SIST EN ISO 9300:2022
(Main)Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles (ISO 9300:2022)
Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles (ISO 9300:2022)
This document specifies the geometry and method of use (installation in a system and operating
conditions) of critical flow nozzles (CFNs) used to determine the mass flow rate of a gas flowing through
a system basically without the need to calibrate the CFN. It also gives the information necessary for
calculating the flow rate and its associated uncertainty.
This document is applicable to nozzles in which the gas flow accelerates to the critical velocity at the
minimum flowing section, and only where there is steady flow of single-phase gas. When the critical
velocity is attained in the nozzle, the mass flow rate of the gas flowing through the nozzle is the
maximum possible for the existing inlet condition, while the CFN can only be used within specified
limits, e.g. the CFN throat to inlet diameter ratio and Reynolds number. This document deals with the
toroidal- and cylindrical-throat CFNs for which direct calibration experiments have been made in
sufficient number to enable the resulting coefficients to be used with certain predictable limits of
uncertainty.
Durchflussmessung von Gasen mit Venturidüsen bei kritischer Strömung (ISO 9300:2022)
Dieses Dokument legt die geometrische Gestalt und die Betriebsweise (Einbau in ein System und Betriebsbedingungen) von Düsen bei kritischer Strömung (CFNs, en: critical flow nozzles) fest, die den Massendurchfluss eines durch ein System strömenden Gases bestimmen, ohne die CFN grundsätzlich zu kalibrieren. Es enthält außerdem die notwendigen Angaben für die Berechnung des Durchflusses und der zugehörigen Unsicherheit.
Dieses Dokument gilt für Düsen, in denen das Gas im kleinsten Strömungsquerschnitt auf die kritische Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt wird und eine gleichbleibende Strömung nur für einphasiges Gas vorliegt. Bei Erreichen der kritischen Geschwindigkeit in der Düse hat der Massendurchfluss des durch die Düse strömenden Gases unter den auf der Einlaufseite vorhandenen Bedingungen sein Maximum, wobei die CFN nur innerhalb festgelegter Grenzen eingesetzt werden kann, z. B. das Verhältnis von Halsteil der CFN zum Durchmesser des Einlaufrohrs und Reynolds-Zahl. Dieses Dokument behandelt CFNs mit Toroid- und Zylinderhals, die in ausreichend häufigen Versuchen direkt kalibriert wurden, wodurch die sich draus ergebenden Koeffizienten mit vorhersagbaren Grenzwerten für die Unsicherheit angewendet werden können.
Mesurage de débit de gaz au moyen de tuyères en régime critique (ISO 9300:2022)
Le présent document spécifie la géométrie et le mode d’emploi (installation dans un circuit et conditions opératoires) de tuyères en régime critique (CFN) utilisées pour déterminer le débit-masse de gaz traversant le circuit sans besoins d'étalonner la CFN. Il donne également les informations nécessaires au calcul du débit et de l’incertitude associée.
Le présent document s’applique aux tuyères au sein desquelles l’écoulement gazeux est accéléré jusqu’à atteindre la vitesse critique à la section d’écoulement minimum et uniquement lorsqu’il existe un écoulement stationnaire monophasique de gaz. Lorsque la vitesse critique est atteinte dans la tuyère, le débit-masse du gaz traversant la tuyère est le plus grand débit-masse possible pour les conditions existant à l’entrée, tandis que les CFN peuvent être utilisées uniquement à l’intérieur des limites spécifiées, par exemple pour le rapport du diamètre au col au diamètre à l’entrée de la CFN et pour le nombre de Reynolds. Le présent document traite des CFN à col toroïdal et cylindrique pour lesquelles des étalonnages directs ont été effectués en nombre suffisant, pour permettre de déterminer les coefficients avec une marge prévisible d’incertitude.
Merjenje pretoka plina na podlagi kritičnega toka v Venturijevi šobi (ISO 9300:2022)
Ta dokument določa geometrijo in metodo uporabe (namestitev v sistem in pogoji delovanja) kritičnega toka v Venturijevih šobah (CFN), ki se uporabljajo za določanje masnega pretoka plina skozi sistem načeloma brez potrebe po umerjanju kritičnega toka v Venturijevi šobi. Podaja tudi informacije, potrebne za izračunavanje pretoka in z njim povezane negotovosti.
