ISO 6145-6:2003

Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods — Part 6: Critical orifices

ISO 6145-6:2003 specifies a method for the continuous production of calibration gas mixtures, containing two or more components, from pure gases or other gas mixtures by use of critical orifice systems. By selection of appropriate combinations of orifices and with the use of pure gases, the volume fraction of the calibration component in the calibration gas mixture can be varied by a factor of 104. Additionally, it can be changed by a factor of 102 by changing the initial pressures in the orifice systems. The uncertainty of the method depends mainly upon the flow calibration method and the variations in temperature and outlet pressure. The relative expanded uncertainty in the volume fraction obtainable for a binary mixture (at a coverage factor of 2) is 3 %. If pre-mixed gases are used instead of pure gases, much lower volume fractions can be obtained. The mass flow rates or volume flow rates, from which the mass or volume fractions are determined, can be calculated and can be independently measured by a suitable method given in ISO 6145-1. The merits of the method are that multi-component mixtures can be prepared as readily as binary mixtures if the appropriate number of orifices is utilized, and that a large quantity of calibration gas mixture can be prepared on a continuous basis. The range of flow rates can be from several millilitres per minute to approximately 10 l/min. Although particularly applicable to preparation of gas mixtures at barometric pressure, the method also provides a means of preparation of calibration gas mixtures at pressures above barometric pressure.

Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques — Partie 6: Orifices critiques

L'ISO 6145-6:2003 spécifie une méthode de préparation en continu de mélanges de gaz pour étalonnage, contenant au moins deux constituants, à partir de gaz purs ou d'autres mélanges de gaz à l'aide de systèmes à orifices critiques. En sélectionnant les combinaisons appropriées d'orifices et à l'aide de gaz purs, la fraction volumique du constituant pour étalonnage dans le mélange de gaz pour étalonnage peut varier d'un coefficient de 104. En outre, elle peut changer d'un coefficient de 102 en modifiant les pressions initiales dans les systèmes d'orifices. L'incertitude de la méthode dépend principalement de la méthode d'étalonnage du débit et des variations de température et de pression de sortie. L'incertitude élargie relative sur la fraction volumique qu'il est possible d'obtenir pour un mélange à deux constituants (avec un coefficient d'élargissement de 2) est 3 %. Si des prémélanges de gaz sont utilisés à la place de gaz purs, des fractions volumiques beaucoup plus faibles peuvent être obtenues. Les débits massiques ou débits volumiques, à partir desquels les fractions massiques ou volumiques sont déterminées, peuvent être calculés et mesurés de manière indépendante selon une méthode appropriée donnée dans l'ISO 6145-1. La méthode a pour mérite de permettre la préparation de mélanges à constituants multiples aussi aisément que des mélanges à deux constituants si un nombre approprié d'orifices est utilisé. Elle permet également de préparer une grande quantité de mélange de gaz pour étalonnage en continu. La gamme de débits peut être comprise entre plusieurs millilitres par minute et environ 10 l/min. Bien que particulièrement applicable à la préparation de mélanges de gaz à pression atmosphérique, la méthode offre également la possibilité de préparer des mélanges de gaz pour étalonnage à des pressions supérieures à la pression atmosphérique.

Analiza plinov - Priprava kalibrirnih plinskih zmesi z dinamičnimi volumetrijskimi metodami - 6. del: Kritične odprtine

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 07-May-2003
• Withdrawal Date: 07-May-2003
• ICS: 71.040.40 - Chemical analysis
• Technical Committee: ISO/TC 158 - Analysis of gases
• Drafting Committee: ISO/TC 158 - Analysis of gases
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 11-Jul-2017
• Ref Project: SIST ISO 6145-6:2004 - Gas analysis -- Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods -- Part 6: Critical orifices

