Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices — Guidelines on the effect of departure from the specifications and operating conditions given in ISO 5167

ISO/TR 12767 provides guidance on estimating the flowrate when using pressure differential devices constructed or operated outside the scope of ISO 5167. Additional tolerances or corrections cannot necessarily compensate for the effects of deviating from ISO 5167 (all parts). The information is given, in the first place, to indicate the degree of care necessary in the manufacture, installation and maintenance of pressure differential devices by describing some of the effects of non-conformity to the requirements; and in the second place, to permit those users who cannot comply fully with the requirements to assess, however roughly, the magnitude and direction of the resulting error in flowrate. Each variation dealt with is treated as though it were the only one present. Where more than one is known to exist, there may be unpredictable interactions and care has to be taken when combining the assessment of these errors. If there is a significant number of errors, means of eliminating some of them have to be considered. The variations included in ISO/TR 12767 are by no means complete and relate largely to examples with orifice plates. An example with Venturi tubes has been placed at the end of its section. There are, no doubt, many similar examples of installations not conforming to ISO 5167 (all parts) for which no comparable data have been published. Such additional information from users, manufacturers and any others may be taken into account in future revisions of ISO/TR 12767.

Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes — Lignes directrices relatives aux effets des écarts par rapport aux spécifications et aux conditions d’utilisation données dans l’ISO 5167

Le présent Rapport Technique fournit un guide pour estimer le débit avec des appareils déprimogènes construits ou utilisés hors du domaine d’application de l’ISO 5167. Des tolérances ou des corrections supplémentaires ne permettent pas nécessairement de compenser les effets d’un écart par rapport à l’ISO 5167 (toutes les parties). Ces informations sont fournies, en premier lieu, pour indiquer le niveau de soin nécessaire lors de la fabrication, de l’installation et de la maintenance des appareils déprimogènes, en décrivant certains des effets que peut avoir le non-respect des exigences et, en second lieu, pour permettre aux utilisateurs qui ne peuvent pas se conformer entièrement aux exigences d’évaluer, bien qu’approximativement, l’amplitude et le sens de l’erreur résultante sur le débit. Chaque variation concernée est traitée comme s’il s’agissait de la seule erreur présente. Lorsque l’on sait qu’il y a plusieurs erreurs, des interactions imprévisibles peuvent se produire et l’évaluation combinée de ces erreurs nécessite de prendre des précautions particulières. S’il y a un nombre significatif d’erreurs, il faut envisager un moyen d’en éliminer certaines. Les variations incluses dans le présent Rapport Technique ne sont en aucun cas complètes et se réfèrent largement à des exemples portant sur les diaphragmes. Un exemple avec des tubes de Venturi a été introduit à la fin de cette section. Il existe, sans aucun doute, de nombreux exemples similaires d’installations non conformes à l’ISO 5167 (toutes les parties) pour lesquelles aucune donnée comparable n’a été publiée. Ces informations additionnelles provenant des utilisateurs, des fabricants et autres pourront être prises en compte dans de futures révisions du présent Rapport Technique.

General Information

Status
Published
Publication Date
27-Aug-2007
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
29-Jan-2013
Completion Date
13-Aug-2019
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Technical report
ISO/TR 12767:2007 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices -- Guidelines on the effect of departure from the specifications and operating conditions given in ISO 5167
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ISO/TR 12767:2007 - Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes -- Lignes directrices relatives aux effets des écarts par rapport aux spécifications et aux conditions d’utilisation données dans l’ISO 5167
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 12767
Second edition
2007-09-01
Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices —
Guidelines on the effect of departure from
the specifications and operating
conditions given in ISO 5167
Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes —
Lignes directrices relatives aux effets des divergences par rapport aux
spécifications et aux conditions de fonctionnement données dans
l'ISO 5167
Reference number
ISO/TR 12767:2007(E)
ISO 2007
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 12767:2007(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 12767:2007(E)
Contents Page

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

Introduction ........................................................................................................................................................ v

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

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

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

4 Symbols and abbreviated terms ......................................................................................................... 2

5 Effect of errors on flowrate calculations............................................................................................ 3

5.1 General................................................................................................................................................... 3

5.2 Quantifiable effects............................................................................................................................... 3

6 Effects of deviations in construction.................................................................................................. 4

6.1 Orifice-plate edge sharpness .............................................................................................................. 4

6.2 Thickness of orifice edge..................................................................................................................... 5

6.3 Condition of upstream and downstream faces of orifice plate........................................................ 6

6.4 Position of pressure tappings for an orifice ...................................................................................... 6

6.5 Condition of pressure tappings .......................................................................................................... 7

7 Effects of pipeline near the meter ....................................................................................................... 7

7.1 Pipe diameter ........................................................................................................................................ 7

7.2 Steps and taper sections ..................................................................................................................... 8

7.3 Diameter of carrier ring ........................................................................................................................ 8

7.4 Undersize joint rings .......................................................................................................................... 11

7.5 Protruding welds................................................................................................................................. 11

7.6 Eccentricity.......................................................................................................................................... 11

8 Effects of pipe layout.......................................................................................................................... 14

8.1 General................................................................................................................................................. 14

8.2 Discharge coefficient compensation................................................................................................ 14

8.3 Pressure tappings............................................................................................................................... 16

8.4 Devices for improving flow conditions............................................................................................. 17

9 Operational deviations ....................................................................................................................... 17

