Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 1: General principles and requirements

This document defines terms and symbols and establishes the general principles for methods of measurement and computation of the flow rate of fluid flowing in a conduit by means of pressure differential devices (orifice plates, nozzles, Venturi tubes, cone meters, and wedge meters) when they are inserted into a circular cross-section conduit running full. This document also specifies the general requirements for methods of measurement, installation and determination of the uncertainty of the measurement of flow rate. ISO 5167 (all parts) is applicable only to flow that remains subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. It is not applicable to the measurement of pulsating flow.

Mesurage 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

Le présent document définit des termes et symboles et établit les principes généraux pour le mesurage et le calcul du débit des fluides dans une conduite au moyen d’appareils déprimogènes (diaphragmes, tuyères, tubes de Venturi, cônes de mesure et débitmètres à coin) insérés dans des conduites en charge de section circulaire. Le présent document spécifie aussi les exigences générales en ce qui concerne les méthodes de mesure, l’installation des appareils et la détermination de l’incertitude de la mesure de débit. L’ISO 5167 (toutes les parties) est applicable uniquement à un écoulement qui reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré comme monophasique. Elle n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé.

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Status
Published
Publication Date
15-Jun-2022
Current Stage
6060 - International Standard published
Due Date
07-Aug-2022
Completion Date
16-Jun-2022
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ISO 5167-1:2022 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 1: General principles and requirements Released:16. 06. 2022
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ISO 5167-1:2022 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 1: General principles and requirements Released:16. 06. 2022
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5167-1
Third edition
2022-06
Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted
in circular cross-section conduits
running full —
Part 1:
General principles and requirements
Mesurage 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
Reference number
ISO 5167-1:2022(E)
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ISO 5167-1:2022(E)
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Published in Switzerland
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---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 5167-1:2022(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

3.1 Pressure measurement ................................................................................................................................................................... 2

3.2 Primary devices ........................................................................................................................................... .......................................... 2

3.3 Flow .................................................................................................................................................................................................................. 3

4 Symbols and subscripts ................................................................................................................................................................................ 6

4.1 Symbols ......................................................................................................................................................................................................... 6

5 Principle of the method of measurement and computation .................................................................................. 7

5.1 Principle of the method of measurement ....................................................................................................................... 7

5.2 Method of determination of the required diameter ratio for the selected standard

primary device ....................................................................................................................................................................................... 8

5.3 Computation of flow rate ........................................................................................................................................... .................... 8

5.4 Determination of density, pressure and temperature ........................................................................................ 8

5.4.1 General ........................................................................................................................................................................................ 8

5.4.2 Density ........................................................................................................................................................................................ 9

5.4.3 Static pressure ...................................................................................................................................................................... 9

5.4.4 Temperature ........................................................................................................................................................................... 9

5.5 Differential pressure flow measurement system ................................................................................................. 10

5.5.1 General ..................................................................................................................................................................................... 10

5.5.2 Primary device .................................................................................................................................................................. 11

5.5.3 Impulse lines and transmitters ..........................................................................................................................12

5.5.4 Impulse line isolation valves and valve manifolds ............................................................................12

5.5.5 Flow computer ........................................................................................................................................... ........................12

5.6 Differential pressure flow measurement system design considerations .......................................12

5.6.1 Flow rate turndown and stacked transmitters ...................................................................................12

5.6.2 Meter calibration .............................................................................................................................................................12

5.6.3 Permanent pressure loss .......................................................................................................................................... 13

5.6.4 Diagnostics and meter verification ................................................................................................................. 14

5.6.5 Overall uncertainty of differential pressure metering system ............................................. 14

6 General requirements for the measurements ...................................................................................................................14

6.1 Primary device .................................................................................................................................................................................... 14

6.2 Nature of the fluid............................................................................................................................................................................. 15

6.3 Flow conditions ................................................................................................................................................................................... 15

7 Installation requirements ......................................................................................................................................................................15

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................ 15

7.2 Minimum upstream and downstream straight lengths ................................................................................. 17

7.3 General requirement for flow conditions at the primary device ............................................................ 17

7.3.1 Requirement ........................................................................................................................................................................ 17

7.3.2 Swirl-free conditions ................................................................................................................................................... 17

7.3.3 Good velocity profile conditions ....................................................................................................................... 17

7.4 Flow conditioners ............................................................................................................................................................................. 17

7.4.1 Compliance testing ........................................................................................................................................................ 17

7.4.2 Specific test ..........................................................................................................................................................................20

