Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 4: Venturi tubes

This document specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of Venturi tubes[1] when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid flowing in the conduit. This document also provides background information for calculating the flow rate and is applicable in conjunction with the requirements given in ISO 5167-1. This document is applicable only to Venturi tubes in which the flow remains subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. In addition, Venturi tubes can only be used uncalibrated in accordance with this standard within specified limits of pipe size, roughness, diameter ratio and Reynolds number, or alternatively they can be used across their calibrated range. This document is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of uncalibrated Venturi tubes in pipes sized less than 50 mm or more than 1 200 mm, or where the pipe Reynolds numbers are below 2 × 105. This document deals with the three types of classical Venturi tubes: a) “as cast”; b) machined; c) fabricated (also known as “rough-welded sheet-iron”). A Venturi tube consists of a convergent inlet connected to a cylindrical throat which is in turn connected to a conical expanding section called the divergent section (or alternatively the diffuser). Venturi nozzles (and other nozzles) are dealt with in ISO 5167-3. NOTE In the USA the classical Venturi tube is sometimes called the Herschel Venturi tube. [1] In the USA the classical Venturi tube is sometimes called the Herschel Venturi tube.

Mesurage de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes insérés dans des conduites en charge de section circulaire — Partie 4: Tubes de Venturi

Le présent document spécifie la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation et d’utilisation) de tubes de Venturi[1] insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide s’écoulant dans cette conduite. Le présent document fournit également des informations de fond nécessaires au calcul de ce débit, et il convient de l’utiliser conjointement avec les exigences stipulées dans l’ISO 5167‑1. Le présent document est applicable uniquement aux tubes de Venturi dans lesquels l’écoulement reste subsonique dans tout le tronçon de mesure et où le fluide peut être considéré comme monophasique. De plus, les tubes de Venturi peuvent uniquement être utilisés à l’état non étalonné, conformément à la présente norme, dans les limites spécifiées de diamètre de conduite, de rugosité, de rapport des diamètres et de nombre de Reynolds, ou dans leur gamme étalonnée. Le présent document n’est pas applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. Il ne couvre pas l’utilisation de tubes de Venturi non étalonnés dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm ou supérieur à 1 200 mm, ni les cas où les nombres de Reynolds rapportés à la conduite sont inférieurs à 2 × 105. Le présent document traite de trois types de tubes de Venturi classiques: a) «brut de fonderie»; b) usiné; c) manufacturé (également nommé «en tôle soudée brute»). Un tube de Venturi se compose d’un convergent d’entrée, relié à un col cylindrique qui est, à son tour, relié à un évasement de forme tronconique appelé «divergent» (ou encore diffuseur). Les Venturi-tuyères (et d’autres tuyères) font l’objet de l’ISO 5167‑3. NOTE Aux États-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé «tube de Herschel». [1] Aux États-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé «tube de Herschel».

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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 5167-4:2022 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 4: Venturi tubes Released:16. 06. 2022
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ISO 5167-4:2022 - Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 4: Venturi tubes Released:16. 06. 2022
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5167-4
Second edition
2022-06
Measurement of fluid flow by means of
pressure differential devices inserted
in circular cross-section conduits
running full —
Part 4:
Venturi tubes
Mesurage de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge de section circulaire —
Partie 4: Tubes de Venturi
Reference number
ISO 5167-4:2022(E)
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ISO 5167-4:2022(E)
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Published in Switzerland
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ISO 5167-4:2022(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

4 Principles of the method of measurement and computation ............................................................................... 2

5 Classical Venturi tubes .................................................................................................................................................................................. 2

5.1 Field of application .............................................................................................................................................................................. 2

5.1.1 General ........................................................................................................................................................................................ 2

5.1.2 Classical Venturi tube with an “as cast” convergent section ...................................................... 3

5.1.3 Classical Venturi tube with a machined convergent section ...................................................... 3

5.1.4 Classical Venturi tube with a fabricated convergent section ..................................................... 3

5.2 General shape .......................................................................................................................................................................................... 3

5.2.1 General ........................................................................................................................................................................................ 3

5.2.2 Entrance cylinder .............................................................................................................................................................. 3

5.2.3 Convergent section ........................................................................................................................................................... 4

5.2.4 Throat........................................................................................................................................................................................... 4

