BE1020054A3 - DEVICE FOR ANALYZING SOIL SAMPLES. - Google Patents

Abstract

Analyse-inrichting voor bodemmonsters, omvattende een houder voor opname van een monster: een aandrijfmechanisme om de houder te laten roteren aan een bepaalbare omwentelingssnelheid; meetmiddelen; en met de meetmiddelen verbonden verwerkingsmiddelen; waarbij de meetmiddelen zijn ingericht om een hoeveelheid door het monster opgenomen/afgegeven fluïdum te meten; waarbij de meetmiddelen zijn ingericht om een door het aandrijfmechanisme uitgeoefend draaimoment en/of een centrifugale kracht te bepalen; waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht om een permeabiliteit te bepalen aan de hand van de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid door het monster opgenomen/afgegeven fluïdum, en/of het door het aandrijfmachanisme uitgeoefend draaimoment en/of de centrifugale kracht.Analyzer for soil samples, comprising a holder for taking a sample: a drive mechanism for causing the holder to rotate at a determinable revolution speed; measuring means; and processing means associated with the measuring means; wherein the measuring means are adapted to measure an amount of fluid taken in / out by the sample; wherein the measuring means are adapted to determine a torque and / or a centrifugal force exerted by the drive mechanism; wherein the processing means are adapted to determine a permeability on the basis of the speed of revolution, the amount of fluid absorbed / discharged by the sample, and / or the torque exerted by the drive mechanism and / or the centrifugal force.

Description

Inrichting voor het analyseren van bodemmonstersDevice for analyzing soil samples

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het analyseren van bodemmonsters.The present invention relates to a device for analyzing soil samples.

In het vakgebied van de grondmechanica is het nuttig over een empirisch gevalideerd model van de permeabiliteit van bodemlagen te beschikken, in het bijzonder van de permeabiliteit in functie van bodemverzadiging. De permeabiliteit speelt onder andere een rol bij de bepaling van de diepte van de grondwatertafel en bij de beoordeling van de haalbaarheid van de ontginning van fossiele koolwaterstoffen (aardolie, aardgas) uit bepaalde bodemlagen.In the field of soil mechanics it is useful to have an empirically validated model of the permeability of soil layers, in particular of the permeability as a function of soil saturation. Permeability plays a role, among other things, in determining the depth of the groundwater table and in assessing the feasibility of extracting fossil hydrocarbons (petroleum, natural gas) from certain soil layers.

De fysische grootheid permeabiliteit drukt uit in welke mate de onderzochte bodemlaag doorsijpeling van een fluïdum (bijvoorbeeld water, aardolie of aardgas) toelaat. De permeabiliteit κ (in m2) wordt doorgaans gedefinieerd aan de hand van de volgende formule:The physical quantity of permeability expresses the extent to which the investigated soil layer allows seepage of a fluid (for example water, petroleum or natural gas). The permeability κ (in m2) is generally defined by the following formula:

waarin v (m/s) de gemiddelde stromingssnelheid is van het fluïdum doorheen het medium, μ (Pa s) de dynamische viscositeit van het fluïdum is, ΔΡ (Pa) het aangebrachte drukverschil is, en Δχ (m) de dikte van het te doorkruisen medium is.where v (m / s) is the average flow rate of the fluid through the medium, μ (Pa s) is the dynamic viscosity of the fluid, ΔΡ (Pa) is the applied pressure difference, and Δχ (m) is the thickness of the fluid to be traversing medium.

Uit de literatuur zijn technieken bekend ter bepaling van de permeabiliteit van onverzadigde, weinig doorlatende gronden. Om de duur van de opmeting te beperken, wordt gebruik gemaakt van centrifuges, die het monster onderwerpen aan een centrifugaalkracht (dit is als het ware een kunstmatige versnelling, vele male sterker dan de door de Aarde veroorzaakte zwaartekracht, die aanleiding geeft tot een bijkomende gradiënt of die als zuigspanning inwerkt op het monster), welke een functie is van de omwentelingssnelheid van de centrifuge en dus gemakkelijk te bepalen is.Techniques are known from the literature for determining the permeability of unsaturated, poorly permeable soils. To limit the duration of the measurement, centrifuges are used that subject the sample to a centrifugal force (this is as it were an artificial acceleration, many times stronger than the gravity caused by the Earth, which gives rise to an additional gradient or which acts as a suction on the sample), which is a function of the spin speed of the centrifuge and therefore easy to determine.