Relations

• Revised: ISO 6145-6:2017 - Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic methods — Part 6: Critical flow orifices
• Effective Date: 06-Aug-2011
• Revises: ISO 6145-6:1986 - Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures — Dynamic volumetric methods — Part 6: Sonic orifices
• Effective Date: 15-Apr-2008

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6145-6
Second edition
2003-05-15
Gas analysis — Preparation of calibration
gas mixtures using dynamic volumetric
methods —
Part 6:
Critical orifices
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à
l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 6: Orifices critiques

Reference number
ISO 6145-6:2003(E)
©
ISO 2003

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ISO 6145-6:2003(E)
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unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2003
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56  CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Published in Switzerland
©
ii ISO 2003 – All rights reserved

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ISO 6145-6:2003(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Principle . 1
4 Application to preparation of gas mixtures . 2
4.1 Description of the orifice system and the experimental procedure . 2
4.2 Area of validity . 4
4.3 Operating conditions . 4
5 Calculation of operating parameters and results . 4
5.1 Selection of suitable orifice systems . 4
5.2 Calculation of volume fraction . 5
5.3 Sources of uncertainty . 5
5.4 Uncertainty of volume fraction . 6
Annex A (informative) Premixed gases for preparation of mixtures of high dilution . 7
Annex B (informative) Practical hints . 9
Bibliography . 11
©
ISO 2003 – All rights reserved iii

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ISO 6145-6:2003(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 6145-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 158, Analysis of gases.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 6145-6:1986), which has been technically
revised.
ISO 6145 consists of the following parts, under the general title Gas analysis — Preparation of calibration gas
mixtures using dynamic volumetric methods:
— Part 1: Methods of calibration
— Part 2: Volumetric pumps
— Part 4: Continuous injection method
— Part 5: Capillary calibration devices
— Part 6: Critical orifices
— Part 7: Thermal mass-flow controllers
— Part 9: Saturation method
— Part 10: Permeation method
Diffusion will be the subject of a future Part 8 to ISO 6145. Part 3 to ISO 6145, entitled Periodic injections into a
flowing gas, has been withdrawn.
©
iv ISO 2003 – All rights reserved

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ISO 6145-6:2003(E)
Introduction
This part of ISO 6145 is one of a series of standards that present various dynamic volumetric methods used for
the preparation of calibration gas mixtures.
©
ISO 2003 – All rights reserved v

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.
vi

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6145-6:2003(E)
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using
dynamic volumetric methods —
Part 6:
Critical orifices
1Scope
This part of ISO 6145 specifies a method for the continuous production of calibration gas mixtures, containing
two or more components, from pure gases or other gas mixtures by use of critical orifice systems. By selection
of appropriate combinations of orifices and with the use of pure gases, the volume fraction of the calibration
4
component in the calibration gas mixture can be varied by a factor of 10 . Additionally, it can be changed by a
2
factor of 10 by changing the initial pressures in the orifice systems. The uncertainty of the method depends
mainly upon the flow calibration method and the variations in temperature and outlet pressure. The relative
expanded uncertainty in the volume fraction obtainable for a binary mixture (at a coverage factor of 2) is 3%.
If pre-mixed gases are used instead of pure gases, much lower volume fractions can be obtained (see
Annex A). The mass flow rates or volume flow rates, from which the mass or volume fractions are determined,
can be calculated and can be independently measured by a suitable method given in ISO 6145-1.
The merits of the method are that multi-component mixtures can be prepared as readily as binary mixtures if the
appropriate number of orifices is utilized, and that a large quantity of calibration gas mixture can be prepared on
a continuous basis. The range of flow rates can be from several millilitres per minute to approximately 10 l/min.
Although particularly applicable to preparation of gas mixtures at barometric pressure, the method also provides
a means of preparation of calibration gas mixtures at pressures above barometric pressure.
Annex B gives practical hints on the use of the method.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 6145-1, Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods —
Part 1: Methods of calibration
3 Principle
When passed through a critical orifice at increasing upstream pressure p , the volume flow rate of gas passing
1
through the orifice will increase. When the ratio of the gas pressure upstream p and the gas pressure
1
downstream of the orifice p has reached a critical value, on further increase of p the volume flow rate of the
2 1