5.2.5 Divergent section ............................................................................................................................................................... 5

5.2.6 Truncated Venturi tube ................................................................................................................................................ 5

5.2.7 Roughness ................................................................................................................................................................................ 5

5.2.8 Classical Venturi tube with an “as cast” convergent section ...................................................... 5

5.2.9 Classical Venturi tube with a machined convergent section ...................................................... 6

5.2.10 Classical Venturi tube with a fabricated convergent section ..................................................... 6

5.3 Material and manufacture ........................................................................................................................................................... 7

5.4 Pressure tappings ................................................................................................................................................................................ 7

5.5 Discharge coefficient, C ................................................................................................................................................................... 8

5.5.1 Limits of use ........................................................................................................................................................................... 8

5.5.2 Discharge coefficient of the classical Venturi tube with an “as cast”

convergent section ............................................................................................................................................................ 8

5.5.3 Discharge coefficient of the classical Venturi tube with a machined

convergent section ............................................................................................................................................................ 9

5.5.4 Discharge coefficient of the classical Venturi tube with a fabricated

convergent section ............................................................................................................................................................ 9

5.6 Expansibility [expansion] factor, ε ........................................................................................................................................ 9

5.7 Uncertainty of the discharge coefficient, C ................................................................................................................... 9

5.7.1 Classical Venturi tube with an “as cast” convergent section ...................................................... 9

5.7.2 Classical Venturi tube with a machined convergent section ...................................................... 9

5.7.3 Classical Venturi tube with a fabricated convergent section .................................................. 10

5.8 Uncertainty of the expansibility [expansion] factor, ε ..................................................................................... 10

5.9 Pressure loss ......................................................................................................................................................................................... 10

5.9.1 Definition of the pressure loss ............................................................................................................................ 10

5.9.2 Relative pressure loss ................................................................................................................................................. 10

6 Installation requirements ......................................................................................................................................................................11

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................ 11

6.2 Minimum upstream and downstream straight lengths for installation between

various fittings and the Venturi tube ..............................................................................................................................12

6.3 Flow conditioners ............................................................................................................................................................................. 16

6.4 Additional specific installation requirements for classical Venturi tubes .................................... 16

6.4.1 Circularity and cylindricality of the pipe and alignment of the classical

Venturi tube ......................................................................................................................................................................... 16

6.4.2 Roughness of the upstream pipe ....................................................................................................................... 17

7 Flow calibration of Venturi tubes ...................................................................................................................................................17

iii
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ISO 5167-4:2022(E)

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................ 17

7.2 Test facility .............................................................................................................................................................................................. 17

7.3 Meter installation ......... ..................................................................................................................................................................... 18

7.4 Design of the test programme ............................................................................................................................................... 18

7.5 Reporting the calibration results ....................................................................................................................................... 18

7.6 Uncertainty analysis of the calibration ......................................................................................................................... 18

7.6.1 General ..................................................................................................................................................................................... 18

7.6.2 Uncertainty of the test facility ............................................................................................................................ 18

7.6.3 Uncertainty of the Venturi tube ......................................................................................................................... 19

Annex A (informative) Table of expansibility [expansion] factor .....................................................................................20

Annex B (informative) Classical Venturi tubes used outside the scope of ISO 5167-4 ................................21

Annex C (informative) Pressure loss in a classical Venturi tube ........................................................................................24

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................26

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ISO 5167-4:2022(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 5167-4 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 second edition of ISO 5167-4 cancels and replaces the first edition of ISO 5167-4:2003, which has

been technically revised.
The main changes are as follows:
— The use of single pressure tappings on Venturi tubes is permitted.

— The discharge coefficient and uncertainty are given in Clause 5 for a Venturi tube with a machined

convergent section for Re > 10 .
— Flow calibration of Venturi tubes is included.

— There is improved wording of the rules for spacing of multiple fittings but no change in actual

requirements.
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 5167-4:2022(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 (all parts)

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 (all parts) 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.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 5167-4:2022(E)
Measurement of fluid flow by means of pressure
differential devices inserted in circular cross-section
conduits running full —
Part 4:
Venturi tubes
1 Scope

This document specifies the geometry and method of use (installation and operating conditions) of

Venturi tubes when they are inserted in a conduit running full to determine the flow rate of the fluid

flowing in the conduit.

