Measurement of fluid flow by means of pressure-differential devices -- Guidelines for the specification of orifice plates, nozzles and Venturi tubes beyond the scope of ISO 5167

ISO/TR 15377:2018 describes the geometry and method of use for conical-entrance orifice plates, quarter-circle orifice plates, eccentric orifice plates and Venturi tubes with 10,5° convergent angles. Recommendations are also given for square-edged orifice plates and nozzles under conditions outside the scope of ISO 5167. NOTE The data on which this document is based are limited in some cases.

Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes -- Lignes directrices pour la spécification des diaphragmes, des tuyères et des tubes de Venturi non couverts par l'ISO 5167

Le présent document décrit la géométrie et le mode d’emploi des diaphragmes à entrée conique, des diaphragmes quart de cercle, des diaphragmes excentriques et des tubes de Venturi avec un angle de convergent de 10,5°. Des recommandations sont également données pour les diaphragmes et tuyères à arête rectangulaire utilisés dans des conditions qui sont hors du domaine d’application de l’ISO 5167. NOTE           Les données sur lesquelles est basé le présent document sont limitées dans certains cas.

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Published
Publication Date
04-Jan-2018
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
02-Dec-2017
Completion Date
05-Jan-2018
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Technical report
ISO/TR 15377:2018 - Measurement of fluid flow by means of pressure-differential devices -- Guidelines for the specification of orifice plates, nozzles and Venturi tubes beyond the scope of ISO 5167
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ISO/TR 15377:2018 - Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes -- Lignes directrices pour la spécification des diaphragmes, des tuyères et des tubes de Venturi non couverts par l'ISO 5167
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 15377
Third edition
2018-01
Measurement of fluid flow by means
of pressure-differential devices —
Guidelines for the specification of
orifice plates, nozzles and Venturi
tubes beyond the scope of ISO 5167
Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes —
Lignes directrices pour la spécification des diaphragmes, des tuyères
et des tubes Venturi non couverts par l'ISO 5167
Reference number
ISO/TR 15377:2018(E)
ISO 2018
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 15377:2018(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2018, Published in Switzerland

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www.iso.org
ii © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/TR 15377:2018(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 1

5 Square-edged orifice plates and nozzles: With drain holes, in pipes below 50 mm

diameter, and as inlet and outlet devices ................................................................................................................................... 3

5.1 Drain holes through the upstream face of the square-edged orifice plate or nozzle ................. 3

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

5.1.2 Square-edged orifice plates .................................................................................................................................... 3

5.1.3 ISA 1932 nozzles .............................................................................................................................................................. 5

5.1.4 Long radius nozzles ....................................................................................................................................................... 5

5.2 Square-edged orifice plates installed in pipes of diameter 25 mm ≤ D < 50 mm.......................... 5

5.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

5.2.2 Limits of use ......................................................................................................................................................................... 5

5.2.3 Discharge coefficients and corresponding uncertainties ............................................................. 6

5.3 No upstream or downstream pipeline ............................................................................................................................... 6

5.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 6

5.3.2 Flow from a large space (no upstream pipeline) into a pipeline or another

large space ............................................................................................................................................................................. 6

5.3.3 Flow into a large space (no downstream pipeline) ........................................................................... 8

6 Orifice plates (except square-edged) .............................................................................................................................................. 9

6.1 Conical entrance orifice plates .................................................................................................................................................. 9

6.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 9

6.1.2 Limits of use ......................................................................................................................................................................... 9

6.1.3 Description .................. .................................................... ...................................................................................................10

6.1.4 Pressure tappings ........................................................................................................................................................13

6.1.5 Coefficients and corresponding uncertainties ....................................................................................14

6.2 Quarter-circle orifice plates ......................................................................................................................................................14

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................14

6.2.2 Limits of use ......................................................................................................................................................................14

6.2.3 Description .................. .................................................... ...................................................................................................15

6.2.4 Pressure tappings ........................................................................................................................................................18

6.2.5 Coefficients and corresponding uncertainties ....................................................................................18

6.3 Eccentric orifice plates ..................................................................................................................................................................19

6.3.1 General...................................................................................................................................................................................19

6.3.2 Limits of use ......................................................................................................................................................................20

6.3.3 Description .................. .................................................... ...................................................................................................20

6.3.4 Coefficients and corresponding uncertainties ....................................................................................23

7 Venturi tubes with machined convergent of angle 10,5° .........................................................................................25

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................25

7.2 Description ..............................................................................................................................................................................................25

7.3 Limits of use ...........................................................................................................................................................................................25

7.4 Discharge coefficient .......................................................................................................................................................................26

7.5 Expansibility [expansion] factor ...........................................................................................................................................26

7.6 Pressure loss ..........................................................................................................................................................................................26

7.7 Installation requirements ...........................................................................................................................................................26

Annex A (informative) An example of the calculations in 5.1.2 .............................................................................................28

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................31

© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO/TR 15377:2018(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 on 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 the following

URL: www.iso.org/iso/foreword.html.

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

conduits, Subcommittee SC 2, Pressure differential devices.

This third edition cancels and replaces the second edition (ISO/TR 15377:2007), which has been

technically revised.
iv © ISO 2018 – All rights reserved
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 15377:2018(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure-
differential devices — Guidelines for the specification of
orifice plates, nozzles and Venturi tubes beyond the scope
of ISO 5167
1 Scope

This document describes the geometry and method of use for conical-entrance orifice plates,

quarter-circle orifice plates, eccentric orifice plates and Venturi tubes with 10,5° convergent angles.