gas becomes independent with respect to p .
2
©
ISO 2003 – All rights reserved 1

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ISO 6145-6:2003(E)
For a given gas, and at constant temperature the critical pressure ratio is:
γ
� � � �
γ−1
p 2
2
= (1)
p γ + 1
1
crit
where γ is the ratio of the molar heat capacities of the gas at constant pressure and at constant volume.
For monatomic, diatomic and triatomic gases, this critical pressure ratio is approximately 0,5.
Orifice systems which are operated at pressure ratios p /p less than (p /p ) are termed “critical orifices”.
2 1 2 1
crit
Use of such systems provides a means of maintaining constant flow rates of gases. In actual practice it is
convenient to arrange the system so that p is equal to the prevailing barometric pressure.
2
To prepare calibration gas mixtures, the complementary gas is supplied at known flow rate, from a critical
orifice, to meet the calibration component emerging from another critical orifice. The mixture is then allowed to
pass along a mixing tube, at the end of which the flow rate is measured by a suitable method as given in
ISO 6145-1. Since the volume flow rate of the calibration component remains the same whether or not the
complementary gas is flowing, it can be measured after the flow of complementary gas has been stopped. The
concentration of the calibration gas mixture is calculated from the two measured critical flow rates.
4 Application to preparation of gas mixtures
4.1 Description of the orifice system and the experimental procedure
A schematic diagram of the arrangement for preparation of binary mixtures is shown in Figure 1.
In Figure 1, the orifices 9 and 10, respectively, for the complementary gas and the calibration component to be
added are mounted in the orifice system (11). Cylinders 1 and 13, respectively, contain the complementary gas
and the other gaseous component, and are connected to the mixing system via pressure-reducing valves (3
and 15) and metallic filters (5 and 17), which provide protection against contamination. In each of the lines, and
upstream of the filters, are a pressure-reducing valve and a pressure gauge. A shut-off valve (8) is provided in
the complementary gas line and a venting valve is included in the other line.
To operate the gas-mixing system, the valves of the gas cylinders are opened and the readings on the pressure
gauges 4 and 16 are adjusted, each to a value approximately 200 kPa (2 bar) above the values anticipated at
pressure gauges 7 and 20 respectively.
The pressure regulators (6 and 18) are opened so that the complementary gas and the calibration component
flow through the respective orifices. The flow of complementary gas is then stopped by closing the shut-off
valve 8. The other line is then flushed with the calibration component by repeated opening and closure of the
venting valve 19. Valve 19 is then closed and pressure regulator 18 is adjusted so as to set the pressure at
gauge 20 to the value necessary to produce the required flow rate (see below). The flow rate is then measured,
by one of the methods given in ISO 6145-1, at outlet 12 of the orifice system (11).
The shut-off valve 8 is then opened and pressure regulator 6 is adjusted to set the pressure indicated on
pressure gauge 7 to the value necessary to produce the required flow rate. The combined flow rates of the
complementary gas and the calibration component are then measured by a suitable method according to
ISO 6145-1.
©
2 ISO 2003 – All rights reserved

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ISO 6145-6:2003(E)
Key
1 pressure cylinder (complementary gas)
2 pressure gauge (inlet pressure)
3 pressure-reducing valve
4 pressure gauge (delivery pressure)
5filter
6 pressure regulator
7 pressure gauge
8 shut-off valve
9 orifice (complementary gas)
10 orifice (calibration component)
11 orifice system
12 exit for calibration gas mixture
13 pressure cylinder (calibration component)
14 pressure gauge (inlet pressure)
15 pressure-reducing valve
16 pressure gauge (delivery pressure)
17 filter
18 pressure regulator
19 vent valve
20 pressure gauge
Figure 1 — Preparation of calibration gas mixtures with a critical orifice system
©
ISO 2003 – All rights reserved 3