In de bestaande technieken wordt het fluïdum door de centrifugaalkracht uit het monster gezogen. Dit gebeurt hetzij onder continue toevoer van een fluïdum (waarbij een "steady state" wordt bereikt wanneer het toevoerdebiet gelijk is aan het aan de andere zijde afgescheiden afvoerdebiet), hetzij onder loutere drainage van het monster (waarbij uiteindelijk een evenwicht wordt bereikt tussen de zuigspanning en de capillaire kracht).In the existing techniques, the fluid is drawn out of the sample by the centrifugal force. This is done either with continuous supply of a fluid (where a "steady state" is reached when the supply flow rate is equal to the discharge rate separated on the other side) or with mere drainage of the sample (whereby a balance is ultimately achieved between the suction voltage and the capillary force).

De gekende steady-state centrifugeerinrichtingen zijn voorzien van middelen om de omwentelingssnelheid te bepalen of af te lezen, en aldus de centrifugaalkracht te bepalen, middelen om een fluïdum gedoseerd toe te voeren aan het monster, en middelen om het effluent op te vangen en er het volume van te bepalen.The known steady-state centrifugers are provided with means for determining or reading the speed of rotation, and thus for determining the centrifugal force, means for supplying a fluidly dosed dose to the sample, and means for collecting the effluent and for collecting it. volume to be determined.

Deze inrichtingen hebben als nadeel dat ze relatief duur zijn, en per steady state slechts één watergehalte opleveren over het ganse grondmonster, hetgeen dus ook slechts één punt vertegenwoordigt op de retentiecurve. Bijgevolg zijn voor het verkrijgen van de volledige retentiecurve meerdere metingen nodig, waardoor de duur van de proef toeneemt. Bovendien zijn de uitersten van de retentiecurve moeilijk te bereiken. Bovendien dient een meting te geschieden van het instromend debiet en van het uitstromend debiet.These devices have the disadvantage that they are relatively expensive and yield only one water content per steady state over the entire soil sample, which therefore also represents only one point on the retention curve. Consequently, multiple measurements are required to obtain the complete retention curve, thereby increasing the duration of the test. Moreover, the extremes of the retention curve are difficult to reach. In addition, a measurement must be made of the inflowing flow and of the outflowing flow.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een inrichting voor het analyseren van bodemmonsters te voorzien, die deze nadelen niet vertoont.It is an object of the present invention to provide a device for analyzing soil samples which does not have these disadvantages.

Dit doel wordt bereikt door een inrichting, omvattende een houder voor het opnemen van een monster; een aandrijfmechanisme, ingericht om de houder om een as te laten roteren aan een door de inrichting bepaalbare omwentelingssnelheid; meetmiddelen; en met de meetmiddelen verbonden verwerkingsmiddelen; waarbij de meetmiddelen zijn ingericht om een hoeveelheid door het monster opgenomen en/of afgegeven fluïdum te meten; waarbij de meetmiddelen verder zijn ingericht om ten minste één van een door het aandrijfmechanisme uitgeoefend draaimoment en een centrifugale kracht te bepalen; en waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht om een permeabiliteit van het monster te bepalen aan de hand van één of meer van de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid van het door het monster opgenomen en/of afgegeven fluïdum, en het ten minste ene van het door het aandrijfmechanisme uitgeoefend draaimoment en de centrifugale kracht.This object is achieved by a device comprising a holder for receiving a sample; a drive mechanism adapted to cause the holder to rotate about an axis at a speed of rotation as determined by the device; measuring means; and processing means associated with the measuring means; wherein the measuring means are adapted to measure an amount of fluid taken up and / or delivered by the sample; wherein the measuring means are further adapted to determine at least one of a torque exerted by the drive mechanism and a centrifugal force; and wherein the processing means are adapted to determine a permeability of the sample on the basis of one or more of the speed of revolution, the amount of fluid absorbed and / or delivered by the sample, and the at least one of the fluid applied by the driving mechanism torque and centrifugal force.