Recommendations are also given for square-edged orifice plates and nozzles under conditions outside

the scope of ISO 5167.
NOTE The data on which this document is based are limited in some cases.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies

ISO 4006, Measurement of fluid flow in closed conduits — Vocabulary and symbols

ISO 5167-1, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-

section conduits running full — Part 1: General principles and requirements
3 Terms and definitions

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

4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols given in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols
Dimensions
M: mass
Symbols Represented quantity SI unit
L: length
T: time
a Pressure-tapping hole diameter L m
C Discharge coefficient dimensionless
Diameter of orifice (or throat) of primary device
d L m
under working conditions
d Measured drain hole diameter L m

In applications with drain holes, d is calculated from the measured values d and d [see Formulae (1) and (11)].

m k
NOTE 1 Other symbols used in this documentt are defined at their place of use.

NOTE 2 Subscript 1 refers to the cross-section at the plane of the upstream pressure tapping. Subscript 2 refers to the

cross-section at the plane of the downstream pressure tapping.
© ISO 2018 – All rights reserved 1
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ISO/TR 15377:2018(E)
Table 1 (continued)
Dimensions
M: mass
Symbols Represented quantity SI unit
L: length
T: time
Measured orifice or throat diameter (where the
d L m
orifice or nozzle has a drain hole)
Upstream internal pipe diameter (or upstream
D diameter of a classical Venturi tube) under working L m
conditions
d Diameter of pressure tappings L m
tap
e Thickness of bore L m
E, E Thickness of orifice plate L m
F Correction factor dimensionless
k Uniform equivalent roughness L m
l Pressure tapping spacing L m
L Relative pressure tapping spacing: L = l/D dimensionless
−1 −2
p Static pressure of the fluid ML T Pa
q Mass flowrate MT kg/s
r Radius of profile L m
Arithmetical mean deviation of the (roughness)
Ra L m
profile
Re Reynolds number dimensionless
Re , Re Reynolds number referred to D or d dimensionless
D d
Re* Throat-tapping Reynolds number (= d Re /d) dimensionless
tap d
β Diameter ratio, β = dimensionless
−1 −2
Δp Differential pressure ML T Pa
ε Expansibility (expansion) factor dimensionless
θ Angle between the tappings used and the radius from dimensionless °
the centre of the pipe to the centre of the drain hole
κ Isentropic exponent dimensionless
λ Friction factor dimensionless
−3 3
ρ Mass density of the fluid ML kg/m
τ Pressure ratio, τ = dimensionless

In applications with drain holes, d is calculated from the measured values d and d [see Formulae (1) and (11)].

m k
NOTE 1 Other symbols used in this documentt are defined at their place of use.

NOTE 2 Subscript 1 refers to the cross-section at the plane of the upstream pressure tapping. Subscript 2 refers to the

cross-section at the plane of the downstream pressure tapping.
2 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/TR 15377:2018(E)
5 Square-edged orifice plates and nozzles: With drain holes, in pipes below
50 mm diameter, and as inlet and outlet devices

5.1 Drain holes through the upstream face of the square-edged orifice plate or nozzle

5.1.1 General

Square-edged orifice plates and nozzles with drain holes may be used, installed and manufactured in

accordance with the following guidelines.

NOTE 1 The guidelines presented in this document are applicable to both drain holes for liquid in gas and vent

holes for gas in liquid.

In a horizontal pipe, a drain hole should be positioned at the bottom of the pipe. In a horizontal pipe, a

vent hole should positioned at the top of the pipe.

NOTE 2 Use of drain or vent holes can help alleviate the problem of fluid hold-up, but will not resolve

measurement errors arising from the presence of two-phase flow.
5.1.2 Square-edged orifice plates

If a drain hole is drilled through the orifice plate, the coefficient values specified in ISO 5167-2 should

not be used unless the following conditions are observed.

a) The diameter of the drain hole should not exceed 0,1d and no part of the hole should lie within a

circle, concentric with the orifice, of diameter (D – 0,2d). The outer edge of the drain hole should

be as close to the pipe wall as practicable. It is very important that neither the upstream nor the

downstream pipe obscure the drain hole. The hole should not be so small that it blocks.

b) The drain hole should be deburred and the upstream edge should be sharp. Spark erosion is a good

method of producing the drain hole.

c) Single pressure tappings should be orientated so that they are between 90° and 180° to the position

of the drain hole. Upstream and downstream pressure tappings should be at the same orientation

relative to the drain hole.

d) The measured orifice diameter, d , should be corrected to allow for the additional orifice area

represented by the drain hole of measured diameter d , as shown in Formula (1):
d = (1)
02, 5
 nn 
 
θθ *
   
 
11+−aa−−1 
   
 
180 180
   
 
 
4 2   4
1−β C +β
() 
1 m
   
1+C 
 
 
 d 
 m 
 
where
β = (2)
′′′
an,,θβ,CC, and are given in Formulae (3) to (8):
 L'd 
46,
2 m
a=−06,e60β xp ,15 (3)
 