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ISO 6145-6:2003(E)
4.2 Area of validity
The method is applicable to preparation of mixtures of non-reacting species, i.e. those which do not react with
any material of construction of the flow path within the orifice system or the ancillary equipment. Particular care
shall be exercised if the method is considered as a means of preparation of gaseous mixtures that contain
components which form potentially explosive mixtures in air. Steps shall be taken to ensure that the apparatus
is safe, for example by means of in-line flame arrestors in addition to the items listed in 4.1 (unless the in-line
metallic filters already present are in fact approved sintered metal flame arrestors). This is of particular
importance in this method because the gases in the dilution system are at pressures appreciably a
...

SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 6145-6:2004
01-oktober-2004
$QDOL]DSOLQRY3ULSUDYDNDOLEULUQLKSOLQVNLK]PHVL]GLQDPLþQLPLYROXPHWULMVNLPL
PHWRGDPLGHO.ULWLþQHRGSUWLQH
Gas analysis -- Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric
methods -- Part 6: Critical orifices
Analyse des gaz -- Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de
méthodes volumétriques dynamiques -- Partie 6: Orifices critiques
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 6145-6:2003
ICS:
71.040.40 Kemijska analiza Chemical analysis
SIST ISO 6145-6:2004 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.

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SIST ISO 6145-6:2004

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SIST ISO 6145-6:2004
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6145-6
Second edition
2003-05-15
Gas analysis — Preparation of calibration
gas mixtures using dynamic volumetric
methods —
Part 6:
Critical orifices
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à
l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 6: Orifices critiques

Reference number
ISO 6145-6:2003(E)
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ISO 2003

