ISO 5167-2:2022
(Main)Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 2: Orifice plates
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 2: Orifice plates
This document specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of orifice plates when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid flowing in the conduit. This document also provides background information for calculating the flow rate and is applicable in conjunction with the requirements given in ISO 5167‑1. This document is applicable to primary devices having an orifice plate used with flange pressure tappings, or with corner pressure tappings, or with D and D/2 pressure tappings. Other pressure tappings such as “vena contracta” and pipe tappings are not covered by this document. This document is applicable only to a flow which remains subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single phase. It is not applicable to the measurement of pulsating flow[1]. It does not cover the use of orifice plates in pipe sizes less than 50 mm or more than 1 000 mm, or where the pipe Reynolds numbers are below 5 000.
Mesurage de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire — Partie 2: Diaphragmes
Le présent document spécifie la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation et d’utilisation) de diaphragmes insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide s’écoulant dans cette conduite. Le présent document fournit également des informations de fond nécessaires au calcul de ce débit et il convient de l’utiliser conjointement avec les exigences stipulées dans l’ISO 5167‑1. Le présent document est applicable aux éléments primaires équipés d’un diaphragme utilisé avec des prises de pression à la bride ou des prises de pression dans les angles ou des prises de pression à D et à D/2. D’autres prises de pression, telles que des prises de pression «vena contracta» ou des prises de tuyauterie ne sont pas traitées dans le présent document. Le présent document est applicable uniquement à un écoulement qui 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.[1] Elle ne couvre pas l’utilisation de diaphragmes dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm ou supérieur à 1 000 mm ni pour des nombres de Reynolds rapportés au diamètre de la conduite inférieurs à 5 000.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5167-2
Second edition
2022-06
Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted
in circular cross-section conduits
running full —
Part 2:
Orifice plates
Mesurage de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge de section circulaire —
Partie 2: Diaphragmes
Reference number
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ISO 5167-2:2022(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
4 Principles of the method of measurement and computation . 2
5 Orifice plates . 2
5.1 Description . 2
5.1.1 General . 2
5.1.2 General shape . 2
5.1.3 Upstream face A . 3
5.1.4 Downstream face B . 4
5.1.5 Thicknesses E and e . 4
5.1.6 Angle of bevel, α . 5
5.1.7 Edges G, H and I . 5
5.1.8 Diameter of orifice, d . 5
5.1.9 Bidirectional plates . 6
5.1.10 Material and manufacture . 6
5.2 Pressure tappings . 6
5.2.1 General . 6
5.2.2 Orifice plate with D and D/2 tappings or flange tappings . 6
5.2.3 Orifice plate with corner tappings . 8
5.3 Coefficients and corresponding uncertainties of orifice plates . 11
5.3.1 Limits of use . 11
5.3.2 Coefficients .12
5.3.3 Uncertainties .13
5.4 Pressure loss, Δϖ . 14
6 Installation requirements .15
6.1 General . 15
6.2 Minimum upstream and downstream straight lengths for installation between
various fittings and the orifice plate . 16
6.3 Flow conditioners . 21
6.3.1 General . 21
6.3.2 19-tube bundle flow straightener (1998) . 21
6.3.3 The Zanker flow conditioner plate . 27
6.4 Circularity and cylindricality of the pipe .28
6.5 Location of orifice plate and carrier rings .29
6.6 Method of fixing and gaskets . 30
7 Flow calibration of orifice meters .30
7.1 General .30
7.2 Test facility . 31
7.3 Meter installation . . 31
7.4 Design of the test programme . 31
7.5 Reporting the calibration results . 31
7.6 Uncertainty analysis of the calibration . 32
7.6.1 General . 32
7.6.2 Uncertainty of the test facility . 32
7.6.3 Uncertainty of the orifice meter . 32
Annex A (informative) Tables of discharge coefficients and expansibility [expansion]
factors .33
Annex B (informative) Flow conditioners .47
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ISO 5167-2:2022(E)
Bibliography .52
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ISO 5167-2:2022(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 of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
ISO 5167-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,
Subcommittee SC 2, Pressure differential devices, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/SS F05, Measuring instruments, in accordance with
the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition of ISO 5167-2 cancels and replaces the first edition (ISO 5167-2:2003), which has
been technically revised.