β d
 mk 
46, m
n=−04,,57++30β ,117 (4)
© ISO 2018 – All rights reserved 3
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ISO/TR 15377:2018(E)
46,
θβ*=−92 62 (5)
10,/80if Ed ≤ ,5
C = 0,,76750+<625Ed/,if 05 Ed/,<09 (6)
2 kk
13,,30if 9≤E//d
 k
ββ=+1 C (7)
m 2
and
CR(,e β)
C = (8)
CR(,e β )
where
[4]

is the discharge coefficient given by the Reader-Harris/Gallagher (1998) equation

CR(,e β*)
(Equation (4) of ISO 5167-2:2003) for an orifice plate of diameter ratio β* and
Reynolds number Re (L and L’ are determined for the actual orifice plate; β* is
1 2
either β or β”);
β = (9)
[d is given by Formula (1)]

is a fixed value of Reynolds number typical of the flow being measured. In high-

′ 6
pressure gas flows Re might be taken as, say, 4 × 10 (the actual Reynolds

number cannot be used in the calculation of d, since in that case for an orifice plate

with a drain hole d would not have a fixed value);

is the quotient of the distance of the upstream tapping from the upstream face of

Ll(/= D)
the plate and the pipe diameter;
is the quotient of the distance of the downstream tapping from the downstream
Ll'(= '/D)
face of the plate and the pipe diameter;

Θ is the angle (in degrees) between the pressure tappings used and the radius from

the centre of the pipe to the centre of the drain hole (90° ≤ θ ≤ 180°);
E is the thickness of the orifice plate.

Because of the presence of C this is an iterative computation, but convergence is rapid.

When estimating the (expanded) relative uncertainty of the flow measurement the following additional

percentage uncertainty should be added arithmetically to the discharge-coefficient percentage

uncertainty given by ISO 5167-2:2003, 5.3.3.1:
2 (10)

If β ≤ 0,63, or both β ≤ 0,7 and θ = 90°, C may be set equal to 1, with no increase in uncertainty; in

m m 1
this case there will be no need to iterate.
NOTE 1 There are very limited data for D smaller than 100 mm.
NOTE 2 The formulae given here are based on work described in Reference [9].
4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/TR 15377:2018(E)

Because the formulae in this subclause are complex, there is an example in Annex A so that a computer

program can be checked.
5.1.3 ISA 1932 nozzles

If a drain hole is drilled through the nozzle upstream face, the coefficient values specified in ISO 5167-3

should not be used unless the following conditions are observed.
a) The value of β should be less than 0,625.

b) The diameter of the drain hole should not exceed 0,1d and no part of the hole should lie within a

circle, concentric with the throat, of diameter (D – 0,2d).
c) The length of the drain hole should not exceed 0,1D.
d) The drain hole should be deburred and the upstream edge should be sharp.

e) Single pressure tappings should be orientated so that they are between 90° and 180° to the position

of the drain hole.

f) The measured diameter, d , should be corrected to allow for the additional throat area represented

by the drain hole of diameter d , as shown in the following equation:
 
 d 
 
dd=+10,40 (11)
 
 d 
 m 
 
4 −0,5

NOTE This equation is based on the assumption that the value for Cε(1 − β ) for flow through the drain

hole is 20 % less than the value for flow through the throat of the nozzle.

When estimating the overall uncertainty of the flow measurement, the following additional percentage

uncertainty should be added arithmetically to the discharge coefficient percentage uncertainty:

 d 
40 (12)
 
 m 
5.1.4 Long radius nozzles
Drain holes through these primary elements should not be used.
5.2 Square-edged orifice plates installed in pipes of diameter 25 mm ≤ D < 50 mm
5.2.1 General
Orifice plates should be installed and manufactured according to ISO 5167-2.
5.2.2 Limits of use

When square-edged orifice plates are installed in pipes of bore 25 mm to 50 mm, the following

conditions should be strictly observed.

a) The pipes should have high-quality internal surfaces such as drawn copper or brass tubes, glass or

plastic pipes or drawn or fine-machined steel tubes. The steel tubes should be of stainless steel for

use with corrosive fluids such as water. The roughness should be according to ISO 5167-2:2003, 5.3.1.

b) Corner tappings should be used, preferably of the carrier ring type detailed in ISO 5167-2:2003,

Figure 4 a).
c) The diameter ratio, β, should be within the range 0,5 ≤ β ≤ 0,7.
© ISO 2018 – All rights reserved 5
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ISO/TR 15377:2018(E)

NOTE It is possible to have 0,23 ≤ β < 0,5, but the uncertainty increases significantly if d < 12,5 mm.

5.2.3 Discharge coefficients and corresponding uncertainties
[4]

The Reader-Harris/Gallagher (1998) equation for corner tappings given in ISO 5167-2:2003, 5.3.2.1

should be used for deriving the discharge coefficients, provided the pipe Reynolds numbers are within

the limits given in ISO 5167-2:2003, 5.3.1.

An additional uncertainty of 0,5 % should be added arithmetically to the uncertainty derived from

ISO 5167-2:2003, 5.3.3.1.
5.3 No upstream or downstream pipeline
5.3.1 General

This clause applies where there is no pipeline on either the upstream or the downstream side of the

device or on both the upstream and the downstream sides of the device, that is for flow from a large

space into a pipe or vice versa, or flow through a device installed in the partition wall between two

large spaces.

