ISO 6145-6:2017
(Main)Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic methods — Part 6: Critical flow orifices
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic methods — Part 6: Critical flow orifices
ISO 6145-6:2017 specifies a method for the dynamic preparation of calibration gas mixtures containing at least two gases (usually one of them is a complementary gas) from pure gases or gas pre-mixtures using critical flow orifices systems. The method applies principally to the preparation of mixtures of non-reactive gases that do not react with any of the materials forming the gas circuit inside the critical flow orifices system or auxiliary equipment. It has the merit of allowing multi-component mixtures to be prepared as readily as binary mixtures if an appropriate number of critical flow orifices are used. By selecting appropriate combinations of critical flow orifices, a dilution ratio of 1 × 104 is achievable. Although it is more particularly applicable to the preparation of gas mixtures at atmospheric pressure, the method also offers the possibility of preparing calibration gas mixtures at pressures greater than atmospheric. The upstream pressure will need to be at least two times higher than downstream pressure. The range of flow rates covered by this document extends from 1 ml/min to 10 l/min.
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques — Partie 6: Orifices de débit critiques
L'ISO 6145-6:2017 décrit une méthode de préparation dynamique de mélanges de gaz d'étalonnage, contenant au moins deux gaz (l'un d'eau étant généralement un gaz de complément), à partir de gaz purs ou de pré-mélanges de gaz à l'aide de systèmes à orifices critiques. La méthode s'applique principalement à la préparation de mélanges de gaz non réactifs qui ne réagissent avec aucun des matériaux formant le circuit de gaz à l'intérieur du système à orifices critiques ou d'un équipement auxiliaire. Elle a le mérite de permettre la préparation de mélanges à plusieurs constituants aussi facilement que des mélanges à deux constituants si un nombre approprié d'orifices critiques est utilisé. En choisissant des combinaisons appropriées d'orifices critiques et en utilisant des gaz purs, il est possible d'atteindre un rapport de dilution de 1 x 104. Bien qu'elle soit plus particulièrement applicable à la préparation de mélanges de gaz à la pression atmosphérique, cette méthode offre également la possibilité de préparer des mélanges de gaz d'étalonnage à des pressions supérieures à la pression atmosphérique. La pression amont devra être au moins deux fois plus élevée que la pression aval. La gamme de débits couverte par le présent document s'étend de 1 ml/min à 10 l/min.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6145-6
Third edition
2017-07
Gas analysis — Preparation of
calibration gas mixtures using
dynamic methods —
Part 6:
Critical flow orifices
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage
à l’aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 6: Orifices de débit critiques
Reference number
©
ISO 2017
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 4
5 Principle . 5
6 Calculation of mass flow rate and volume flow rate . 6
6.1 General . 6
6.2 Calculation under ideal conditions . 7
6.2.1 Calculation of mass flow rate . 7
6.2.2 Calculation of volume flow rates . 7
6.3 Calculation of mass flow rate using flow calibration with pure nitrogen . 8
6.4 Flow rate uncertainty calculation . 9
6.4.1 General. 9
6.4.2 Sources of uncertainty . 9
6.4.3 Uncertainty estimation . .10
7 Calculation of amount of substance fraction and volume fraction and associated
uncertainty evaluation .10
7.1 General .10
7.2 Amount of substance fraction calculation and associated uncertainty .10
7.2.1 Case of gases with purity ≥ 99,99 % .10
7.2.2 Case of pre-mixtures . .13
7.3 Remarks about uncertainty for the amount fraction .15
8 Application to the preparation of gas mixtures .15
8.1 Example of a mixing system .15
8.2 Conditions of operation .16
9 Calibration and verification .17
9.1 General .17
9.2 Calibration of the mixing system in the flow rate .17
9.3 Calibration of the mixing system with gas mixtures for a specific gas and concentration .17
9.4 Verification of the mixing system .17
Annex A (informative) Example of calculation of isentropic coefficient, viscosity and critical
flow coefficient .19
Annex B (informative) Calculation of mass and volume flow rates under real conditions .21
Annex C (informative) Example of flow calculation for toroidal critical flow orifices under
ideal and real conditions .23
Annex D (informative) Calculation of mass flow rate using flow calibration with pure
nitrogen: examples .25
Bibliography .27
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, on 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 the following
URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 158, Analysis of gases.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 6145-6:2003) which has been technically
revised.