8 Uncertainties on the measurement of flow rate .............................................................................................................20

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................ 20

8.2 Definition of uncertainty ............................................................................................................................................................20

8.3 Practical computation of the uncertainty ................................................................................................................... 21

8.3.1 Component uncertainties ........................................................................................................................................ 21

iii
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ISO 5167-1:2022(E)

8.3.2 Practical working formula ...................................................................................................................................... 21

Annex A (informative) Iterative computations .....................................................................................................................................24

Annex B (informative) Examples of values of the pipe wall uniform equivalent roughness, k .......26

Annex C (informative) Flow conditioners and flow straighteners ...................................................................................27

Annex D (informative) Differential pressure transmitters, flow range and turndown ............................29

Annex E (informative) Example of uncertainty calculation for a differential pressure device ........36

Annex F (informative) Permanent pressure loss example ........................................................................................................40

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................42

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ISO 5167-1:2022(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to

the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www.iso.org/iso/foreword.html.

ISO 5167-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,

Subcommittee SC 2, Pressure differential devices, in collaboration with the European Committee for

Standardization (CEN) Technical Committee CEN/SS F05, Measuring instruments, in accordance with

the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 5167-1:2003), which has been technically

revised
The main changes are as follows:

— improved consistency between ISO 5167-1 to ISO 5167-6 (some items that were new in ISO 5167-5

and ISO 5167-6 have been moved to this document);

— a primary element has been set as part of a differential pressure metering system;

— a short section on diagnostics and CBM (Condition Based Monitoring) has been included;

— a limitation on the use of the 5 % 2° rule for an acceptable profile has been noted;

— improved text about uncertainty calculation and an example in Annex E has been provided;

— annexes on turndown and permanent pressure loss have been included.
A list of all parts in the ISO 5167 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 5167-1:2022(E)
Introduction

ISO 5167, consisting of six parts, covers the geometry and method of use (installation and operating

conditions) of orifice plates, nozzles, Venturi tubes, cone meters and wedge meters when they are

inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid flowing in the conduit. It also

gives necessary information for calculating the flow rate and its associated uncertainty.

ISO 5167 (all parts) is applicable only to pressure differential devices in which the flow remains

subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase, but

is not applicable to the measurement of pulsating flow. Furthermore, each of these devices can only be

used uncalibrated within specified limits of pipe size and Reynolds number, or alternatively they can be

used across their calibrated range.

ISO 5167 (all parts) deals with devices for which direct calibration experiments have been made,

sufficient in number, spread and quality to enable coherent systems of application to be based on

their results and coefficients to be given with certain predictable limits of uncertainty. ISO 5167 also

provides methodology for bespoke calibration of differential pressure meters.

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

the pressure tappings. All other instruments or devices required to facilitate the instrument readings

are known as secondary devices, and the flow computer that receives these readings and performs

the algorithms is known as a tertiary device. ISO 5167 covers primary devices; secondary devices (see

ISO 2186) and tertiary devices will be mentioned only occasionally.

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

ensure that the system meets applicable safety regulations.
Additional documents that may provide assistance include:
— ISO/TR 3313;
— ISO/TR 9464;
— ISO/TR 12767;
— ISO/TR 15377.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167-1:2022(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices inserted in circular cross-section
conduits running full —
Part 1:
General principles and requirements
1 Scope

This document defines terms and symbols and establishes the general principles for methods of

measurement and computation of the flow rate of fluid flowing in a conduit by means of pressure

differential devices (orifice plates, nozzles, Venturi tubes, cone meters, and wedge meters) when they

are inserted into a circular cross-section conduit running full. This document also specifies the general

requirements for methods of measurement, installation and determination of the uncertainty of the

measurement of flow rate.

ISO 5167 (all parts) is applicable only to flow that remains subsonic throughout the measuring section

and where the fluid can be considered as single-phase. It is not applicable to the measurement of

pulsating flow.
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 (all parts), Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full

ISO 5168, Measurement of fluid flow — Procedures for the evaluation of uncertainties

ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in

measurement (GUM: 1995)
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms, definitions and symbols given in ISO 4006 and the

following apply.

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

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
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---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 5167-1:2022(E)
3.1 Pressure measurement
3.1.1
wall pressure tapping

annular slot or circular hole drilled in the wall of a conduit in such a way that the edge of the hole is

flush with the internal surface of the conduit

Note 1 to entry: The pressure tapping is usually a circular hole but in certain cases may be an annular slot.