5.3.2 Flow from a large space (no upstream pipeline) into a pipeline or another large space

5.3.2.1 Upstream and downstream tappings
The space on the upstream side of the device should be considered large if

a) there is no wall closer than 4d to the axis of the device or to the plane of the upstream face of the

orifice or nozzle;

b) the velocity of the fluid at any point more than 4d from the device is less than 3 % of the velocity in

the orifice or throat; and
c) the diameter of the downstream pipeline is not less than 2d.

NOTE 1 The first condition implies, for example, that an upstream pipeline of diameter greater than 8d (that is

where β < 0,125) can be regarded as a large space. The second condition, which excludes upstream disturbances

due to draughts, swirl and jet effects, implies that the fluid is to enter the space uniformly over an area of not less

than 33 times the area of the orifice or throat. For example, if the flow is provided by a fall in level of a liquid in

a tank, the area of the liquid surface needs to be not less than 33 times the area of the orifice or throat through

which the tank is discharged.

The distance of the upstream tapping (i.e. the tapping in the large space) from the orifice or nozzle

centreline should be greater than 4d.

The upstream tapping should preferably be located in a wall perpendicular to the plane of the orifice

and be within a distance of 0,5d from that plane. The tapping does not necessarily need to be located in

any wall; it can be in the open space. If the space is very large, for example a room, the tapping should be

shielded from draughts.

The downstream tapping should be located as specified for corner tappings in ISO 5167-2. If the

downstream side also consists of a large space, the tapping should be located as for the upstream

tapping, except for Venturi nozzles where the throat tapping should be used.

NOTE 2 When the upstream and downstream tappings are at different horizontal levels, it might be necessary

to make allowance for the difference in hydrostatic head. This is usually done by reading the differential-pressure

transmitter with no fluid flow and making an appropriate correction.
6 © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TR 15377:2018(E)
5.3.2.2 Square-edged orifice plates with corner tappings

5.3.2.2.1 Square-edged orifice plates with corner tappings should be manufactured according to

ISO 5167-2:2003, Clause 5.

5.3.2.2.2 The limits of use for square-edged orifice plates with corner tappings where there is a flow

from a large space should be as follows:
— d ≥ 12,5 mm;

— downstream there is either a large space or a pipeline whose diameter is not less than 2d;

— Re ≥ 3 500.

NOTE 1 It is possible to have 12,5 mm > d > 6 mm, but the uncertainty increases significantly if d < 12,5 mm.

NOTE 2 Provided that β ≤ 0,2 and d ≥ 12,5 mm, the Reader-Harris/Gallagher (1998) equation [4] given in

ISO 5167-2:2003, 5.3.2.1 can be used in a pipeline for Re ≥ 3 500 with an uncertainty on the value of the discharge

coefficient, C, of 1 % (if Re < 5 000).
5.3.2.2.3 The discharge coefficient, C, is given by
07,
 
C =+0,,59610000521  (13)
 
 
The uncertainty on the value of C is 1 %.

5.3.2.2.4 The expansibility factor, ε, is given by the following equation and is only applicable if

p /p > 0,75:
2 1
1 κ
 
 p 
 
ε =−10,351 1− (14)
 
 p 
 1 
 

When Δp/p and κ are assumed to be known without error, the relative uncertainty of the value of ε is

equal to 35, %.
κ p

Test results for the determination of ε are known for air, steam and natural gas only. However, there is

no known objection to using the same formula for other gases and vapours whose isentropic exponent

is known.
5.3.2.3 ISA 1932 nozzles

5.3.2.3.1 ISA 1932 nozzles should be manufactured according to ISO 5167-3:2003, 5.1.

5.3.2.3.2 The limits of use for ISA 1932 nozzles where there is flow from a large space should be as

follows:
— d ≥ 11,5 mm;

— downstream there is either a large space or a pipeline whose diameter is not less than 2d;

— Re ≥ 100 000.

5.3.2.3.3 The discharge coefficient, C, is equal to 0,99. The uncertainty in the value of C is expected to

be no better than 1 %.
© ISO 2018 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TR 15377:2018(E)

5.3.2.3.4 The expansibility factor, ε, is given by the following equation and is only applicable if

p /p ≥ 0,75:
2 1
05,
 
  ()κκ−1 /
 
κτ 1−τ
  
ε = (15)
 
 
  
κ −1 1−τ
 
 
 
The relative uncertainty of the value of ε is equal to 2Δp/p %.
5.3.2.4 Venturi nozzle

5.3.2.4.1 Venturi nozzles should be manufactured according to ISO 5167-3:2003, 5.3.

5.3.2.4.2 The limits of use for Venturi nozzles where there is flow from a large space should be as

follows:
— d ≥ 50 mm;

— downstream there is either a large space or a pipeline whose diameter is not less than 2d;

5 6
— 3 × 10 ≤ Re ≤ 3 × 10 .

5.3.2.4.3 The discharge coefficient, C, is equal to 0,985 8. The uncertainty in the value of C is expected

to be no better than 1,5 %.

