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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Status
Published
Publication Date
15-Jun-2022
Current Stage
6060 - International Standard published
Due Date
07-Aug-2022
Completion Date
16-Jun-2022
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ISO 5167-2:2022 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 2: Orifice plates Released:16. 06. 2022
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ISO 5167-2:2022 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 2: Orifice plates Released:16. 06. 2022
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Standards Content (sample)

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
ISO 5167-2:2022(E)
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ISO 5167-2:2022(E)
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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

iii
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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

determined using Formula (1):
C π
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):
q = (2)

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

(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.
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ISO 5167-2:2022(E)

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
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,

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ISO 5167-2:2022(E)

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

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.
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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.
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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)
© ISO 2022
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ISO 5167-2:2022(F)
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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

iii
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ISO 5167-2:2022(F)

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;

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— 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

être déterminé à l’aide de la Formule (1):
C π
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):

q = (2)

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

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.
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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
Sens de l’écoulement.
Figure 1 — Diaphragme normalisé
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ISO 5167-2:2022(F)
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

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.

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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.

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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
...

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