This document also provides background information for calculating the flow rate and is applicable in

conjunction with the requirements given in ISO 5167-1.

This document is applicable only to Venturi tubes in which the flow remains subsonic throughout

the measuring section and where the fluid can be considered as single-phase. In addition, Venturi

tubes can only be used uncalibrated in accordance with this standard within specified limits of pipe

size, roughness, diameter ratio and Reynolds number, or alternatively they can be used across their

calibrated range. This document is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not

cover the use of uncalibrated Venturi tubes in pipes sized less than 50 mm or more than 1 200 mm, or

where the pipe Reynolds numbers are below 2 × 10 .
This document deals with the three types of classical Venturi tubes:
a) “as cast”;
b) machined;
c) fabricated (also known as “rough-welded sheet-iron”).

A Venturi tube consists of a convergent inlet connected to a cylindrical throat which is in turn connected

to a conical expanding section called the divergent section (or alternatively the diffuser). Venturi

nozzles (and other nozzles) are dealt with in ISO 5167-3.

NOTE In the USA the classical Venturi tube is sometimes called the Herschel Venturi tube.

2 Normative references

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

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

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

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

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

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

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

1) In the USA the classical Venturi tube is sometimes called the Herschel Venturi tube.

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ISO 5167-4:2022(E)

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 and definitions given in ISO 4006 and ISO 5167-1 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/
4 Principles of the method of measurement and computation

The principle of the method of measurement is based on the installation of a Venturi tube into a pipeline

in which a fluid is running full. A static pressure difference exists between the upstream section and the

throat section of the device. Venturi tube geometries and designs have been extensively tested across

a wide range of flow conditions and shown to have a reproducible value of the discharge coefficient, C,

within a given uncertainty. Uncalibrated Venturi tubes of one of these geometries and designs, within

that same range of flow conditions, can be used to determine the flow rate from the measured value of

this pressure difference and from a knowledge of the fluid conditions.
The mass flow rate can be determined by Formula (1):
C π
q = ερdp2Δ (1)
m 1
4 4
1−β

The uncertainty limits can be calculated using the procedure given in ISO 5167-1:2022, Clause 8.

Similarly, the value of the volume flow rate can be calculated since
q =

where ρ is the fluid density at the temperature and pressure for which the volume is stated.

Computation of the flow rate, which is an arithmetic process, is performed by replacing the different

items on the right-hand side of Formula (1) by their numerical values. Table A.1 gives Venturi tube

expansibility factors (ε). They are not intended for precise interpolation. Extrapolation is not permitted.

The diameters d and D mentioned in Formula (1) (since D is required to calculate β) are the values of

the diameters at working conditions. Measurements taken at any other conditions should be corrected

for any possible expansion or contraction of the primary device and the pipe due to the values of the

temperature and pressure of the fluid during the measurement.

It is necessary to know the density and the viscosity of the fluid at working conditions. In the case

of a compressible fluid, it is also necessary to know the isentropic exponent of the fluid at working

conditions.
5 Classical Venturi tubes
5.1 Field of application
5.1.1 General

The field of application of the classical Venturi tubes dealt with in this document depends on the way in

which they are manufactured.
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ISO 5167-4:2022(E)

Three types of standard classical Venturi tube are specified according to the method of manufacture of

the internal surface of the entrance cone and the profile at the intersection of the entrance cone and the

throat. These three methods of manufacture (and hence roughness) are described in 5.1.2 to 5.1.4, and

the resulting Venturi tubes have somewhat different characteristics.

There are limits given for the roughness of the internal surfaces and the Reynolds number for each

type.
5.1.2 Classical Venturi tube with an “as cast” convergent section

This is a classical Venturi tube made by casting in a sand mould, or by other methods which leave a

finish on the surface of the convergent section similar to that produced by sand casting. The throat

is machined and the junctions between the cylinders and the convergent and divergent sections are

rounded.

These classical Venturi tubes can be used in pipes of diameter between 100 mm and 800 mm and with

diameter ratios β between 0,3 and 0,75 inclusive.
5.1.3 Classical Venturi tube with a machined convergent section

This is a classical Venturi tube cast or fabricated as in 5.1.2 but in which the convergent section is

machined as are the throat and the entrance cylinder. The junctions between the cylinders and the

convergent and divergent sections may or may not be rounded.