A list of all parts in the ISO 6145 series can be found on the ISO website.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6145-6:2017(E)
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures
using dynamic methods —
Part 6:
Critical flow orifices
1 Scope
This document specifies a method for the dynamic preparation of calibration gas mixtures containing
at least two gases (usually one of them is a complementary gas) from pure gases or gas pre-mixtures
using critical flow orifices systems.
The method applies principally to the preparation of mixtures of non-reactive gases that do not react
with any of the materials forming the gas circuit inside the critical flow orifices system or auxiliary
equipment. It has the merit of allowing multi-component mixtures to be prepared as readily as binary
mixtures if an appropriate number of critical flow orifices are used.
By selecting appropriate combinations of critical flow orifices, a dilution ratio of 1 × 10 is achievable.
Although it is more particularly applicable to the preparation of gas mixtures at atmospheric pressure,
the method also offers the possibility of preparing calibration gas mixtures at pressures greater than
atmospheric. The upstream pressure will need to be at least two times higher than downstream
pressure.
The range of flow rates covered by this document extends from 1 ml/min to 10 l/min.
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 6143, Gas analysis — Comparison methods for determining and checking the composition of calibration
gas mixtures
ISO 7504, Gas analysis — Vocabulary
ISO 9300, Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzles
ISO 12963, Gas analysis — Comparison methods for the determination of the composition of gas mixtures
based on one- and two-point calibration
ISO 16664, Gas analysis — Handling of calibration gases and gas mixtures — Guidelines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 9300, ISO 7504 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
3.1
critical flow orifice
orifice for which the geometrical configuration and conditions of use are such that the flow rate at the
throat is critical (3.12)
3.2
wall pressure tap
orifice pierced in a pipework wall in such a way that the orifice edge on the inside pipework wall is
flattened off
Note 1 to entry: This pressure tap is set up so that the pressure in the orifice equals the static pressure at this
point of the circuit pipework.
3.3
static pressure
actual pressure of a gas stream, which can be measured by connecting a pressure gauge to a wall
pressure tap
Note 1 to entry: This document uses only absolute pressure values.
3.4
stagnation pressure
pressure that would be found in a gas if the flowing gas stream was isentropically slowed down to zero
velocity
Note 1 to entry: This document uses only absolute pressure values.
3.5
stagnation temperature
temperature that would be found in a gas if the flowing gas stream was isentropically slowed down to
zero velocity
Note 1 to entry: This document only uses absolute temperature values.
3.6
mass flow rate
q
m
mass of gas per unit of time passing through the orifice
3.7
molar flow rate
q
n
amount of substance of gas per unit of time passing through the orifice
3.8
volume flow rate
q
V
volume of gas per unit of time passing through the orifice
3.9
throat Reynolds number
Re
dimensionless parameter calculated from the gas flow rate and dynamic viscosity under critical flow
orifice inlet stagnation conditions
Note 1 to entry: The characteristic dimension is taken as the throat diameter at stagnation conditions. The throat
Reynolds number is given by the formula:
2 © ISO 2017 – All rights reserved
4 q
()
m
Re =
πη d
0 N
3.10
isentropic coefficient
γ
ratio of the relative variation in pressure to the corresponding relative variation in density under
elementary reversible adiabatic (isentropic) transformation conditions
Note 1 to entry: In real gases, the forces exer
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 6145-6
Troisième édition
2017-07
Analyse des gaz — Préparation des
mélanges de gaz pour étalonnage à
l’aide de méthodes volumétriques
dynamiques —
Partie 6:
Orifices de débit critiques
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using
dynamic methods —
Part 6: Critical flow orifices
Numéro de référence
©
ISO 2017
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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www.iso.org
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 4
5 Principe . 5
6 Calcul du débit massique et du débit volumique . 6
6.1 Généralités . 6
6.2 Calcul dans des conditions idéales . 7
6.2.1 Calcul du débit massique . 7
6.2.2 Calcul du débit volumique . 8
6.3 Calcul du débit massique en réalisant l’étalonnage du débit avec de l’azote pur . 8
6.4 Calcul de l’incertitude du débit . 9
6.4.1 Généralités . 9
6.4.2 Sources d’incertitude . 9
6.4.3 Estimation de l’incertitude.10