Onder het bepalen van een permeabiliteit van het monster wordt naargelang van de uitvoeringsvorm begrepen: het bepalen van één punt van een permeabiliteitscurve, of, bij voorkeur, het bepalen van meerdere punten van een permeabiliteitscurve.According to the embodiment, determining a permeability of the sample is understood to mean: determining one point of a permeability curve, or, preferably, determining multiple points of a permeability curve.

De onderhavige uitvinding is onder meer gebaseerd op het inzicht dat, mits gebruik van een geschikte mathematische modellering van het constitutief gedrag in de vorm van een "invers algoritme", verscheidene punten van de permeabiliteitsfunctie kunnen worden bepaald aan de hand van een enkel centrifuge-experiment. Hiertoe is echter vereist dat de centrifuge-inrichting ook grootheden kan meten die tot dusver niet rechtstreeks meetbaar waren in gekende inrichtingen. Aldus voorziet de inrichting volgens de uitvinding de noodzakelijke bijkomende meting van draaimoment en/of centrifugale kracht.The present invention is based inter alia on the insight that, provided that a suitable mathematical modeling of constitutive behavior in the form of an "inverse algorithm" is used, various points of the permeability function can be determined on the basis of a single centrifuge experiment . To this end, however, it is required that the centrifuge device can also measure quantities that have hitherto not been directly measurable in known devices. The device according to the invention thus provides the necessary additional measurement of torque and / or centrifugal force.

Aangezien de structuur van de inrichting zonder monster en zonder fluïdum gekend is, en aangezien de aanwezigheid van het fluïdum buiten het monster kan gemeten worden, zijn de bijdragen van deze elementen aan het traagheidsmoment van de inrichting en/of de centrifugale kracht gekend. Variaties in deze grootheden kunnen dus, na correctie voor de gekende bijdragen, gecorreleerd worden aan de massaverdeling van de inhoud van de recipiënt, en dus aan de verdeling van het fluïdum doorheen het monster.Since the structure of the device is known without sample and without fluid, and since the presence of the fluid outside the sample can be measured, the contributions of these elements to the moment of inertia of the device and / or the centrifugal force are known. Variations in these quantities can therefore, after correction for the known contributions, be correlated to the mass distribution of the contents of the container, and thus to the distribution of the fluid throughout the sample.

In het mathematische model wordt bij voorkeur ook rekening gehouden met de mogelijke samendrukking van het grondmonster in de centrifuge, alsook de mogelijke expansie van kleimineralen.The mathematical model also preferably takes into account the possible compression of the soil sample in the centrifuge, as well as the possible expansion of clay minerals.

Onder "verwerkingsmiddelen" worden middelen begrepen die het bedoelde mathematische model implementeren, en aldus de verkregen meetwaarden omzetten naar één of meer punten op de permeabiliteitscurve. Deze middelen kunnen bestaan uit elke geschikte combinatie van hardware en software, en kunnen eventueel de vorm aannemen van een met de rest van de inrichting verbonden computer, bijvoorbeeld een draagbare computer."Processing means" is understood to mean means that implement the intended mathematical model, and thus convert the obtained measured values to one or more points on the permeability curve. These means may consist of any suitable combination of hardware and software, and may optionally take the form of a computer connected to the rest of the device, for example a portable computer.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding, zijn de meetmiddelen verder ingericht om een druk te meten ter hoogte van een dichtst bij de as gelegen zone van het monster en/of ter hoogte van een verst van de as gelegen zone van het monster.In an embodiment of the device according to the present invention, the measuring means are further adapted to measure a pressure at a zone of the sample that is closest to the axis and / or at a height of a zone of the sample that is furthest from the axis. .

Deze drukmetingen laten toe de randvoorwaarden van het centrifuge-experiment nauwkeurig te controleren.These pressure measurements allow for precise control of the preconditions of the centrifuge experiment.

In een uitvoeringsvorm is de inrichting volgens de onderhavige uitvinding ter hoogte van een dichtst bij de as gelegen zone van het monster voorzien van een eerste reservoir voor het op te nemen fluïdum.In one embodiment, the device according to the present invention is provided at a height of a zone of the sample closest to the axis with a first reservoir for the fluid to be taken up.