9.1 General................................................................................................................................................. 17

9.2 Deformation of an orifice plate.......................................................................................................... 17

9.3 Deposition on the upstream face of an orifice plate....................................................................... 19

9.4 Deposition in the meter tube ............................................................................................................. 23

9.5 Orifice-plate edge sharpness ............................................................................................................ 23

9.6 Deposition and increase of surface roughness in Venturi tubes .................................................. 24

10 Pipe roughness ................................................................................................................................... 26

10.1 General................................................................................................................................................. 26

10.2 Upstream pipe ..................................................................................................................................... 27

10.3 Downstream pipe................................................................................................................................ 30

10.4 Reduction of roughness effects........................................................................................................ 30

10.5 Maintenance ........................................................................................................................................ 30

Bibliography ..................................................................................................................................................... 32

© ISO 2007 – All rights reserved iii
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ISO/TR 12767:2007(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.

In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that

which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a

simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely

informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no

longer valid or useful.

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/TR 12767 was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed

conduits, Subcommittee SC 2, Pressure differential devices.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO/TR 12767:1998), which has been technically

revised.
iv © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 12767:2007(E)
Introduction

ISO 5167 (all parts) specifies methods for flowrate measurement using pressure differential devices.

Adherence to ISO 5167 (all parts) results in flowrate measurements whose uncertainty lies within specified

limits. If, however, a flow-metering installation departs, for whatever reason, from the conditions specified in

ISO 5167 (all parts), the specified limits of uncertainty may not be achieved. Many metering installations exist

where these conditions either have not been or cannot be met. In these circumstances, it is usually not

possible to evaluate the precise effect of any such deviations. However, a considerable amount of data exists

which can be used to give a general indication of the effect of non-conformity to ISO 5167 (all parts), and it is

presented in this Technical Report as a guideline to users of flow-metering equipment.

© ISO 2007 – All rights reserved v
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 12767:2007(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure differential
devices — Guidelines on the effect of departure from the
specifications and operating conditions given in ISO 5167
1 Scope

This Technical Report provides guidance on estimating the flowrate when using pressure differential devices

constructed or operated outside the scope of ISO 5167.

Additional tolerances or corrections cannot necessarily compensate for the effects of deviating from ISO 5167

(all parts). The information is given, in the first place, to indicate the degree of care necessary in the

manufacture, installation and maintenance of pressure differential devices by describing some of the effects of

non-conformity to the requirements; and in the second place, to permit those users who cannot comply fully

with the requirements to assess, however roughly, the magnitude and direction of the resulting error in

flowrate.

Each variation dealt with is treated as though it were the only one present. Where more than one is known to

exist, there may be unpredictable interactions and care has to be taken when combining the assessment of

these errors. If there is a significant number of errors, means of eliminating some of them have to be

considered. The variations included in this Technical Report are by no means complete and relate largely to

examples with orifice plates. An example with Venturi tubes has been placed at the end of its section. There

are, no doubt, many similar examples of installations not conforming to ISO 5167 (all parts) for which no

comparable data have been published. Such additional information from users, manufacturers and any others

may be taken into account in future revisions of this Technical Report.
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 5167-1:2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full — Part 1: General principles and requirements

ISO 5167-2:2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full — Part 2: Orifice plates

ISO 5167-3:2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full — Part 3: Nozzles and Venturi nozzles

ISO 5167-4:2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full — Part 4: Venturi tubes
© ISO 2007 – All rights reserved 1
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ISO/TR 12767:2007(E)
3 Terms and definitions

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

3.1
square edge

angular relationship between the orifice bore of the flow-measurement device and the upstream face, when

the angle between them is 90° ± 0,3°
3.2
sharpness

radius of the edge between the orifice bore of the flow-measurement device and the upstream face

NOTE The upstream edge of the orifice bore is considered to be sharp when its radius is not greater than 0,000 4d,

where d is the diameter of the orifice bore.
4 Symbols and abbreviated terms
For the purposes of this Technical Report, the symbols given in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols and units
Dimensions
M: mass
Symbol Quantity represented SI units
L: length
T: time
c Percentage change in discharge coefficient [≡∆100( CC/ )] dimensionless
C Discharge coefficient dimensionless
C Contraction coefficient dimensionless
d Diameter of orifice or throat of primary device at operating conditions L m
D Upstream internal pipe diameter at operating conditions L m
D Carrier ring diameter L m
D Orifice-plate support diameter L m
e Relative uncertainty dimensionless
E Orifice-plate thickness L m
E Orifice thickness L m
k Uniform equivalent roughness L m
Distance of upstream pressure tapping from upstream face of plate divided by
L dimensionless
pipe bore, D
Distance of downstream pressure tapping from downstream face of plate
L dimensionless
divided by pipe bore, D
q Mass rate of flow MT kg/s
r Orifice-plate edge radius L m
Re Reynolds number based on throat bore of device dimensionless
Re Reynolds number based on upstream pipe diameter dimensionless
u Local axial velocity LT m/s
u Centreline axial velocity LT m/s
U Mean axial velocity LT m/s
−1 −2
Y Modulus of elasticity of orifice-plate material ML T Pa
β Diameter ratio, (= d/D) dimensionless
−1 −2
∆p Differential pressure ML T Pa
−1 −2
∆p Differential pressure required to reach orifice-plate yield stress ML T Pa
2 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 12767:2007(E)
Table 1 (continued)
Dimensions
M: mass
Symbol Quantity represented SI units
L: length
T: time
ε Expansibility (expansion) factor dimensionless
λ Friction factor dimensionless
−3 3
ρ Fluid density ML kg/m
−3 3
ρ Fluid density at the upstream pressure tapping ML kg/m
−1 −2
σ Yield stress of orifice-plate material ML T Pa
5 Effect of errors on flowrate calculations
5.1 General