These classical Venturi tubes can be used in pipes of diameter between 50 mm and 350 mm and with

diameter ratios β between 0,4 and 0,75 inclusive.
5.1.4 Classical Venturi tube with a fabricated convergent section

This is a classical Venturi tube normally fabricated by rolling sheet iron (or an alternative sheet

material) to form the sections of the Venturi tube, welding to complete the cylindrical, convergent

and divergent sections, and then welding these together. For larger sizes it may not be machined if the

tolerance required in 5.2.4 can be achieved, but in the smaller sizes the throat is machined.

These classical Venturi tubes can be used in pipes of diameter between 200 mm and 1 200 mm and

with diameter ratios β between 0,4 and 0,7 inclusive.
5.2 General shape
5.2.1 General

Figure 1 shows a section through the centreline of the throat of a classical Venturi tube. The letters

used in the text refer to those shown on Figure 1.

The classical Venturi tube is made up of an entrance cylinder A connected to a conical convergent

section B, a cylindrical throat C and a conical divergent section E. The internal surface of the device

is cylindrical and concentric with the pipe centreline. The coaxiality of the convergent section and the

cylindrical throat is assessed by visual inspection.
5.2.2 Entrance cylinder

The minimum cylinder length, measured from the plane containing the intersection of the convergent

section frustum B with the cylinder A, may vary as a result of the manufacturing process (see 5.2.8 to

5.2.10). It is, however, recommended that it be chosen to be equal to D.

The entrance cylinder diameter D shall be measured in the plane of the upstream pressure tapping(s).

The number of measurements shall be at least four, of which one shall be measured near each pressure

tapping. The arithmetic mean value of all these measurements shall be taken as the value of D in the

calculations.
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ISO 5167-4:2022(E)

Diameters shall also be measured in planes other than the plane of the pressure tapping(s).

No diameter along the entrance cylinder shall differ by more than 0,4 % from the value of the mean

diameter. This requirement is satisfied when the difference in the length of any of the measured

diameters complies with the said requirement with respect to the mean of the measured diameters.

Key
1 entrance cylinder A Direction of flow.
2 conical convergent section B 7° ≤ φ ≤ 15°.
3 cylindrical throat C See 5.4.7.
4 conical divergent section E
5 connecting planes
6 upstream pressure tapping(s)
7 throat pressure tapping(s)
Figure 1 — Geometric profile of the classical Venturi tube
5.2.3 Convergent section

The convergent section B shall be conical and shall have an included angle of 21°± 1° for all types of

classical Venturi tube. It is limited upstream by the plane containing the intersection of the cone frustum

B with the entrance to cylinder A (or their prolongations) and downstream by the plane containing the

intersection of the cone frustum B with the throat C (or their prolongations).

The overall length of the convergent section B measured parallel to the centreline of the Venturi tube is

therefore approximately equal to 2,7(D − d).

The convergent section B is blended to the entrance cylinder A by a curvature of radius R , the value of

which depends on the type of classical Venturi tube.

The profile of the convergent section shall be checked. The maximum deviation of the convergent

section shall not exceed, in any place, 0,004D.

The internal surface of the conical section of the convergent section is taken as being a surface of

revolution if two diameters situated in the same plane perpendicular to the axis of revolution do not

differ from the value of the mean diameter by more than 0,4 %.

It shall be checked in the same way that the joining curvature with a radius, R , is a surface of revolution.

5.2.4 Throat

The throat C shall be cylindrical with a diameter, d. It is limited upstream by the plane containing the

intersection of the cone frustum B with the throat C (or their prolongations) and downstream by the

plane containing the intersection of the throat C with the cone frustum E (or their prolongations). The

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ISO 5167-4:2022(E)

length of the throat C, i.e. the distance between those two planes, shall be equal to d ± 0,03d whatever

the type of classical Venturi tube.

The throat C is connected to the convergent section B by a curvature of radius, R , and to the divergent

section E by a curvature of radius, R . The values of R and R depend on the type of classical Venturi

3 2 3
tube.

The diameter, d, shall be measured very carefully in the plane of the throat pressure tapping(s). The

number of measurements shall be at least four, of which one shall be measured near each pressure

tapping. The arithmetic mean value of all these measurements shall be taken as the value of d in the

calculations.

