Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 3: Nozzles and Venturi nozzles

This document specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of nozzles and Venturi nozzles when they are inserted in a conduit running full to determine the flowrate of the fluid flowing in the conduit. This document also provides background information for calculating the flowrate and is applicable in conjunction with the requirements given in ISO 5167‑1. This document is applicable to nozzles and Venturi nozzles in which the flow remains subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. In addition, each of the devices can only be used within specified limits of pipe size and Reynolds number. It is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of nozzles and Venturi nozzles in pipe sizes less than 50 mm or more than 630 mm, or where the pipe Reynolds numbers are below 10 000. This document deals with a) three types of standard nozzles: ISA 1932[1] nozzle; the long radius nozzle[2]; the throat-tapped nozzle b) the Venturi nozzle. The three types of standard nozzle are fundamentally different and are described separately in this document. The Venturi nozzle has the same upstream face as the ISA 1932 nozzle, but has a divergent section and, therefore, a different location for the downstream pressure tappings, and is described separately. This design has a lower pressure loss than a similar nozzle. For all of these nozzles and for the Venturi nozzle 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. [1] ISA is the abbreviation for the International Federation of the National Standardizing Associations, which was superseded by ISO in 1946. [2] The long radius nozzle differs from the ISA 1932 nozzle in shape and in the position of the pressure tappings.

Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire — Partie 3: Tuyères et Venturi-tuyères

Le présent document spécifie la géométrie et le mode d'emploi (conditions d'installation et d'utilisation) de tuyères et de Venturi-tuyères 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 tuyères et aux Venturi-tuyères dans lesquels l'écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et dans lesquels un fluide peut être considéré comme monophasique. De plus, chacun de ces appareils ne peut être utilisé que dans des limites spécifiées de diamètre de conduite et de nombre de Reynolds. Il n'est pas applicable au mesurage d'un écoulement pulsé. Il ne couvre pas l'utilisation de tuyères et de Venturi-tuyères dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm ou supérieur à 630 mm, ni les cas où les nombres de Reynolds rapportés à la tuyauterie sont inférieurs à 10 000. Le présent document traite a) de trois types de tuyères normalisées: la tuyère ISA 1932[1]; la tuyère à long rayon[2]; la tuyère avec prises de pression au col; b) du Venturi-tuyère. Les trois types de tuyères normalisées sont fondamentalement différents et sont décrits séparément dans le présent document. Le Venturi-tuyère a la même face amont que la tuyère ISA 1932, mais, étant donné qu'il comporte un divergent et, par conséquent, un emplacement différent pour les prises de pression aval, il est décrit séparément. Ce modèle présente une perte de pression plus basse qu'une tuyère similaire. Pour toutes ces tuyères et pour le Venturi-tuyère, des étalonnages directs ont été réalisés, en nombre suffisant, sur une gamme suffisante et avec une qualité suffisante pour permettre à des systèmes d'application cohérents de se baser sur leurs résultats et coefficients dans certaines limites prévisibles d'incertitude. [1] ISA est le sigle de la Fédération internationale des associations nationales de normalisation, organisme remplacé par l'ISO en 1946. [2] La tuyère à long rayon se distingue de la tuyère ISA 1932 par sa forme et par la position des prises de pression.

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Status
Published
Publication Date
06-Aug-2020
Current Stage
5060 - Close of voting Proof returned by Secretariat
Start Date
09-Jul-2020
Completion Date
09-Jul-2020
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5167-3
Second edition
2020-08
Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted
in circular cross-section conduits
running full —
Part 3:
Nozzles and Venturi nozzles
Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge de section circulaire —
Partie 3: Tuyères et Venturi-tuyères
Reference number
ISO 5167-3:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 5167-3:2020(E)
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© ISO 2020

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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 5167-3:2020(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 2

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

5 Nozzles and Venturi nozzles ..................................................................................................................................................................... 3

5.1 ISA 1932 nozzle ...................................................................................................................................................................................... 3

5.1.1 General shape ..................................................................................................................................................................... 3

5.1.2 Nozzle profile ...................................................................................................................................................................... 3

5.1.3 Downstream face ............................................................................................................................................................. 5

5.1.4 Material and manufacture ....................................................................................................................................... 5