3.1.2
static pressure

pressure which can be measured by connecting a pressure-measuring device to a wall pressure tapping

(3.1.1)

Note 1 to entry: Only the value of the absolute static pressure is considered in ISO 5167 (all parts).

3.1.3
differential pressure

difference between the (static) pressures measured at the wall pressure tappings, one of which is on

the upstream side and the other of which is on the downstream side of a primary device [or in the

throat for a throat-tapped nozzle, a Venturi nozzle (3.2.4) or a Venturi tube (3.2.5)], inserted in a straight

pipe through which flow occurs, when any difference in height between the upstream and downstream

tappings has been taken into account

Note 1 to entry: In ISO 5167 (all parts) the term “differential pressure” is used only if the pressure tappings are in

the positions specified for each standard primary device.
3.1.4
pressure ratio

ratio of the absolute (static) pressure at the downstream pressure tapping to the absolute (static)

pressure at the upstream pressure tapping
3.1.5
vena contracta
location in a fluid stream where the diameter of the stream is smallest
3.2 Primary devices
3.2.1
orifice
throat opening of minimum cross-sectional area of a primary device
3.2.2
orifice plate
thin plate in which a circular opening has been machined

Note 1 to entry: Standard orifice plates are described as “thin plate” and “with sharp square edge”, because the

thickness of the plate is small compared with the diameter of the measuring section and because the upstream

edge of the orifice (3.2.1) is sharp and square.
3.2.3
nozzle

device which consists of a convergent inlet connected to a cylindrical section generally called the

“throat”
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ISO 5167-1:2022(E)
3.2.4
Venturi nozzle

device which consists of a convergent inlet which is a standardized ISA 1932 nozzle connected to a

cylindrical part called the “throat”, which is itself connected to an expanding section called the

“divergent” which is conical
3.2.5
Venturi tube

device which consists of a convergent inlet which is conical connected to a cylindrical part called the

“throat”, which is itself connected to an expanding section called the “divergent” which is conical

3.2.6
cone meter

device which consists of a cone-shaped restriction held in the centre of the pipe with the nose of the

cone upstream
3.2.7
wedge meter
device which consists of a wedge-shaped restriction
3.2.8
diameter ratio

square root of the ratio of the area of the throat of the

primary device to the internal area of the measuring pipe upstream of the primary device

Note 1 to entry: In ISO 5167-2 and ISO 5167-3 the diameter ratio is the ratio of the diameter of the throat of the

primary device to the internal diameter of the measuring pipe upstream of the primary device.

Note 2 to entry: In ISO 5167-4, where the primary device has a cylindrical section upstream, having the same

diameter as that of the pipe, the diameter ratio is the ratio of the throat diameter to the diameter of this cylindrical

section at the plane of the upstream pressure tappings.
3.2.9
carrier ring

device which is used to hold the primary element in the centre of the pipe and may incorporate the

pressure tappings
3.3 Flow
3.3.1
flow rate
rate of flow
mass or volume of fluid passing through the primary device per unit time
3.3.1.1
mass flow rate
rate of mass flow
mass of fluid passing through the primary device per unit time
3.3.1.2
volume flow rate
rate of volume flow
volume of fluid passing through the primary device per unit time

Note 1 to entry: In the case of volume flow rate, it is necessary to state the pressure and temperature at which the

volume is referenced.
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ISO 5167-1:2022(E)
3.3.2
Reynolds number

dimensionless parameter expressing the ratio between the inertia and viscous forces

3.3.2.1
pipe Reynolds number

dimensionless parameter expressing the ratio between the inertia and viscous forces in the upstream

pipe
VD 4q
1 m
Re ==
νμπ D
3.3.2.2
throat Reynolds number

dimensionless parameter expressing the ratio between the inertia and viscous forces in the orifice or

throat of the primary device
Re =

Note 1 to entry: When an orifice plate is used the throat Reynolds number is sometimes called the orifice

Reynolds number.
3.3.3
isentropic exponent

ratio of the relative variation in pressure to the corresponding relative variation in density under

elementary reversible adiabatic (isentropic) transformation conditions

Note 1 to entry: The isentropic exponent κ appears in the different formulae for the expansibility [expansion]

factor ε and varies with the nature of the gas and with its temperature and pressure.