In this Technical Report, the effects of deviations from the conditions specified in ISO 5167 (all parts) are

described in terms of changes in the discharge coefficient, ∆C, of the meter. The discharge coefficient, C, of a

pressure differential device is given by Equation (1):
4(q 1− β)
C = (1)
επ∆ d (2 pρ )

The sharp edge of an orifice plate ensures separation of the flow and consequently contraction of the fluid

stream to the vena contracta. Defining the contraction coefficient, C , as the ratio of the flow area to the

geometric area the orifice produces C ≈ 0,6, which mainly accounts for the discharge coefficient, C ≈ 0,6.

The effect of change in the discharge coefficient is illustrated by the following example.

Consider an orifice plate with an unduly rounded edge. The result of this will be to reduce the separation and

increase , leading in turn to reduced velocities at the vena contracta. The observed differential pressure will

therefore decrease. From Equation (1), it can be seen that the discharge coefficient would therefore

increase.

Alternatively, as increases, so does C. If no correction is made for this change in C, the meter reading will

be less than the actual value
It can therefore be concluded that:

a) an effect which causes an increase in discharge coefficient will result in a flowrate reading lower than the

actual value if the coefficient is not corrected;
and conversely,

b) an effect which causes a decrease in discharge coefficient will result in a flowrate reading higher than the

actual value if the coefficient is not corrected.
5.2 Quantifiable effects

When the user is aware of such effects and they can be quantified, the appropriate discharge coefficient can

be used and the correct flowrate calculated. However, the precise quantification of these effects is difficult and

so any flowrate calculated in such a manner should be considered to have an increased uncertainty.

Except where otherwise stated, an additional uncertainty factor, equivalent to 100 % of the discharge

coefficient correction, should be added arithmetically to that of the discharge coefficient when estimating the

overall uncertainty in the flowrate measurement.
© ISO 2007 – All rights reserved 3
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ISO/TR 12767:2007(E)
6 Effects of deviations in construction
6.1 Orifice-plate edge sharpness

Orifice plates that do not have the specified sharpness of the inlet edge (edge radius r u 0,000 4d in

accordance with 5.1.7.2 of ISO 5167-2:2003), will have progressively increasing discharge coefficients as the

edge radius increases. Tests have shown that the effect on the discharge coefficient, C, is to increase it by

0,5 % for r/d of 0,001, and by about 5 % for r/d of 0,01. This is an approximately linear relationship (see

Figure 1 and Reference [1]). These values apply particularly to Re values above 300 000 and for β values

below 0,7, but they can be used as a general guide for other values.

Measurement techniques for edge radius are available, but in general it is better to improve the edge

sharpness to the required value rather than to attempt to measure it and make appropriate corrections.

The effect of nicks in orifice plates has also been measured in Reference [1].
Key
1 National Engineering Laboratory (NEL, UK) tests —– D = 300 mm
2 ISO limit —– r = 0,000 4d
3 others
4 NEL
5 D = 50 mm (Reference [56])
6 D = 100 mm (Reference [56])
7 D = 150 mm (Reference [34])
8 D = 75 mm (Reference [57])
9 D = 100 mm (Reference [58])
c change in discharge coefficient
r/d radius ratio
Figure 1 — Effect of edge radius on discharge coefficient
4 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 12767:2007(E)
6.2 Thickness of orifice edge

For orifice plates, the increase in discharge coefficient due to excessive thickness of the orifice edge (see

5.1.5 of ISO 5167-2:2003) can be appreciable. With a straight-bore orifice plate in a 150 mm pipe, the

changes in discharge coefficient shown in Figure 2 were obtained (see Reference [2]).

Key
1 section of an orifice plate
2 symbol
3 limit of standard
c change in discharge coefficient
E /D orifice thickness to upstream internal pipe diameter ratio
Figure 2 — Change in discharge coefficient as a function of orifice thickness
© ISO 2007 – All rights reserved 5
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ISO/TR 12767:2007(E)
6.3 Condition of upstream and downstream faces of orifice plate

The upstream face should be flat and smooth. Excessive roughness leads to an increase in the discharge

coefficient. Tests have indicated that a surface roughness of 0,000 3d will cause an increase in discharge

coefficient of the order of 0,1 %. Since the requirement for edge sharpness is r u 0,000 4d, an increase in

plate roughness will make it difficult to define the edge sharpness or to confirm that the sharp edge

requirement has been met.

Local damage to the upstream face or edge of an orifice plate does not adversely affect the discharge

coefficient, provided that the damage is kept as far away from the pressure tapping as possible (see

Reference [1]). The discharge coefficient is much less sensitive to the surface condition of the downstream

face of the plate (Reference [1]).