5.1.5 Pressure tappings ........................................................................................................................................................... 5

5.1.6 Coefficients of ISA 1932 nozzles ........................................................................................................................ 7

5.1.7 Uncertainties ....................................................................................................................................................................... 8

5.1.8 Pressure loss, Δϖ ............................................................................................................................................................ 8

5.2 Long radius nozzles ............................................................................................................................................................................ 9

5.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 9

5.2.2 Profile of high-ratio nozzle ...................................................................................................................................... 9

5.2.3 Profile of low-ratio nozzle .....................................................................................................................................12

5.2.4 Material and manufacture ....................................................................................................................................12

5.2.5 Pressure tappings ........................................................................................................................................................12

5.2.6 Coefficients of long radius nozzles ................................................................................................................13

5.2.7 Uncertainties ....................................................................................................................................................................13

5.2.8 Pressure loss, Δϖ .........................................................................................................................................................14

5.3 Throat-tapped nozzles ..................................................................................................................................................................14

5.3.1 General...................................................................................................................................................................................14

5.3.2 Profile of throat-tapped nozzle ........................................................................................................................14

5.3.3 Material and manufacturing ...............................................................................................................................15

5.3.4 Pressure Tappings .......................................................................................................................................................15

5.3.5 Coefficients ........................................................................................................................................................................16

5.3.6 Uncertainties ....................................................................................................................................................................17

5.3.7 Calibration and extrapolation ............................................................................................................................17

5.3.8 Pressure Loss ...................................................................................................................................................................18

5.4 Venturi nozzles.....................................................................................................................................................................................18

5.4.1 General shape ..................................................................................................................................................................18

5.4.2 Material and manufacture ....................................................................................................................................21

5.4.3 Pressure tappings ........................................................................................................................................................21

5.4.4 Coefficients ........................................................................................................................................................................22

5.4.5 Uncertainties ....................................................................................................................................................................23

5.4.6 Pressure loss .....................................................................................................................................................................23

6 Installation requirements........................................................................................................................................................................24

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................24

6.2 Minimum upstream and downstream straight lengths for installation between

various fittings and the primary device .........................................................................................................................24

6.3 Flow conditioners ..............................................................................................................................................................................30

6.4 Circularity and cylindricality of the pipe .......................................................................................................................30

6.5 Location of primary device and carrier rings ............................................................................................................31

6.6 Method of fixing and gaskets ...................................................................................................................................................32

7 Flow calibration of nozzles .....................................................................................................................................................................32

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................32

7.2 Test facility ...............................................................................................................................................................................................33

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 5167-3:2020(E)

7.3 Meter installation...............................................................................................................................................................................33

7.4 Design of the test programme .................................................................................................................................................33

7.5 Reporting the calibration results .........................................................................................................................................33

7.6 Uncertainty analysis of the calibration ...........................................................................................................................33

7.6.1 General...................................................................................................................................................................................33

7.6.2 Uncertainty of the test facility ...........................................................................................................................33

7.6.3 Uncertainty of the nozzle.......................................................................................................................................34

Annex A (informative) Tables of discharge coefficients and expansibility [expansion] factors ..........35

Annex B (informative) Akashi type (Mitsubishi type) flow conditioner ......................................................................42

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................43

iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 5167-3:2020(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

w w w . is o . or g / is o/ f or ewor d . ht m l .

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed

conduits, Subcommittee SC 2 Pressure differential devices.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 5167-3:2003), which has been technically

revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— Addition of Subclause 5.3.
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.
© ISO 2020 – All rights reserved v
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ISO 5167-3:2020(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 flowrate of the fluid flowing in the conduit. It also

gives necessary information for calculating the flowrate 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 within specified limits of pipe size and Reynolds number.

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.

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

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

known as “secondary devices”. ISO 5167 (all parts) covers primary devices; secondary devices will be

mentioned only occasionally.
ISO 5167 consists of the following six parts.