Diameters shall also be measured in planes other than the plane of the pressure tapping(s).

No diameter along the throat shall differ by more than 0,1 % of the value of the mean diameter. This

requirement is satisfied when the difference in the length of any of the measured diameters complies

with the said requirement in respect of the mean of the measured diameters.
The throat of the
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 5167-4
Deuxième édition
2022-06
Mesurage de débit des fluides au
moyen d'appareils déprimogènes
insérés dans des conduites en charge
de section circulaire —
Partie 4:
Tubes de Venturi
Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
inserted in circular cross-section conduits running full —
Part 4: Venturi tubes
Numéro de référence
ISO 5167-4:2022(F)
© ISO 2022
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 5167-4:2022(F)
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

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
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ISO 5167-4:2022(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

3 Termes et définitions ...................................................................................................................................................................................... 2

4 Principes de la méthode de mesure et mode de calcul ............................................................................................... 2

5 Tubes de Venturi classiques ..................................................................................................................................................................... 3

5.1 Domaine d’application ..................................................................................................................................................................... 3

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

5.1.2 Tube de Venturi classique à convergent «brut de fonderie» ........................................................ 3

5.1.3 Tube de Venturi classique à convergent usiné ......................................................................................... 3

5.1.4 Tube de Venturi classique à convergent manufacturé ...................................................................... 3

5.2 Forme générale ....................................................................................................................................................................................... 3

5.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................... 3

5.2.2 Cylindre d’entrée ................................................................................................................................................................ 4

5.2.3 Convergent ............................................................................................................................................................................... 4

5.2.4 Col .................................................................................................................................................................................................... 5

5.2.5 Divergent ................................................................................................................................................................................... 5

5.2.6 Tube de Venturi tronqué .............................................................................................................................................. 5

5.2.7 Rugosité ...................................................................................................................................................................................... 5

5.2.8 Tube de Venturi classique à convergent «brut de fonderie» ........................................................ 6

5.2.9 Tube de Venturi classique à convergent usiné ......................................................................................... 6

5.2.10 Tube de Venturi classique à convergent manufacturé ...................................................................... 6

5.3 Matériau et fabrication .................................................................................................................................................................... 7

5.4 Prises de pression ................................................................................................................................................................................ 7

5.5 Coefficient de décharge, C ............................................................................................................................................................. 8

5.5.1 Limites d’utilisation ......................................................................................................................................................... 8

5.5.2 Coefficient de décharge du tube de Venturi classique à convergent «brut de

fonderie »................................................................................................................................................................................... 8

5.5.3 Coefficient de décharge du tube de Venturi classique à convergent usiné ..................... 9

5.5.4 Coefficient de décharge du tube de Venturi classique à convergent

manufacturé ........................................................................................................................................................................... 9

5.6 Coefficient de détente, ε ........................................................................................................................................... ....................... 9

5.7 Incertitude sur le coefficient de décharge, C ................................................................................................................ 9

5.7.1 Tube de Venturi classique à convergent «brut de fonderie» ........................................................ 9

5.7.2 Tube de Venturi classique à convergent usiné ...................................................................................... 10

5.7.3 Tube de Venturi classique à convergent manufacturé ................................................................... 10

5.8 Incertitude sur le coefficient de détente, ε ................................................................................................................. 10

5.9 Perte de pression ............................................................................................................................................................................... 10

5.9.1 Définition de la perte de pression .................................................................................................................... 10

5.9.2 Perte de pression relative........................................................................................................................................ 10

6 Exigences d’installation ............................................................................................................................................................................12

6.1 Généralités ..............................................................................................................................................................................................12

6.2 Longueurs droites minimales amont et aval à installer entre différents accessoires

et le tube de Venturi ........................................................................................................................................................................12

6.3 Conditionneurs d’écoulement ................................................................................................................................................. 16

6.4 Exigences spécifiques supplémentaires d’installation pour les tubes de Venturi

classiques.................................................................................................................................................................................................. 17

6.4.1 Circularité et cylindricité de la conduite, et alignement du tube de Venturi

classique .................................................................................................................................................................................. 17

6.4.2 Rugosité de la conduite amont ............................................................................................................................ 17

7 Étalonnage du débit des tubes de Venturi .............................................................................................................................17

iii
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ISO 5167-4:2022(F)