Ta dokument se uporablja za šobe, v katerih se pretok plina na minimalnem pretočnem delu pospeši do kritične hitrosti, in le pri enakomernem pretoku enofaznega plina. Ko je v šobi dosežena kritična hitrost, je masni pretok plina skozi šobo največji možni za obstoječe vhodne razmere, kritični tok v Venturijevi šobi pa se lahko uporablja le v določenih mejah, opredeljenih npr. z razmerjem med grlom šobe in vhodnim premerom ter z Reynoldsovim številom. Ta dokument obravnava kritični tok v Venturijevih šobah s toroidnim in valjastim grlom, za katere so bili izvedeni poskusi neposrednega umerjanja v zadostnem številu, da se lahko pridobljeni koeficienti uporabljajo z določenimi predvidljivimi mejami negotovosti.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
SLOVENSKI STANDARD
SIST EN ISO 9300:2022
01-september-2022
Nadomešča:
SIST EN ISO 9300:2005
Merjenje pretoka plina na podlagi kritičnega toka v Venturijevi šobi (ISO 9300:2022)
Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles (ISO 9300:2022)
Durchflussmessung von Gasen mit Venturidüsen bei kritischer Strömung (ISO
9300:2022)
Mesurage de débit de gaz au moyen de tuyères en régime critique (ISO 9300:2022)
Ta slovenski standard je istoveten z: EN ISO 9300:2022
ICS:
17.120.10 Pretok v zaprtih vodih Flow in closed conduits
SIST EN ISO 9300:2022 de
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST EN ISO 9300:2022
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SIST EN ISO 9300:2022
EN ISO 9300
EUROPEAN STANDARD
NORME EUROPÉENNE
June 2022
EUROPÄISCHE NORM
ICS 17.120.10 Supersedes EN ISO 9300:2005
English Version
Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles
(ISO 9300:2022)
Mesurage de débit de gaz au moyen de tuyères en Durchflussmessung von Gasen mit Venturidüsen bei
régime critique (ISO 9300:2022) kritischer Strömung (ISO 9300:2022)
This European Standard was approved by CEN on 17 June 2022.
CEN members are bound to comply with the CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate the conditions for giving this
European Standard the status of a national standard without any alteration. Up-to-date lists and bibliographical references
concerning such national standards may be obtained on application to the CEN-CENELEC Management Centre or to any CEN
member.
This European Standard exists in three official versions (English, French, German). A version in any other language made by
translation under the responsibility of a CEN member into its own language and notified to the CEN-CENELEC Management
Centre has the same status as the official versions.
CEN members are the national standards bodies of Austria, Belgium, Bulgaria, Croatia, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia,
Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway,
Poland, Portugal, Republic of North Macedonia, Romania, Serbia, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland, Turkey and
United Kingdom.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION
COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION
EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG
CEN-CENELEC Management Centre: Rue de la Science 23, B-1040 Brussels
© 2022 CEN All rights of exploitation in any form and by any means reserved Ref. No. EN ISO 9300:2022 E
worldwide for CEN national Members.
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SIST EN ISO 9300:2022
EN ISO 9300:2022 (E)
Contents Page
European foreword . 3
2
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SIST EN ISO 9300:2022
EN ISO 9300:2022 (E)
European foreword
This document (EN ISO 9300:2022) has been prepared by Technical Committee ISO/TC 30
"Measurement of fluid flow in closed conduits" in collaboration with CCMC.
This European Standard shall be given the status of a national standard, either by publication of an
identical text or by endorsement, at the latest by December 2022, and conflicting national standards
shall be withdrawn at the latest by December 2022.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. CEN shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
This document supersedes EN ISO 9300:2005.
Any feedback and questions on this document should be directed to the users’ national standards
body/national committee. A complete listing of these bodies can be found on the CEN website.
According to the CEN-CENELEC Internal Regulations, the national standards organizations of the
following countries are bound to implement this European Standard: Austria, Belgium, Bulgaria,
Croatia, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Iceland,
Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Republic of
North Macedonia, Romania, Serbia, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland, Turkey and the
United Kingdom.
Endorsement notice
The text of ISO 9300:2022 has been approved by CEN as EN ISO 9300:2022 without any modification.
