ISO 6145-7:2009
(Main)Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods — Part 7: Thermal mass-flow controllers
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods — Part 7: Thermal mass-flow controllers
ISO 6145-7:2009 specifies a method for continuous production of calibration gas mixtures, containing two or more components, from pure gases or other gas mixtures by use of commercially available thermal mass-flow controllers. If this method is employed for the preparation of calibration gas mixtures, the optimum performance is as follows: the relative expanded uncertainty of measurement, U, obtained by multiplying the combined standard uncertainty by a coverage factor k = 2, is not greater than 2 %. If pre-mixed gases are used instead of pure gases, mole fractions below 10-6 can be obtained. The measurement of mass flow is not absolute and the flow controller requires independent calibration. The merits of the method are that a large quantity of the gas mixture can be prepared on a continuous basis and that multicomponent mixtures can be prepared as readily as binary mixtures if the appropriate number of thermal mass-flow controllers is utilized.
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques — Partie 7: Régulateurs thermiques de débit massique
L'ISO 6145‑7:2009 spécifie une méthode de production continue de mélanges de gaz pour étalonnage à au moins deux constituants, à partir de gaz purs ou d'autres mélanges de gaz, en utilisant les régulateurs thermiques de débit massique disponibles sur le marché. Si cette méthode est employée pour la préparation de mélanges de gaz pour étalonnage, la performance optimale est la suivante: l'incertitude élargie relative de mesurage, U, obtenue en multipliant l'incertitude type composée par un facteur d'élargissement k = 2, n'est pas supérieure à 2 %. Si l'on utilise des gaz mélangés au préalable à la place des gaz purs, il est possible d'obtenir des fractions molaires inférieures à 10-6. Le mesurage du débit massique n'étant alors pas suffisamment précis, le régulateur de débit doit faire l'objet d'un étalonnage indépendant. Cette méthode a pour principal mérite de permettre la préparation en continu d'un mélange de gaz en grande quantité ainsi que de rendre la préparation de mélanges à plusieurs constituants aussi simple que celle de mélanges ne comptant que deux constituants, à condition d'utiliser le bon nombre de régulateurs thermiques de débit massique.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6145-7
Second edition
2009-04-01
Gas analysis — Preparation of calibration
gas mixtures using dynamic volumetric
methods —
Part 7:
Thermal mass-flow controllers
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage
à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 7: Régulateurs thermiques de débit massique
Reference number
ISO 6145-7:2009(E)
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ISO 2009
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ISO 6145-7:2009(E)
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ISO 6145-7:2009(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Principle. 2
5 Set-up. 2
5.1 General. 2
5.2 Thermal mass-flow controller using a constant current supply. 2
5.3 Thermal mass-flow controller under constant temperature control . 3
6 Preparation of gas mixtures . 4
6.1 Description of the experimental procedure .4
6.2 Area of validity . 6
6.3 Operating conditions. 6
7 Calculations. 7
7.1 Volume fraction. 7
7.2 Sources of uncertainty. 7
7.3 Uncertainty of measurement . 8
Annex A (informative) Pre-mixed gases for preparation of mixtures of high dilution . 9
Annex B (informative) Practical hints. 10
Annex C (informative) Calculation of uncertainties. 12
Bibliography . 15
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ISO 6145-7:2009(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 6145-7 was prepared by Technical Committee ISO/TC 158, Analysis of gases.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 6145-7:2001). In preparation of the first edition,
it was assumed that each thermal mass-flow controller (TMC) would be configured for use at its optimum
performance, and the uncertainty in the method was estimated on that basis. In this edition, therefore, extra
precautionary text has been added to make it clear that the method shall not be employed, for example, to
make a 10:1 binary mixture by using two thermal mass-flow controllers of identical range with one operated at
its maximum, say, of 1 000 ml/min and the other at 100 ml/min. In the first edition, this necessary provision
was only stated briefly in an informative annex; it has now been expanded and stated more explicitly in a
normative part. Another major update is separation of the original Clause 3 into two clauses, one of which
(Clause 4) defines the principle while the other (Clause 5) presents additional explanation to the user. The
latter of these clauses now includes the necessary requirements. By introducing two new and relevant
bibliographic references, the understanding of Annex B has been improved. Finally, some typing errors have
been corrected.