7.1 Généralités .............................................................................................................................................................................................. 17

7.2 Installation d’essai ........................................................................................................................................................................... 18

7.3 Installation de l’instrument de mesure ......................................................................................................................... 18

7.4 Conception du programme d’essai ..................................................................................................................................... 18

7.5 Compte-rendu des résultats d’étalonnage .................................................................................................................. 18

7.6 Analyse de l’incertitude d’étalonnage ............................................................................................................................. 19

7.6.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 19

7.6.2 Incertitude de l’installation d’essai ................................................................................................................. 19

7.6.3 Incertitude du tube de Venturi ........................................................................................................................... 19

Annexe A (informative) Tableau des coefficients de détente .................................................................................................20

Annexe B (informative) Tubes de Venturi classiques en dehors du domaine couvert par

l’ISO 5167-4 .............................................................................................................................................................................................................21

Annexe C (informative) Perte de pression dans un tube de Venturi classique ...................................................25

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................27

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ISO 5167-4:2022(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 appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

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

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

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

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

brevets rédigées 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, de la signification des termes et expressions

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

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

obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.

L’ISO 5167-4 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, Instruments de mesure, du Comité européen de normalisation, conformément à l’Accord de

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

Cette deuxième édition de l’ISO 5167-4 annule et remplace la première édition de l’ISO 5167-4:2003, qui

a fait l’objet d’une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:

— L’utilisation de prises de pression individuelles sur les tubes de Venturi est autorisée.

— Le coefficient de décharge et l’incertitude sont indiqués à l’Article 5 pour un tube de Venturi à

convergent usiné pour Re > 10 .
— L’étalonnage du débit des tubes de Venturi est inclus.

— La formulation des règles d’espacement de plusieurs accessoires est améliorée mais les exigences

réelles sont inchangées.

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

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 5167-4:2022(F)
Introduction

L’ISO 5167, divisée en six parties, a pour objet la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation

et d’utilisation) des diaphragmes, tuyères, tubes de 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 mesure 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, ou dans les conditions de leur étalonnage.

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 (toutes les parties) fournit également une méthodologie pour

l’étalonnage sur mesure des manomètres différentiels.

Les appareils interposés dans la conduite sont appelés éléments primaires, en comprenant dans ce

terme les prises de pression. Tous les autres instruments ou appareils facilitant l’accomplissement de la

mesure sont appelés éléments secondaires et le calculateur de débit qui reçoit ces mesures et effectue les

algorithmes est appelé élément tertiaire. L’ISO 5167 (toutes les parties) concerne les éléments primaires;

les éléments secondaires (voir l’ISO 2186) et tertiaires ne seront mentionnés qu’exceptionnellement.

Les aspects de 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 est conforme aux réglementations applicables en matière de sécurité.

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NORME INTERNATIONALE ISO 5167-4:2022(F)
Mesurage de débit des fluides au moyen d'appareils
déprimogènes insérés dans des conduites en charge de
section circulaire —
Partie 4:
Tubes de Venturi
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie la géométrie et le mode d’emploi (conditions d’installation et d’utilisation)

de tubes de Venturi insérés dans une conduite en charge dans le but de déterminer le débit du fluide

s’écoulant dans cette conduite.

Le présent document fournit également des informations de fond nécessaires au calcul de ce débit, et il

convient de l’utiliser conjointement avec les exigences stipulées dans l’ISO 5167-1.

Le présent document est applicable uniquement aux tubes de Venturi dans lesquels l’écoulement reste

subsonique dans tout le tronçon de mesure et où le fluide peut être considéré comme monophasique.

De plus, les tubes de Venturi peuvent uniquement être utilisés à l’état non étalonné, conformément

à la présente norme, dans les limites spécifiées de diamètre de conduite, de rugosité, de rapport des

diamètres et de nombre de Reynolds, ou dans leur gamme étalonnée. Le présent document n’est pas

applicable au mesurage d’un écoulement pulsé. Il ne couvre pas l’utilisation de tubes de Venturi non

étalonnés dans des conduites de diamètre inférieur à 50 mm ou supérieur à 1 200 mm, ni les cas où les

nombres de Reynolds rapportés à la conduite sont inférieurs à 2 × 10 .
Le présent document traite de trois types de tubes de Venturi classiques:
a) «brut de fonderie»;
b) usiné;
c) manufacturé (également nommé «en tôle soudée brute»).