5.3.2.4.4 The expansibility factor, ε, is given by the following equation and is only applicable if

p /p ≥ 0,75:
2 1
05,
  
()κκ−1 /
κ  
κτ 1−τ
  
ε =   (16)
 
  
κ −1 1−τ
 
  
The relative uncertainty of the value of ε is equal to 4 Δp/p %.
5.3.3 Flow into a large space (no downstream pipeline)
5.3.3.1 General

The space on the downstream side of the device should be considered large if there is no wall closer

than 4d to the axis of the
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 15377
Troisième édition
2018-01
Mesurage du débit des fluides au
moyen d'appareils déprimogènes —
Lignes directrices pour la spécification
des diaphragmes, des tuyères et des
tubes de Venturi non couverts par
l'ISO 5167
Measurement of fluid flow by means of pressure-differential
devices — Guidelines for the specification of orifice plates, nozzles and
Venturi tubes beyond the scope of ISO 5167
Numéro de référence
ISO/TR 15377:2018(F)
ISO 2018
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ISO/TR 15377:2018(F)
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ISO/TR 15377:2018(F)
Sommaire Page

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

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

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

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 1

5 Diaphragmes et tuyères à arête rectangulaire: avec des trous de drainage, dans des

conduites d’un diamètre inférieur à 50 mm et utilisés comme appareils d’entrée et

de sortie ......................................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Trous de drainage à travers la face amont du diaphragme ou de la tuyère à arête

rectangulaire ............................................................................................................................................................................................. 3

5.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 3

5.1.2 Diaphragmes à arête rectangulaire .................................................................................................................. 3

5.1.3 Tuyères ISA 1932 ............................................................................................................................................................. 5

5.1.4 Tuyères à long rayon .................. ......................................................................................................................... .......... 6

5.2 Diaphragmes à arête rectangulaire installés dans des conduites d’un diamètre de

25 mm ≤ D < 50 mm ......................................................................................................................................................................... 6

5.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 6

5.2.2 Limites d’utilisation ...................................................................................................................................................... 6

5.2.3 Coefficients de décharge et incertitudes correspondantes ......................................................... 6

5.3 Pas de canalisation amont ou aval ......................................................................................................................................... 6

5.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 6

5.3.2 Écoulement à partir d’un grand volume (pas de canalisation amont) dans

une canalisation ou dans un autre grand volume ............................................................................... 7

5.3.3 Écoulement dans un grand volume (pas de canalisation aval) ................................................ 9

6 Diaphragmes (excepté ceux à arête rectangulaire) ......................................................................................................10

6.1 Diaphragmes à entrée conique ..............................................................................................................................................10

6.1.1 Généralités .........................................................................................................................................................................10

6.1.2 Limites d’utilisation ...................................................................................................................................................10

6.1.3 Description .................. .................................................... ...................................................................................................10

6.1.4 Prises de pression ........................................................................................................................................................14

6.1.5 Coefficients et incertitudes correspondantes ......................................................................................14

6.2 Diaphragmes quart de cercle ...................................................................................................................................................14

6.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................14

6.2.2 Limites d’utilisation ...................................................................................................................................................14

6.2.3 Description .................. .................................................... ...................................................................................................15

6.2.4 Prises de pression ........................................................................................................................................................18

6.2.5 Coefficients et incertitudes correspondantes ......................................................................................18

6.3 Diaphragmes excentriques ........................................................................................................................................................19

6.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................19

6.3.2 Limites d’utilisation ...................................................................................................................................................20

6.3.3 Description .................. .................................................... ...................................................................................................20

6.3.4 Coefficients et incertitudes correspondantes ......................................................................................23

7 Tubes de Venturi à convergent usiné à un angle de 10,5° ......................................................................................25

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................25

7.2 Description ..............................................................................................................................................................................................25

7.3 Limites d’utilisation .........................................................................................................................................................................25

7.4 Coefficient de décharge ................................................................................................................................................................26

7.5 Coefficient de détente ....................................................................................................................................................................26

7.6 Perte de pression ...............................................................................................................................................................................26

7.7 Exigences d’installation ................................................................................................................................................................26

Annexe A (informative) Exemple de calculs en 5.1.2 ........................................................................................................................28

© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
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ISO/TR 15377:2018(F)

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................31

iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO/TR 15377:2018(F)
Avant-propos

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

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

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

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

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

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

concerne la normalisation électrotechnique.

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

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

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

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

.iso .org/ directives).

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

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

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

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

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

brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .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 troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO/TR 15377:2007), qui a fait l’objet

d’une révision technique.
© ISO 2018 – Tous droits réservés v
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 15377:2018(F)
Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils
déprimogènes — Lignes directrices pour la spécification
des diaphragmes, des tuyères et des tubes de Venturi non
couverts par l'ISO 5167
1 Domaine d’application

Le présent document décrit la géométrie et le mode d’emploi des diaphragmes à entrée conique, des

diaphragmes quart de cercle, des diaphragmes excentriques et des tubes de Venturi avec un angle de

convergent de 10,5°. Des recommandations sont également données pour les diaphragmes et tuyères

à arête rectangulaire utilisés dans des conditions qui sont hors du domaine d’application de l’ISO 5167.

NOTE Les données sur lesquelles est basé le présent document sont limitées dans certains cas.

2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO 4006, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées — Vocabulaire et symboles

ISO 5167-1, Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites en

charge de section circulaire — Partie 1: Principes généraux et exigences générales

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 4006 et l’ISO 5167-1

s’appliquent.
4 Symboles

Pour les besoins du présent document, les symboles donnés dans le Tableau 1 s’appliquent.