7 Calcul de la fraction molaire et de la fraction volumique et évaluation de
l’incertitude associée .10
7.1 Généralités .10
7.2 Calcul de la fraction molaire et de l’incertitude associée .10
7.2.1 Cas des gaz purs dont la pureté ≥ 99,99 %.10
7.2.2 Cas de pré-mélanges .13
7.3 Remarques concernant l’incertitude associée à la fraction molaire .15
8 Application à la préparation des mélanges de gaz .15
8.1 Exemple de système de mélange .15
8.2 Conditions de fonctionnement .16
9 Étalonnage et vérification .17
9.1 Généralités .17
9.2 Étalonnage du système de mélange en débit .17
9.3 Étalonnage du système de mélange avec des mélanges de gaz pour un gaz et une
concentration spécifiques .17
9.4 Vérification du système de mélange .17
Annexe A (informative) Exemple de calcul du coefficient isentropique, de la viscosité et du
coefficient critique .19
Annexe B (informative) Calcul du débit massique et du débit volumique dans des
conditions réelles .21
Annexe C (informative) Exemple de calcul de débit pour des orifices critiques à col toroïdal
dans des conditions idéales et réelles .23
Annexe D (informative) Calcul du débit massique en réalisant l’étalonnage du débit avec de
l’azote pur: exemples .25
Bibliographie .27
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la 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: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 158, Analyse des gaz.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 6145-6:2003) qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 6145, se trouve sur le site de l’ISO.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 6145-6:2017(F)
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz
pour étalonnage à l’aide de méthodes volumétriques
dynamiques —
Partie 6:
Orifices de débit critiques
1 Domaine d’application
Le présent document décrit une méthode de préparation dynamique de mélanges de gaz d’étalonnage,
contenant au moins deux gaz (l’un d’eux étant généralement un gaz de complément), à partir de gaz
purs ou de pré-mélanges de gaz à l’aide de systèmes à orifices critiques.
La méthode s’applique principalement à la préparation de mélanges de gaz non réactifs qui ne réagissent
avec aucun des matériaux formant le circuit de gaz à l’intérieur du système à orifices critiques ou d’un
équipement auxiliaire. Elle a le mérite de permettre la préparation de mélanges à plusieurs constituants
aussi facilement que des mélanges à deux constituants si un nombre approprié d’orifices critiques est
utilisé.
En choisissant des combinaisons appropriées d’orifices critiques et en utilisant des gaz purs, il est
possible d’atteindre un rapport de dilution de 1 × 10 .
Bien qu’elle soit plus particulièrement applicable à la préparation de mélanges de gaz à la pression
atmosphérique, cette méthode offre également la possibilité de préparer des mélanges de gaz
d’étalonnage à des pressions supérieures à la pression atmosphérique. La pression amont devra être au
moins deux fois plus élevée que la pression aval.
La gamme de débits couverte par le présent document s’étend de 1 ml/min à 10 l/min.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte 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 6143, Analyse des gaz — Méthodes comparatives pour la détermination et la vérification de la
composition des mélanges de gaz pour étalonnage
ISO 7504, Analyse des gaz — Vocabulaire
ISO 9300, Mesure de débit de gaz au moyen de Venturi-tuyères en régime critique
ISO 12963, Analyse des gaz — Méthodes de comparaison pour la détermination de la composition des
mélanges de gaz basées sur un ou deux points d’étalonnage
ISO 16664, Analyse des gaz — Manutention des gaz et des mélanges de gaz pour étalonnage — Lignes
directrices
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 9300, l’ISO 7504 ainsi
que les suivants 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:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp
3.1
orifice critique
orifice dont la configuration géométrique et les conditions d’utilisation sont telles que le débit au niveau
du col est critique (3.12)
3.2
prise de pression à la paroi
orifice percé dans la paroi d’une tuyauterie de sorte que le bord de l’orifice soit arasé à la paroi intérieure
de la tuyauterie
Note 1 à l’article: Cette prise de pression est réalisée de telle manière que la pression dans l’orifice soit égale à la
pression statique en ce point de la tuyauterie du circuit.
3.3
pression statique
pression réelle d’un flux de gaz, qui peut être mesurée en reliant un manomètre à une prise de pression
à la paroi
Note 1 à l’article: Le présent document utilise uniquement des valeurs de pression absolue.
3.4
pression d’arrêt
pression qui serait observée dans un gaz si le flux de gaz en circulation était ralenti par un procédé
isentropique jusqu’à une vitesse nulle
Note 1 à l’article:
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.