ISO 6145 consists of the following parts, under the general title Gas analysis — Preparation of calibration gas
mixtures using dynamic volumetric methods:
⎯ Part 1: Methods of calibration
⎯ Part 2: Volumetric pumps
⎯ Part 4: Continuous syringe injection method
⎯ Part 5: Capillary calibration devices
⎯ Part 6: Critical orifices
⎯ Part 7: Thermal mass-flow controllers
⎯ Part 8: Diffusion method
⎯ Part 9: Saturation method
⎯ Part 10: Permeation method
⎯ Part 11: Electrochemical generation
ISO 6145-3, entitled Periodic injections into a flowing gas stream, has been withdrawn.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6145-7:2009(E)
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using
dynamic volumetric methods —
Part 7:
Thermal mass-flow controllers
1 Scope
This part of ISO 6145 is one of a series of International Standards dealing with dynamic volumetric methods
used for the preparation of calibration gas mixtures. This part specifies a method for continuous production of
calibration gas mixtures, containing two or more components, from pure gases or other gas mixtures by use of
commercially available thermal mass-flow controllers.
If this method is employed for the preparation of calibration gas mixtures, the optimum performance is as
follows: the relative expanded uncertainty of measurement, U, obtained by multiplying the combined standard
uncertainty by a coverage factor k = 2, is not greater than 2 %.
−6
If pre-mixed gases are used instead of pure gases, mole fractions below 10 can be obtained. The
measurement of mass flow is not absolute and the flow controller requires independent calibration.
The merits of the method are that a large quantity of the gas mixture can be prepared on a continuous basis
and that multicomponent mixtures can be prepared as readily as binary mixtures if the appropriate number of
thermal mass-flow controllers is utilized.
NOTE Gas-blending systems based upon thermal mass-flow controllers, some including the facility of
computerization and automatic control, are commercially available.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 6143, Gas analysis — Comparison methods for determining and checking the composition of calibration
gas mixtures
ISO 6145-1:2003, Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods —
Part 1: Methods of calibration
ISO 7504, Gas analysis — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7504 apply.
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ISO 6145-7:2009(E)
4 Principle
Continuous production of calibration gas mixtures, containing two or more components, from pure gases or
other gas mixtures by the use of commercially available thermal mass-flow controllers is described. By
adjusting the set-points on the flow controllers to pre-determined values, it is possible to change the
composition of the gas mixture rapidly and in a continuously variable manner. By selecting appropriate
combinations of thermal mass-flow controllers and with the use of pure gases, the volume fraction of the
component of interest in the complementary gas can be varied by a factor of 1 000.
5 Set-up
5.1 General
To prepare the gas mixture, each gaseous component is passed at a known, controlled flow rate, and at
constant pressure, from a calibrated thermal mass-flow controller. Use accurate flowmeters in measuring the
relevant flows in order to reach an acceptable measure of uncertainty regardless of the setting of the
mass-flow controller (see also ISO 6145-1:2003, Table 1).
A thermal mass-flow controller consists of a measuring unit for mass flow and a proportioning valve which is
controlled by an electronic unit (see also References [1] and [2]).
5.2 Thermal mass-flow controller using a constant current supply
The flowing gas is passed through a heater connected to a constant current supply and the temperature is
sensed upstream and downstream from the heater.
Figure 1 shows the principle of a thermal mass-flow controller: heater, temperature sensors and associated
circuitry. The two temperature sensors, one upstream and one downstream from the heater form two arms of
a Wheatstone bridge circuit, which is balanced to give a zero reading when there is no gas flow. When there is
a gas flow through the system, a temperature difference, ∆T, is established between the two sensors such that
the heat flux, Φ, is given by:
Φ=∆cTq (1)
pm
where
c is the heat capacity per unit mass, or molar heat capacity, of the gas at constant pressure;
p
q is the mass flow rate.
m
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Key
1 temperature sensor 1
2 temperature sensor 2
3 heater
4 gas supply
5 current supply
6 Wheatstone bridge
7 differential amplifier
8 signal readout
Figure 1 — Principle of a thermal mass-flow controller with constant current supply
The difference in temperature between sensors results in a potential difference across the Wheatstone bridge
circuit and thus a signal. The signal is compared with an adjustable reference voltage in a differential amplifier.
The resulting output signal is in turn used for operating a control valve to regulate the flow of gas.
5.3 Thermal mass-flow controller under constant temperature control
In this system (see Figure 2), the gas passes through three heaters in sequence, each of which is connected
to an arm of a self-regulating Wheatstone bridge. Instead of the difference in temperature being measured,
the input to each heater is such that the temperature distribution along the flow path is maintained uniform.