The main changes are as follows:
— a revised maximum orifice edge thickness is given for β < 0,2;
— a correction has been made to the required spacing between two 45° bends for which the straight
length upstream of an orifice plate is stated;
— a clearer specification has been given for the tee for which the straight length upstream of an orifice
plate is stated;
— flow calibration of orifice plates is included;
— there is improved wording of the rules for spacing of multiple fittings but no change in actual
requirements.
A list of all parts in the ISO 5167 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 5167-2:2022(E)
Introduction
ISO 5167, consisting of six parts, covers the geometry and method of use (installation and operating
conditions) of orifice plates, nozzles, Venturi tubes, cone meters and wedge meters when they are
inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid flowing in the conduit. It also
gives necessary information for calculating the flow rate and its associated uncertainty.
ISO 5167 (all parts) 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
is not applicable to the measurement of pulsating flow. Furthermore, each of these devices can only be
used uncalibrated in accordance with this standard within specified limits of pipe size and Reynolds
number, or alternatively they can be used across their calibrated range.
ISO 5167 (all parts) 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. ISO 5167 also
provides methodology for bespoke calibration of differential pressure meters.
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 to facilitate the instrument readings
are known as secondary devices, and the flow computer that receives these readings and performs
the algorithms is known as a tertiary device. ISO 5167 (all parts) covers primary devices; secondary
devices (see ISO 2186) and tertiary devices will be mentioned only occasionally.
Aspects of safety are not dealt with in ISO 5167-1 to ISO 5167-6. It is the responsibility of the user to
ensure that the system meets applicable safety regulations.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167-2:2022(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices inserted in circular cross-section
conduits running full —
Part 2:
Orifice plates
1 Scope
This document specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of
orifice plates when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid
flowing in the conduit.
This document also provides background information for calculating the flow rate and is applicable in
conjunction with the requirements given in ISO 5167-1.
This document is applicable to primary devices having an orifice plate used with flange pressure
tappings, or with corner pressure tappings, or with D and D/2 pressure tappings. Other pressure
tappings such as “vena contracta” and pipe tappings are not covered by this document. This document
is applicable only to a flow which remains subsonic throughout the measuring section and where the
[1]
fluid can be considered as single phase. It is not applicable to the measurement of pulsating flow . It
does not cover the use of orifice plates in pipe sizes less than 50 mm or more than 1 000 mm, or where
the pipe Reynolds numbers are below 5 000.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. 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, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular-cross
section conduits running full — Part 1: General principles and requirements
ISO 5168, Measurement of fluid flow — Procedures for the evaluation of uncertainties
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM: 1995)
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the terms, definitions and symbols given in ISO 4006 and ISO 5167-1
apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
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ISO 5167-2:2022(E)
4 Principles of the method of measurement and computation
The principle of the method of measurement is based on the installation of an orifice meter into
a pipeline in which a fluid is running full. The presence of the orifice plate causes a static pressure
difference between the upstream and downstream sides of the plate. The mass flow rate, q , can be
m
determined using Formula (1):
C π
2
q = ερdp2Δ (1)
m 1
4 4
1−β
The uncertainty limits can be calculated using the procedure given in ISO 5167-1:2022, Clause 8.
Computation of the mass flow rate, which is an arithmetic process, can be performed by replacing the
different terms on the right-hand side of the basic Formula (1) by their numerical values.
Similarly, the value of volume flow rate, q , is calculated from Formula (2):
V
q
m
q = (2)
V
ρ
where ρ is the fluid density at the temperature and pressure for which the volume is stated.
As will be seen later in this document, the discharge coefficient, C, is dependent on the Reynolds number,
Re, (see ISO 5167-1:2022, 3.3.2), which is itself dependent on q , and has to be obtained by iteration
m
(see ISO 5167-1:2022, Annex A, for guidance regarding the choice of the iteration procedure and initial
estimates).
The diameters d and D used in Formula (1) (since D is required to calculate β) 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 orifice plate and the pipe due to the values of the
temperature and pressure of the fluid during the measurement.
It is necessary to know the density and the viscosity of the fluid at the working conditions. In the case
of a compressible fluid, it is also necessary to know the isentropic exponent of the fluid at working
conditions.