Deze uitvoeringsvorm laat toe experimenten uit te voeren waarbij een vloeistofkolom boven het monster wordt voorzien.This embodiment makes it possible to conduct experiments in which a liquid column is provided above the sample.

In een uitvoeringsvorm is de inrichting volgens de onderhavige uitvinding ter hoogte van een verst van de as gelegen zone van het monster voorzien van een tweede reservoir voor het afgegeven fluïdum.In one embodiment, the device according to the present invention is provided at a farthest zone of the sample with a second reservoir for the discharged fluid.

Deze uitvoeringsvorm laat onder meer toe experimenten uit te voeren waarbij de afvoerzijde in een toestand van verzadiging wordt gehouden.This embodiment allows, among other things, to carry out experiments in which the discharge side is kept in a state of saturation.

In een bijzondere uitvoeringsvorm, is het tweede reservoir voorzien van een uitloopopening welke afsluitbaar is met behulp van een verwijderbare dop.In a special embodiment, the second reservoir is provided with an outlet opening which can be closed with the aid of a removable cap.

Deze uitvoeringsvorm laat toe om, naargelang het gewenste experiment, vrij uitstroom of verzadiging op te leggen aan de afvoerzijde van het monster.This embodiment allows, depending on the desired experiment, to impose free outflow or saturation on the discharge side of the sample.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding zijn de meetmiddelen voorzien van een zender voor het uitzenden van elektromagnetische golven en een ontvanger voor het opvangen van elektromagnetische golven, en waarbij de meetmiddelen zijn ingericht om de hoeveelheid door het monster opgenomen fluïdum te bepalen door detectie van door nog niet opgenomen fluïdum gereflecteerde elektromagnetische golven.In an embodiment of the device according to the present invention, the measuring means are provided with a transmitter for transmitting electromagnetic waves and a receiver for receiving electromagnetic waves, and wherein the measuring means are adapted to determine the amount of fluid absorbed by the sample by detection of electromagnetic waves reflected by fluid not yet absorbed.

Deze uitvoeringsvorm laat een zeer nauwkeurige bepaling van de hoogte van de fluïdumkolom aan de toevoerzijde van het monster toe.This embodiment allows a very accurate determination of the height of the fluid column on the supply side of the sample.

In een bijzondere uitvoeringsvorm zijn de elektromagnetische golven lichtgolven of infraroodgolven. In een andere bijzondere uitvoeringsvorm zijn de elektromagnetische golven microgolven. In nog een andere bijzondere uitvoeringsvorm zijn de elektromagnetische golven radargolven.In a special embodiment, the electromagnetic waves are light waves or infrared waves. In another particular embodiment, the electromagnetic waves are microwaves. In yet another particular embodiment, the electromagnetic waves are radar waves.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding zijn de verwerkingsmiddelen ingericht om permeabiliteitswaarden van het monster te bepalen voor meerdere verzadigingsgraden.In an embodiment of the device according to the present invention, the processing means are adapted to determine permeability values of the sample for a plurality of saturation degrees.

Al naargelang van het gebruikte mathematische model, kunnen uit de verkregen meetwaarden, functiewaarden voor diverse domeinen van de permeabiliteitsfunctie worden gegenereerd.Depending on the mathematical model used, function values for various domains of the permeability function can be generated from the obtained measured values.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is de inrichting verder voorzien van een weergavemiddel voor het grafisch weergeven van de permeabiliteitswaarden van het monster te bepalen voor de meerdere verzadigingsgraden.In a special embodiment, the device is further provided with a display means for graphically displaying the permeability values of the sample to be determined for the multiple degrees of saturation.

Deze uitvoeringsvorm is bijzonder geschikt voor gebruik op het terrein, wanneer het niet (alleen) wenselijk is de meetgegevens op te slaan of door te sturen voor verdere verwerking, maar vooral een onmiddellijke indruk van de voorliggende permeabiliteitsfunctie moet worden verkregen.This embodiment is particularly suitable for use in the field when it is not (only) desirable to store or forward the measurement data for further processing, but above all to obtain an immediate impression of the present permeability function.