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

methods of measurement and uncertainty that are to be used in conjunction with ISO 5167-2,

ISO 5167-3, ISO 5167-4, ISO 5167-5 and ISO 5167-6.

b) ISO 5167-2 specifies orifice plates, which can be used with corner pressure tappings, D and D/2

pressure tappings , and flange pressure tappings.

c) ISO 5167-3 specifies ISA 1932 nozzles , long radius nozzles, throat-tapped nozzles and Venturi

nozzles, which differ in shape and in the position of the pressure tappings.
d) ISO 5167-4 specifies classical Venturi tubes .
e) ISO 5167-5 specifies cone meters.
f) ISO 5167-6 specifies wedge meters.

Aspects of safety are not dealt within ISO 5167-1 to ISO 5167-6. It is the responsibility of the user to

ensure that the system meets applicable safety regulations.
1) See ISO 2186:2007.

2) Orifice plates with “vena contracta” pressure tappings are not considered in ISO 5167-2.

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

succeeded by ISO in 1946.

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

vi © ISO 2020 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167-3:2020(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices inserted in circular cross-section
conduits running full —
Part 3:
Nozzles and Venturi nozzles
1 Scope

This document specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of

nozzles and Venturi nozzles when they are inserted in a conduit running full to determine the flowrate

of the fluid flowing in the conduit.

This document also provides background information for calculating the flowrate and is applicable in

conjunction with the requirements given in ISO 5167-1.

This document is applicable to nozzles and Venturi nozzles in which the flow remains subsonic

throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. In addition,

each of the devices can only be used within specified limits of pipe size and Reynolds number. It is

not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of nozzles and Venturi

nozzles in pipe sizes less than 50 mm or more than 630 mm, or where the pipe Reynolds numbers are

below 10 000.
This document deals with
a) three types of standard nozzles:
1) ISA 1932 nozzle;
2) the long radius nozzle ;
3) the throat-tapped nozzle
b) the Venturi nozzle.

The three types of standard nozzle are fundamentally different and are described separately in this

document. The Venturi nozzle has the same upstream face as the ISA 1932 nozzle, but has a divergent

section and, therefore, a different location for the downstream pressure tappings, and is described

separately. This design has a lower pressure loss than a similar nozzle. For all of these nozzles and for

the Venturi nozzle 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.
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.

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

superseded by ISO in 1946.

6) The long radius nozzle differs from the ISA 1932 nozzle in shape and in the position of the pressure tappings.

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ISO 5167-3:2020(E)
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
3 Terms and definitions

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

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
4 Principles of the method of measurement and computation

The principle of the method of measurement is based on the installation of a nozzle or a Venturi nozzle

into a pipeline in which a fluid is running full. The installation of the primary device causes a static

pressure difference between the upstream side and the throat. The flowrate can be determined from

the measured value of this pressure difference and from the knowledge of the characteristics of the

flowing fluid as well as the circumstances under which the device is being used. It is assumed that the

device is geometrically similar to one on which calibration has been carried out and that the conditions

of use are the same, i.e. that it is in accordance with this document.
The mass flowrate can be determined by 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 5167-1:2003, Clause 8.

Similarly, the value of the volume flowrate can be calculated since
q = (2)
where

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

q is the volume flowrate.

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

different items on the right-hand side of Formula (1) by their numerical values. Tables A.1 to A.5 are

given for convenience. Tables A.1, A.2 and A.4 give the values of C as a function of β. Table A.3 gives

the values of C as a function of Re . Table A.5 gives expansibility (expansion) factors ε. They are not

intended for precise interpolation. Extrapolation is not permitted.

The coefficient of discharge C may be dependent on Re or Re which is itself dependent on q and has

D d m

to be obtained by iteration. (See ISO 5167-1 for guidance regarding the choice of the iteration procedure

and initial estimates.)

The diameters d and D mentioned in Formula (1) are the values of the diameters at working conditions.

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

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

fluid during the measurement.
2 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 5167-3:2020(E)

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

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

conditions.
5 Nozzles and Venturi nozzles
5.1 ISA 1932 nozzle
5.1.1 General shape

The part of the nozzle inside the pipe is circular. The nozzle consists of a convergent section with a

rounded profile, and a cylindrical throat.