5 Orifice plates
5.1 Description
5.1.1 General
The various types of standard orifice meter designs are similar and therefore only a single description
is needed. Each type of standard orifice meter design is characterized by the arrangement of the
pressure tappings.
‘Orifice plate’ can refer just to the plate or to the whole meter; where it is important to be clear that the
plate and pipework are meant, ‘orifice meter’ can be used.
NOTE Limits of use are given in 5.3.1.
The axial plane cross-section of a standard orifice plate is shown in Figure 1.
The letters given in the following text refer to the corresponding references in Figure 1.
5.1.2 General shape
5.1.2.1 The part of the plate inside the pipe shall be circular and concentric with the pipe centreline.
The faces of the plate shall always be flat and parallel.
2
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5.1.2.2 Unless otherwise stated, the following requirements apply only to that part of the plate
located within the pipe.
5.1.2.3 Care shall be taken in the design of the orifice plate and its installation to ensure that plastic
buckling and elastic deformation of the plate, due to the magnitude of the differential pressure or of any
other stress, do not cause the slope of the straight line specified in 5.1.3.1 to exceed 1 % under working
conditions.
Traditionally, many differential pressure systems had a maximum differential pressure limit of 50 kPa
(500 mbar). With modern digital differential pressure instrumentation, a higher maximum differential
pressure is possible, provided that the plate material, plate thickness, and method of support are
sufficient to prevent bending or buckling.
NOTE Further information is given in ISO/TR 9464:2008, 5.2.5.1.2.3.
Key
1 upstream face A
2 downstream face B
a
Direction of flow.
Figure 1 — Standard orifice plate
5.1.3 Upstream face A
5.1.3.1 The upstream face A of the plate shall be flat when the plate is installed in the pipe with zero
differential pressure across it. Provided that it can be shown that the method of mounting does not
distort the plate, this flatness may be measured with the plate removed from the pipe. Under these
circumstances, the plate may be considered to be flat when the maximum gap between the plate and a
straight edge of length D laid across any diameter of the plate (see Figure 2) is less than 0,005(D – d)/2,
3
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i.e. the slope is less than 0,5 % when the orifice plate is examined prior to insertion into the meter line.
As can be seen from Figure 2, the critical area is in the vicinity of the orifice bore. The uncertainty
requirements for this dimension can be met using feeler gauges.
Key
1 orifice plate outside diameter
2 pipe inside diameter, D
3 straight edge
4 orifice
5 departure from flatness (measured at edge of orifice)
Figure 2 — Orifice plate-flatness measurement
−4
5.1.3.2 The upstream face of the orifice plate shall have a roughness criterion Ra < 10 d within a
circle of diameter not less than D and which is concentric with the orifice. In all cases, the roughness of
the upstream face of the orifice plate shall not be such that it affects the edge sharpness measurement.
If, under working conditions, the plate does not fulfil the specified conditions, it shall be repolished or
cleaned to a diameter of at least D.
5.1.3.3 Where possible, it is useful to provide a distinctive mark which is visible even when the orifice
plate is installed to show that the upstream face of the orifice plate is correctly installed relative to the
direction of flow.
5.1.4 Downstream face B
5.1.4.1 The downstream face B shall be flat and parallel with the upstream face (see also 5.1.5.4).
5.1.4.2 Although it may be convenient to manufacture the orifice plate with the same surface finish
on each face, it is unnecessary to provide the same high-quality finish for the downstream face as for
the upstream face (see Reference [5]; but also see 5.1.9).
5.1.4.3 The flatness and surface condition of the downstream face may be judged by visual inspection.
5.1.5 Thicknesses E and e
5.1.5.1 The thickness e of the orifice shall be between 0,005D and 0,02D and shall always be less than
0,1d.
5.1.5.2 The difference between the values of e measured at any point on the orifice shall not be
greater than 0,001D.
4
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ISO 5167-2:2022(E)
5.1.5.3 The thickness E of the plate shall be between e and 0,05D.
However, when 50 mm ≤ D ≤ 64 mm, a thickness E up to 3,2 mm is acceptable.
It shall also meet the requirements of 5.1.2.3.
5.1.5.4 If D ≥ 200 mm, the difference between the values of E measured at any point of the plate shall
not be greater than 0,001D. If D < 200 mm, the difference between the values of E measured at any point
of the plate shall not be greater than 0,2 mm.