Large-scale lack of flatness, e.g. “dishing”, leads to flow-measurement errors. A “dishing” of 1 % in the

direction of flow causes the reading to be below the actual value, i.e. an increase in C of about 0,2 % for

β = 0,2 and of about 0,1 % for β = 0,7. Distortion against the direction of flow also causes errors which could

be either positive or negative depending on the amount of distortion.
6.4 Position of pressure tappings for an orifice
6.4.1 General

Values of the orifice-plate discharge coefficient for the three standard tapping positions (corner, flange, D

and D/2) can be calculated using Equation (4) of ISO 5167-2:2003 (see Reference [55]). Where the tapping

positions fall outside the tolerances permitted in ISO 5167-2 for the three positions, the discharge coefficient

may be estimated as described in 6.4.2. It should be emphasized that an additional uncertainty factor needs to

be associated with the use of non-standard tapping positions.
6.4.2 Calculation of discharge coefficient

Calculate the actual values of L and L . The discharge coefficient can be estimated only if L u 1 and

1 2 1
L u 0,47.

Using the actual values of L and L , estimate the discharge coefficient using Equation (4) of

1 2
ISO 5167-2:2003.
6.4.3 Estimation of additional uncertainty

If tappings lie between the flange and the corner tappings, the additional uncertainty, e, expressed as a

percentage, can be estimated from:
e = 25 −1 (2)
where
C is the discharge coefficient for flange tappings;
C is the discharge coefficient for corner tappings.

If tappings lie between the D and D/2 tappings and the flange tappings, the additional uncertainty, e,

expressed as a percentage, can be estimated from:
DD and / 2
e = 25 −1 (3)
6 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 12767:2007(E)
where
C is the discharge coefficient for D and D/2 tappings.
D and D/2
6.4.4 Example

Consider an orifice meter with β = 0,6, Re = 10 , D = 250 mm and tappings at 0,15D upstream and

downstream of the plate.

To estimate the discharge coefficient, use Equation (4) of ISO 5167-2:2003 with L = L = 0,15.

1 2

The tappings in this example lie between the flange tapping and D and D/2 tapping positions. From

Tables A.8 and A.2, respectively, of ISO 5167-2:2003: C = 0,605 1; C = 0,607 0. Therefore

F D and D/2
0,605 1
e =−25 1= 0,078
0,607 0

The uncertainty in the discharge coefficient is 0,5 % (see 5.3.3.1 of ISO 5167-2:2003).

Therefore, overall uncertainty is 0,5 + 0,078 ≈ 0,6 % (i.e. the uncertainties have simply been added together).

6.5 Condition of pressure tappings

Experience has shown that large errors can be created by pressure tappings which have burrs or deposits on,

or close to, the edge where the tapping penetrates the pipe wall. This is particularly the case where the

tappings are in the main flow stream, such as throat tappings in nozzles or Venturi tubes, where small burrs

can give rise to significant percentage errors. Upstream corner tappings and downstream tappings in relatively

dead zones are much less liable to cause this problem.

The installation shall be inspected before use and at regular intervals to ensure that these anomalies are not

present.
7 Effects of pipeline near the meter
7.1 Pipe diameter

The internal diameter of the pipe upstream and downstream of the primary device should always be measured

to ensure that it is in accordance with 6.4 of ISO 5167-2:2003, 6.4 of ISO 5167-3:2003 or 6.4.1 of

ISO 5167-4:2003. Errors in the upstream internal diameter measurement cause errors in the calculated

flowrate, which are given by:
−2 δD
= (4)
q D
(1− )

These errors become significant for large β, e.g. with β = 0,75, a positive 1 % error in D will cause a negative

1 % error in q .

The downstream pipe is far less critical, as for an orifice plate, an ISA 1932 nozzle or a long radius nozzle its

diameter need only be within 3 % of that of the upstream pipe (see 6.4.6 of ISO 5167-2:2003 or 6.4.6 of

ISO 5167-3:2003) and for a Venturi nozzle or a Venturi tube its diameter need only be W 90 % of the diameter

at the end of the divergent section (see 6.4.6 of ISO 5167-3:2003 or 6.4.1.3 of ISO 5167-4:2003).

© ISO 2007 – All rights reserved 7
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ISO/TR 12767:2007(E)
7.2 Steps and taper sections

Sudden enlargements of the pipe in the vicinity of the primary device should always be avoided as large errors

in flow measurement result from their use. Similarly, tapering sections of pipe can lead to significant errors, as

can be seen from Table 2 which gives the order of errors to be expected when an orifice plate with corner

tappings is immediately preceded or followed by a taper piece.

The information in Table 2 indicates that a taper piece divergent in the direction of flow, and placed

immediately upstream, is not recommended, since discharge-coefficient increases of up to 50 % result. On the

other hand, a convergent taper piece, whether installed before or after the orifice plate, and provided it is not

of a steeper angle than those shown, results in coefficient changes of generally less than 2 %.

Table 2 — Effect of taper pieces
Order of the discharge coefficient
Position of orifice plate β
change to be expected
%
a) Immediately downstream from a divergent taper piece
0,4 + 10
0,7 + 50
b) Immediately downstream from a convergent taper piece
0,4 − 0,5
0,7 − 2
c) Immediately upstream from a convergent taper piece
0,4 0 to − 1
0,7 + 1
7.3 Diameter of carrier ring

The requirements for the sizing and concentric mounting of carrier rings for orifice plates and nozzles are

specified in 6.4 and 6.5 of ISO 5167-2:2003, 6.4 and 6.5 of ISO 5167-3:2003 and Figure 4 of ISO 5167-2:2003.