Note 2 to entry: There are many gases and vapours for which no values for κ have been published so far,

particularly over a wide range of pressure and temperature. In such a case, for the purposes of ISO 5167 (all parts),

the ratio of the specific heat capacity at constant pressure to the specific heat capacity at constant volume of

ideal gases can be used in place of the isentropic exponent.
3.3.4
Joule Thomson coefficient
isenthalpic temperature-pressure coefficient
rate of change of temperature with respect to pressure at constant enthalpy:
μ =

Note 1 to entry: The Joule Thomson coefficient varies with the nature of the gas and with its temperature and

pressure and can be calculated.

Note 2 to entry: An approximation for the Joule Thomson coefficient for some natural gases is given in

ISO/TR 9464:2008, 5.1.5.4.4.
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ISO 5167-1:2022(E)
3.3.5
discharge coefficient

coefficient, defined for an incompressible fluid flow, which relates the actual flow rate to the theoretical

flow rate through a device, and is given by the formula for incompressible fluids

q 1−β
C =
Ap2Δ ρ
t 1

Note 1 to entry: Calibration of standard primary devices by means of incompressible fluids (liquids) shows

that the discharge coefficient is dependent only on the Reynolds number for a given primary device in a given

installation.

The numerical value of C for any individual differential pressure meter is the same for different installations

whenever such installations are geometrically similar and the flows are characterised by identical Reynolds

numbers.

The formulae for the numerical values of C given in ISO 5167 (all parts) are based on data determined

experimentally.

The uncertainty in the value of C can be reduced by flow calibration in a suitable laboratory.

Note 2 to entry: The quantity 11/ −β is called the “velocity of approach factor”, and C is called the

1−β
“flow coefficient”.
3.3.6
expansibility [expansion] factor
coefficient used to take into account the compressibility of the fluid
q 1−β
ε =
AC 2Δpρ
t 1

Note 1 to entry: Calibration of a given primary device by means of a compressible fluid (gas) shows that the

following ratio is dependent on the value of the Reynolds number as well as on the values of the pressure ratio

and the isentropic exponent of the gas:
q 1−β
Ap2Δ ρ
t 1

The method adopted for representing these variations consists of multiplying the discharge coefficient, C, of the

primary device considered, as determined by direct calibration carried out with liquids for the same value of the

Reynolds number, by the expansibility [expansion] factor, ε.

The expansibility factor, ε, is equal to unity when the fluid is considered incompressible (liquid) and is less than

unity when the fluid is compressible (gaseous).

This method is possible because experiments show that ε is practically independent of the Reynolds number

and, for a given diameter ratio of a given primary device, ε only depends on the pressure ratio and the isentropic

exponent.

The numerical values of ε for orifice plates given in ISO 5167-2 and for cone meters given in ISO 5167-5 are based

on data determined experimentally. For nozzles (see ISO 5167-3), Venturi tubes (see ISO 5167-4) and wedge

meters (see ISO 5167-6) they are based on the thermodynamic general formula applied to isentropic expansion.

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---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 5167-1:2022(E)
3.3.7
arithmetical mean deviation of the roughness profile
arithmetical mean deviation from the mean line of the profile being measured

Note 1 to entry: The mean line is such that the sum of the squares of the distances between the effective surface

and the mean line is a minimum. In practice, Ra can be measured with standard equipment for machined surfaces

but can only be estimated for rougher surfaces of pipes. See also ISO 21920-3.

Note 2 to entry: For pipes, the uniform equivalent roughness k may also be used. This value can be determined

experimentally (see 7.1.5) or taken from tables (see Annex B).
4 Symbols and subscripts
4.1 Symbols
Table 1 — Symbols
Symbol Quantity Dimension SI unit
2 2
A Area of throat L m
C Discharge coefficient dimensionless —
2 −2 −1 −1
C Molar-heat capacity at constant pressure ML T Θ mol J/(mol⋅K)
m,p
Diameter of orifice (or throat) of primary device under
d L m
working conditions
Upstream internal pipe diameter (or upstream diameter of a
D L m
classical Venturi tube) under working conditions
2 −2 −1
H Enthalpy ML T mol J/mol
k Coverage factor dimensionless —
k Uniform equivalent roughness L m
Pressure loss coefficient (the ratio of the pressure loss, Δϖ,
K to the dynamic pressure, ρV /2), also known as the minor dimensionless —
loss coefficient
l Pressure tapping spacing L m
L Relative pressure tapping spacing: L = l/D dimensionless —
−1 −2
p Absolute static pressure of the fluid ML T Pa
q Mass flow rate MT kg/s
3 −1 3
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 5167-1
Troisième édition
2022-06
Mesurage 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
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
inserted in circular cross-section conduits running full —
Part 1: General principles and requirements
Numéro de référence
ISO 5167-1:2022(F)
© ISO 2022
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ISO 5167-1:2022(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2022

