 1
1−β
β =−1 (2)

où d est le diamètre du cône dans le plan de l’arête bêta. Cela suppose que le diamètre de la conduite

au niveau de la prise de pression amont, D , est égal au diamètre de la conduite à l’arête bêta, D.

TAP

La Figure 1 montre que β diminue au fur et à mesure que le diamètre du cône augmente.

Légende
1 sens de l’écoulement
Figure 1 — Cône de mesure avec différentes valeurs de β
2 © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)

Les limites d’incertitude peuvent être calculées suivant le mode opératoire indiqué à l’Article 8 de

l’ISO 5167-1:2003, si ce n’est qu’il convient d’utiliser la Formule (3) suivante à la place de la Formule (3)

de l’ISO 5167-1:2003:
12
2 22
2 2
22 2 2
   
24    
       
δq δd δρ
 
δδC ε 21()++ββ δD  2  1 δp 1 
 
m    c  1
     
   
    
= + +   +  +  +
 
 
     
 
     
 22  22
        
q C ε  D  d  4 p 4 ρ 
        
   
ββ()1+ ββ()1+    
m     c 1
(3)
De même, on peut calculer la valeur du débit-volume sachant que:
q = (4)

où ρ est la masse volumique du fluide à la température et à la pression pour lesquelles le volume est donné.

Le calcul du débit, qui est un procédé purement arithmétique, est effectué par le remplacement des

différents termes situés à droite de la Formule (1) par leur valeur numérique. La Formule (5) en 5.6 (ou

les valeurs calculées dans le Tableau A.1) donne les coefficients de détente (ε) du cône de mesure. Les

valeurs du Tableau A.1 ne sont pas prévues pour une interpolation précise. L’extrapolation n’est pas

permise. Cependant, le coefficient de décharge, C, est généralement fonction du nombre de Reynolds, Re,

qui est lui-même fonction de q et doit être obtenu par itération (voir l’Annexe A de l’ISO 5167-1:2003

pour des préconisations sur le choix du procédé d’itération et des estimations initiales).

Les diamètres d et D mentionnés dans les Formules (1) et (2) sont les valeurs des diamètres dans les

conditions de service. Il convient donc de corriger les valeurs mesurées dans d’autres conditions pour

tenir compte de la dilatation ou contraction éventuelle de l’élément primaire et de la conduite résultant

des valeurs de la température et de la pression du fluide lors du mesurage.

Comme le calcul du débit du cône de mesure est particulièrement sensible aux valeurs utilisées pour le

diamètre de la conduite et du cône, l’utilisateur doit s’assurer que celles-ci sont correctement introduites

dans les calculs de débit. Par exemple, il faut veiller à utiliser le diamètre intérieur mesuré plutôt que la

valeur nominale.

Il est nécessaire de connaître la masse volumique et la viscosité du fluide dans les conditions de service.

Dans le cas d’un fluide compressible, il est également nécessaire de connaître l’exposant isentropique

du fluide dans les conditions de service.

NOTE La marge de réglage effective de tous les débitmètres de pression différentielle est fonction de la plage

de pression différentielle. Il est généralement possible d’obtenir une marge de 10:1 pour le débit (équivalant à

une marge de 100:1 pour la pression différentielle).
5 Cônes de mesure
5.1 Domaine d’application

Les cônes de mesure non étalonnés peuvent être utilisés dans les conduites de diamètre compris

entre 50 mm et 500 mm et avec 0,45 ≤ β ≤ 0,75. Les cônes de mesure avec β > 0,75 doivent être étalonnés.

Les cônes de mesure avec des valeurs de β < 0,45 ne sont normalement pas fabriqués.

Il existe des limites à la rugosité et au nombre de Reynolds qui doivent être traitées.

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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)
5.2 Forme générale

5.2.1 La Figure 2 représente la coupe d’un cône de mesure passant par son axe. La Figure 4 représente

d’autres coupes à travers l’appareil de mesure afin de faciliter la métrologie du cône de mesure. Les

lettres utilisées dans le texte renvoient aux repères correspondants sur la Figure 2 et la Figure 4.

Le cône de mesure est constitué d’un tronçon de conduite de diamètre D qui abrite le cône assemblé de

diamètre d , la structure de support du cône et les prises pour le mesurage de la pression différentielle.