3
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SIST EN ISO 9300:2022
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SIST EN ISO 9300:2022
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9300
Third edition
2022-06
Measurement of gas flow by means of
critical flow nozzles
Mesurage de débit de gaz au moyen de tuyères en régime critique
Reference number
ISO 9300:2022(E)
© ISO 2022
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2022
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
© ISO 2022 – All rights reserved
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
Contents Page
Foreword . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Pressure . 1
3.2 Temperature . 2
3.3 Nozzle . 2
3.4 Flow . 3
3.5 Flow rate . 4
3.6 Gas . 5
4 Symbols and abbreviations . 6
5 Basic equations . 9
5.1 Gas behaviour . 9
5.1.1 Isentropic process . 9
5.1.2 State equation . 9
5.2 Isentropic flow of a perfect gas . 9
5.2.1 Flowing area . 9
5.2.2 Static pressure . 9
5.2.3 Static temperature . 10
5.3 Theoretical variables at the critical point . 10
5.3.1 General . 10
5.3.2 Critical pressure . 10
5.3.3 Critical temperature . 10
5.3.4 Critical density . 10
5.3.5 Critical velocity . 10
5.4 Theoretical mass flow rates . 10
5.4.1 General . 10
5.4.2 Theoretical mass flow rate of a perfect gas . 10
5.4.3 Theoretical mass flow rate of real gas . 11
5.5 Mass flow rate . 11
6 General requirements . 11
7 Applications for which the method is suitable . 12
8 CFN . 12
8.1 General requirements for both the standard CFN types . 12
8.1.1 General . 12
8.1.2 Materials . 12
8.1.3 Contraction and throat . 13
8.1.4 Diffuser . 13
8.2 Requirements for each standard types of CFN . 14
8.2.1 Standard CFNs . Error! Bookmark not defined.
8.2.2 Toroidal-throat CFN . 15
8.2.3 Cylindrical-throat CFN . 16
9 Installation requirements . 18
9.1 General requirements for both the standard configurations . 18
9.1.1 Standard configurations . 18
9.1.2 Upstream pressure tapping . 18
9.1.3 Downstream pressure tapping . 19
© ISO 2022 – All rights reserved iii
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
9.1.4 Temperature measurement . 19
9.1.5 Density measurement . 20
9.1.6 Drain hole . 20
9.1.7 Downstream condition . 20
9.2 Pipe configuration . 21
9.2.1 General . 21
9.2.2 Upstream pipe . 21
9.2.3 Pressure measurement . 22
9.2.4 Temperature measurement . 22
9.3 Chamber configuration . 23
9.3.1 General . 23
9.3.2 Upstream chamber . 23
9.3.3 Pressure measurement . 23
9.3.4 Temperature measurement . 23
9.3.5 Back-pressure ratio . 23
10 Calculations . 23
10.1 General . 23
10.2 Calculation of mass flow rate, q . 23
m
10.3 Calculation of discharge coefficient, C . 24
d
10.4 Calculation of critical flow function, C* or C* . 25
D
10.5 Conversion of measured pressure into stagnation pressure . 25
10.6 Conversion of measured temperature into stagnation temperature. 25
10.7 Calculation of viscosity . 25
11 Estimation of critical back-pressure ratio. 26
5
11.1 For a traditional diffuser at Reynolds numbers higher than 2 × 10 . 26
11.2 For any diffuser at low Reynolds numbers . 27
11.3 For CFNs without diffuser or with very short diffuser . 28
12 Uncertainties in the measurement of flow rate . 28
12.1 General . 28
12.2 Practical computation of uncertainty . 29
12.3 Correlated uncertainty components . 30
(informative) Discharge coefficient values . 32
(informative) Critical flow function . 34
(informative) Critical flow function values — Pure gases and air . 37
(informative) Computation of critical mass flux for critical flow nozzles with high
nozzle throat to upstream pipe diameter ratio, β > 0,25 . 62
(informative) Diameter correction method . 66
(informative) Adjustment of discharge coefficient curve on a data set . 71
(informative) Discharge coefficient . 79
(informative) Critical back pressure ratio . 84
(informative) Viscosity values – Pure gases and air . 92
(informative) Supplement . 108
Bibliography . 116
iv © ISO 2022 – All rights reserved
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(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 9300 was prepared by Technical Committee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,
Subcommittee SC 2, Pressure differential devices, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/SS F05, Measuring instruments, in accordance with
the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 9300:2005), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— the discharge coefficient curve is given by a single equation each for the toroidal- and cylindrical-
throat critical flow nozzles (CFNs) that covers both the laminar and turbulent boundary layer
regimes;
— the discharge coefficient curve of the cylindrical-throat CFN is updated based on the recent
experimental and theoretical data;
— the quadrant CFN and detachable diffuser are introduced;
— the basic equations used to measure the discharge coefficient are listed;
— the premature unchoking phenomenon is explained to give attention to the unpredictable
unchoking at low Reynolds numbers;
— REFPROP is introduced for the calculations of critical flow function and viscosity as well as their
fitted curves are given for some pure gases and air;
© ISO 2022 – All rights reserved v
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
— the diameter correction method is introduced to fit the experimental discharge coefficient data to a
reference curve;
— the detailed method to match the discharge coefficient curve on an experimental data set is
described;
— the background of the specifications is given.