Figure 1 shows the cross-section of an ISA 1932 nozzle at a plane passing through the centreline of

the throat.
The letters in the following text refer to those shown on Figure 1.
5.1.2 Nozzle profile
5.1.2.1 The profile of the nozzle may be characterized by distinguishing:
— a flat inlet part A, perpendicular to the centreline
— a convergent section defined by two arcs of circumference B and C
— a cylindrical throat E

— a recess F which is optional (it is required only if damage to the edge G is feared).

5.1.2.2 The flat inlet part A is limited by a circumference centred on the axis of revolution, with a

diameter of 1,5d, and by the inside circumference of the pipe, of diameter D.
When d = (2/3)D, the radial width of this flat part is zero.

When d is greater than (2/3)D, the upstream face of the nozzle does not include a flat inlet part within

the pipe. In this case, the nozzle is manufactured as if D were greater than 1,5d, and the inlet flat part

is then faced off so that the largest diameter of the convergent profile is just equal to D [see 5.1.2.7 and

Figure 1 b)].

5.1.2.3 The arc of circumference B is tangential to the flat inlet part A when d < (2/3)D while its radius

R is equal to 0,2d ± 0,02d for β < 0,5 and to 0,2d ± 0,006d for β ≥ 0,5. Its centre is at 0,2d from the inlet

plane and at 0,75d from the axial centreline.

5.1.2.4 The arc of circumference C is tangential to the arc of circumference B and to the throat E. Its

radius R is equal to d/3 ± 0,033d for β < 0,5 and to d/3 ± 0,01d for β ≥ 0,5. Its centre is at d/2 + d/3 = (5/6)

d from the axial centreline and at
 
12+ 39
ad= =0,3041d (3)
 
 
from the flat inlet part A.
© ISO 2020 – All rights reserved 3
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ISO 5167-3:2020(E)
a) d ≤ (2/3)D b) d > (2/3)D
Key
1 portion to be cut off
See 5.1.2.7.
Direction of flow.
Figure 1 — ISA 1932 nozzle
5.1.2.5 The throat E has a diameter d and a length b = 0,3d.

The value d of the diameter of the throat shall be taken as the mean of the measurements of at least four

diameters distributed in axial planes and at approximately equal angles to each other.

The throat shall be cylindrical. No diameter of any cross-section shall differ by more than 0,05 % from

the value of the mean diameter. This requirement is considered to be satisfied when the deviations in

the length of any of the measured diameters comply with the said requirement in respect of deviation

from the mean.
4 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 5167-3:2020(E)

5.1.2.6 The recess F has a diameter c equal to at least 1,06d and a length less than or equal to 0,03d.

The ratio of the depth (c − d)/2 of the recess to its axial length shall not be greater than 1,2.

The outlet edge G shall be sharp.

5.1.2.7 The total length of the nozzle, excluding the recess F, as a function of β is equal to

0,604 1d for 0,3 ≤ β ≤
and
 
07,,50 25 2
0,4041+− −0,,5225 d for <≤β 08.
 
β 3
 

5.1.2.8 The profile of the convergent inlet shall be checked by means of a template.

Two diameters of the convergent inlet in the same plane perpendicular to the axial centreline shall not

differ from each other by more than 0,1 % of their mean value.

5.1.2.9 The surface of the upstream face and the throat shall be such that they have a roughness

criterion Ra ≤ 10 d.
5.1.3 Downstream face
5.1.3.1 The thickness, H shall not exceed 0,1D.

5.1.3.2 Apart from the condition given in 5.1.3.1, the profile and the surface finish of the downstream

face are not specified (see 5.1.1).
5.1.4 Material and manufacture

The ISA 1932 nozzle may be manufactured from any material and in any way, provided that it remains

in accordance with the foregoing description during flow measurement.
5.1.5 Pressure tappings
5.1.5.1 Corner pressure tappings shall be used upstream of the nozzle.

The upstream pressure tappings may be either single tappings or annular slots. Both types of tappings

may be located either in the pipe or its flanges or in carrier rings as shown in Figure 1.

The spacing between the centrelines of individual upstream tappings and face A is equal to half the

diameter or to half the width of the tappings themselves, so that the tapping holes break through the

wall flush with face A. The centreline of individual upstream tappings shall meet the centreline of the

primary device at an angle of as near 90° as possible.