Un tube de Venturi se compose d’un convergent d’entrée, relié à un col cylindrique qui est, à son tour,

relié à un évasement de forme tronconique appelé «divergent» (ou encore diffuseur). Les Venturi-

tuyères (et d’autres tuyères) font l’objet de l’ISO 5167-3.

NOTE Aux États-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé «tube de Herschel».

2 Références normatives

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

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

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

éventuels amendements).

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

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

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

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

1) Aux États-Unis, le tube de Venturi classique est parfois nommé «tube de Herschel».

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ISO 5167-4:2022(F)

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 donnés dans l’ISO 4006 et

dans l’ISO 5167-1 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/
4 Principes de la méthode de mesure et mode de calcul

Le principe de la méthode de mesure consiste à interposer un tube de Venturi sur le passage d’un

fluide s’écoulant en charge dans une conduite ce qui crée une pression différentielle statique entre

le côté amont et le col. Les géométries et les conceptions du tube de Venturi ont été soumises à des

essais approfondis sur une vaste gamme de conditions d’écoulement et se sont avérées présenter une

valeur reproductible de coefficient de décharge, C, dans les limites d’une incertitude donnée. Les tubes

de Venturi non étalonnés ayant l’un de ces géométries et conceptions, dans cette même gamme de

conditions d’écoulement, peuvent être utilisés pour déterminer le débit d’après la valeur mesurée de

cette pression différentielle et la connaissance des caractéristiques du fluide.
Le débit-masse peut être déterminé à l’aide de la Formule (1):
C π
q = ερdp2Δ (1)
m 1
4 4
1−β

Les limites d’incertitude peuvent être calculées en utilisant le mode opératoire indiqué dans

l’ISO 5167-1:2022, Article 8.
De même, la valeur du débit-volume peut être calculée d’après la formule:
q =

où ρ est la masse volumique du fluide à la température et à la pression pour lesquelles le volume est

donné.

Le calcul du débit, qui est un procédé purement arithmétique, est effectué par le remplacement des

différents termes situés à droite de la Formule (1) par leur valeur numérique. Le Tableau A.1 donne les

coefficients de détente des tubes de Venturi (ε). Ils ne sont pas prévus pour une interpolation précise.

L’extrapolation n’est pas permise.

Les diamètres d et D mentionnés dans la Formule (1) (étant donné que D est nécessaire pour calculer β)

sont les valeurs des diamètres dans les conditions de service. Il convient donc de corriger les valeurs d et

D mesurées dans d’autres conditions pour tenir compte de la dilatation ou de la contraction éventuelle

du diaphragme et de la conduite résultant des valeurs de la température et de la pression du fluide lors

du mesurage.

Il est nécessaire de connaître la masse volumique et la viscosité du fluide dans les conditions de service.

Dans le cas de fluide compressible, il est également nécessaire de connaître l’exposant isentropique du

fluide dans les conditions de service.
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ISO 5167-4:2022(F)
5 Tubes de Venturi classiques
5.1 Domaine d’application
5.1.1 Généralités

Le domaine d’application des tubes de Venturi classiques traités dans le présent document dépend de

leur mode de construction.

Trois types de tubes de Venturi classiques normalisés sont spécifiés selon la manière de réaliser la

surface intérieure du cône d’entrée et l’arrondi à l’intersection du cône d’entrée et du col. Ces trois

modes de réalisation sont décrits en 5.1.2 à 5.1.4 et les tubes de Venturi obtenus présentent des

caractéristiques légèrement différentes.

Il existe, pour chaque type, des limites pour la rugosité des surfaces intérieures et le nombre de

Reynolds.
5.1.2 Tube de Venturi classique à convergent «brut de fonderie»

Il s’agit d’un tube de Venturi classique coulé dans un moule en sable ou construit par toute autre

méthode laissant un fini de surface du cône d’entrée semblable à celui obtenu par moulage en sable. Le

col est usiné et les intersections entre les cylindres et les convergent et divergent sont arrondies.