If the requirement of 6.5.4 of ISO 5167-2:2003 and 6.5.4 of ISO 5167-3:2003 (i.e. that the centred carrier ring

should not protrude into the pipe) is not met, relatively large flow-measurement errors will be introduced.

Figure 3 shows such an installation and Figure 4, using the same notation, shows the approximate errors

introduced for the given conditions, where a is the width of the portion of the carrier ring upstream of the

upstream face of the orifice plate or nozzle. It is emphasized that in arriving at these errors, the internal carrier

ring diameter, D , and not the diameter of the main line, has been used in determining the calculated flowrate

and is to be used for D in determining the correction factor when making use of the values shown.

Where the carrier is oversize, experimental results indicate that for β = 0,74 a carrier 11 % oversize and

extending 0,05D upstream from the plate increased the discharge coefficient by approximately 0,5 %.

However, for a similar geometry but with β = 0,63, no effect was found.
8 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 12767:2007(E)
a) Orifice plate
b) Nozzle
Key
1 flow
Figure 3 — Carrier having internal diameter, D , less than pipe diameter, D
© ISO 2007 – All rights reserved 9
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ISO/TR 12767:2007(E)
a) Orifice plate
b) Nozzle
Key
1 a = 0,2D to 0,3D
c change in discharge coefficient
β diameter ratio
Figure 4 — Effect of incorrect carrier diameter
10 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO/TR 1276
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 12767
Deuxième édition
2007-09-01
Mesurage du débit des fluides au
moyen d'appareils déprimogènes —
Lignes directrices relatives aux
effets des écarts par rapport aux
spécifications et aux conditions
d’utilisation données dans l’ISO 5167
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices —
Guidelines on the effect of departure from the specifications and
operating conditions given in ISO 5167
Numéro de référence
ISO/TR 12767:2007(F)
ISO 2007
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ISO/TR 12767:2007(F)
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Publié en Suisse
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ISO/TR 12767:2007(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

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

4 Symboles et termes abrégés ..................................................................................................................................................................... 2

5 Effet des erreurs sur les calculs de débit .................................................................................................................................... 3

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 3

5.2 Effets quantifiables .............................................................................................................................................................................. 4

6 Effets des écarts lors de la construction ...................................................................................................................................... 4

6.1 Acuité de l’arête du diaphragme .............................................................................................................................................. 4

6.2 Épaisseur de l’arête de l’orifice ................................................................................................................................................. 5

6.3 État des faces amont et aval du diaphragme ................................................................................................................. 6

6.4 Position des prises de pression pour un orifice ......................................................................................................... 7

6.4.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 7

6.4.2 Calcul du coefficient de décharge ...................................................................................................................... 7

6.4.3 Estimation de l’incertitude supplémentaire ............................................................................................ 7

6.4.4 Exemple ................................................................................................................................................................................... 7

6.5 État des prises de pression ........................................................................................................................................................... 8

7 Effets du positionnement de la canalisation près de l’organe déprimogène ........................................8

7.1 Diamètre de la conduite .................................................................................................................................................................. 8

7.2 Variations du diamètre interne de la conduite ............................................................................................................ 8

7.3 Diamètre de la bague porteuse ................................................................................................................................................. 9

7.4 Joints circulaires sous-dimensionnés ...............................................................................................................................12

7.5 Soudures saillantes ..........................................................................................................................................................................12

7.6 Excentricité .............................................................................................................................................................................................12

8 Effets de la disposition de la conduite .........................................................................................................................................16

8.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................16

8.2 Modifications du calcul du coefficient de décharge .............................................................................................16

8.2.1 Corrections ...................................................................... ...................................................................................................16

8.2.2 Incertitude supplémentaire ................................................................................................................................18

8.3 Prises de pression .............................................................................................................................................................................18

8.4 Appareils pour améliorer les conditions d’écoulement ...................................................................................19

9 Écarts opérationnels .....................................................................................................................................................................................19

9.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................19

9.2 Déformation d’un diaphragme ...............................................................................................................................................19

9.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................19

9.2.2 Déformation élastique..............................................................................................................................................19

9.2.3 Déformation plastique .............................................................................................................................................20

9.3 Dépôt sur la face amont d’un diaphragme ...................................................................................................................21

9.4 Dépôt dans la conduite support à la mesure ..............................................................................................................25

9.5 Acuité de l’arête du diaphragme ...........................................................................................................................................26

9.5.1 Détérioration ....................................................................................................................................................................26

9.5.2 Retournement du diaphragme ..........................................................................................................................27

9.6 Dépôt et augmentation de la rugosité de surface dans des tubes de Venturi ................................27

9.6.1 Généralités .........................................................................................................................................................................27

9.6.2 Dépôt .......................................................................................................................................................................................28

9.6.3 Rugosité de surface .....................................................................................................................................................28

10 Rugosité de la conduite ...............................................................................................................................................................................29

10.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................29

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ISO/TR 12767:2007(F)

10.2 Conduite amont ...................................................................................................................................................................................30

10.3 Conduite aval .........................................................................................................................................................................................33

10.4 Réduction des effets de la rugosité .....................................................................................................................................33

10.5 Maintenance ...........................................................................................................................................................................................33

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................35

iv © ISO 2007 – Tous droits réservés
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ISO/TR 12767:2007(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 Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/

IEC, 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.