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ISO 6145-6:2003(E)
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ISO 6145-6:2003(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Principle . 1
4 Application to preparation of gas mixtures . 2
4.1 Description of the orifice system and the experimental procedure . 2
4.2 Area of validity . 4
4.3 Operating conditions . 4
5 Calculation of operating parameters and results . 4
5.1 Selection of suitable orifice systems . 4
5.2 Calculation of volume fraction . 5
5.3 Sources of uncertainty . 5
5.4 Uncertainty of volume fraction . 6
Annex A (informative) Premixed gases for preparation of mixtures of high dilution . 7
Annex B (informative) Practical hints . 9
Bibliography . 11
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ISO 6145-6:2003(E)
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(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
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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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 6145-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 158, Analysis of gases.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 6145-6:1986), which has been technically
revised.
ISO 6145 consists of the following parts, under the general title Gas analysis — Preparation of calibration gas
mixtures using dynamic volumetric methods:
— Part 1: Methods of calibration
— Part 2: Volumetric pumps
— Part 4: Continuous injection method
— Part 5: Capillary calibration devices
— Part 6: Critical orifices
— Part 7: Thermal mass-flow controllers
— Part 9: Saturation method
— Part 10: Permeation method
Diffusion will be the subject of a future Part 8 to ISO 6145. Part 3 to ISO 6145, entitled Periodic injections into a
flowing gas, has been withdrawn.
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SIST ISO 6145-6:2004
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Introduction
This part of ISO 6145 is one of a series of standards that present various dynamic volumetric methods used for
the preparation of calibration gas mixtures.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6145-6:2003(E)
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using
dynamic volumetric methods —
Part 6:
Critical orifices
1Scope
This part of ISO 6145 specifies a method for the continuous production of calibration gas mixtures, containing
two or more components, from pure gases or other gas mixtures by use of critical orifice systems. By selection
of appropriate combinations of orifices and with the use of pure gases, the volume fraction of the calibration
4
component in the calibration gas mixture can be varied by a factor of 10 . Additionally, it can be changed by a
2
factor of 10 by changing the initial pressures in the orifice systems. The uncertainty of the method depends
mainly upon the flow calibration method and the variations in temperature and outlet pressure. The relative
expanded uncertainty in the volume fraction obtainable for a binary mixture (at a coverage factor of 2) is 3%.
If pre-mixed gases are used instead of pure gases, much lower volume fractions can be obtained (see
Annex A). The mass flow rates or volume flow rates, from which the mass or volume fractions are determined,
can be calculated and can be independently measured by a suitable method given in ISO 6145-1.
The merits of the method are that multi-component mixtures can be prepared as readily as binary mixtures if the
appropriate number of orifices is utilized, and that a large quantity of calibration gas mixture can be prepared on
a continuous basis. The range of flow rates can be from several millilitres per minute to approximately 10 l/min.
Although particularly applicable to preparation of gas mixtures at barometric pressure, the method also provides
a means of preparation of calibration gas mixtures at pressures above barometric pressure.
Annex B gives practical hints on the use of the method.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 6145-1, Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods —
Part 1: Methods of calibration
3 Principle
When passed through a critical orifice at increasing upstream pressure p , the volume flow rate of gas passing
1
through the orifice will increase. When the ratio of the gas pressure upstream p and the gas pressure
1
downstream of the orifice p has reached a critical value, on further increase of p the volume flow rate of the
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gas becomes independent with respect to p .
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SIST ISO 6145-6:2004
ISO 6145-6:2003(E)
For a given gas, and at constant temperature the critical pressure ratio is:
γ
� � � �
γ−1
p 2
2
= (1)
p γ + 1
1
crit
where γ is the ratio of the molar heat capacities of the gas at constant pressure and at constant volume.
For monatomic, diatomic and triatomic gases, this critical pressure ratio is approximately 0,5.
Orifice systems which are operated at pressure ratios p /p less than (p /p ) are termed “critical orifices”.
2 1 2 1
crit
Use of such systems provides a means of maintaining constant flow rates of gases. In actual practice it is
convenient to arrange the system so that p is equal to the prevailing barometric pressure.
2
To prepare calibration gas mixtures, the complementary gas is supplied at known flow rate, from a critical
orifice, to meet the calibration component emerging from another critical orifice. The mixture is then allowed to
pass along a mixing tube, at the end of which the flow rate is measured by a suitable method as given in
ISO 6145-1. Since the volume flow rate of the calibration component remains the same whether or not the
complementary gas is flowing, it can be measured after the flow of complementary gas has been stopped. The
concentration of the calibration gas mixture is calculated from the two measured critical flow rates.
4 Application to preparation of gas mixtures
4.1 Description of the orifice system and the experimental procedure
A schematic diagram of the arrangement for preparation of binary mixtures is shown in Figure 1.
In Figure 1, the orifices 9 and 10, respectively, for the complementary gas and the calibration component to be
added are mounted in the orifice system (11). Cylinders 1 and 13, respectively, contain the complementary gas
and the other gaseous component, and are connected to the mixing system via pressure-reducing valves (3
and 15) and metallic filters (5 and 17), which provide protection against contamination. In each of the lines, and
upstream of the filters, are a pressure-reducing valve and a pressure gauge. A shut-off valve (8) is provided in
the complementary gas line and a venting valve is included in the other line.
To operate the gas-mixing system, the valves of the gas cylinders are opened and the readings on the pressure
gauges 4 and 16 are adjusted, each to a value approximately 200 kPa (2 bar) above the values anticipated at
pressure gauges 7 and 20 respectively.
The pressure regulators (6 and 18) are opened so that the complementary gas and the calibration component
flow through the respective orifices. The flow of complementary gas is then stopped by closing the shut-off
valve 8. The other line is then flushed with the calibration component by repeated opening and closure of the
venting valve 19. Valve 19 is then closed and pressure regulator 18 is adjusted so as to set the pressure at
gauge 20 to the value necessary to produce the required flow rate (see below). The flow rate is then measured,
by one of the methods given in ISO 6145-1, at outlet 12 of the orifice system (11).
The shut-off valve 8 is then opened and pressure regulator 6 is adjusted to set the pressure indicated on
pressure gauge 7 to the value necessary to produce the required flow rate. The combined flow rates of the
complementary gas and the calibration component are then measured by a suitable method according to
ISO 6145-1.
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2 ISO 2003 – All rights reserved