The Wheatstone bridge current is proportional to the heat loss and therefore proportional also to the mass
flow of the gas. The output signal is again used to operate a solenoid valve to control the mass flow rate.
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ISO 6145-7:2009(E)
Key
1 heater 1
2 heater 2
3 heater 3
4 gas supply
5 current supply
6 Wheatstone bridge
7 differential amplifier
8 signal readout
Figure 2 — Thermal mass-flow controller under constant temperature control
In the preparation of multicomponent mixtures, it is in general necessary to use one mass-flow controller for
each component. Dual-channel controllers are available and may be used in the preparation of binary
mixtures or, for example, in the preparation of mixtures of a given gas in air.
6 Preparation of gas mixtures
6.1 Description of the experimental procedure
A schematic diagram of the arrangement used for the preparation of binary mixtures is shown in Figure 3.
The pressure and temperature at the time of the calibration shall be recorded.
Depending on the gases to be mixed and the fact that they are not ideal, the volume fraction can be
somewhat influenced by the ambient pressure and temperature. The pressure and temperature at the time of
calibration of the analyser should be as near as possible to those prevalent at the time the thermal mass-flow
controllers were checked by the comparison method given in ISO 6143 (see 7.3).
Concentrations of calibration gas mixtures are normally expressed as volume fractions but manufacturers’
accuracy specifications for thermal mass-flow controllers are expressed in terms of percentage of the full
scale of the instrument. The relative expanded uncertainty of 2 %, which is quoted in the scope of this part of
ISO 6145, is 2 % of the volume fraction of the calibration component of the mixture. This value assumes
optimum use of each thermal mass-flow controller in the system, which means that each is operated at, or
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ISO 6145-7:2009(E)
very near to, its maximum flow rate. Thus, if a thermal mass-flow controller is operated at 10 % of full scale,
the expanded uncertainty expressed as a percentage of maximum flow (as distinct from relative expanded
uncertainty) can be ± 1 %, but, if it is expressed instead in terms of a percentage of the actual flow rate, the
expanded uncertainty becomes 10 %.
Key
Complementary gas: Calibration component:
1 cylinder of pressurized gas 7 cylinder of pressurized gas
2 pressure regulator 8 pressure regulator
3 shut-off valve 9 shut-off valve
4 filter against contamination 10 filter against contamination
5 thermal mass-flow controller 11 thermal mass-flow controller
6 shut-off valve 12 shut-off valve
13 mixing vessel
Figure 3 — Mixing apparatus for production of binary gas mixtures
by means of thermal mass-flow controllers
A binary mixture containing the calibration component at a volume fraction of 1:10 could be prepared using
two thermal mass-flow controllers, each of full scale 1 000 ml/min, by operating one at 100 ml/min and the
other at 1 000 ml/min. However, the expanded uncertainty in the flow rate of the former would be ± 10,00 % of
the flow rate and the relative expanded uncertainty in the volume fraction would be ± 10,05 %. To prepare the
mixture to a relative expanded uncertainty of 2 %, the mixture shall be prepared using one thermal mass-flow
controller of full-scale range 100 ml/min and the second one of full scale range 1 000 ml/min, both being
operated at very close to full scale.
The same requirement shall be observed relative to preparation of multicomponent mixtures.
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ISO 6145-7:2009(E)
NOTE 1 A method for which there is no requirement for calibration against external standards of gas flow rate or
volume fraction is described briefly in Annex B, and the reference to the publication which provides the complete
description is given in the Bibliography.
Gas cylinders (1) and (7) containing respectively the complementary gas and the calibration component are
connected to the thermal mass-flow controllers (5) and (11) through pressure regulators (2) and (8) and shut-
off valves (3) and (9). The two in-line filters (4) and (10) provide protection against contamination. The gases
from the flow controllers enter the mixing vessel (13).