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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

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

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Publié en Suisse
© ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 5167-1:2022(F)
Sommaire Page

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

Introduction .............................................................................................................................................................................................................................vii

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

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

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

3.1 Mesurage de la pression ................................................................................................................................................................. 2

3.2 Éléments primaires ............................................................................................................................................................................ 2

3.3 Écoulement................................................................................................................................................................................................. 3

4 Symboles et indices ...........................................................................................................................................................................................6

4.1 Symboles ...................................................................................................................................................................................................... 6

5 Principe de la méthode de mesure et mode de calcul .................................................................................................. 7

5.1 Principe de la méthode de mesure........................................................................................................................................ 7

5.2 Méthode de détermination du rapport des diamètres requis pour l’élément

primaire normalisé choisi ............................................................................................................................................................ 8

5.3 Calcul du débit ......................................................................................................................................................................................... 8

5.4 Détermination de la masse volumique, de la pression et de la température .................................. 9

5.4.1 Généralités ............................................................................................................................................................................... 9

5.4.2 Masse volumique ................................................................................................................................................................ 9

5.4.3 Pression statique ................................................................................................................................................................ 9

5.4.4 Température ........................................................................................................................................................................ 10

5.5 Système de mesure du débit par pression différentielle ................................................................................ 10

5.5.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 10

5.5.2 Élément primaire ............................................................................................................................................................12

5.5.3 Lignes d’impulsion et capteurs ...........................................................................................................................12

5.5.4 Vannes d’isolement de ligne d’impulsion et manifolds de vanne .........................................12

5.5.5 Calculateur de débit ......................................................................................................................................................12

5.6 Considérations concernant la conception du système de mesure du débit par

pression différentielle ...................................................................................................................................................................12

5.6.1 Dynamique de mesure (ou rangeabilité) du débit et surinstrumentation ..................12

5.6.2 Étalonnage du débitmètre ...................................................................................................................................... 13

5.6.3 Perte de pression permanente ............................................................................................................................ 13

5.6.4 Diagnostic et vérification du débitmètre ................................................................................................... 14

5.6.5 Incertitude globale du système de mesure de la pression différentielle ...................... 14

6 Conditions générales pour les mesurages .............................................................................................................................15

6.1 Élément primaire............................................................................................................................................................................... 15

6.2 Nature du fluide ..................................................................................................................................................................................15

6.3 Physique de l’écoulement ........................................................................................................................................................... 15

7 Exigences d’installation ............................................................................................................................................................................16

7.1 Généralités .............................................................................................................................................................................................. 16

7.2 Longueurs droites minimales d’amont et d’aval .................................................................................................... 17

7.3 Exigence générale relative à l’écoulement au voisinage de l’élément primaire .......................... 18

7.3.1 Exigence .................................................................................................................................................................................. 18

7.3.2 Conditions exemptes de giration ...................................................................................................................... 18

7.3.3 Bonnes conditions de profil de vitesse ........................................................................................................ 18

7.4 Conditionneurs d’écoulement ................................................................................................................................................. 18

7.4.1 Essai de conformité ....................................................................................................................................................... 18

7.4.2 Essai spécifique ................................................................................................................................................................20

8 Incertitudes sur la mesure du débit .............................................................................................................................................21

8.1 Généralités .............................................................................................................................................................................................. 21

8.2 Définition de l’incertitude ......................................................................................................................................................... 21

8.3 Calcul pratique de l’incertitude ............................................................................................................................................ 21

iii
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ISO 5167-1:2022(F)

8.3.1 Incertitude relative aux composantes .......................................................................................................... 21

8.3.2 Formule pratique de calcul..................................................................................................................................... 22

Annexe A (informative) Calculs par itération .........................................................................................................................................24

Annexe B (informative) Exemples de valeurs pour la rugosité uniforme équivalente, k ,

des parois des conduites ...........................................................................................................................................................................27

Annexe C (informative) Conditionneurs et redresseurs d’écoulement .......................................................................28

Annexe D (informative) Capteurs de pression différentielle, plage de débit et dynamique

de mesure (ou rangeabilité) .................................................................................................................................................................30

Annexe E (informative) Exemple de calcul d’incertitude pour un dispositif de pression

différentielle..........................................................................................................................................................................................................37

Annexe F (informative) Exemple de perte de pression permanente ..............................................................................41

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................43

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ISO 5167-1:2022(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.