Dans des circonstances exceptionnelles, lorsqu’un comité technique a recueilli des données d’un type

différent de celui qui est normalement publié sous forme de Norme internationale (« état de l’art »,

par exemple), il peut décider par un simple vote de la majorité de ses membres participants de publier

un Rapport Technique. Un Rapport Technique est entièrement informatif par nature et n’a pas besoin

d’être révisé tant que les données qu’il contient ne sont pas considérées comme obsolètes ou inutiles.

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.

L’ISO/TR 12767 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les

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

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO/TR 12767:1998), qui a fait l’objet

d’une révision technique.
© ISO 2007 – Tous droits réservés v
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ISO/TR 12767:2007(F)
Introduction

L’ISO 5167 (toutes les parties) spécifie des méthodes de mesurage du débit à l’aide d’appareils

déprimogènes. La conformité à l’ISO 5167 (toutes les parties) conduit à des mesurages de débit dont

l’incertitude se situe dans les limites spécifiées. Toutefois, si une installation de mesure de débit

s’écarte, pour une raison ou une autre, des conditions spécifiées dans l’ISO 5167 (toutes les parties), les

limites spécifiées pour l’incertitude peuvent ne pas être atteintes. Il existe de nombreuses installations

de mesure pour lesquelles ces conditions n’ont pas été ou ne peuvent pas être respectées. Dans ces

circonstances, il est généralement impossible d’évaluer l’effet précis de tels écarts. Il existe toutefois

une quantité considérable de données qui peuvent être utilisées pour donner une indication générale

de l’effet d’une non-conformité à l’ISO 5167 (toutes les parties); ces données sont regroupées dans le

présent Rapport Technique sous forme de lignes directrices à l’intention des utilisateurs d’équipements

de débitmétrie.
vi © ISO 2007 – Tous droits réservés
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 12767:2007(F)
Mesurage du débit des fluides au moyen d'appareils
déprimogènes — Lignes directrices relatives aux effets
des écarts par rapport aux spécifications et aux conditions
d’utilisation données dans l’ISO 5167
1 Domaine d’application

Le présent Rapport Technique fournit un guide pour estimer le débit avec des appareils déprimogènes

construits ou utilisés hors du domaine d’application de l’ISO 5167.

Des tolérances ou des corrections supplémentaires ne permettent pas nécessairement de compenser

les effets d’un écart par rapport à l’ISO 5167 (toutes les parties). Ces informations sont fournies, en

premier lieu, pour indiquer le niveau de soin nécessaire lors de la fabrication, de l’installation et de la

maintenance des appareils déprimogènes, en décrivant certains des effets que peut avoir le non-respect

des exigences et, en second lieu, pour permettre aux utilisateurs qui ne peuvent pas se conformer

entièrement aux exigences d’évaluer, bien qu’approximativement, l’amplitude et le sens de l’erreur

résultante sur le débit.

Chaque variation concernée est traitée comme s’il s’agissait de la seule erreur présente. Lorsque l’on sait

qu’il y a plusieurs erreurs, des interactions imprévisibles peuvent se produire et l’évaluation combinée

de ces erreurs nécessite de prendre des précautions particulières. S’il y a un nombre significatif

d’erreurs, il faut envisager un moyen d’en éliminer certaines. Les variations incluses dans le présent

Rapport Technique ne sont en aucun cas complètes et se réfèrent largement à des exemples portant sur

les diaphragmes. Un exemple avec des tubes de Venturi a été introduit à la fin de cette section. Il existe,

sans aucun doute, de nombreux exemples similaires d’installations non conformes à l’ISO 5167 (toutes

les parties) pour lesquelles aucune donnée comparable n’a été publiée. Ces informations additionnelles

provenant des utilisateurs, des fabricants et autres pourront être prises en compte dans de futures

révisions du présent Rapport Technique.
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 5167-1:2003, Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites

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

ISO 5167-2:2003, Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites

en charge de section circulaire — Partie 2: Diaphragmes

ISO 5167-3:2003, Mesurage du débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes insérés dans des

conduites en charge de section circulaire — Partie 3: Tuyères et Venturi-tuyères

ISO 5167-4:2003, Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites

en charge de section circulaire — Partie 4: Tubes de Venturi
3 Termes et définitions

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

suivants, s’appliquent.
© ISO 2007 – Tous droits réservés 1
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ISO/TR 12767:2007(F)
3.1
arête rectangulaire

relation angulaire entre l’orifice de l’appareil de mesure de débit et la face amont, lorsque l’angle entre

eux est de 90° ± 0,3°
3.2
acuité

rayon de l’arête entre l’orifice de l’appareil de mesure de débit et la face amont

Note 1 à l'article: L’arête amont de l’orifice est considérée comme aiguë lorsque le rayon n’est pas supérieur à

0,000 4d, où d est le diamètre de l’orifice.
4 Symboles et termes abrégés

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

Tableau 1 — Symboles et unités
Dimensions
M: masse
Symbole Grandeur représentée Unité Sl
L: longueur
T: temps
sans dimen-
c Variation en pourcentage du coefficient de décharge [(≡100 ΔC/)C ]
sion
sans dimen-
C Coefficient de décharge
sion
sans dimen-
C Coefficient de contraction
sion
Diamètre de l’orifice ou du col de l’élément primaire dans les conditions L m
d’utilisation
Diamètre intérieur de la conduite en amont dans les conditions d’utili- L m
sation
D Diamètre de la bague porteuse L m
D Diamètre du support du diaphragme L m
sans dimen-
e Incertitude relative
sion
E Épaisseur du diaphragme L m
E Épaisseur de l’orifice L m
k Rugosité uniforme équivalente L m
Distance entre la prise de pression amont et la face amont du sans dimen-
diaphragme, divisée par le diamètre de la conduite, D sion