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.
vi © ISO 2022 – All rights reserved
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SIST EN ISO 9300:2022
INTERNATIONAL STANDARD ISO 9300:2022(E)
Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles
1 Scope
This document specifies the geometry and method of use (installation in a system and operating
conditions) of critical flow nozzles (CFNs) used to determine the mass flow rate of a gas flowing through
a system basically without the need to calibrate the CFN. It also gives the information necessary for
calculating the flow rate and its associated uncertainty.
This document is applicable to nozzles in which the gas flow accelerates to the critical velocity at the
minimum flowing section, and only where there is steady flow of single-phase gas. When the critical
velocity is attained in the nozzle, the mass flow rate of the gas flowing through the nozzle is the
maximum possible for the existing inlet condition, while the CFN can only be used within specified
limits, e.g. the CFN throat to inlet diameter ratio and Reynolds number. This document deals with the
toroidal- and cylindrical-throat CFNs for which direct calibration experiments have been made in
sufficient number to enable the resulting coefficients to be used with certain predictable limits of
uncertainty.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions 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/
3.1 Pressure
3.1.1
static pressure
pressure of the flowing gas (see Annex J)
Note 1 to entry: The static pressure is measured through a wall pressure tapping (3.1.3).
3.1.2
stagnation pressure
pressure which would exist in a flowing gas stream if the stream were brought to rest by an isentropic
process
© ISO 2022 – All rights reserved 1
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
3.1.3
wall pressure tapping
hole drilled in the wall of a conduit to measure the static pressure (3.1.1) of the flowing gas in the
conduit
3.2 Temperature
3.2.1
static temperature
temperature of the flowing gas (see Annex J)
Note 1 to entry: The static temperature cannot be measured exactly by a temperature sensor fixed in the conduit .
3.2.2
stagnation temperature
temperature which would exist in a flowing gas stream if the stream were brought to rest by an
isentropic process (see Annex J).
3.2.3
recovery temperature (wall temperature, measured temperature)
temperature of the gas touching the wall (see Annex J)
Note 1 to entry: The temperature sensor fixed on a conduit measures the recovery temperature.
3.3 Nozzle
3.3.1
contraction
portion of the nozzle (3.3.5) upstream of the throat (3.3.2) intended to accelerate the flow and attain the
supposed flow field at the critical point (3.4.4)
3.3.2
throat
portion of the nozzle (3.3.5) where the cross section is minimum
Note 1 to entry: This document deals with nozzles with toroidal- and cylindrical-throats.
3.3.3
diffuser
divergent portion of the nozzle (3.3.5) behind the throat (3.3.2) intended to recover the pressure
3.3.4
traditional diffuser
frustum diffuser (3.3.3) machined as one piece
3.3.5
nozzle
device inserted in a system intended to use for measurement of the flow rate through system, which
consists of contraction (3.3.1) and throat (3.3.2), or contraction (3.3.1), throat (3.3.2), and diffuser
(3.3.3)
3.3.6
critical flow nozzle
CFN
nozzle (3.3.5) that attains the critical flow (3.4.2)
2 © ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 14 ----------------------
SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
3.3.7
normal precision nozzle
NPN
nozzle (3.3.5) machined by a lathe, with the surface polished to achieve the desired roughness
3.3.8
high precision nozzle
HPN
nozzle (3.3.5) machined by a lathe that can achieve mirror finish without polishing the surface, thus it
has the form exactly as designed
3.4 Flow
3.4.1
isentropic flow
theoretical flow along which the thermodynamic process is adiabatic and reversible (see Annex J)
3.4.2
critical flow
flow in a nozzle (3.3.5) that has attained the maximum flow rate of the nozzle (3.3.5) for a given set of
inlet conditions (see Annex J)
3.4.3
choke
attaining the critical flow (3.4.2) in a nozzle (3.3.5) (see Annex J)
3.4.4
critical point
location in the CFN (3.3.6) where the flow attains the critical velocity (3.4.11)
3.4.5
critical pressure
p *
static pressure (3.1.1) at the critical point (3.4.4) (see Annex J)
3.4.6
critical pressure of perfect gas
p *
P
theoretical static pressure (3.1.1) at the critical point (3.4.4) assuming the isentropic flow (3.4.1) of
perfect gas (3.6.1)
3.4.7
critical temperature
T *
static temperature (3.2.1) at the critical point (3.4.4)
3.4.8
critical temperature of perfect gas
T *
P
theoretical static temperature (3.2.1) at the critical point (3.4.4) assuming the isentropic flow (3.4.1) of
perfect gas (3.6.1)
© ISO 2022 – All rights reserved 3
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SIST EN ISO 9300:2022
ISO 9300:2022(E)
3.4.9
critical density
ρ*
density at the critical point (3.4.4)
3.4.10
critical density of perfect gas
ρ *
P
theoretical density at the critical point (3.4.4) assuming the isentropic flow (3.4.1) of perfect gas (3.6.1)
3.4.11
critical velocity
c*
flow velocity at the critical point (3.4.4) (see Annex J)
3.4.12
critical velocity of perfect gas
c*
P
theoretical flow velocity at the critical point (3.4.4) assuming the isentropic flow (3.4.1) of perfect gas
(3.6.1)
3.5 Flow rate
3.5.1
mass flow rate
q
m
mass of the gas passing through the CFN (3.3.6) per unit time
Note 1 to entry: In this document,
...