Ce tube de Venturi classique peut être utilisé dans des conduites de 100 mm à 800 mm de diamètre et

pour des rapports des diamètres β compris entre 0,3 et 0,75 inclus.
5.1.3 Tube de Venturi classique à convergent usiné

Il s’agit d’un tube de Venturi classique coulé ou construit comme indiqué en 5.1.2, mais dont le cône

d’entrée est usiné comme le col et le cylindre d’entrée. Les intersections entre les cylindres et les

convergent et divergent peuvent être arrondies ou non.

Ce tube de Venturi classique peut être utilisé dans des conduites de 50 mm à 350 mm de diamètre et

pour des rapports des diamètres β compris entre 0,4 et 0,75 inclus.
5.1.4 Tube de Venturi classique à convergent manufacturé

Il s’agit d’un tube de Venturi classique normalement fabriqué par laminage d’une tôle (ou d’un autre

feuillard) pour former les sections du tube de Venturi, soudage pour obtenir les cylindres, convergent et

divergent, puis soudage entre eux. Il peut ne pas être usiné pour les grandes dimensions si la tolérance

requise en 5.2.4 peut être obtenue, mais le col est usiné pour les plus petites dimensions.

Ce tube de Venturi classique peut être utilisé dans des conduites de 200 mm à 1 200 mm de diamètre et

pour des rapports des diamètres β compris entre 0,4 et 0,7 inclus.
5.2 Forme générale
5.2.1 Généralités

La Figure 1 représente la coupe d’un tube de Venturi classique passant par l’axe du col. Les lettres dans

le texte renvoient aux repères correspondants à la Figure 1.

Le tube de Venturi classique se compose d’un cylindre d’entrée A suivi d’un convergent tronconique B,

d’un col cylindrique C et d’un divergent tronconique E. La surface intérieure de l’appareil est cylindrique

et de révolution autour de l’axe de la conduite. La coaxialité du convergent et du col cylindrique est

jugée par examen visuel.
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ISO 5167-4:2022(F)
5.2.2 Cylindre d’entrée

La longueur minimale du cylindre, mesurée à partir du plan contenant l’intersection du tronc de

convergent B avec le cylindre A, peut varier avec le mode de construction (voir 5.2.8 à 5.2.10). Il est

cependant recommandé de la choisir égale à D.

Le diamètre D du cylindre d’entrée doit être mesuré dans le plan des prises de pression amont. Le

nombre de mesurages doit être au moins égal à quatre, dont un doit être effectué à proximité de chaque

prise de pression. La moyenne arithmétique de toutes ces mesures doit être prise comme valeur de D

dans les calculs.

Ces diamètres doivent être également mesurés dans d’autres plans que celui des prises de pression.

Aucun diamètre du cylindre d’entrée ne doit différer de plus de 0,4 % de la valeur du diamètre moyen.

Cette exigence est satisfaite lorsque la différence de longueur de n’importe lequel des diamètres

mesurés la satisfait par rapport à la moyenne des diamètres mesurés.
Légende
1 cylindre d’entrée A Sens de l’écoulement.
2 convergent tronconique B 7° ≤ φ ≤ 15°.
3 col cylindrique C Voir 5.4.7.
4 divergent tronconique E
5 plans de raccordement
6 prises de pression amont
7 prises de pression au col
Figure 1 — Profil géométrique du tube de Venturi classique
5.2.3 Convergent

Le convergent B doit être tronconique et avoir un angle au sommet de 21 ± 1° pour tous les types de

tubes de Venturi classiques. Il est délimité, en amont, par le plan contenant l’intersection du tronc

de cône B avec le cylindre d’entrée A (ou de leurs prolongements) et, en aval, par le plan contenant

l’intersection du tronc de cône B avec le col C (ou de leurs prolongements).

La longueur totale du convergent B, mesurée parallèlement à l’axe de révolution du tube de Venturi, est

donc approximativement égale à 2,7(D − d).

Le convergent B est raccordé au cylindre d’entrée A par un congé de rayon R , dont la valeur dépend du

type du tube de Venturi classique.

Le profil du convergent doit être vérifié. L’écart du convergent ne doit dépasser en aucun point 0,004D.

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ISO 5167-4:2022(F)

On admet que la surface intérieure de la partie tronconique du convergent est de révolution si

deux diamètres situés dans un même plan perpendiculaire à l’axe de révolution ne diffèrent pas de plus

de 0,4 % de la valeur du diamètre
...

Questions, Comments and Discussion

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