L’ISO 5167-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les

conduites fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes, en collaboration avec le comité technique

CEN/SS F05 du Comité européen de normalisation (CEN), Instruments de mesure, conformément à

l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).

Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 5167-1:2003), qui a fait l’objet d’une

révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:

— amélioration de la cohérence entre l’ISO 5167-1 et l’ISO 5167-6 (certains éléments nouveaux dans

l’ISO 5167-5 et l’ISO 5167-6 ont été déplacés dans le présent document);
— un élément primaire a été intégré aux appareils déprimogènes;

— une brève section abordant le sujet du diagnostic et de la surveillance fondée sur l’état a été ajoutée;

— une limitation de l’utilisation de la règle de 5 % 2° pour un profil acceptable est notée;

— un texte optimisé relatif au calcul de l’incertitude ainsi qu’un exemple dans l’Annexe E ont été

ajoutés;

— des annexes relatives à la dynamique de mesure (ou rangeabilité) et à la perte de pression permanente

ont été ajoutées.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 5167 se trouve sur le site web de l’ISO.

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ISO 5167-1:2022(F)

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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ISO 5167-1:2022(F)
Introduction

L’ISO 5167, qui comprend six parties, a pour objet la géométrie et le mode d’emploi

(conditions d’installation et d’utilisation) des diaphragmes, tuyères, tubes Venturi, cônes de mesure et

débitmètres à coin insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide

s’écoulant dans cette conduite. Elle fournit également les informations nécessaires au calcul de ce débit

et de son incertitude associée.

L’ISO 5167 (toutes les parties) est applicable uniquement aux appareils déprimogènes dans lesquels

l’écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré

comme monophasique; elle n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. De plus, chacun

de ces appareils ne peut être utilisé que s’il est non étalonné dans des limites spécifiées de diamètre

de conduite et de nombre de Reynolds. Ils peuvent également être utilisés sur l’ensemble de leur plage

étalonnée.

L’ISO 5167 (toutes les parties) traite d’appareils pour lesquels des expériences d’étalonnage direct ont

été effectuées en nombre, étendue et qualité suffisants pour que l’on ait pu baser, sur leurs résultats, des

systèmes cohérents d’utilisation et pour permettre que les coefficients soient donnés avec une marge

d’incertitude prévisible. L’ISO 5167 fournit également une méthodologie pour l’étalonnage sur mesure

des appareils déprimogènes.

Les appareils introduits dans le tuyau sont appelés «éléments primaires». Le terme «élément primaire»

inclut également les prises de pression. Tous les autres instruments ou appareils nécessaires pour

faciliter les relevés des instruments sont appelés «éléments secondaires». Le calculateur de débit qui

reçoit ces relevés et exécute les algorithmes est appelé «élément tertiaire». L’ISO 5167 concerne les

éléments primaires et ne mentionne qu’exceptionnellement les éléments secondaires (voir l'ISO 2186)

et tertiaires.

Les aspects de la sécurité ne sont pas traités dans l’ISO 5167-1 à l’ISO 5167-6. Il incombe à l’utilisateur

de s’assurer que le système remplit les réglementations applicables en matière de sécurité.

Les documents additionnels susceptibles de fournir une aide sont les suivants:
— ISO/TR 3313;
— ISO/TR 9464;
— ISO/TR 12767;
— ISO/TR 15377.
vii
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NORME INTERNATIONALE ISO 5167-1:2022(F)
Mesurage 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
1 Domaine d’application

Le présent document définit des termes et symboles et établit les principes généraux pour le

mesurage et le calcul du débit des fluides dans une conduite au moyen d’appareils déprimogènes

(diaphragmes, tuyères, tubes de Venturi, cônes de mesure et débitmètres à coin) insérés dans des

conduites en charge de section circulaire. Le présent document spécifie aussi les exigences générales en

ce qui concerne les méthodes de mesure, l’installation des appareils et la détermination de l’incertitude

de la mesure de débit.