5.1.6 Angle of bevel, α
5.1.6.1 If the thickness, E, of the plate exceeds the thickness e of the orifice, the plate shall be bevelled
on the downstream side. The bevelled surface shall be well finished.
5.1.6.2 The angle of bevel, α, shall be 45° ± 15°.
5.1.7 Edges G, H and I
5.1.7.1 The upstream edge G shall not have wire-edges or burrs.
NOTE A burr is a small sharp piece of metal typically left behind after a manufacturing process. A wire-edge
is a burr which extends along a significant part of an edge.
5.1.7.2 The upstream edge G shall be sharp. It is considered so if the edge radius is not greater than
0,000 4d.
If d ≥ 25 mm, this requirement can generally be considered as satisfied by visual inspection, by checking
that the edge does not reflect a beam of light when viewed with the naked eye.
If d < 25 mm, visual inspection is insufficient. Alternatively, a flow calibration can be performed, in
accordance with Clause 7.
If there is any doubt as to whether this requirement is met, the edge radius shall be measured.
5.1.7.3 The upstream edge shall be square; it is considered to be so when the angle between the
orifice bore and the upstream face of the orifice plate is 90° ± 0,3°. The orifice bore is the region of the
orifice plate between edges G and H.
5.1.7.4 The downstream edges H and I are within the separated flow region and hence the
requirements for their quality are less stringent than those for edge G. This being the case, small defects
(for example, a single nick) are acceptable.
5.1.7.5 Various small non-conformities to the sharp inlet edge G, such as a small nick or partial wear
on a small segment of the orifice circumference, do not necessarily produce significant flow prediction
biases (see Reference [5]). However, as it is not possible to quantify the effect of all possible non-
conformities that may be encountered in service, a plate that is out of specification should be evaluated,
and if necessary, changed.
5.1.8 Diameter of orifice, d
5.1.8.1 The diameter d shall in all cases be greater than or equal to 12,5 mm. The diameter ratio,
β = d/D, shall be always greater than or equal to 0,10 and less than or equal to 0,75.
Within these limits, the value of β may be chosen by the user.
5
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ISO 5167-2:2022(E)
5.1.8.2 The value d of the diameter of the orifice shall be taken as the mean of the measurements of at
least four diameters at approximately equal angles to each other. Care shall be taken that the edge and
bore are not damaged when making these measurements.
5.1.8.3 The orifice shall be cylindrical.
No diameter shall differ by more than 0,05 % from the value of the mean diameter. This requirement
is deemed to be satisfied when the difference in the length of any of the measured diameters complies
with the said requirement in respect of the mean of the measured diameters. In all cases, the roughness
of the orifice bore cylindrical section shall not be such that it affects the edge sharpness measurement.
5.1.9 Bidirectional plates
5.1.9.1 If the orifice plate is intended to be used for measuring reverse flows, the following
requirements shall be fulfilled:
a) the plate shall not be bevelled;
b) the two faces shall comply with the specifications for the upstream face given in 5.1.3;
c) the thickness, E, of the plate shall be equal to the thickness e of the orifice specified in 5.1.5;
consequently, it may be necessary to limit the differential pressure to prevent plate distortion
(see 5.1.2.3);
d) the two edges of the orifice shall comply with the specifications for the upstream edge specified in
5.1.7.
5.1.9.2 Furthermore, for orifice plates with D and D/2 tappings (see 5.2), two sets of upstream and
downstream pressure tappings shall be provided and used according to the direction of the flow.
5.1.10 Material and manufacture
The plate may be manufactured from any material and in any way, provided that it is and remains in
accordance with the foregoing description during the flow measurements.