SLOVENSKI STANDARD
oSIST prEN ISO 9300:2021
01-september-2021
Merjenje pretoka plina na podlagi kritičnega toka v Venturijevi šobi (ISO/DIS
9300:2021)
Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles (ISO/DIS 9300:2021)
Durchflussmessung von Gasen mit Venturidüsen bei kritischer Strömung (ISO/DIS
9300:2021)
Mesure de débit de gaz au moyen de Venturi-tuyères en régime critique (ISO/DIS
9300:2021)
Ta slovenski standard je istoveten z: prEN ISO 9300
ICS:
17.120.10 Pretok v zaprtih vodih Flow in closed conduits
oSIST prEN ISO 9300:2021 de
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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oSIST prEN ISO 9300:2021
---------------------- Page: 2 ----------------------
oSIST prEN ISO 9300:2021
ENTWURF
EUROPÄISCHE NORM
prEN ISO 9300
EUROPEAN STANDARD
NORME EUROPÉENNE
Juli 2021
ICS 17.120.10 Vorgesehen als Ersatz für EN ISO 9300:2005
Deutsche Fassung
Durchflussmessung von Gasen mit Venturidüsen bei
kritischer Strömung (ISO/DIS 9300:2021)
Measurement of gas flow by means of critical flow Mesure de débit de gaz au moyen de Venturi-tuyères en
nozzles (ISO/DIS 9300:2021) régime critique (ISO/DIS 9300:2021)
Dieser Europäische Norm-Entwurf wird den CEN-Mitgliedern zur parallelen Umfrage vorgelegt. Er wurde vom Technischen
Komitee CEN/SS F05 erstellt.
Wenn aus diesem Norm-Entwurf eine Europäische Norm wird, sind die CEN-Mitglieder gehalten, die CEN-Geschäftsordnung zu
erfüllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europäischen Norm ohne jede Änderung der Status einer
nationalen Norm zu geben ist.
Dieser Europäische Norm-Entwurf wurde von CEN in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Französisch) erstellt. Eine
Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch Übersetzung in seine
Landessprache gemacht und dem CEN-CENELEC-Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die
offiziellen Fassungen.
CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland,
Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen,
Österreich, Polen, Portugal, der Republik Nordmazedonien, Rumänien, Schweden, der Schweiz, Serbien, der Slowakei, Slowenien,
Spanien, der Tschechischen Republik, der Türkei, Ungarn, dem Vereinigten Königreich und Zypern.
Die Empfänger dieses Norm-Entwurfs werden gebeten, mit ihren Kommentaren jegliche relevante Patentrechte, die sie kennen,
mitzuteilen und unterstützende Dokumentationen zur Verfügung zu stellen.
Warnvermerk : Dieses Schriftstück hat noch nicht den Status einer Europäischen Norm. Es wird zur Prüfung und Stellungnahme
vorgelegt. Es kann sich noch ohne Ankündigung ändern und darf nicht als Europäischen Norm in Bezug genommen werden.
EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION
COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION
CEN-CENELEC Management-Zentrum: Rue de la Science 23, B-1040 Brüssel
© 2021 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Ref. Nr. prEN ISO 9300:2021 D
Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN
vorbehalten.