L’ISO 5167 (toutes les parties) est applicable uniquement à un écoulement qui reste subsonique dans

tout le tronçon de mesurage et où le fluide peut être considéré comme monophasique. Elle n’est pas

applicable au mesurage d’un écoulement pulsé.
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 (toutes les parties), Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes insérés dans

des conduites en charge de section circulaire

ISO 5168, Mesure de débit des fluides — Procédures pour le calcul de l'incertitude

Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure

(GUM: 1995)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et symboles de l’ISO 4006 ainsi que les

suivants s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/ .
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ISO 5167-1:2022(F)
3.1 Mesurage de la pression
3.1.1
prise de pression à la paroi

fente annulaire ou orifice circulaire aménagé(e) dans la paroi d’une conduite, dont le bord est arasé à la

paroi interne de cette conduite

Note 1 à l'article: La prise de pression est habituellement un orifice circulaire, mais peut, dans certains cas, être

une fente annulaire.
3.1.2
pression statique

pression mesurable en reliant un appareil de mesure de la pression à une prise de pression à la paroi

(3.1.1)

Note 1 à l'article: Dans l’ISO 5167 (toutes les parties), on considère exclusivement la valeur de la pression statique

absolue.
3.1.3
pression différentielle

différence des pressions statiques mesurées à des prises de pression à la paroi, dont l’une est située en

amont et l’autre en aval d’un élément primaire [ou dans le col pour une tuyère à prise de pression au

col, une Venturi-tuyère (3.2.4) ou un tube de Venturi (3.2.5)] interposé dans une tuyauterie rectiligne où

s’écoule un fluide, lorsque toute différence de hauteur entre les prises de pression amont et aval a été

prise en considération

Note 1 à l'article: Dans l’ISO 5167 (toutes les parties), le terme de «pression différentielle» n’est utilisé que si les

prises de pression sont situées aux emplacements spécifiés pour chaque élément primaire normalisé.

3.1.4
rapport des pressions

rapport de la pression (statique) absolue à la prise de pression aval par la pression (statique) absolue à

la prise de pression amont
3.1.5
vena contracta
emplacement dans un flux de fluide où le diamètre du flux est le plus petit
3.2 Éléments primaires
3.2.1
orifice
ouverture du col d’aire minimale de l’élément primaire
3.2.2
diaphragme
plaque mince percée d’un orifice circulaire

Note 1 à l'article: Les diaphragmes normalisés sont dits «en plaque mince» et «à arête vive rectangulaire»,

parce que l’épaisseur de la plaque est faible relativement au diamètre de la tuyauterie de mesure et parce que

l’arête amont de l’orifice (3.2.1) forme un angle droit et est à bord vif.
3.2.3
tuyère
dispositif convergent suivi d’une partie cylindrique dite «col»
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ISO 5167-1:2022(F)
3.2.4
Venturi-tuyère

dispositif convergent, constitué d’une tuyère normalisée ISA 1932 suivie d’une partie cylindrique dite

«col», elle-même reliée à un évasement conique dit «divergent»
3.2.5
tube de Venturi

dispositif convergent conique suivi d’une partie cylindrique dite «col», elle-même reliée à un évasement

conique dit «divergent»
3.2.6
cônes de mesure

dispositif qui consiste en une restriction conique maintenue au centre de la conduite avec la pointe

avant du cône orientée en amont
3.2.7
débitmètre à coin
dispositif constitué d’une restriction en forme de coin
3.2.8
rapport des diamètres

racine carrée du rapport de l’aire du col de

l’élément primaire et de l’aire interne diamètre de l’orifice de la tuyauterie de mesure en amont de cet

élément primaire

Note 1 à l'article: Dans l’ISO 5167-2 et l’ISO 5167-3, le rapport des diamètres correspond au rapport du diamètre

du col d’un élément primaire sur le diamètre interne de la tuyauterie de mesure en amont de cet élément primaire.

Note 2 à l'article: Dans l’ISO 5167-4, dans le cas où l’élément primaire comporte une partie cylindrique en amont,

de diamètre équivalent au diamètre de la tuyauterie, le rapport des diamètres correspond au rapport entre le

diamètre du col et le diamètre de cette partie cylindrique, mesuré dans le plan des prises de pression en amont.