1)
The recommended working range for the pressure regulators is 60 kPa [0,6 bar ] to 600 kPa (6,0 bar). The
pressure regulator for the gaseous component shall also be suitable for the particular component involved (e.g.
the diaphragm shall be o
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 6145-7
Deuxième édition
2009-04-01
Analyse des gaz — Préparation
des mélanges de gaz pour étalonnage
à l'aide de méthodes volumétriques
dynamiques —
Partie 7:
Régulateurs thermiques de débit
massique
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic
volumetric methods —
Part 7: Thermal mass-flow controllers
Numéro de référence
ISO 6145-7:2009(F)
©
ISO 2009
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ISO 6145-7:2009(F)
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Publié en Suisse
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ISO 6145-7:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Principe. 2
5 Configuration . 2
5.1 Généralités . 2
5.2 Régulateur thermique de débit massique utilisant un générateur de courant constant . 2
5.3 Régulateur thermique de débit massique opérant à température constante. 3
6 Préparation de mélanges de gaz. 4
6.1 Description du mode opératoire expérimental . 4
6.2 Zone de validité. 6
6.3 Conditions de fonctionnement. 7
7 Calculs . 7
7.1 Fraction volumique. 7
7.2 Sources d'incertitude . 7
7.3 Incertitude de mesure. 8
Annexe A (informative) Prémélanges gazeux utilisés pour la préparation de mélanges fortement
dilués. 9
Annexe B (informative) Conseils pratiques. 10
Annexe C (informative) Calcul des incertitudes. 12
Bibliographie . 15
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ISO 6145-7:2009(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 6145-7 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 158, Analyse des gaz.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 6145-7:2001). Lors de l'élaboration de la
première édition, on a supposé que chaque régulateur thermique de débit massique serait configuré pour être
utilisé à sa performance optimale et l'incertitude de la méthode a été estimée sur cette base. On a donc été
particulièrement prudent dans la présente édition et du texte a été ajouté pour indiquer clairement que la
méthode ne doit pas être appliquée, par exemple, pour constituer un mélange à deux constituants à 10:1 en
utilisant deux régulateurs thermiques de débit massique ayant un domaine de travail identique mais dont l'un
fonctionne à son maximum, disons de 1 000 ml/min, et l'autre à 100 ml/min. Dans la première édition, cette
disposition indispensable a été brièvement mentionnée uniquement dans une annexe informative; elle a
maintenant été développée et formulée de façon plus explicite dans une partie normative. La division de
l'Article 3 initial en deux articles, l'un (Article 4) définissant le principe et l'autre (Article 5) présentant une
explication supplémentaire destinée à l'utilisateur, constitue une autre mise à jour importante. Ce dernier
article comporte maintenant également les exigences nécessaires. L'introduction de deux nouvelles
références bibliographiques pertinentes améliore la compréhension de l'Annexe B. Enfin, certaines fautes de
frappe ont été corrigées.
L'ISO 6145 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Analyse des gaz — Préparation
des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques:
⎯ Partie 1: Méthodes d'étalonnage
⎯ Partie 2: Pompes volumétriques
⎯ Partie 4: Méthode continue par seringue d'injection
⎯ Partie 5: Dispositifs d'étalonnage par capillaires
⎯ Partie 6: Orifices critiques
⎯ Partie 7: Régulateurs thermiques de débit massique
⎯ Partie 8: Méthode par diffusion
iv © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 6145-7:2009(F)
⎯ Partie 9: Méthode par saturation
⎯ Partie 10: Méthode par perméation
⎯ Partie 11: Génération électrochimique
L'ISO 6145-3 intitulée Injections périodiques dans un flux gazeux a été supprimée.
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NORME INTERNATIONALE ISO 6145-7:2009(F)
Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour
étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 7:
Régulateurs thermiques de débit massique
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 6145 fait partie d'une série de Normes internationales qui traitent des méthodes
volumétriques dynamiques utilisées pour la préparation des mélanges de gaz pour étalonnage. La présente
partie spécifie une méthode de production continue de mélanges de gaz pour étalonnage à au moins deux
constituants, à partir de gaz purs ou d'autres mélanges de gaz, en utilisant les régulateurs thermiques de
débit massique disponibles sur le marché.
Si cette méthode est employée pour la préparation de mélanges de gaz pour étalonnage, la performance
optimale est la suivante: l'incertitude élargie relative de mesurage, U, obtenue en multipliant l'incertitude type
composée par un facteur d'élargissement k = 2, n'est pas supérieure à 2 %.
Si l'on utilise des gaz mélangés au préalable à la place des gaz purs, il est possible d'obtenir des fractions
−6
molaires inférieures à 10 . Le mesurage du débit massique n'étant alors pas suffisamment précis, le
régulateur de débit doit faire l'objet d'un étalonnage indépendant.
Cette méthode a pour principal mérite de permettre la préparation en continu d'un mélange de gaz en grande
quantité ainsi que de rendre la préparation de mélanges à plusieurs constituants aussi simple que celle de
mélanges ne comptant que deux constituants, à condition d'utiliser le bon nombre de régulateurs thermiques
de débit massique.