The diameter δ of a single upstream tapping and the width a of annular slots are specified below. The

minimum diameter is determined in practice by the need to prevent accidental blockage and to give

satisfactory dynamic performance.
For clean fluids and vapours:
— for β ≤ 0,65: 0,005D ≤ a or δ ≤ 0,03D
— for β > 0,65: 0,01D ≤ a or δ ≤ 0,02D.
© ISO 2020 – All rights reserved 5
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ISO 5167-3:2020(E)
For any value of β:
— for clean fluids: 1 mm ≤ a or δ ≤ 10 mm
— for vapours, in the case of annular chambers: 1 mm ≤ a ≤ 10 mm

— for vapours and for liquefied gases, in the case of single tappings: 4 mm ≤ δ ≤ 10 mm.

NOTE The requirements on size as a fraction of pipe diameter are based on geometrical similarity to the

original nozzle runs on which the discharge coefficient is based. For vapours and for liquefied gases, there are

pipe diameters for which it is not possible to manufacture a system using single tappings that is in accordance

with this document.

The annular slots usually break through the pipe over the entire perimeter, with no break in continuity.

If not, each annula
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 5167-3
Deuxième édition
2020-08
Mesurage du débit des fluides au
moyen d'appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge
de section circulaire —
Partie 3:
Tuyères et Venturi-tuyères
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
inserted in circular cross-section conduits running full —
Part 3: Nozzles and Venturi nozzles
Numéro de référence
ISO 5167-3:2020(F)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 5167-3:2020(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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ISO 5167-3:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

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

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

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

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

5 Tuyères et Venturi-tuyères ......................................................................................................................................................................... 3

5.1 Tuyère ISA 1932 ..................................................................................................................................................................................... 3

5.1.1 Forme générale.................................................................................................................................................................. 3

5.1.2 Profil de la tuyère ............................................................................................................................................................ 3

5.1.3 Face aval .................................................................................................................................................................................. 5

5.1.4 Matériau et fabrication ............................................................................................................................................... 5

5.1.5 Prises de pression ........................................................................................................................................................... 5

5.1.6 Coefficients des tuyères ISA 1932 ..................................................................................................................... 7

5.1.7 Incertitudes .......................................................................................................................................................................... 8

5.2 Tuyères à long rayon .......................................................................................................................................................................... 9

5.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 9

5.2.2 Profil de la tuyère à grand rapport d'ouverture .................................................................................... 9

5.2.3 Profil de la tuyère à petit rapport d'ouverture ....................................................................................11

5.2.4 Matériau et fabrication ............................................................................................................................................11

5.2.5 Prises de pression ........................................................................................................................................................11

5.2.6 Coefficients des tuyères à long rayon ..........................................................................................................12

5.2.7 Incertitudes .......................................................................................................................................................................13

5.2.8 Perte de pression, Δϖ ...............................................................................................................................................13

5.3 Tuyères avec prises de pression au col ...........................................................................................................................13

5.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................13

5.3.2 Profil de la tuyère avec prises de pression au col .............................................................................13

5.3.3 Matériau et fabrication ............................................................................................................................................14

5.3.4 Prises de pression ........................................................................................................................................................15

5.3.5 Coefficients ........................................................................................................................................................................15

5.3.6 Incertitudes .......................................................................................................................................................................16

5.3.7 Étalonnage et extrapolation ................................................................................................................................16

5.3.8 Perte de pression ..........................................................................................................................................................17

5.4 Venturi-tuyères ....................................................................................................................................................................................17

5.4.1 Forme générale...............................................................................................................................................................17

5.4.2 Matériau et fabrication ............................................................................................................................................19

5.4.3 Prises de pression ........................................................................................................................................................19

5.4.4 Coefficients ........................................................................................................................................................................21

5.4.5 Incertitudes .......................................................................................................................................................................21

5.4.6 Perte de pression ..........................................................................................................................................................22

6 Exigences d’installation .............................................................................................................................................................................22

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................22

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

et l'élément primaire ......................................................................................................................................................................23

6.3 Conditionneurs d'écoulement ................................................................................................................................................29

6.4 Circularité et cylindricité de la conduite ........................................................................................................................29

6.5 Emplacement de l'élément primaire et des bagues porteuses ...................................................................31