3.2.9
bague porteuse

dispositif utilisé pour maintenir l’élément primaire au centre de la conduite et pouvant intégrer les

prises de pression
3.3 Écoulement
3.3.1
débit
vitesse d’écoulement
masse ou volume de fluide traversant l’élément primaire par unité de temps
3.3.1.1
débit-masse
débit massique
masse de fluide traversant l’élément primaire par unité de temps
3.3.1.2
débit-volume
vitesse d’écoulement volumique
volume de fluide traversant l’élément primaire par unité de temps

Note 1 à l'article: Dans le cas du débit-volume, il est nécessaire de préciser la pression et la température à laquelle

le volume se rapporte.
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ISO 5167-1:2022(F)
3.3.2
nombre de Reynolds

paramètre sans dimension, exprimant le rapport entre les forces d’inertie et les forces de viscosité

3.3.2.1
nombre de Reynolds rapporté à la tuyauterie

paramètre sans dimension, exprimant le rapport entre les forces d’inertie et les forces de viscosité dans

la tuyauterie amont
VD 4q
1 m
Re ==
νμπ D
3.3.2.2
nombre de Reynolds au col

paramètre sans dimension, exprimant le rapport entre les forces d’inertie et les forces de viscosité dans

l’orifice ou dans le col de l’élément primaire
Re =

Note 1 à l'article: Lorsqu’un diaphragme est utilisé, le nombre de Reynolds au col est parfois appelé nombre de

Reynolds à l’orifice.
3.3.3
exposant isentropique

rapport de la variation relative de la pression à la variation relative de la masse volumique qui lui

correspond dans une transformation adiabatique réversible (isentropique) élémentaire

Note 1 à l'article: L’exposant isentropique κ apparaît dans les différentes formules du coefficient de détente ε et

varie selon la nature du gaz, sa température et sa pression.

Note 2 à l'article: Il existe de nombreux gaz et vapeurs pour lesquels des valeurs de κ n’ont pas encore été publiées

pour une plage étendue de pressions et de températures. Dans ce cas, pour les besoins de l’ISO 5167 (toutes les

parties), le rapport de la capacité thermique massique à pression constante à la capacité thermique massique à

volume constant pour les gaz parfaits peut être utilisé à la place de l’exposant isentropique.

3.3.4
coefficient de Joule Thomson
coefficient isenthalpique température-pression

vitesse de changement de température par rapport à la pression pour une enthalpie constante

μ =

Note 1 à l'article: Le coefficient de Joule Thomson varie avec la nature du gaz, sa température et sa pression, et

peut être calculé.

Note 2 à l'article: Une approximation du coefficient de Joule Thomson pour certains gaz naturels est indiquée à

l’ISO/TR 9464:2008, 5.1.5.4.4.
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ISO 5167-1:2022(F)
3.3.5
coefficient de décharge

coefficient, défini pour un écoulement de fluide incompressible, qui relie le débit réel traversant

l’appareil au débit théorique, et qui est donné par la formule pour les fluides incompressibles

q 1−β
C =
Ap2Δ ρ
t 1

Note 1 à l'article: L’étalonnage direct d’éléments primaires normalisés exécuté au moyen de fluides dits

incompressibles (liquides) montre que le coefficient de décharge n’est fonction que du nombre de Reynolds pour

un élément primaire donné dans une installation donnée.

La valeur numérique de C de tout appareil déprimogène individuel est la même pour des installations différentes

chaque fois que ces installations sont géométriquement semblables et que les écoulements y sont caractérisés

par des nombres de Reynolds égaux.

Les formules utilisées pour les valeurs numériques de C données dans l’ISO 5167 (toutes les parties) sont basées

sur des données expérimentales.

L’incertitude de la valeur de C peut être réduite par l’étalonnage de l’écoulement dans un laboratoire approprié.

Note 2 à l'article: La grandeur 11/ −β est appelée «coefficient de vitesse d’approche» et C est

1−β
appelé «coefficient de débit».
3.3.6
coefficient de détente
coefficient utilisé pour tenir compte de la compressibilité du fluide
q 1−β
ε =
AC 2Δpρ
t 1

Note 1 à l'article: L’étalonnage d’un élément primaire défini au moyen d’un fluide compressible (gaz) montre que

le rapport suivant est fonction à la fois de la valeur du nombre de Reynolds, des valeurs du rapport des pressions

et de l’exposant isentropique du gaz:
q 1−β
Ap2Δ ρ
t 1

La méthode adoptée pour représenter ces variations consiste à multiplier le coefficient de décharge, C,

de l’élément primaire considéré, déterminé par un étalonnage direct au moyen de liquides réalisé pour la même

valeur du nombre de Reynolds, par le coefficient de détente ε.

Le coefficient de détente, ε, est égal à l’unité lorsque le fluide est considéré comme incompressible (liquide) et est

inférieur à l’unité lorsque le fluide est compressible (gazeux).

Cette méthode est utilisable parce que l’expérience montre que ε est pratiquement indépendant du nombre de

Reynolds et que, pour un rapport de diam
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.