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Inhalt
Seite
Europäisches Vorwort. 5
Vorwort . 6
1 Anwendungsbereich . 7
2 Normative Verweisungen . 7
3 Begriffe . 7
4 Symbole und Abkürzungen . 12
5 Grundgleichungen . 15
5.1 Gasverhalten. 15
5.1.1 Isentroper Prozess . 15
5.1.2 Zustandsgleichung. 16
5.2 Isentrope Strömung eines idealen Gases . 16
5.2.1 Strömungsquerschnitt . 16
5.2.2 Statischer Druck . 16
5.2.3 Statische Temperatur. 16
5.3 Theoretische Variablen am kritischen Punkt . 16
5.3.1 Allgemeines. 16
5.3.2 Kritischer Druck. 16
5.3.3 Kritische Temperatur . 16
5.3.4 Kritische Dichte . 17
5.3.5 Kritische Geschwindigkeit. 17
5.4 Theoretischer Massendurchfluss . 17
5.4.1 Allgemeines. 17
5.4.2 Theoretischer Massendurchfluss eines idealen Gases . 17
5.4.3 Theoretischer Massendurchfluss eines realen Gases . 17
5.5 Massendurchfluss . 17
6 Allgemeine Anforderungen. 18
7 Anwendungen, für die das Messverfahren geeignet ist . 18
8 CFN . 19
8.1 Allgemeine Anforderungen an beide Standardausführungen . 19
8.1.1 Allgemeines. 19
8.1.2 Werkstoffe . 19
8.1.3 Engstelle und Halsteil. 19
8.1.4 Diffusor . 20
8.2 Anforderungen an die Standardausführungen. 20
8.2.1 Standard-CFNs. 20
8.2.2 CFN mit Toroidhals. 21
8.2.3 CFN mit Zylinderhals . 22
9 Einbauanforderungen . 24
9.1 Allgemeine Anforderungen an beide Standardkonfigurationen . 24
9.1.1 Standardkonfigurationen . 24
9.1.2 Druckentnahmestelle im Einlaufrohr . 24
9.1.3 Druckentnahmestelle am Auslaufrohr . 25
9.1.4 Messung der Temperatur . 25
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9.1.5 Messung der Dichte.26
9.1.6 Entleerungsbohrung .26
9.1.7 Bedingungen im Nachlaufrohr .26
9.2 Rohrkonfiguration .26
9.2.1 Allgemeines .26
9.2.2 Einlaufrohr.26
9.2.3 Messung des Drucks .27
9.2.4 Messung der Temperatur .28
9.3 Kammerkonfiguration.28
9.3.1 Allgemeines .28
9.3.2 Einlaufkammer.28
9.3.3 Messung des Drucks .28
9.3.4 Messung der Temperatur .28
9.3.5 Ausgangsdruckverhältnis.28
10 Berechnungen.29
10.1 Allgemeines .29
10.2 Berechnung des Massendurchflusses, q .29
m
10.3 Berechnung des Durchflusskoeffizienten, C .29
d
10.4 Berechnung der kritischen Durchflussfunktion, C* oder C* .30
D
10.5 Umrechnung des gemessenen Drucks in Ruhedruck.31
10.6 Umrechnung der gemessenen Temperatur in Ruhetemperatur .31
10.7 Berechnung der Viskosität.31
11 Abschätzung des kritischen Ausgangsdruckverhältnisses .31
5
11.1 Für herkömmlichen Diffusor bei Reynolds-Zahlen höher als 2 × 10 .31
11.2 Für alle Diffusoren bei niedrigen Reynolds-Zahlen.32
11.3 Für CFNs ohne Diffusor oder mit sehr kurzem Diffusor.33
12 Unsicherheiten bei der Durchflussmessung .33
12.1 Allgemeines .33
12.2 Praktische Berechnung der Messunsicherheit.34
12.3 Korrelierte Unsicherheitskomponenten .35
Anhang A (informativ) Werte der Durchflusskoeffizienten .37
Anhang B (informativ) Kritische Durchflussfunktion .39
B.1 Allgemeines .39
B.2 Kritische Durchflussfunktion eines idealen Gases.39
B.3 Kritische Durchflussfunktion eines realen Gases .40
B.4 Kritische Durchflussfunktion zur Verwendung bei Durchflusskalibrierung der CFN .40
B.4.1 Allgemeines .40
B.4.2 Verwendung im gleichen Gas bei gleichen Ruhebedingungen .40
B.4.3 Verwendung im gleichen Gas im gleichen Bereich der Ruhebedingungen.41
B.4.4 Bei Notwendig von genauen Werten .41
B.5 Gase mit signifikantem Schwingungsrelaxationseffekt .41
Anhang C (normativ) Werte der kritischen Durchflussfunktion — Reingase und Luft.42
C.1 Allgemeines .42
C.2 Stickstoff .43
C.3 Argon.45
C.4 Trockene Luft mit Kohlenstoffdioxid (CIPM 2007-Zusammensetzung + CO /0,04 %) .47
2
C.5 Trockene Luft ohne Kohlenstoffdioxid (CIPM 2007-Zusammensetzung ohne CO ).49
2
C.6 Luftfeuchtekorrektur für Luft mit einer typischen Zusammensetzung .51
C.7 Methan.52