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SIST ISO 6145-6:2004
ISO 6145-6:2003(E)
Key
1 pressure cylinder (complementary gas)
2 pressure gauge (inlet pressure)
3 pressure-reducing valve
4 pressure gauge (delivery pressure)
5filter
6 pressure regulator
7 pressure gauge
8 shut-off valve
9 orifice (complementary gas)
10 orifice (calibration component)
11 orifice system
12 exit for calibration gas mixture
13 pressure cylinder (calibration component)
14 pressure gauge (inlet pressure)
15 pressure-reducing valve
16 pressure gauge (delivery pressure)
17 filter
18 pressure regulator
19 vent valve
20 pressure gauge
Figure 1 — Preparation of calibration gas mixtures with a critical orifice system
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ISO 6145-6:2003(E)
4.2 Area of validity
The method is applicable to preparation of mixtures of non-reacting species, i.e. those which do not react with
any material of construction of the flow path within the orifice system or the ancillary equipment. Particular care
shall be exercised if
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 6145-6
Deuxième édition
2003-05-15
Analyse des gaz — Préparation des
mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide
de méthodes volumétriques
dynamiques —
Partie 6:
Orifices critiques
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic
volumetric methods —
Part 6: Critical orifices

Numéro de référence
ISO 6145-6:2003(F)
©
ISO 2003

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ISO 6145-6:2003(F)
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Version française parue en 2008
Publié en Suisse
©
ii ISO 2003 – Tous droits réservés

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ISO 6145-6:2003(F)
Sommaire Page
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Principe . 2
4 Application à la préparation des mélanges de gaz . 2
4.1 Description du système d'orifices et du mode opératoire expérimental . 2
4.2 Domaine de validité . 4
4.3 Conditions de fonctionnement . 4
5 Calcul des paramètres de fonctionnement et résultats . 4
5.1 Sélection des systèmes d'orifices adaptés . 4
5.2 Calcul de la fraction volumique . 5
5.3 Sources d'incertitude . 5
5.4 Incertitude de la fraction volumique . 6
Annexe A (informative) Prémélanges gazeux utilisés pour la préparation
de mélanges fortement dilués . 7
Annexe B (informative) Conseils pratiques . 8
Bibliographie . 10
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ISO 2003 – Tous droits réservés iii