In een bijzondere uitvoeringsvorm, omvat het weergavemiddel een scherm. In nog een bijzondere uitvoeringsvorm, omvat het weergavemiddel een afdrukeenheid.In a special embodiment, the display means comprises a screen. In yet another special embodiment, the display means comprises a printing unit.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvatten de verwerkingsmiddelen verder een gegevensinterface voor het uitlezen van één of meer van de permeabiliteit, de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid van het door het monster opgenomen en/of afgegeven fluïdum, en het ten minste ene van het door het aandrijfmechanisme uitgeoefend draaimoment en de centrifugale kracht.In an embodiment of the device according to the present invention, the processing means further comprises a data interface for reading out one or more of the permeability, the speed of revolution, the amount of the fluid taken up and / or delivered by the sample, and the at least one of the torque exerted by the drive mechanism and the centrifugal force.

Deze uitvoeringsvorm maakt het delen van de meetgegevens met andere elektronische apparatuur of opslagmedia mogelijk; eventueel via een netwerk.This embodiment allows sharing of the measurement data with other electronic equipment or storage media; possibly via a network.

De uitvinding heeft ook betrekking op een meetinrichting voor gebruik iri de bovengenoemde inrichting, omvattende omvattende een houder voor het opnemen van een monster; een aandrijfmechanisme, ingericht om de houder om een as te laten roteren aan een door de inrichting bepaalbare omwentelingssnelheid; en meetmiddelen; waarbij de meetmiddelen zijn ingericht om een hoeveelheid door het monster opgenomen en/of afgegeven fluïdum te meten; waarbij de meetmiddelen verder zijn ingericht om ten minste één van een door het aandrijfmechanisme uitgeoefend draaimoment en een centrifugale kracht te bepalen; en waarbij de meetinrichting verder is ingericht om gekoppeld te worden met verwerkingsmiddelen.The invention also relates to a measuring device for use in the above-mentioned device, comprising comprising a holder for receiving a sample; a drive mechanism adapted to cause the holder to rotate about an axis at a speed of rotation as determined by the device; and measuring means; wherein the measuring means are adapted to measure an amount of fluid taken up and / or delivered by the sample; wherein the measuring means are further adapted to determine at least one of a torque exerted by the drive mechanism and a centrifugal force; and wherein the measuring device is further adapted to be coupled to processing means.

De uitvinding heeft ook betrekking op een computerprogramma, ingericht om bij uitvoering door verwerkingsmiddelen van een inrichting zoals hierboven beschreven, een permeabiliteit van het monster te bepalen aan de hand van één of meer van de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid van het door het monster opgenomen en/of afgegeven fluïdum, en het ten minste ene van het door het aandrijfmechanisme uitgeoefend draaimoment en de centrifugale kracht.The invention also relates to a computer program adapted to determine, when executed by processing means of a device as described above, a permeability of the sample on the basis of one or more of the speed of rotation, the amount of the sample absorbed and / or delivered fluid, and the at least one of the torque exerted by the drive mechanism and the centrifugal force.

Deze en andere aspecten en voordelen van de onderhavige uitvindingen zullen hierna nader beschreven worden aan de hand van de bijgevoegde tekeningen, waarinThese and other aspects and advantages of the present inventions will be further described below with reference to the accompanying drawings, in which

Figuur 1 een schematische overzichtstekening is van een inrichting volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; enFigure 1 is a schematic overview drawing of an apparatus according to an embodiment of the present invention; and

Figuur 2 een meer gedetailleerde schematische tekening is van een onderdeel van de in Figuur 1 weergegeven inrichting.Figure 2 is a more detailed schematic drawing of a component of the device shown in Figure 1.

Figuur 1 is een overzichtstekening van een inrichting volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.Figure 1 is an overview drawing of a device according to an embodiment of the present invention.