C.8 Kohlenstoffdioxid .56
C.9 Sauerstoff.59
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C.10 Dampf (Einphasengas). 62
Anhang D (informativ) Berechnung des kritischen Massenstroms für Düsen bei kritischer
Strömung mit einem großen Durchmesserverhältnis Düsenhals/Einlaufrohr, β > 0,25 65
D.1 Allgemeines. 65
D.2 Korrektionsfaktoren . 65
Anhang E (informativ) Durchmesserkorrekturmethode . 69
E.1 Allgemeines. 69
E.2 Durchführung. 69
E.2.1 Visuelles Verfahren. 70
E.2.2 Grobes Verfahren. 70
E.2.3 Feines Verfahren. 71
Anhang F (informativ) Anpassung der Durchflusskoeffizienten-Kurve an einen Datensatz . 74
F.1 Allgemeines. 74
F.2 Anpassungsverfahren . 75
Anhang G (informativ) Durchflusskoeffizient. 82
G.1 Allgemeines. 82
G.2 Strömungsfeldverteilung entlang eines Durchmessers am kritischen Punkt . 82
G.3 Abhängigkeit des Durchflusskoeffizienten von der Reynolds-Zahl . 83
G.4 Grenzschichtenübergang . 84
G.5 Kurven der Durchflusskoeffizienten . 85
G.6 Ermitteln der Kurven der Durchflusskoeffizienten . 86
Anhang H (informativ) Kritisches Ausgangsdruckverhältnis . 87
H.1 Allgemeines. 87
H.2 Theoretisches kritisches Ausgangsdruckverhältnis . 88
H.3 Beispiele für die typischen Drosselungsmuster mit dem Phänomen der vorzeitigen
Entdrosselung (PUP) . 89
H.4 Drosselungsprüfung . 92
H.4.1 Gegen eine Referenz-CFN . 92
H.4.2 Gegen ein Referenz-Durchflussmessgerät. 93
Anhang I (informativ) Werte der Viskosität — Reingas und Luft . 94
I.1 Allgemeines. 94
I.2 Stickstoff. 96
I.3 Argon . 96
I.4 Trockene Luft . 98
I.5 Methan . 99
I.5 Kohlenstoffdioxid .104
I.6 Sauerstoff .107
I.7 Dampf (Einphasengas).108
Anhang J (informativ) Begründung.110
J.1 Allgemeines.110
J.2 Ergänzungen zum Hauptteil .110
Literaturhinweise .116
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Europäisches Vorwort
Dieses Dokument (prEN ISO 9300:2021) wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 30 „Measurement of fluid
flow in closed conduits“ in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee CEN/SS F05 „Messinstrumente“
erarbeitet, dessen Sekretariat von CCMC gehalten wird.
Dieses Dokument ist derzeit zur parallelen Umfrage vorgelegt.
Dieses Dokument wird EN ISO 9300:2005 ersetzen.
Anerkennungsnotiz
Der Text von ISO/DIS 9300:2021 wurde von CEN als prEN ISO 9300:2021 ohne irgendeine Abänderung
genehmigt.
Rückmeldungen oder Fragen zu diesem Dokument sollten an das jeweilige nationale Normungsinstitut des
Anwenders gerichtet werden. Eine vollständige Liste dieser Institute ist auf den Internetseiten von CEN
abrufbar.
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Vorwort
ISO (die Internationale Organisation für Normung) ist eine weltweite Vereinigung nationaler Normungs-
institute (ISO-Mitgliedsorganisationen). Die Erstellung von Internationalen Normen wird üblicherweise von
Technischen Komitees von ISO durchgeführt. Jede Mitgliedsorganisation, die Interesse an einem Thema hat,
für welches ein Technisches Komitee gegründet wurde, hat das Recht, in diesem Komitee vertreten zu sein.
Internationale staatliche und nichtstaatliche Organisationen, die in engem Kontakt mit ISO stehen, nehmen
ebenfalls an der Arbeit teil. ISO arbeitet bei allen elektrotechnischen Normungsthemen eng mit der
Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) zusammen.
Die Verfahren, die bei der Entwicklung dieses Dokuments angewendet wurden und die für die weitere Pflege
vorgesehen sind, werden in den ISO/IEC-Direktiven, Teil 1 beschrieben. Es sollten insbesondere die
unterschiedlichen Annahmekriterien für die verschiedenen ISO-Dokumentenarten beachtet werden. Dieses
Dokument wurde in Übereinstimmung mit den Gestaltungsregeln der ISO/IEC-Direktiven, Teil 2 erarbeitet
(siehe www.iso.org/directives).