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ISO 6145-6:2003(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 6145-6 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 158, Analyse des gaz.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 6145-6:1986), dont elle constitue une
révision technique.
L'ISO 6145 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Analyse des gaz — Préparation
des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques:
— Partie 1: Méthodes d'étalonnage
— Partie 2: Pompes volumétriques
— Partie 4: Méthode continue par seringue d'injection
— Partie 5: Dispositifs d'étalonnage par capillaires
— Partie 6: Orifices critiques
— Partie 7: Régulateurs thermiques de débit-masse
— Partie 8: Méthode par diffusion
— Partie 9: Méthode par saturation
— Partie 10: Méthode par perméation
— Partie 11: Génération électrochimique
La diffusion fera l’objet d’une future partie 8 de l’ISO 6145. La partie 3 de l’ISO 6145, intitulée Injections
périodiques dans un flux gazeux, a été retirée.
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ISO 6145-6:2003(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO6145 fait partie d'une série de normes présentant différentes méthodes
volumétriques dynamiques utilisées pour préparer des mélanges de gaz pour étalonnage.
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NORME INTERNATIONALE ISO 6145-6:2003(F)
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour
étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 6:
Orifices critiques
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 6145 spécifie une méthode de préparation en continu de mélanges de gaz pour
étalonnage, contenant au moins deux constituants, à partir de gaz purs ou d'autres mélanges de gaz à l'aide de
systèmes à orifices critiques. En sélectionnant les combinaisons appropriées d'orifices et à l'aide de gaz purs,
la fraction volumique du constituant pour étalonnage dans le mélange de gaz pour étalonnage peut varier d'un
4 2
10 10
coefficient de . En outre, elle peut changer d'un coefficient de en modifiant les pressions initiales dans
les systèmes d'orifices. L'incertitude de la méthode dépend principalement de la méthode d'étalonnage du
débit et des variations de température et de pression de sortie. L'incertitude élargie relative sur la fraction
volumique qu'il est possible d'obtenir pour un mélange à deux constituants (avec un coefficient d'élargissement
3%
de 2) est .
Si des prémélanges de gaz sont utilisés à la place de gaz purs, des fractions volumiques beaucoup plus faibles
peuvent être obtenues (voir l'Annexe A). Les débits massiques ou débits volumiques, à partir desquels les
fractions massiques ou volumiques sont déterminées, peuvent être calculés et mesurés de manière
indépendante selon une méthode appropriée donnée dans l'ISO 6145-1.
La méthode a pour mérite de permettre la préparation de mélanges à constituants multiples aussi aisément que
des mélanges à deux constituants si un nombre approprié d'orifices est utilisé. Elle permet également de
préparer une grande quantité de mélange de gaz pour étalonnage en continu. La gamme de débits peut être
comprise entre plusieurs millilitres par minute et environ 10 l/min.
Bien que particulièrement applicable à la préparation de mélanges de gaz à pression atmosphérique, la
méthode offre également la possibilité de préparer des mélanges de gaz pour étalonnage à des pressions
supérieures à la pression atmosphérique.
L'Annexe B donne des conseils pratiques relatifs à l'utilisation de la méthode.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 6143, Analyse des gaz — Méthodes comparatives pour la détermination et la vérification de la composition
des mélanges de gaz pour étalonnage
ISO 6145-1, Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes
volumétriques dynamiques — Partie 1: Méthodes d'étalonnage
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ISO 6145-6:2003(F)
3Principe
Le débit volumique de gaz augmente lorsqu'il passe à travers un orifice critique avec une pression amont
croissante p . Lorsque le rapport de la pression de gaz amont p et de la pression de gaz aval p de l'orifice
1 1 2
atteint une valeur critique, le débit volumique de gaz devient indépendant de p , si p continue d'augmenter.
2 1
Pour un gaz donné, et à température constante, le rapport de pression critique est:
γ
� � � �
γ−1
p 2
2
= (1)
p γ + 1
1
crit
où γ est le rapport des capacités thermiques molaires du gaz à pression et volume constants.
Pour les gaz monatomiques, diatomiques et triatomiques, ce rapport de pression critique est d'environ 0,5.
Les systèmes d'orifice fonctionnant à des rapports de pression p /p inférieurs à (p /p ) sont appelés