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ISO/TR 15377:2018(F)
Tableau 1 — Symboles
Dimensions
M: masse
Symboles Grandeur représentée Unité Sl
L: longueur
T: temps
a Diamètre du trou de la prise de pression L m
C Coefficient de décharge sans dimension
Diamètre de l’orifice (ou du col) de l’élément pri-
d L m
maire dans les conditions de service
d Diamètre du trou de drainage mesuré L m
Diamètre de l’orifice ou du col (lorsque l’orifice ou la
d L m
tuyère comporte un trou de drainage)
Diamètre intérieur de la conduite en amont (ou dia-
D mètre amont d’un tube de Venturi classique) dans L m
les conditions de service
d Diamètre des prises de pression L m
tap
e Épaisseur de l’orifice L m
E, E Épaisseur du diaphragme L m
F Facteur de correction sans dimension
k Rugosité uniforme équivalente L m
l Éloignement d’une prise de pression L m
L Éloignement relatif d’une prise de pression: L = l/D sans dimension
−1 −2
p Pression statique du fluide ML T Pa
q Débit-masse MT kg/s
r Rayon du profil L m
Ra Écart moyen arithmétique du profil (de rugosité) L m
Re Nombre de Reynolds sans dimension
Re , Re Nombre de Reynolds rapporté à D ou d sans dimension
D d
Re* Nombre de Reynolds de la prise au col (= d Re /d) sans dimension
tap d
β Rapport des diamètres, β = sans dimension
−1 −2
Δp Pression différentielle ML T Pa
ε Coefficient de détente sans dimension
θ Angle entre les prises de pression utilisées et la sans dimension °
droite passant par le centre de la conduite et le
centre du trou de drainage
κ Exposant isentropique sans dimension
λ Facteur de frottement sans dimension
−3 3
ρ Masse volumique du fluide ML kg/m
τ Rapport des pressions, τ = sans dimension

Pour les applications avec des trous de drainage, d est calculé à partir des valeurs mesurées d et d [voir les

m k
Formules (1) et (11)].

NOTE 1 Les autres symboles utilisés dans le présent document sont définis à l’endroit où ils sont employés.

NOTE 2 L’indice 1 fait référence à la section transversale dans le plan de la prise de pression amont. L’indice 2 fait référence

à la section transversale dans le plan de la prise de pression aval.
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ISO/TR 15377:2018(F)
5 Diaphragmes et tuyères à arête rectangulaire: avec des trous de drainage,
dans des conduites d’un diamètre inférieur à 50 mm et utilisés comme appareils
d’entrée et de sortie

5.1 Trous de drainage à travers la face amont du diaphragme ou de la tuyère à arête

rectangulaire
5.1.1 Généralités

Les diaphragmes et tuyères à arête rectangulaire avec des trous de drainage peuvent être utilisés,

installés et fabriqués selon les lignes directrices suivantes.

NOTE 1 Les lignes directrices indiquées dans le présent document sont applicables à la fois aux trous de

drainage en cas de présence de liquide dans un écoulement gazeux et aux évents d’évacuation en cas de présence

de gaz dans un écoulement liquide.

Dans une conduite horizontale, il convient que le trou de drainage soit positionné en bas de la conduite.

Dans une conduite horizontale, il convient que l’évent d’évacuation soit positionné en haut de la conduite.

NOTE 2 Le fait d’utiliser des trous de drainage ou des évents d’évacuation peut contribuer à atténuer le

problème de rétention de fluide, mais ne va pas résoudre les erreurs de mesure dues à la présence d’un écoulement

diphasique.
5.1.2 Diaphragmes à arête rectangulaire

Si un trou de drainage est percé dans le diaphragme, il convient de ne pas utiliser les valeurs du

coefficient spécifiées dans l’ISO 5167-2, à moins de respecter les conditions suivantes:

a) Il convient que le diamètre du trou de drainage ne dépasse pas 0,1d et qu’aucune partie du trou ne

soit située dans un cercle, concentrique avec l’orifice, de diamètre (D – 0,2d). Il convient que l’arête

externe du trou de drainage soit aussi proche que possible de la paroi de la conduite. Il est très

important que ni la conduite amont ni la conduite aval ne bouchent le trou de drainage. Il convient

que le trou soit suffisamment grand pour ne pas être obstrué.

b) Il convient que le trou de drainage soit ébavuré et que l’arête amont soit vive. L’électro-érosion est

une bonne méthode pour créer un trou de drainage.

c) Il convient que les prises de pression individuelles soient orientées de manière à former un angle

compris entre 90° et 180° par rapport à la position du trou de drainage. Il convient que les prises de

pression amont et aval aient la même orientation par rapport au trou de drainage.

d) Il convient que le diamètre de l’orifice mesuré, d , soit corrigé pour tenir compte de la surface

supplémentaire de l’orifice représentée par le trou de drainage de diamètre mesuré d , comme

indiqué dans la Formule (1):
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ISO/TR 15377:2018(F)
d = (1)
02, 5
 
 
θθ *
   
 
11+−aa−−1 
   
 
180 180
   
 
 
4 2   4
1−β C +β
() 
1 m
   
1+C 
 
 
 d 
 m 
 
β = (2)
′′′
an,,θβ,CC, et sont donnés par les Formules (3) à (8):
 L'd 
46,
2 m
a=−06,e60β xp ,15 (3)
 