Es wird auf die Möglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berühren
können. ISO ist nicht dafür verantwortlich, einige oder alle diesbezüglichen Patentrechte zu identifizieren.
Details zu allen während der Entwicklung des Dokuments identifizierten Patentrechten finden sich in der
Einleitung und/oder in der ISO-Liste der erhaltenen Patenterklärungen (siehe www.iso.org/patents).
Jeder in diesem Dokument verwendete Handelsname dient nur zur Unterrichtung der Anwender und bedeutet
keine Anerkennung.
Für eine Erläuterung des freiwilligen Charakters von Normen, der Bedeutung ISO-spezifischer Begriffe und
Ausdrücke in Bezug auf Konformitätsbewertungen sowie Informationen darüber, wie ISO die Grundsätze der
Welthandelsorganisation (WTO, en: World Trade Organization) hinsichtlich technischer Handelshemmnisse
(TBT, en: Technical Barriers to Trade) berücksichtigt, siehe www.iso.org/iso/foreword.html.
ISO 9300 wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 30, Measurement of fluid flow in closed conduits,
Unterkomitee SC 2, Pressure differential devices, erarbeitet.
Diese dritte Ausgabe ersetzt die zweite Ausgabe (ISO 9300:2005), die technisch überarbeitet wurde.
Die in dieser Norm enthaltenen Informationen wurden aus vielen veröffentlichten Dokumenten und basierend
auf der Erfahrung der Mitglieder des Technischen Komitees und anderer sachkundiger Ingenieure
zusammengetragen. Diese Norm vereint verfügbare technische Informationen und bewährte Praktiken und
soll ein praktischer Leitfaden für die ordnungsgemäße Verwendung von Düsen bei kritischer Strömung sein.
Rückmeldungen oder Fragen zu diesem Dokument sollten an das jeweilige nationale Normungsinstitut des
Anwenders gerichtet werden. Eine vollständige Auflistung dieser Institute ist unter
www.iso.org/members.html zu finden.
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1 Anwendungsbereich
Diese Internationale Norm legt die geometrische Gestalt und die Betriebsweise (Einbau in ein System und
Betriebsbedingungen) von Düsen bei kritischer Strömung (CFNs, en: critical flow nozzles) fest, die den
Massendurchfluss eines durch ein System strömenden Gases bestimmen, ohne die CFN grundsätzlich zu
kalibrieren. Sie enthält außerdem die notwendigen Angaben für die Berechnung des Durchflusses und der
zugehörigen Unsicherheit.
Muss der Durchfluss CFN kalibriert werden, müssen alle Anschlüsse, Betriebsbedingungen und Berechnungen
den Vorgaben der Kalibriereinrichtung entsprechen, was in dieser Internationalen Norm nicht abgedeckt
wird. Für einige Bedingungen, wie z. B. kleine CFNs oder Gas mit signifikantem Schwingungsrelaxationseffekt
usw., wird die Durchflusskalibrierung empfohlen.
Diese Internationale Norm gilt für Düsen, in denen das Gas im kleinsten Strömungsquerschnitt auf die
kritische Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt wird und eine gleichbleibende Strömung nur für
einphasiges Gas vorliegt. Bei Erreichen der kritischen Geschwindigkeit in der Düse hat der Massendurchfluss
des durch die Düse strömenden Gases unter den auf der Einlaufseite vorhandenen Bedingungen sein
Maximum, wobei die CFN nur innerhalb festgelegter Grenzen eingesetzt werden kann, z. B. das Verhältnis von
Halsteil der CFN zum Durchmesser des Einlaufrohrs und Reynolds-Zahl. Diese Internationale Norm behandelt
CFNs mit Toroid- und Zylinderhals, die in ausreichend häufigen Versuchen direkt kalibriert wurden, wodurch
die sich draus ergebenden Koeffizienten mit vorhersagbaren Grenzwerten für die Unsicherheit angewendet
werden können.
Sie enthält Angaben für Fälle, in denen die Rohrleitung vor der CFN einen kreisrunden Querschnitt aufweist,
oder in denen ein großes Volumen (eine Kammer) vor der CFN oder vor einer Reihe von CFNs vorhanden ist.
Die Raumkonfiguration bietet die Möglichkeit, CFNs in Parallelschaltung einzubauen, um damit große
Durchflüsse und/oder veränderliche Volumendurchflüsse zu erzielen.
Zu Informationszwecken wird die Durchmesserkorrekturmethode (DCM, en: diameter correctio
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.