2 1 2 1 crit
«orifices critiques». Ce type de systèmes offre la possibilité de maintenir des débits de gaz constants. Dans la
pratique, il est commode de disposer le système de sorte que p soit égal à la pression atmosphérique du
2
moment.
Pour préparer les mélanges de gaz pour étalonnage, le gaz de complément s'écoule à un débit connu d'un
orifice critique et rencontre le constituant pour étalonnage sortant d'un autre orifice. Le mélange peut alors
traverser un tube de mélange, à l'extrémité duquel le débit est mesuré selon une méthode appropriée donnée
dans l'ISO 6145-1. Étant donné que le débit volumique du constituant pour étalonnage ne change pas, que le
gaz de complément s'écoule ou pas, il peut être mesuré après avoir arrêté le débit du gaz de complément. La
concentration du mélange de gaz pour étalonnage est calculée à partir des deux débits critiques mesurés.
4 Application à la préparation des mélanges de gaz
4.1 Description du système d'orifices et du mode opératoire expérimental
Un diagramme schématique d'un système d'orifices critiques pour la préparation d'un mélange à deux
constituants est illustré à la Figure 1.
À la Figure 1, les orifices (9 et 10), destinés respectivement au gaz de complément et au constituant pour
étalonnage à ajouter, sont montés dans le système d'orifices(11). Les bouteilles(1 et 13) contiennent
respectivement le gaz de complément et l'autre constituant gazeux, et sont connectées au système de mélange
par l'intermédiaire des détendeurs(3 et 15) et des filtres métalliques(5 et 17), qui protègent de la
contamination. Chaque ligne comporte un détendeur et un manomètre placés en amont des filtres. Une vanne
d'arrêt (8) et une vanne de mise à l'air libre sont respectivement placées dans la ligne de gaz de complément et
dans l'autre ligne.
Pour faire fonctionner le système de mélange de gaz, les vannes des bouteilles de gaz sont ouvertes et les
lectures relevées sur les manomètres (4 et 16) sont ajustées, chacune d'elles à une valeur d'environ 200 kPa
(2 bar) au-dessus des valeurs prévues au niveau des manomètres (7 et 20), respectivement.
Les régulateurs de pression (6 et 18) sont ouverts pour permettre au gaz de complément et au constituant pour
étalonnage de traverser les orifices respectifs. Le débit de gaz de complément est alors arrêté par fermeture de
la vanne d'arrêt (8). L'autre ligne est nettoyée avec le constituant pour étalonnage par ouverture et fermeture
répétées de la vanne de mise à l'air libre(19). La vanne(19) est ensuite fermée et le régulateur de
pression (18) réglé de manière à ajuster le manomètre (20) à la pression nécessaire pour générer le débit
souhaité (voir ci-dessous). Le débit est ensuite mesuré par l'une des méthodes données dans l'ISO 6145-1, à
la sortie (12) du système d'orifices (11).
La vanne d'arrêt (8) est ensuite ouverte et le régulateur de pression (6) est réglé de manière à ajuster la
pression indiquée sur le manomètre (7) à une valeur nécessaire pour produire le débit souhaité. Les débits
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combinés de gaz de complément et de constituant pour étalonnage sont ensuite mesurés par une méthode
appropriée conformément à l'ISO 6145-1.
Légende
1 bouteille de gaz (gaz de complément)
2 manomètre (pression d'entrée)
3 détendeur
4 manomètre (pression en sortie du détendeur)
5filtre
6 régulateur de pression
7 manomètre
8 vanne d'arrêt
9 orifice (gaz de complément)
10 orifice (constituant pour étalonnage)
11 système d'orifices
12 sortie du mélange de gaz pour étalonnage
13 bouteille de gaz (constituant pour étalonnage)
14 manomètre (pression d'entrée)
15 détendeur
16 manomètre (pression en sortie du détendeur)
17 filtre
18 régulateur de pression
19 vanne de mise à l'air libre
20 manomètre
Figure 1 — Préparation de mélanges de gaz pour étalonnage avec un système à orifices critiques
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ISO 6145-6:2003(F)
4.2 Domaine de validité
La méthode s'applique à la préparation de mélanges de gaz non réactifs, c'est-à-dire à ceux qui ne réagissent
avec aucun des matériaux constituant le circuit de gaz à l'intérieur du système d'orifices ou de l'équipement
auxiliaire. Un soin particulier doit être appliqué lorsque cette méthode est utilisée comme moyen de préparation
des mélanges de gaz renfermant des constituants susceptibles de former des mélanges potentiellement
explosifs dans l'air. Des mesures doivent être prises pour s'assurer que le fonctionnement de l'appareil est sans
danger, en ajoutant, en plus des éléments mentionnés en 4.1, des dispositifs anti-retour de flamme montés en
l
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