5.2 Pressure tappings
5.2.1 General
For each orifice p
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 5167-2
Deuxième édition
2022-06
Mesurage de débit des fluides au
moyen d'appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge
de section circulaire —
Partie 2:
Diaphragmes
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
inserted in circular cross-section conduits running full —
Part 2: Orifice plates
Numéro de référence
ISO 5167-2:2022(F)
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Publié en Suisse
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ISO 5167-2:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction . vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et symboles . 1
4 Principes de la méthode de mesurage et mode de calcul . 2
5 Diaphragmes .2
5.1 Description . 2
5.1.1 Généralités . 2
5.1.2 Forme générale . 3
5.1.3 Face amont A . 4
5.1.4 Face aval B . 4
5.1.5 Épaisseurs E et e . 5
5.1.6 Angle du chanfrein α . 5
5.1.7 Arêtes G, H et I . 5
5.1.8 Diamètre de l’orifice d . . 6
5.1.9 Plaques bidirectionnelles . 6
5.1.10 Matériau et fabrication . 6
5.2 Prises de pression . 6
5.2.1 Généralités . 6
5.2.2 Diaphragme avec prises de pression à D et à D/2 ou à la bride . 7
5.2.3 Diaphragmes avec prise de pression dans les angles . 8
5.3 Coefficients et incertitudes correspondantes des diaphragmes . 11
5.3.1 Limites d’emploi . 11
5.3.2 Coefficients .12
5.3.3 Incertitudes . 14
5.4 Perte de pression, Δϖ . 14
6 Exigences d’installation .16
6.1 Généralités . 16
6.2 Longueurs droites minimales d’amont et d’aval à installer entre différents
accessoires et le diaphragme . 16
6.3 Conditionneurs d’écoulement . 22
6.3.1 Généralités .22
6.3.2 Redresseur d’écoulement à faisceau de 19 tubes (1998) .22
6.3.3 Plaque de conditionneur d’écoulement Zanker .28
6.4 Circularité et cylindricité de la conduite .29
6.5 Emplacement du diaphragme et des bagues porteuses . 31
6.6 Mode de fixation et joints . . 31
7 Étalonnage du débit des débitmètres à diaphragme .32
7.1 Généralités . 32
7.2 Installation d’essai . 32
7.3 Installation du débitmètre . 32
7.4 Conception du programme d’essai . 33
7.5 Rapport des résultats de l’étalonnage . 33
7.6 Analyse de l’incertitude de l’étalonnage . 33
7.6.1 Généralités . 33
7.6.2 Incertitude de l’installation d’essai . 33
7.6.3 Incertitude du débitmètre à diaphragme . 33
Annexe A (informative) Tableaux des coefficients de décharge et des coefficients de détente .34
Annexe B (informative) Conditionneurs d’écoulement .48
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Bibliographie .53
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ISO 5167-2:2022(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 attirée 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 nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
L’ISO 5167-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les
conduites fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes, en collaboration avec le comité technique
CEN/SS F05 du Comité européen de normalisation (CEN), Instruments de mesure, conformément à
l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition de l’ISO 5167-2 annule et remplace la première édition (ISO 5167-2:2003), qui a
fait l’objet d’une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— une épaisseur de l’arête de l’orifice maximale révisée est indiquée pour β < 0,2;
— une correction a été apportée à l’espacement requis entre deux coudes à 45° pour lesquels la longueur
droite en amont d’un diaphragme est définie;
— une spécification plus claire a été donnée pour le té pour lequel la longueur droite en amont d’un
diaphragme est définie;
— l’étalonnage du débit des diaphragmes a été inclus;
— la formulation des règles d’espacement des accessoires multiples a été améliorée, sans aucun
changement des exigences en tant que telles.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 5167 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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ISO 5167-2:2022(F)
Introduction
L’ISO 5167, qui comprend six parties, a pour objet la géométrie et le mode d’emploi
(conditions d’installation et d’utilisation) des diaphragmes, tuyères, tubes Venturi, cônes de mesure et
débitmètres à coin 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.
L’ISO 5167 (toutes les parties) 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 s’il est non étalonné, conformément à la présente norme, dans
des limites spécifiées de diamètre de conduite et de nombre de Reynolds. Ils peuvent également être
utilisés sur l’ensemble de leur plage étalonnée.
L’ISO 5167 (toutes les parties) traite d’appareils pour lesquels des expériences d’étalonnage direct ont
été effectuées en nombre, étendue et qualité suffisants pour être en mesure de baser des systèmes
cohérents d’utilisation sur leurs résultats et pour permettre que les coefficients soient donnés avec une
marge prévisible d’incertitude. L’ISO 5167 fournit également une méthodologie pour l’étalonnage sur
mesure des appareils déprimogènes.