Distance entre la prise de pression aval et la face aval du diaphragme, sans dimen-

divisée par le diamètre de la conduite, D sion
q Débit-masse MT kg/s
r Rayon de l’arête du diaphragme L m
sans dimen-
Re Nombre de Reynolds au col de l’organe déprimogène
sion
sans dimen-
Re Nombre de Reynolds basé sur le diamètre de la conduite en amont
sion
u Vitesse axiale locale LT m/s
u Vitesse axiale au centre de la conduite LT m/s
U Vitesse axiale moyenne LT m/s
−1 −2
Y Module d’élasticité du matériau du diaphragme ML T Pa
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ISO/TR 12767:2007(F)
Tableau 1 (suite)
Dimensions
M: masse
Symbole Grandeur représentée Unité Sl
L: longueur
T: temps
sans dimen-
β Rapport des diamètres (= d/D)
sion
−1 −2
Δp Pression différentielle ML T Pa
−1 −2
Pression différentielle requise pour atteindre la limite d’élasticité du ML T Pa
diaphragme
sans dimen-
ε Coefficient de détente
sion
sans dimen-
λ Facteur de frottement
sion
−3 3
ρ Masse volumique du fluide ML kg/m
−3 3
ρ Masse volumique du fluide au niveau de la prise de pression amont ML kg/m
−1 −2
σ Limite d’élasticité du matériau du diaphragme ML T Pa
5 Effet des erreurs sur les calculs de débit
5.1 Généralités

Dans le présent Rapport Technique, les effets des écarts par rapport aux conditions spécifiées dans

l’ISO 5167 (toutes les parties) sont décrits en termes de variation du coefficient de décharge, ΔC, de

l’appareil. Le coefficient de décharge, C, d’un appareil déprimogène est donné par l’Équation (1):

41q ()−β
C = (1)
επΔ d p()2 ρ

L’arête vive d’un diaphragme assure la séparation de l’écoulement et donc la contraction du flux de

fluide jusqu’à la «vena contracta». En définissant le coefficient de contraction, C , comme le rapport

entre la section de passage et la section géométrique produite par l’orifice, on obtient C ≈ 0,6, ce qui

explique principalement le coefficient de décharge, C ≈ 0,6.

L’effet de la variation du coefficient de décharge est illustré par l’exemple suivant.

Soit un diaphragme avec une arête exagérément arrondie. Cela aura pour résultat de réduire la

séparation et d’augmenter C , ce qui conduira alors à des vitesses réduites au niveau de la «vena

contracta». La pression différentielle observée va donc diminuer. À partir de l’Équation (1), on peut

observer que le coefficient de décharge va donc augmenter. D’un autre côté, C augmente lorsque C

augmente. Si aucune correction n’est effectuée pour cette variation de C, l’appareil affichera une valeur

inférieure à la valeur réelle.
On peut donc en conclure que:

a) un effet qui entraîne une augmentation du coefficient de décharge va conduire à une mesure de

débit inférieure à la valeur réelle si le coefficient n’est pas corrigé;
et à l’inverse,

b) un effet qui entraîne une diminution du coefficient de décharge va conduire à une mesure de débit

supérieure à la valeur réelle si le coefficient n’est pas corrigé.
© ISO 2007 – Tous droits réservés 3
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ISO/TR 12767:2007(F)
5.2 Effets quantifiables

Lorsque l’utilisateur est au courant de ces effets et qu’ils peuvent être quantifiés, le coefficient de

décharge approprié peut être utilisé et le débit correct calculé. Cependant, la quantification précise de

ces effets est difficile et il convient donc de considérer que tout débit calculé de cette manière comporte

une incertitude plus élevée.

Sauf indication contraire, il convient d’ajouter arithmétiquement un facteur d’incertitude

supplémentaire, équivalent à 100 % de la correction du coefficient de décharge, à l’incertitude du

coefficient de décharge lors de l’estimation de l’incertitude globale du mesurage du débit.

6 Effets des écarts lors de la construction
6.1 Acuité de l’arête du diaphragme

Les diaphragmes dont l’arête d’entrée n’a pas l’acuité spécifiée (rayon de l’arête r ≤ 0,000 4d selon 5.1.7.2

de l’ISO 5167-2:2003) auront des coefficients de décharge qui augmentent progressivement lorsque le

rayon de l’arête augmente. Des essais ont montré que l’effet sur le coefficient de décharge, C, est une

augmentation de 0,5 % pour un r/d de 0,001 et d’environ 5 % pour un r/d de 0,01. Cette relation est

approximativement linéaire (voir la Figure 1 et la Référence [1]). Ces valeurs s’appliquent en particulier

aux valeurs de Re supérieures à 300 000 et aux valeurs de β inférieures à 0,7, mais elles peuvent servir

de guide général pour d’autres valeurs.

Il existe des techniques de mesure du rayon de l’arête, mais il vaut mieux en général améliorer l’acuité

de l’arête pour atteindre la valeur requise plutôt que de tenter de la mesurer et faire les corrections

appropriées.

L’effet des entailles dans les diaphragmes a également été mesuré dans la Référence [1].