β d
 mk 
46, m
n=−04,,57++30β ,117 (4)
46,
θβ*=−92 62 (5)
10,/80si Ed ≤ ,5
C = 0,,76750+<625Ed/,si 05 Ed/,<09 (6)
2 kk
13,,30si 9≤E//d
 k
ββ=+1 C (7)
m 2
CR(,e β)
C = (8)
CR(,e β )

est le coefficient de décharge donné par l’équation de Reader-Harris/Gallagher (1998)

CR(,e β*)
D [4]

(Équation (4) de l’ISO 5167-2:2003) pour un diaphragme présentant un rapport des

diamètres β* et un nombre de Reynolds Re (L et L’ sont déterminées pour le
D 1 2
diaphragme réel; β* est égal à β ou β”);
β = (9)
[d est donné par la Formule (1)]
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ISO/TR 15377:2018(F)

est une valeur fixe du nombre de Reynolds caractéristique de l’écoulement mesuré.

Dans les écoulements de gaz à haute pression, Re peut être pris égal, par
exemple, à 4 × 10 (le nombre de Reynolds réel ne peut pas être utilisé dans le
calcul de d, étant donné que dans ce cas, pour un diaphragme avec un trou de
drainage, d n’aurait pas une valeur fixe);
Ll(/= D)

est le quotient de l’éloignement de la prise de pression amont, à partir de la face amont

du diaphragme et du diamètre interne de la conduite;
Ll'(= '/D)

est le quotient de l’éloignement de la prise de pression aval, à partir de la face aval du

diaphragme et du diamètre interne de la conduite;

θ est l’angle (en degrés) entre les prises de pression utilisées et la droite passant par le

centre de la conduite et le centre du trou de drainage (90° ≤ θ ≤ 180°);
E est l’épaisseur du diaphragme.

En raison de la présence de C , il s’agit d’un calcul par itération, mais la convergence est rapide.

Lors de l’estimation de l’incertitude relative (élargie) de mesurage du débit, il convient d’ajouter

arithmétiquement le pourcentage d’incertitude supplémentaire suivant au pourcentage d’incertitude

du coefficient de décharge donné dans l’ISO 5167-2:2003, 5.3.3.1:
2 (10)

Si β ≤ 0,63, ou si à la fois β ≤ 0,7 et θ = 90°, C peut être pris égal à 1, sans augmenter l’incertitude;

m m 1
dans ce cas, il n’y aura pas besoin d’itération.
NOTE 1 Il existe très peu de données pour un diamètre D inférieur à 100 mm.

NOTE 2 Les formules fournies ici sont basées sur les travaux décrits dans la Référence [9].

Comme les formules de ce paragraphe sont complexes, un exemple est fourni dans l’Annexe A pour

vérifier le bon codage informatique.
5.1.3 Tuyères ISA 1932

Si un trou de drainage est percé dans la face amont de la tuyère, il convient de ne pas utiliser les valeurs

du coefficient spécifiées dans l’ISO 5167-3, à moins de respecter les conditions suivantes:

a) Il convient que la valeur de β soit inférieure à 0,625.

b) Il convient que le diamètre du trou de drainage ne dépasse pas 0,1d et qu’aucune partie du trou ne

soit située dans un cercle, concentrique avec le col, de diamètre (D – 0,2d).
c) Il convient que la longueur du trou de drainage ne dépasse pas 0,1D.

d) Il convient que le trou de drainage soit ébavuré et que l’arête amont soit vive.

e) Il convient que les prises de pression individuelles soient orientées de manière à former un angle

compris entre 90° et 180° par rapport à la position du trou de drainage.

f) Il convient que le diamètre mesuré, d , soit corrigé pour tenir compte de la surface supplémentaire

du col de l’orifice de la tuyère représentée par le trou de drainage de diamètre d , comme indiqué

dans l’équation suivante:
 
 d 
 
dd=+10,40 (11)
 
 d 
 m 
 
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ISO/TR 15377:2018(F)
4 −0,5

NOTE Cette équation repose sur l’hypothèse que la valeur de Cε(1 − β ) correspondant à l’écoulement à

travers le trou de drainage est inférieure de 20 % à la valeur de l’écoulement à travers le col de la tuyère.

Lors de l’estimation de l’incertitude globale de mesurage du débit, il convient d’ajouter arithmétiquement

le pourcentage d’incertitude supplémentaire suivant au pourcentage d’incertitude du coefficient de

décharge:
 
40 (12)
 
 m 
5.1.4 Tuyères à long rayon
Il convient de ne pas utiliser de trous de drainage dans ces éléments primaires.

5.2 Diaphragmes à arête rectangulaire installés dans des conduites d’un diamètre de

25 mm ≤ D < 50 mm
5.2.1 Généralités

Il convient que les diaphragmes soient installés et fabriqués conformément à l’ISO 5167-2.