De inrichting 100 is opgebouwd als een centrifuge bestaande uit een sokkel 131 waarop een draaipunt 132 is bevestigd, dat via een draaiarm 134 de behuizing 201 van het meetgedeelte 200 van de inrichting 100 kan doen roteren rond een as 140. Hier wordt bij voorkeur ook het draaimoment gemeten, bij voorbeeld via een op de as aangebracht meetmiddel 160. De stabiele rotatie bij de optredende centrifugaalkracht wordt bewerkstelligd door verplaatsbaar en variabel tegengewicht 133 en een voldoende stijve draaias en draaiarm 134.The device 100 is constructed as a centrifuge consisting of a base 131 on which a pivot point 132 is mounted, which via a pivot arm 134 can cause the housing 201 of the measuring portion 200 of the device 100 to rotate about an axis 140. torque measured, for example via a measuring means 160 mounted on the shaft. The stable rotation with the occurring centrifugal force is effected by displaceable and variable counterweight 133 and a sufficiently rigid axis of rotation and rotating arm 134.

De recipiënt 110 en de diverse meetsensoren worden afgeschermd van aerodynamische verstoringen door een globale behuizing 201. De recipiënt 110 wordt bij voorkeur afzonderlijk ingebouwd in een behuizing (niet weergegeven) voor een solide bevestiging.The container 110 and the various measurement sensors are shielded from aerodynamic disturbances by a global housing 201. The container 110 is preferably separately installed in a housing (not shown) for a solid mounting.

Een grondmonster wordt in de inrichting 100 ingebracht, hetzij rechtstreeks in een dikwandige glazen recipiënt, hetzij na ontname door middel van een dunwandige stalen cilinder uit een op het terrein ontnomen grondmonster. Op Figuur 1 is schematisch weergegeven waar grondmonster 120 zich bevindt in de recipiënt 110. Dit wordt nader verduidelijkt in de hierna volgende beschrijving van Figuur 2.A soil sample is introduced into the device 100, either directly into a thick-walled glass container, or after removal by means of a thin-walled steel cylinder from a soil sample taken from the site. Figure 1 shows schematically where soil sample 120 is located in the container 110. This is further clarified in the description of Figure 2 below.

Figuur 1 toont voorts het scharnierpunt 135. Op de draaiarm 134 van de inrichting 100 wordt voorts een krachtopnemer 170 voorzien, bijvoorbeeld onder de vorm van rekstroken, welke toelaten de heersende centrifugaalkracht nauwkeurig te bepalen. Dit levert aldus nuttige informatie over de massaverdeling van het in recipiënt 110 opgenomen monster 120. Deze meting is in het bijzonder van betekenis bij variaties in de omwentelingssnelheid van de centrifuge 100, zoals bij het opstarten en bij het abrupt stopzetten van de centrifuge.Figure 1 also shows the pivot point 135. A force sensor 170 is further provided on the pivot arm 134 of the device 100, for example in the form of strain gauges, which allow the prevailing centrifugal force to be accurately determined. This thus provides useful information about the mass distribution of the sample 120 contained in container 110. This measurement is particularly important in the case of variations in the speed of rotation of the centrifuge 100, such as when starting and abruptly stopping the centrifuge.

Dankzij de aanwezigheid van de genoemde sensoren 160, 170 biedt de inrichting 100 volgens de onderhavige uitvinding meer informatie over de verzadiging in verschillende lagen van het monster 120. Dit in tegenstelling tot wat het geval was bij de bekende inrichtingen, welke steeds een aparte versnijding en/of weging van het monster vereisten.Thanks to the presence of the sensors 160, 170 mentioned, the device 100 according to the present invention provides more information about the saturation in different layers of the sample 120. This is in contrast to what was the case with the known devices, which always have a separate cut and / or weighting of the sample requirements.

Verwijzend naar Figuur 2 wordt nu het meetgedeelte 200 van de inrichting 100 volgens de uitvinding nader beschreven.Referring to Figure 2, the measuring portion 200 of the device 100 according to the invention will now be described in more detail.