4 © ISO 2007 – Tous droits réservés
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ISO/TR 12767:2007(F)
Légende
1 essais du National Engineering Laboratory (NEL, RU) —– D = 300 mm
2 limite ISO —– r = 0,000 4d
3 autres
4 NEL
5 D = 50 mm (Référence [56])
6 D = 100 mm (Référence [56])
7 D = 150 mm (Référence [34])
8 D = 75 mm (Référence [57])
9 D = 100 mm (Référence [58])
c variation du coefficient de décharge
r/d rapport des rayons
Figure 1 — Effet du rayon de l’arête sur le coefficient de décharge
6.2 Épaisseur de l’arête de l’orifice

Pour les diaphragmes, l’augmentation du coefficient de décharge due à une épaisseur excessive de

l’arête de l’orifice (voir 5.1.5 de l’ISO 5167-2:2003) peut être appréciable. Les variations du coefficient

de décharge illustrées à la Figure 2 ont été obtenues avec une plaque à orifice droit sur une conduite de

150 mm (voir la Référence [2]).
© ISO 2007 – Tous droits réservés 5
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ISO/TR 12767:2007(F)
Légende
1 section d’un diaphragme
2 symbole
3 limite de la norme
c variation du coefficient de décharge

E /D rapport de l’épaisseur de l’orifice sur le diamètre intérieur de la conduite en amont

Figure 2 — Variation du coefficient de décharge en fonction de l’épaisseur de l’orifice

6.3 État des faces amont et aval du diaphragme

Il convient que la face amont soit plane et lisse. Une rugosité excessive conduit à une augmentation

du coefficient de décharge. Les essais ont indiqué qu’une rugosité de surface de 0,000 3d causera une

augmentation du coefficient de décharge de l’ordre de 0,1 %. Étant donné que l’exigence d’acuité de

l’arête est r ≤ 0,000 4d, une augmentation de la rugosité du diaphragme rendra difficile la détermination

de l’acuité de l’arête ou la confirmation que l’exigence relative à l’arête vive a été satisfaite.

Un endommagement local de la face amont ou de l’arête d’un diaphragme n’a pas d’effet néfaste sur

le coefficient de décharge, à condition que le dommage soit maintenu aussi éloigné que possible de la

prise de pression (voir la Référence [1]). Le coefficient de décharge est beaucoup plus sensible à l’état de

surface de la face aval du diaphragme (Référence [1]).
6 © ISO 2007 – Tous droits réservés
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ISO/TR 12767:2007(F)

Un défaut de planéité à grande échelle, par exemple une incurvation, conduit à des erreurs de mesurage

du débit. Une incurvation de 1 % dans le sens de l’écoulement entraîne une mesure inférieure à la

valeur réelle, c’est-à-dire une augmentation de C d’environ 0,2 % pour β = 0,2 et d’environ 0,1 % pour

β = 0,7. Une distorsion dans le sens opposé à l’écoulement est également à l’origine d’erreurs pouvant

être positives ou négatives selon la quantité de distorsion.
6.4 Position des prises de pression pour un orifice
6.4.1 Généralités

Les valeurs du coefficient de décharge d’un diaphragme pour les trois positions normalisées des prises

de pression (dans les angles, à la bride, à D et D/2) peuvent être calculées à l’aide de l’Équation (4) de

l’ISO 5167-2:2003 (voir la Référence [55]). Lorsque les positions des prises de pression sont hors des

tolérances autorisées dans l’ISO 5167-2 pour les trois positions, le coefficient de décharge peut être

estimé comme décrit en 6.4.2. Il convient de rappeler qu’un facteur d’incertitude supplémentaire doit

être associé à l’utilisation de positions de prises de pression non normalisées.
6.4.2 Calcul du coefficient de décharge

Calculer les valeurs réelles de L et L . Le coefficient de décharge peut être estimé uniquement si L ≤ 1

1 2 1
et L ≤ 0,47.

En utilisant les valeurs réelles de L et L , estimer le coefficient de décharge à l’aide de l’Équation (4) de

1 2
l’ISO 5167-2:2003.
6.4.3 Estimation de l’incertitude supplémentaire

Si les prises de pression se trouvent entre les prises à la bride et dans les angles, l’incertitude

supplémentaire, e, exprimée en pourcentage, peut être estimée comme suit:
e = 25 −1 (2)
C est le coefficient de décharge pour les prises à la bride;
C est le coefficient de décharge pour les prises dans les angles.

Si les prises de pression se trouvent entre les prises à D et D/2 et les prises à la bride, l’incertitude

supplémentaire, e, exprimée en pourcentage, peut être estimée comme suit:
DD et /2
e = 25 −1 (3)
C est le coefficient de décharge pour les prises à D et D/2.
D et D/2
6.4.4 Exemple

Soit un débitmètre à diaphragme avec β = 0,6, Re = 10 , D = 250 mm et des prises à 0,15D en amont et

en aval du diaphragme.

Pour estimer le coefficient de décharge, utiliser l’Équation (4) de l’ISO 5167-2:2003 avec L = L = 0,15.

1 2
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ISO/TR 12767:2007(F)

Les prises de pression dans cet exemple se trouvent entre les positions des prises à la bride et à D et D/2.

À partir des Tableaux A.8 et A.2, respectivement, de l’ISO 5167-2:2003: C = 0,605 1; C = 0,607 0.

F D et D/2
Donc:
0,6051
e ==25 −10,078
0,6070
L’incertitude d
...

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