NOTE Des systèmes permettant le mélange des gaz à partir de régulateurs thermiques de débit massique existent
dans le commerce, certains offrant la possibilité d'informatiser et d'automatiser les commandes.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence (y compris les éventuels amendements) s'applique.
ISO 6143, Analyse des gaz — Méthodes comparatives pour la détermination et la vérification de la
composition des mélanges de gaz pour étalonnage
ISO 6145-1:2003, Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de
méthodes volumétriques dynamiques — Partie 1: Méthodes d'étalonnage
ISO 7504, Analyse des gaz — Vocabulaire
© ISO 2009 – Tous droits réservés 1
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ISO 6145-7:2009(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 7504 s'appliquent.
4 Principe
La production continue de mélanges de gaz pour étalonnage à au moins deux constituants, à partir de gaz
purs ou d'autres mélanges de gaz, en utilisant les régulateurs thermiques de débit massique disponible sur le
marché, est décrite. Le réglage des points de consigne sur les régulateurs de débit à des valeurs
prédéterminées permet de modifier rapidement et de manière continûment variable la composition du
mélange de gaz. En choisissant des combinaisons appropriées de régulateurs thermiques de débit massique
et en utilisant des gaz purs, il est possible de faire varier d'un facteur de 1 000 la fraction volumique du
constituant ciblé dans le gaz de complément.
5 Configuration
5.1 Généralités
Pour préparer le mélange de gaz, chaque constituant gazeux sort du régulateur thermique de débit massique
étalonné à un débit contrôlé connu et à pression constante. Utiliser des débitmètres précis lors du mesurage
des débits afin d'obtenir une mesure acceptable de l'incertitude, quel que soit le réglage du régulateur de
débit massique (voir également l'ISO 6145-1:2003, Tableau 1).
Un régulateur thermique de débit massique est constitué d'une unité de mesurage du débit massique et d'une
vanne de mélange à commande électronique (voir également les Références [1] et [2]).
5.2 Régulateur thermique de débit massique utilisant un générateur de courant constant
Le débit gazeux traverse un dispositif de chauffage raccordé à un générateur de courant constant, deux
capteurs mesurant la température en amont et en aval du dispositif de chauffage.
La Figure 1 présente le principe d'un régulateur thermique de débit massique: dispositif de chauffage,
capteurs de température et circuits qui leur sont associés. Les deux capteurs de température, situés l'un en
amont l'autre en aval du dispositif de chauffage, forment les deux bras du circuit du pont de Wheatstone, réglé
pour afficher «zéro» en l'absence de débit. Lorsqu'un flux gazeux passe dans le circuit, une différence de
température, ∆T, se crée entre les deux capteurs, produisant un flux calorifique, Φ, donné par:
Φ=∆cTq (1)
pm
où
c est la capacité thermique par unité de masse, ou capacité thermique molaire, du gaz à pression
p
constante;
q est le débit massique.
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ISO 6145-7:2009(F)
Légende
1 capteur de température 1
2 capteur de température 2
3 dispositif de chauffage
4 alimentation en gaz
5 alimentation électrique
6 pont de Wheatstone
7 amplificateur différentiel
8 affichage du signal
Figure 1 — Principe d'un régulateur thermique de débit massique
avec générateur de courant constant
La différence de température entre les capteurs conduit à une différence de potentiel dans le circuit du pont
de Wheatstone et donc à un signal. Le signal est comparé à une tension de référence réglable dans un
amplificateur différentiel. Le signal de sortie qui en résulte actionne à son tour une vanne de régulation qui
règle le débit du gaz.
5.3 Régulateur thermique de débit massique opérant à température constante
Dans ce système (voir Figure 2), le gaz traverse trois dispositifs de chauffage montés en série, chacun d'eux
étant raccordé à l'un des bras du pont de Wheatstone autorégulateur. Au lieu de mesurer une différence de
température, la tension à l'entrée de chaque dispositif de chauffage est réglée de façon à obtenir une
répartition uniforme de la température le long du flux de gaz. Le courant à la sortie du pont de Wheatstone est
proportionnel à la perte calorifique et donc au débit massique du gaz. Le signal de sortie est à nouveau utilisé
pour actionner la vanne solénoïde permettant de réguler le débit massique.