Les appareils introduits dans le tuyau sont appelés «éléments primaires». Le terme «élément primaire»
inclut également les prises de pression. Tous les autres instruments ou appareils nécessaires pour
faciliter les relevés des instruments sont appelés «éléments secondaires». Le calculateur de débit qui
reçoit ces relevés et exécute les algorithmes est appelé «élément tertiaire». L’ISO 5167 (toutes les parties)
concerne les éléments primaires et ne mentionne qu’exceptionnellement les éléments secondaires (voir
l'ISO 2186) et tertiaires.
Les aspects de la sécurité ne sont pas traités dans l’ISO 5167-1 à l’ISO 5167-6. Il incombe à l’utilisateur
de s’assurer que le système remplit les réglementations applicables en matière de sécurité.
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NORME INTERNATIONALE ISO 5167-2:2022(F)
Mesurage de débit des fluides au moyen d'appareils
déprimogènes insérés dans des conduites en charge de
section circulaire —
Partie 2:
Diaphragmes
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation et d’utilisation)
de diaphragmes insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide
s’écoulant dans cette conduite.
Le présent document fournit également des informations de fond nécessaires au calcul de ce débit et il
convient de l’utiliser conjointement avec les exigences stipulées dans l’ISO 5167-1.
Le présent document est applicable aux éléments primaires équipés d’un diaphragme utilisé avec des
prises de pression à la bride ou des prises de pression dans les angles ou des prises de pression à D
et à D/2. D’autres prises de pression, telles que des prises de pression «vena contracta» ou des prises
de tuyauterie ne sont pas traitées dans le présent document. Le présent document est applicable
uniquement à un écoulement qui reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut
[1]
être considéré comme monophasique. Elle n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé.
Elle ne couvre pas l’utilisation de diaphragmes dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm ou
supérieur à 1 000 mm ni pour des nombres de Reynolds rapportés au diamètre de la conduite inférieurs
à 5 000.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de
leur contenu, des exigences 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, 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
ISO 5168, Mesure de débit des fluides — Procédures pour le calcul de l’incertitude
Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM: 1995)
3 Termes, définitions et symboles
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et symboles donnés dans l’ISO 4006 et
dans l’ISO 5167-1 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
1
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ISO 5167-2:2022(F)
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/ .
4 Principes de la méthode de mesurage et mode de calcul
Le principe de la méthode de mesurage consiste à interposer un débitmètre à diaphragme sur le
passage d’un fluide s’écoulant en charge dans une conduite. La présence du diaphragme entraîne une
différence de pression statique entre les côtés amont et aval du diaphragme. Le débit-masse, q , peut
m
être déterminé à l’aide de la Formule (1):
C π
2
q = ερdp2Δ (1)
m 1
4 4
1−β
Les limites d’incertitude peuvent être calculées par la procédure indiquée à l’Article 8 de
l’ISO 5167-1:2022.
Le calcul du débit massique, qui est un procédé arithmétique, est effectué par le remplacement des
différents termes situés à droite de la Formule (1) de base par leur valeur numérique.
De même, on peut calculer la valeur du débit-volume q à l’aide de la Formule (2):
V
q
m
q = (2)
V
ρ
où ρ est la masse volumique du fluide à la température et à la pression pour lesquelles le volume est
donné.
Comme mentionné ci-après dans le présent document, le coefficient de décharge, C, dépend du nombre
de Reynolds, Re (voir l’ISO 5167-1:2022, 3.3.2), qui dépend lui-même de q , et doit être obtenu par
m
itération (voir l’ISO 5167-1:2022, Annexe A pour des recommandations relatives au choix de la méthode
d’itération et aux estimations initiales).
Les diamètres d et D mentionnés dans les Formule (1) (étant donné que D est nécessaire pour calculer β)
sont les valeurs des diamètres dans les conditions de service. Il convient donc de corriger les valeurs d et
D mesurées dans d’autres conditions pour tenir compte de la dilatation ou de la contraction éventuelle
du diaphragme et de la conduite résultant des valeurs de la température et de la pression du fluide lors
du mesurage.
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.
5 Diaphragmes
5.1 Description
5.1.1 Généralités
Étant donné que les divers modèles de débitmètre à diaphragme normalisé sont semblables, une seule
description est suffisante. Chaque modèle de débitmètre à diaphragme normalisé est caractérisé par la
disposition des prises de pression.