5.2.2 Limites d’utilisation

Lorsque des diaphragmes à arête rectangulaire sont installés dans des conduites d’un diamètre de

25 mm à 50 mm, il convient de respecter strictement les conditions suivantes:

a) Il convient que les conduites possèdent des surfaces internes de grande qualité, par exemple tubes

en cuivre ou laiton étiré, conduites en verre ou en plastique ou tubes en acier étiré ou finement

usiné. Il convient que les tubes en acier soient en acier inoxydable pour pouvoir être utilisés avec

des fluides corrosifs tels que l’eau. Il convient que leur rugosité soit conforme à l’ISO 5167-2:2003,

5.3.1.

b) Il convient d’utiliser des prises dans les angles, de préférence du type à bague porteuse détaillé

dans l’ISO 5167-2:2003, Figure 4 a).

c) Il convient que le rapport des diamètres, β, soit compris dans la plage 0,5 ≤ β ≤ 0,7.

NOTE Il est possible d’avoir 0,23 ≤ β < 0,5, mais l’incertitude augmente de manière significative si

d < 12,5 mm.
5.2.3 Coefficients de décharge et incertitudes correspondantes
[4]

Il convient d’utiliser l’équation de Reader-Harris/Gallagher (1998) pour les prises dans les angles

indiquée dans l’ISO 5167-2:2003, 5.3.2.1, pour déduire les coefficients de décharge, à condition que

les nombres de Reynolds rapportés à la conduite soient compris dans les limites indiquées dans

l’ISO 5167-2:2003, 5.3.1.

Il convient d’ajouter arithmétiquement une incertitude supplémentaire de 0,5 % à l’incertitude dérivée

de l’ISO 5167-2:2003, 5.3.3.1.
5.3 Pas de canalisation amont ou aval
5.3.1 Généralités

Cet article s’applique lorsqu’il n’y a pas de canalisation du côté amont ou du côté aval de l’appareil, ou

les deux, c’est-à-dire dans le cas d’un écoulement provenant d’un grand volume dans une conduite, ou

inversement, ou dans le cas d’un écoulement à travers un appareil installé dans la cloison entre deux

grands volumes.
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ISO/TR 15377:2018(F)
5.3.2 Écoulement à partir d’un grand volume (pas de canalisation amont) dans une
canalisation ou dans un autre grand volume
5.3.2.1 Prises de pression amont et aval
Il convient de considérer comme grand le volume du côté amont de l’appareil si:

a) il n’y a pas de paroi à moins de 4d de l’axe de l’appareil ou du plan de la face amont du diaphragme

ou de la tuyère;

b) la vitesse du fluide en tout point situé à plus de 4d de l’appareil est inférieure à 3 % de la vitesse

dans l’orifice ou le col; et
c) le diamètre de la canalisation aval n’est pas inférieur à 2d.

NOTE 1 La première condition implique, par exemple, qu’une canalisation amont d’un diamètre supérieur à

8d (c’est-à-dire où β < 0,125) peut être considérée comme un grand volume. La seconde condition, qui exclut

les perturbations amont dues aux courants d’air, aux écoulements giratoires et aux effets de jet, implique que

le fluide entre dans le volume de manière uniforme sur une surface représentant au moins 33 fois la surface de

l’orifice ou du col. Par exemple, si l’écoulement est assuré par la chute de niveau d’un liquide dans un réservoir, la

surface du liquide ne doit pas être inférieure à 33 fois la surface de l’orifice ou du col servant à vider le réservoir.

Il convient que la distance entre la prise amont (c’est-à-dire la prise située dans le grand volume) et l’axe

de l’orifice ou de la tuyère soit supérieure à 4d.

Il convient de préférence que la prise amont soit située dans une paroi perpendiculaire au plan de

l’orifice et qu’elle soit à une distance de 0,5d de ce plan. La prise n’a pas forcément besoin d’être située

dans une paroi; elle peut être située dans un espace ouvert. Si le volume est très grand, par exemple une

salle, il convient que la prise soit protégée des courants d’air.

Il convient que la prise aval soit située comme spécifié pour les prises dans les angles dans l’ISO 5167-2.

Si le côté aval est aussi un grand volume, il convient que la prise soit placée comme la prise amont,

excepté pour les Venturi-tuyères pour lesquels il convient d’utiliser une prise au col.

NOTE 2 Lorsque les prises amont et aval sont à des niveaux horizontaux différents, il peut être nécessaire

de tenir compte de la différence de charge hydrostatique. Pour cela, il suffit généralement de lire la valeur du

transmetteur de pression différentielle sans écoulement de fluide et d’effectuer la correction appropriée.

5.3.2.2 Diaphragmes à arête rectangulaire avec prises dans les angles

5.3.2.2.1 Il convient que les diaphragmes à arête rectangulaire avec prises dans les angles soient

fabriqués conformément à l’ISO 5167-2:2003, Article 5.

5.3.2.2.2 Il convient que les limites d’utilisation des diaphragmes à arête rectangulaire avec prises

dans les angles pour lesquels il y a un écoulement à partir d’un grand volume soient comme suit:

— d ≥ 12,5 mm;

— en aval, il y a soit un grand volume, soit une canalisation dont le diamètre est d’au moins 2d;

— Re ≥ 3 500.

NOTE 1 Il est possible d’avoir 12,5 mm > d > 6 mm, mais l’incertitude augmente de manière significative si

d < 12,5 mm.
[4]

NOTE 2 À condition que β ≤ 0,2 et d ≥ 12,5 mm, l’équation de Reader-Harris/Gallagher (1998) indiquée dans

l’ISO 5167-2:2003, 5.3.2.1, peut être utilisée dans une ca
...

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