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ISO 6145-7:2009(F)
Légende
1 dispositif de chauffage 1
2 dispositif de chauffage 2
3 dispositif de chauffage 3
4 alimentation en gaz
5 alimentation électrique
6 pont de Wheatstone
7 amplificateur différentiel
8 affichage du signal
Figure 2 — Régulateur thermique de débit massique opérant à température constante
La préparation de mélanges à plusieurs constituants implique généralement l'utilisation d'un régulateur de
débit massique par constituant. Il existe des régulateurs à deux canaux qui peuvent être utilisés pour préparer
des mélanges à deux constituants ou encore des mélanges d'air avec un gaz donné.
6 Préparation de mélanges de gaz
6.1 Description du mode opératoire expérimental
La Figure 3 représente schématiquement le système permettant la préparation des mélanges à deux
constituants.
La pression et la température doivent être enregistrées au moment de l'étalonnage.
En fonction des gaz à mélanger et du fait qu'ils ne sont pas parfaits, la pression et la température ambiantes
peuvent avoir une certaine incidence sur la fraction volumique. Au moment de l'étalonnage de l'analyseur, il
convient que la pression et la température soient aussi proches que possible de celles prévalant au moment
du contrôle des régulateurs thermiques de débit massique selon la méthode comparative de l'ISO 6143
(voir 7.3).
Les concentrations des mélanges de gaz pour étalonnage sont normalement exprimées en fractions
volumiques mais des spécifications de précision des fabricants concernant les régulateurs thermiques de
débit massique sont exprimées en pourcentage de la pleine échelle de l'instrument. L'incertitude élargie
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relative de 2 % mentionnée dans le domaine d'application de la présente partie de l'ISO 6145 correspond à
2 % de la fraction volumique du composant d'étalonnage dans le mélange. Cette valeur suppose une
utilisation optimale de chaque régulateur thermique de débit massique dans le système, ce qui signifie que
chacun fonctionne à son débit maximal ou à un débit très proche de celui-ci. Ainsi, si un régulateur thermique
de débit massique fonctionne à 10 % de la pleine échelle, l'incertitude élargie, exprimée en pourcentage du
débit maximal (distincte de l'incertitude élargie relative), peut être de ± 1 %; exprimée par contre en termes de
pourcentage du débit réel, elle est alors de 10 %.
Légende
Gaz de complément: Constituant d'étalonnage:
1 bouteille de gaz sous pression 7 bouteille de gaz sous pression
2 régulateur de pression 8 régulateur de pression
3 vanne d'arrêt 9 vanne d'arrêt
4 filtre protégeant contre d'éventuelles contaminations 10 filtre protégeant contre d'éventuelles contaminations
5 régulateur thermique de débit massique 11 régulateur thermique de débit massique
6 vanne d'arrêt 12 vanne d'arrêt
13 chambre de mélange
Figure 3 — Appareil de mélange permettant la production de mélanges de gaz à deux constituants
au moyen de régulateurs thermiques de débit massique
Un mélange à deux constituants contenant le constituant d'étalonnage à une fraction volumique de 1:10
pourrait être préparé à l'aide de deux régulateurs thermiques de débit massique, chacun de 1 000 ml/min en
pleine échelle, en faisant fonctionner l'un à 100 ml/min et l'autre à 1 000 ml/min. Toutefois, l'incertitude élargie
du débit du premier serait de ± 10,00 % du débit et l'incertitude élargie relative de la fraction volumique serait
de ± 10,05 %. Pour obtenir une incertitude élargie relative de 2 %, le mélange doit être préparé à l'aide de
deux régulateurs thermiques de débit massique, le premier ayant une étendue complète de 100 ml/min et le
second de 1 000 ml/min, tous deux fonctionnant très près de la pleine échelle.
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La même exigence doit être respectée en ce qui concerne la préparation des mélanges à plusieurs
constituants.
NOTE 1 L'Annexe B décrit brièvement une méthode pour laquelle il n'y a aucune exigence relative à l'étalonnage par
rapport à des étalons externes de débit gazeux ou de fraction volumique, la référence à la publication qui en donne une
description complète figurant dans la Bibliographie.
Les bouteilles de gaz (1) et (7) contenant respectivement le gaz de complément et le constituant d'étalonnage
sont raccordées aux régulateurs thermiques de débit massique (5) et (11) via les régulateurs de pression (2)
et (8) et les vannes d'arrêt (3) et (9). Les deux filtres (4) et (10), montés en ligne, protègent le système contre
une éventuelle contamination. Les gaz sortent des régulateurs de débit pour entrer dans la chambre de
mélange (13).
1)
Le domaine de travai
...
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