«Diaphragme» peut se référer uniquement à la plaque ou à l’ensemble du débitmètre; lorsqu’il est
important de préciser que l’on parle de la plaque et des conduites, le terme «débitmètre à diaphragme»
peut être utilisé.
NOTE Les limites d’utilisation sont données en 5.3.1.
La Figure 1 présente la coupe, par un plan méridien, d’un diaphragme normalisé.
2
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ISO 5167-2:2022(F)
Les lettres dans le texte ci-après renvoient aux repères correspondants dans la Figure 1.
5.1.2 Forme générale
5.1.2.1 La partie de la plaque située à l’intérieur de la conduite doit être circulaire et présenter une
symétrie de révolution de même axe que la conduite. Les faces de la plaque doivent toujours être planes
et parallèles.
5.1.2.2 Sauf indication contraire, les exigences suivantes ne concernent que la partie de la plaque
située à l’intérieur de la conduite.
5.1.2.3 Il est nécessaire de prendre soin, lors de la conception du diaphragme et de son installation,
de s’assurer que le gondolement plastique et la déformation élastique de la plaque, dus à l’importance
de la pression différentielle ou de toute autre contrainte, ne fassent pas que la pente de la ligne droite
spécifiée en 5.1.3.1 dépasse 1 % dans des conditions de service.
De manière générale, de nombreux appareils déprimogènes présentaient une limite de pression
différentielle maximale de 50 kPa (500 mbar). Grâce à l’instrumentation numérique moderne, une
pression différentielle maximale plus élevée est possible, à condition que le matériau du diaphragme,
son épaisseur et la méthode de support soient suffisants pour empêcher la flexion ou la déformation.
NOTE Des informations complémentaires sont disponibles dans l’ISO/TR 9464:2008, 5.2.5.1.2.3.
Légende
1 face amont A
2 face aval B
a
Sens de l’écoulement.
Figure 1 — Diaphragme normalisé
3
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5.1.3 Face amont A
5.1.3.1 La face amont A de la plaque doit être plane lorsque la plaque est installée dans la conduite en
l’absence de pression différentielle. Sous réserve qu’il puisse être démontré que la méthode de montage
ne déforme pas la plaque, cette planéité peut être mesurée avec la plaque hors de la tuyauterie. Dans
ces conditions, la plaque peut être considérée comme plane si l’écart maximal entre la plaque et une
arête droite de longueur D posée en travers de tout diamètre de la plaque (voir Figure 2) est inférieur
à 0,005(D – d)/2, c’est-à-dire si la pente est inférieure à 0,5 % lorsque la plaque du diaphragme est
observée avant son insertion dans l’axe du débitmètre. Comme indiqué sur la Figure 2, la zone critique
est celle à proximité de l’orifice. Les exigences d’incertitude pour cette dimension peuvent être remplies
au moyen de jauges d’épaisseur.
Légende
1 diamètre extérieur du diaphragme
2 diamètre intérieur de la conduite, D
3 arête droite
4 orifice
5 départ de la planéité (mesurée à l’arête de l’orifice)
Figure 2 — Mesurage de la planéité du diaphragme
−4
5.1.3.2 La face amont du diaphragme doit présenter un critère de rugosité Ra < 10 d à l’intérieur
d’un cercle de diamètre au moins égal à D et concentrique à l’orifice. Dans tous les cas, la rugosité de la
face amont du diaphragme ne doit pas être telle qu’elle affecte le mesurage de l’acuité de l’arête. Si la
plaque ne remplit pas les conditions spécifiées, dans les conditions de service, elle doit être repolie ou
nettoyée sur un diamètre égal au moins à D.
5.1.3.3 Lorsque cela est possible, il est utile de mettre une marque distinctive, visible même après la
mise en place du diaphragme, afin d’indiquer que la face amont du diaphragme est placée correctement
par rapport au sens de l’écoulement.
5.1.4 Face aval B
5.1.4.1 La face aval B doit être plane et parallèle à la face amont (voir aussi 5.1.5.4).
5.1.4.2 Bien qu’il puisse être commode de fabriquer le diaphragme avec la même finition de surface
sur chaque face, il n’est pas nécessaire de fournir, pour la face aval, la même finition de haute qualité
que pour la face amont (voir la Référence [5]; voir aussi 5.1.9).