Het meetgedeelte bestaat uit een behuizing 201 waarbinnen zich de recipiënt 110 voor het monster 120 bevindt. Het meetgedeelte 200 van de inrichting 100 is in Figuur 2 weergegeven onder dezelfde oriëntatie zoals in Figuur 1, zodat de linkerzijde van Figuur 2 de dichtst bij de as 140 gelegen zijde vertegenwoordigt en de rechterzijde van Figuur 2 de verst van de as 140 gelegen zijde vertegenwoordigt. Aldus is de linkerzijde van het monster 120 de zijde langs welke onder invloed van de centrifugaalkracht het fluïdum 215 vanuit een aldaar voorzien eerste reservoir 210 in het monster 120 zal sijpelen (de gravitationele "bovenkant"). De rechterzijde van Figuur 2 is de zijde langs welke het fluïdum 225 onder invloed van diezelfde centrifugaalkracht en tegen de werking van de capillaire kracht in het monster 120 zal verlaten om in het reservoir 220 te worden opgevangen (de gravitationele "onderkant").The measuring portion consists of a housing 201 within which the sample 110 for the sample 120 is located. The measuring portion 200 of the device 100 is shown in Figure 2 under the same orientation as in Figure 1, so that the left side of Figure 2 represents the side closest to the axis 140 and the right side of Figure 2 represents the side furthest away from the axis 140 . Thus, the left-hand side of the sample 120 is the side along which, under the influence of the centrifugal force, the fluid 215 will seep into the sample 120 from a first reservoir 210 provided there (the gravitational "top"). The right-hand side of Figure 2 is the side along which the fluid 225 will leave the sample 120 under the influence of the same centrifugal force and against the action of the capillary force to be collected in the reservoir 220 (the gravitational "bottom").

Het tweede reservoir 220 is voorzien van een uitstroomopening (niet afzonderlijk weergegeven) die kan worden afgesloten door middel van een dop 221. Zonder verlies van algemeenheid is dop 221 weergegeven als een schroefdop. De dop 221 is bij voorkeur uitgerust met een uitloopopening 222, welke bij voorkeur met een regelbare drukklep (niet weergegeven) en/of een afsluitkraan is uitgerust.The second reservoir 220 is provided with an outflow opening (not shown separately) which can be closed by means of a cap 221. Without loss of generality, cap 221 is shown as a screw cap. The cap 221 is preferably equipped with an outlet opening 222, which is preferably equipped with an adjustable pressure valve (not shown) and / or a shut-off valve.

Al naargelang het type experiment kan de dop 221 al dan niet worden aangebracht op het reservoir 220, zodat, indien nodig, het volume van het effluent bij het einde van het experiment nauwkeurig kan-bepaald worden. Indien voldoende fluïdum wordt voorzien in het adequaat afgesloten (of op een gekozen druk gehouden) tweede reservoir 220, kan de onderzijde van het monster 120 gedurende de meting in verzadiging worden gehouden.Depending on the type of experiment, the cap 221 may or may not be applied to the reservoir 220, so that, if necessary, the volume of the effluent at the end of the experiment can be accurately determined. If sufficient fluid is provided in the adequately sealed (or maintained at a selected pressure) second reservoir 220, the underside of the sample 120 can be kept saturated during the measurement.

Aan het rechts weergegeven gedeelte van de behuizing 201 wordt binnenin bij voorkeur een steun 230 voorzien, die het geheel van recipiënt 110 en de aangrenzende reservoirs bij de inwerkingstelling van de centrifuge 100 stevig op zijn plaats houdt.On the right-hand side of the housing 201, a support 230 is preferably provided inside which holds the whole of container 110 and the adjacent reservoirs firmly in place when the centrifuge 100 is put into operation.

In het meetgedeelte 200 wordt een sensor 150 voorzien die is ingericht om de hoogte van de fluïdumkolom 215 nauwkeurig te bepalen. Sensor 150 omvat bij voorkeur een zender en een ontvanger die geschikt zijn om elektromagnetische golven naar het fluïdum 215 te sturen en de reflectie van deze golven op te vangen. Door vergelijking van het uitgestuurde signaal en het opgevangen signaal, kan sensor 150 de hoogte van de fluïdumkolom 215 bepalen en hiervan het infiltratiedebiet van het fluïdum 215 afleiden. Sensor 250 maakt hiervan bij voorkeur gebruik van lichtgolven, in het bijzonder infraroodgolven, of alternatief radargolven of microgolven.A sensor 150 is provided in the measuring portion 200 which is adapted to accurately determine the height of the fluid column 215. Sensor 150 preferably comprises a transmitter and a receiver which are suitable for sending electromagnetic waves to the fluid 215 and to receive the reflection of these waves. By comparing the output signal and the received signal, sensor 150 can determine the height of the fluid column 215 and derive the infiltration rate of the fluid 215 from it. Sensor 250 preferably uses light waves, in particular infrared waves, or alternatively radar waves or microwaves.