Le cône assemblé est installé de manière à ce que son axe soit concentrique avec l’axe du tronçon de

conduite, conformément à 5.2.13.
Légende
1 sens de l’écoulement
2 corps de la conduite
3 élément conique
4 bras de support
5 prise haute pression
6 prise basse pression
7 nez du cône
NOTE 50 mm ≤ L ≤ 2D, comme défini en 5.4.7.
Figure 2 — Profil géométrique du cône de mesure
4 © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)

5.2.2 La conception du nez du cône (pour des exemples, voir la Figure 3) peut être réalisée sous la

forme d’un composant usiné ou à partir d’un coude. Le nez doit être en aval du plan passant par l’axe de

la (des) prise(s) de pression amont. Il est recommandé que le nez soit aussi court que possible.

Il convient de ne pas considérer comme exclusives les conceptions représentées à la Figure 3.

a) Plat b) Pointu c) Incurvé d) Coude
Figure 3 — Exemples de conceptions différentes du nez du cône

5.2.3 Le diamètre D de la conduite doit être mesuré dans le plan A de la Figure 4. Le nombre de mesurages

doit être au minimum de quatre, régulièrement espacés sur la circonférence intérieure de la conduite. La

moyenne arithmétique de toutes ces mesures doit être prise comme valeur de D dans les calculs.

5.2.4 Le diamètre de la conduite doit également être mesuré dans le plan C de la Figure 4 (D

TAP

sur la Figure 2). Il doit y avoir au moins autant de mesurages dans ce plan que de prises de pression

(quatre au minimum).

5.2.5 Aucun diamètre en un point quelconque entre le plan C et 1D en aval du plan A sur la Figure 4 ne

doit différer du diamètre D de la conduite de plus de 1,0 %.
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Légende
1 sens de l’écoulement
2 nez du cône
Figure 4 — Données de métrologie pour un cône de mesure

5.2.6 La surface intérieure du tronçon de conduite entre le plan C et le plan A sur la Figure 4 doit être

propre et lisse, et il convient que le critère de rugosité R soit aussi faible que possible et inférieur à 10 D.

5.2.7 Le cône assemblé doit généralement être composé d’un double tronc de cône circulaire (deux

cônes tronqués joints à l’endroit où ils sont le plus large). Le tronc de cône amont doit former un angle

intérieur, θ , de 26° ± 5° avec l’axe des troncs de cône. Le tronc de cône aval doit former un angle intérieur,

θ , de 67,5° ± 2,5° avec l’axe des troncs de cône.

5.2.8 Le diamètre d du cône doit être mesuré dans le plan A de la Figure 4. Au minimum quatre

mesurages, régulièrement espacés sur la circonférence extérieure du cône, doivent être effectués.

La moyenne arithmétique de toutes ces mesures doit être prise comme valeur de d dans les calculs.

Aucun diamètre ne doit différer de plus de 0,1 % de la valeur du diamètre moyen. Cette exigence est

réputée satisfaite lorsque la différence de longueur de n’importe lequel des diamètres mesurés par

rapport à la moyenne des diamètres mesurés est conforme à ladite exigence.

5.2.9 L’arête bêta ne doit pas être vive. Le rayon de courbure R à l’arête bêta, représenté à la Figure 5,

doit être inférieur à 0,2 mm ou à 0,000 5 d , en retenant la plus petite des deux valeurs.

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ISO/FDIS 5167-5:2015(F)

5.2.10 Le cône doit être tel que deux diamètres situés dans le même plan perpendiculaire à l’axe de

révolution ne diffèrent pas du diamètre moyen de plus de 0,1 %.

Figure 5 — Rayon de courbure, R , à l’arête bêta, représenté à titre d’exemple pour des cônes

façonnés et usinés

5.2.11 La surface du cône doit être propre et lisse, et le critère de rugosité R doit être aussi faible que

possible et toujours inférieur à 5 × 10 d .

5.2.12 La structure de support du cône doit présenter une restriction de l’écoulement aussi petite

que possible, tout en faisant en sorte que l’intégrité structurelle du cône de mesure ne soit pas affectée

dans la plage des conditions prévues. Le cône assemblé peut éventuellement inclure des goussets qui

fournissent un support mécanique supplémentaire.

5.2.13 Les écarts latéraux et angulaires du cône par rapport à l’axe du tronçon de conduite doivent

être mesurés.

La distance entre la partie la plus large du cône et la paroi intérieure de la conduite adjacente doit

être mesurée (voir le plan A sur la Figure 4, repères K , K , K , K ). Au minimum quatre mesurages,

1 2 3 4

régulièrement espacés sur la circonférence extérieure du cône, doivent être effectués. La différence

entre chaque mesurage et la moyenne de ces mesurages ne doit pas être supérieure à 5,0 %.

La dist
...

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