6.6 Mode de fixation et joints ...........................................................................................................................................................31

7 Étalonnage des tuyères ...............................................................................................................................................................................31

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................31

7.2 Installation d’essai ............................................................................................................................................................................32

7.3 Installation de la tuyère ................................................................................................................................................................32

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ISO 5167-3:2020(F)

7.4 Conception du programme d’essai .....................................................................................................................................32

7.5 Compte-rendu des résultats d’étalonnage ...................................................................................................................32

7.6 Analyse de l’incertitude d’étalonnage ..............................................................................................................................33

7.6.1 Généralités .........................................................................................................................................................................33

7.6.2 Incertitude de l’installation d’essai ...............................................................................................................33

7.6.3 Incertitude de la tuyère ...........................................................................................................................................33

Annexe B (informative) Conditionneur d’écoulement de type Akashi (de type Mitsubishi) ..................40

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................41

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ISO 5167-3:2020(F)
Avant-propos

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

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

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

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

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

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

concerne la normalisation électrotechnique.

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

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

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

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

.iso .org/ directives).

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

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

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

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

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

brevets rédigées 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, de la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute autre 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 .html.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans

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

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 5167-3:2003), qui a fait l'objet d'une

révision technique. Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les suivantes:

— Ajout du paragraphe 5.3.

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/ members .html.
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ISO 5167-3:2020(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 de 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 dans des limites spécifiées de diamètre de conduite et de nombre

de Reynolds.

L'ISO 5167 traite d'appareils pour lesquels des expériences d'étalonnage direct ont été effectuées en

nombre, étendue et qualité suffisants pour que l'on ait pu baser, sur leurs résultats, des systèmes

cohérents d'utilisation et pour permettre que les coefficients soient donnés avec une marge d'incertitude

prévisible.

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

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

ou dispositifs nécessaires à l'accomplissement du mesurage. L’ISO 5167 (toutes les parties) concerne les

éléments primaires et ne mentionne qu’exceptionnellement les éléments secondaires .

L’ISO 5167 comprend les six parties suivantes.

a) L’ISO 5167-1, à utiliser conjointement avec l’ISO 5167-2, l’ISO 5167-3, l’ISO 5167-4, l’ISO 5167-5 et

l’ISO 5167-6, donne des informations générales, telles que termes et définitions, symboles, principes

et exigences, tout comme des méthodes pour le mesurage du débit et pour le calcul de l'incertitude.

b) L’ISO 5167-2 spécifie les diaphragmes avec lesquels sont utilisées des prises de pression dans les

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

c) L’ISO 5167-3 spécifie les tuyères ISA 1932 , les tuyères à long rayon, les tuyères avec prises de

pression au col et les Venturi-tuyères, lesquels diffèrent entre eux par leur forme et l'emplacement

des prises de pression.
d) L’ISO 5167-4 spécifie les tubes de Venturi classiques .
e) L’ISO 5167-5 spécifie les cônes de mesure.
f) L’ISO 5167-6 spécifie les débitmètres à coin.

Les aspects de 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 est conforme aux réglementations applicables en matière de sécurité.

1) Voir l’ISO 2186:2007.

2) Les diaphragmes à prises de pression « vena contracta » ne sont pas traités dans l'ISO 5167-2.

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

remplacé par l'ISO en 1946.

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

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NORME INTERNATIONALE ISO 5167-3:2020(F)
Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils
déprimogènes insérés dans des conduites en charge de
section circulaire —
Partie 3:
Tuyères et Venturi-tuyères
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie la géométrie et le mode d'emploi (conditions d'installation et d'utilisation)

de tuyères et de Venturi-tuyères 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 tuyères et aux Venturi-tuyères dans lesquels l'écoulement reste

subsonique dans tout le tronçon de mesurage et dans lesquels un fluide peut être considéré comme

monophasique. De plus, chacun de ces appareils ne peut être utilisé que dans des limites spécifiées de

diamètre de conduite et de nombre de Reynolds. Il n'est pas applicable au mesurage d'un écoulement

pulsé. Il ne couvre pas l'utilisation de tuyères et de Venturi-tuyères dans des conduites de diamètre

inférieur à 50 mm ou supérieur à 630 mm, ni les cas où les nombres de Reynolds rapportés à la

tuyauterie sont inférieurs à 10 000.
Le présent document traite
a) de trois types de tuyères normalisées:
1) la tuyère ISA 1932 ;
2) la tuyère à long rayon ;
3) la tuyère avec prises de pression au col;
b) du Venturi-tuyère.