5.1.4.3 La planéité et l’état de surface de la face aval peuvent être jugés par examen visuel.
4
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ISO 5167-2:2022(F)
5.1.5 Épaisseurs E et e
5.1.5.1 L’épaisseur e de l’orifice doit être comprise entre 0,005 D et 0,02 D et doit toujours être
inférieure à 0,1 d.
5.1.5.2 Les valeurs de e mesurées en des points quelconques de l’orifice ne doivent pas différer entre
elles de plus de 0,001 D.
5.1.5.3 L’épaisseur E de la plaque doit être comprise entre e et 0,05 D.
Toutefois, lorsque 50 mm ≤ D ≤ 64 mm, une épaisseur E atteignant 3,2 mm est acceptable.
Elle doit également satisfaire aux exigences de 5.1.2.3.
5.1.5.4 Si D ≥ 200 mm, la différence entre les valeurs de E mesurées en des points quelconques
de l’orifice ne doit pas être supérieure à 0,001 D. Si D < 200 mm, la différence entre les valeurs de E
mesurées en des points quelconques de la plaque ne doit pas dépasser 0,2 mm.
5.1.6 Angle du chanfrein α
5.1.6.1 Si l’épaisseur E de la plaque dépasse l’épaisseur e de l’orifice, la plaque doit être chanfreinée
vers l’aval. La surface chanfreinée doit être finie correctement.
5.1.6.2 L’angle du chanfrein α doit être de 45° ± 15°.
5.1.7 Arêtes G, H et I
5.1.7.1 L’arête amont G ne doit présenter ni morfil ni bavure.
NOTE Une bavure est un petit morceau de métal tranchant restant après un procédé d’usinage. Un morfil est
une bavure qui s’étend sur une partie importante d’une arête.
5.1.7.2 L’arête amont G doit être vive. Elle est réputée comme telle si son rayon est inférieur à 0,000 4d.
Si d ≥ 25 mm, cette exigence peut généralement être considérée comme remplie par inspection visuelle,
en vérifiant que l’arête ne réfléchit pas de rayon lumineux lorsqu’elle est observée à l’œil nu.
Si d < 25 mm, une inspection visuelle n’est pas suffisante. Un étalonnage du débit peut également être
effectué, conformément à l’Article 7.
S’il existe un doute quelconque quant à savoir si cette exigence est remplie, le rayon de l’arête doit être
mesuré.
5.1.7.3 L’arête amont doit être carrée; elle est considérée comme telle lorsque l’angle formé par le
col de l’orifice du diaphragme et la face amont de la plaque du diaphragme est de 90° ± 0,3°. Le col de
l’orifice du diaphragme est la zone de la plaque du diaphragme située entre les arêtes G et H.
5.1.7.4 Les arêtes aval H et I sont situées dans la région où l’écoulement est détaché et, par conséquent,
les exigences concernant leur qualité sont moins rigoureuses que celles relatives à l’arête G, de sorte
que de petits défauts sont acceptables (par exemple une encoche isolée).
5.1.7.5 Diverses petites non-conformités au niveau de l’arête d’entrée vive G, comme une petite
entaille ou une usure partielle sur un petit segment de la circonférence de l’orifice, ne produisent pas
nécessairement des biais significatifs dans les estimations de débit (voir Référence [5]). Toutefois,
comme il n’est pas possible de quantifier l’effet de toutes les non-conformités possibles pouvant survenir
en cours de service, il convient d’évaluer une plaque hors spécifications et, si nécessaire, de la modifier.
5
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ISO 5167-2:2022(F)
5.1.8 Diamètre de l’orifice d
5.1.8.1 Le diamètre d doit dans tous les cas être supérieur ou égal à 12,5 mm. Le rapport des
diamètres, β = d/D, doit toujours être supérieur ou égal à 0,10 et inférieur ou égal à 0,75.
Dans ces limites, la valeur de β est laissée au choix de l’utilisateur.
5.1.8.2 La valeur d du diamètre de l’orifice doit être obtenue en calculant la moyenne des mesures
d’au moins quatre diamètres formant entre eux des angles presque égaux. Il faut veiller à ce que l’arête
et le col n
...
Questions, Comments and Discussion
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