Les trois types de tuyères normalisées sont fondamentalement différents et sont décrits séparément

dans le présent document. Le Venturi-tuyère a la même face amont que la tuyère ISA 1932, mais, étant

donné qu'il comporte un divergent et, par conséquent, un emplacement différent pour les prises de

pression aval, il est décrit séparément. Ce modèle présente une perte de pression plus basse qu'une

tuyère similaire. Pour toutes ces tuyères et pour le Venturi-tuyère, des étalonnages directs ont été

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

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

limites prévisibles d'incertitude.
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.

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

remplacé par l'ISO en 1946.

6) La tuyère à long rayon se distingue de la tuyère ISA 1932 par sa forme et par la position des prises de pression.

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ISO 5167-3:2020(F)

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

3 Termes et définitions

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

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
4 Principes de la méthode de mesure et mode de calcul

Le principe de la méthode de mesure consiste à interposer une tuyère ou un Venturi-tuyère sur le

passage d'un fluide s'écoulant en charge dans une conduite, ce qui crée une pression différentielle

statique entre le côté amont et le col. On peut déduire la valeur du débit de la mesure de cette pression

différentielle et de la connaissance des caractéristiques du fluide en écoulement ainsi que des

circonstances d'utilisation de l'appareil. Il est admis que celui-ci est géométriquement semblable à

l'un de ceux ayant fait antérieurement l'objet d'étalonnages directs et qu'il est utilisé dans les mêmes

conditions, c'est-à-dire qu'il est en tous points conforme au présent document.
Le débit-masse 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 en utilisant le mode opératoire indiqué

dans l’ISO 5167-1:2003, Article 8.
De même, on peut calculer la valeur du débit-volume à l'aide de la Formule (2):
q = (2)

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

q est le débit-volume.

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

différents termes situés à droite de la Formule (1) par leurs valeurs numériques. Les Tableaux A.1 à A.5

sont donnés à titre indicatif. Les Tableaux A.1, A.2 et A.4 donnent les valeurs de C en fonction de β.

Le Tableau A.3 donne les valeurs de C en fonction de Re . Le Tableau A.5 donne les facteurs de détente ε.

Ils ne sont pas prévus pour une interpolation précise. L'extrapolation n'est pas permise.

Le coefficient de décharge, C, peut être fonction du nombre de Reynolds, Re ou Re , qui est lui-même

D d

fonction de q . Il convient d'obtenir la valeur de C par itération (voir l’ISO 5167-1 pour obtenir des

recommandations sur le choix du mode opératoire d'itération et des estimations initiales).

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Les diamètres d et D mentionnés dans la Formule (1) 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 de fluide compressible, il est également nécessaire de connaître l'exposant isentropique du

fluide dans les conditions de service.
5 Tuyères et Venturi-tuyères
5.1 Tuyère ISA 1932
5.1.1 Forme générale

La partie de la tuyère située à l'intérieur de la conduite présente une symétrie de révolution. La tuyère

se compose d'une partie convergente, d'un profil arrondi et d'un col cylindrique.

La Figure 1 représente la coupe d'une tuyère ISA 1932 par un plan passant par l'axe du col.

Les lettres dans le texte renvoient aux repères correspondants à la Figure 1.
5.1.2 Profil de la tuyère
5.1.2.1 On peut décrire le profil de la tuyère en distinguant:
— une partie plane d'entrée A, perpendiculaire à l'axe,
— un convergent défini par deux arcs de circonférences B et C,
— un col cylindrique E, et
— un chambrage F (nécessaire seulement si l'on craint d'endommager l'arête G).

5.1.2.2 La partie plane d'entrée A est limitée par une circonférence centrée sur l'axe de révolution, de

diamètre 1,5d, et par la circonférence intérieure de la conduite, de diamètre D.
Lorsque d = (2/3)D, la largeur radiale de cette partie plane est nulle.

Lorsque d est supérieur à (2/3)D, la face amont ne comporte pas de partie plane d'entrée intérieure à la

conduite. Dans ce cas, on fabrique la tuyère comme si D était supérieur à 1,5d et on tronçonne ensuite

la partie plane d'entrée de telle sorte que le plus grand diamètre du profil convergent soit juste égal à D

[voir 5.1.2.7 et Figure 1 b)].

5.1.2.3 L'arc de circonférence B est tangent à la partie plane d'entrée A lorsque d < (2/3)D. Son rayon,

R , est égal à 0,2d ± 0,02d lorsque β < 0,5 et à 0,2d ± 0,006d lorsque β ≥ 0,5. Son centre est situé à 0,2d de

la partie plane d'entrée et à 0,75d de l'axe de révolution.

5.1.2.4 L'arc de circonférence C est tangent à l’arc de circonférence B et au col E. Son rayon, R , est égal

à d/3 ± 0,033d lorsque β < 0,5 et à d/3 ± 0,01d lorsque β ≥ 0,5. Son centre est situé à d/2 + d/3 = (5/6)d

de l’axe de révolution et à
 
12+ 39
ad= =0,3041d (3)
 
 
de la partie plane d'entrée A.
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a) d ≤ (2/3)D b) d > (2/3)D
Légende
1 partie à tronçonner
Voir 5.1.2.7.
Sens de l’écoulement.
Figure 1 — Tuyère ISA 1932
5.1.2.5 Le col E a un diamètre d et une longueur b = 0,3d.

On doit prendre pour valeur de d la moyenne des mesures d'au moins quatre diamètres situés dans des

plans méridiens formant entre eux des angles approximativement égaux.

Le col doit être cylindrique. Aucun diamètre d'une section quelconque ne doit différer de plus de 0,05 %

par rapport à la valeur du diamètre moyen. Cette exigence est considérée comme remplie lorsque la

différence de longueur de n'importe lequel des diamètres mesurés la remplit par rapport à la moyenne

des diamètres mesurés.
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ISO 5167-3:2020(F)

5.1.2.6 Le chambrage F a un diamètre c au moins égal à 1,06d et une longueur inférieure ou égale

à 0,03d. Le rapport de la hauteur du chambrage (c − d)/2 à sa longueur axiale ne doit pas être

supérieur à 1,2.
L'arête de sortie G doit être vive.

5.1.2.7 La longueur totale de la tuyère, chambrage F non compris, en fonction de la valeur de β, est égale à

0,604 1d pour 0,3 ≤ β ≤
 
07,,50 25 2
0,4041+− −0,,5225 d pour <≤β 08.
 
β 3
 
5.1.2.8 On doit vérifier au gabarit le profil du convergent d'entrée.

Deux diamètres du convergent d'entrée situés dans le même plan perpendiculaire à l'axe de révolution

ne doivent pas différer entre eux de plus de 0,1 % de leur valeur moyenne.

5.1.2.9 La surface de la face amont et du col doit être telle qu'elle présente un critère de

rugosité Ra ≤ 10 d.
5.1.3 Face aval
5.1.3.1 L'épaisseur H ne doit pas dépasser 0,1D.

5.1.3.2 En dehors de la condition spécifiée en 5.1.3.1, le profil et la finition de la face aval ne sont pas

spécifiés (voir 5.1.1).
5.1.4 Matériau et fabrication

La tuyère ISA 1932 peut être fabriquée en n'importe quel matériau et de n'importe quelle manière,

pourvu qu'elle reste conforme à la description ci-devant pendant le mesurage du débit.

5.1.5 Prises de pression

5.1.5.1 Des prises de pression dans les angles doivent être utilisées en amont de la tuyère.

Les prises de pression amont peuvent être des prises de pression individuelles ou des fentes annulaires.

Ces deux types de prises peuvent être placées sur la conduite, dans ses brides ou dans des bagues

porteuses comme indiqué à la Figure 1.

L'éloignement entre les axes de prises de pression amont individuelles et la face A est égal au demi-

diamètre ou à la demi-largeur des prises elles-mêmes, de sorte que les prises de pression débouchent

au ras de l
...

Questions, Comments and Discussion

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