Het meetgedeelte 200 is verder voorzien van druksensoren 181, 182, 183 waarmee de druk aan weerszijden van het monster 120 kan worden gecontroleerd.The measuring portion 200 is further provided with pressure sensors 181, 182, 183 with which the pressure on either side of the sample 120 can be checked.

Ten slotte wordt op Figuur 2 ook getoond dat het monster 120 aan weerszijden begrensd is door poreuze stenen 240, die een homogene verdeling van het insijpelende en uitsijpelende fluïdum over het dwarsoppervl-ak van het monster -12 0 verzekeren en grondtransport voorkomen.Finally, Figure 2 also shows that the sample 120 is bounded on both sides by porous stones 240, which ensure a homogeneous distribution of the seeping and seeping fluid over the transverse surface of the sample -12 and prevent soil transport.

Al naargelang van het type experiment, kan het hoger genoemde fluïdum 215, 225 water zijn, alsook aardolie, aardgas of een andere vloeistof of gas met relevantie voor de bodemgesteldheid. De inrichting volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor gebruik met vloeistoffen als fluïdum 215, 225; meer in het bijzonder voor gebruik met water, waterige oplossingen, aardolie, en afgeleide olieproducten.Depending on the type of experiment, the aforementioned fluid can be 215, 225 water, as well as petroleum, natural gas or another liquid or gas with relevance to soil conditions. The device according to the invention is particularly suitable for use with liquids such as fluid 215, 225; more particularly for use with water, aqueous solutions, petroleum, and derived oil products.

Het geheel van de door de sensoren 150, 160, 170, 181-183 verkregen meetwaarden wordt toegevoerd aan een verwerkingsmiddel 190, enkel schematisch weergegeven op Figuur 1, dat kan bestaan uit toegewijde hardwarecomponenten of uit een configureerbare component met aangepaste programmatuur. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de verwerkingseenheid 190 een geprogrammeerde microprocessor. De verwerkingseenheid 190 hoeft niet ingebouwd te zijn, maar kan bestaan uit een via een data-acquisitiekaart met de rest van de inrichting verbonden computer, bijvoorbeeld een laptop- of tabletcomputer.All of the measured values obtained by the sensors 150, 160, 170, 181-183 are supplied to a processing means 190, only schematically shown in Figure 1, which may consist of dedicated hardware components or a configurable component with adapted software. In a preferred embodiment of the present invention, the processing unit 190 is a programmed microprocessor. The processing unit 190 need not be built-in, but may consist of a computer connected to the rest of the device via a data acquisition card, for example a laptop or tablet computer.

De verwerkingseenheid 190 past een mathematisch model van de permeabiliteitsfunctie toe op de verkregen meetgegevens om een beste schatting van deze permeabiliteitsfunctie over een ruim gebied van verzadigingspunten te genereren.The processing unit 190 applies a mathematical model of the permeability function to the obtained measurement data to generate a best estimate of this permeability function over a wide range of saturation points.

Het grondmechanisch model beschrijft het transport van grondwater (en vloeistoffen in het algemeen) in verzadigde en onverzadigde gronden, alsook de samendrukking van de grond onder de centrïfugaalkracht en de expansie van kleimineralen. Een wiskundig algoritme berekent op basis van de metingen de permeabiliteitsfunctie door middel van een invers algoritme. De simulaties van het vloeistoftransport in de centrifuge bij verschillende randvoorwaarden worden beschreven in geëigende wiskundige deelmodellen.The soil mechanical model describes the transport of groundwater (and liquids in general) in saturated and unsaturated soils, as well as the compression of the soil under the centrifugal force and the expansion of clay minerals. A mathematical algorithm calculates the permeability function on the basis of the measurements by means of an inverse algorithm. The simulations of the liquid transport in the centrifuge at different preconditions are described in appropriate mathematical sub-models.

De inrichting 100 is bij voorkeur voorzien van een weergavemiddel 195 zoals een grafische display, teneinde de verkregen permeabiliteitsfunctie grafisch weer te geven aan de gebruiker. Voorts is de inrichting 100 bij voorkeur voorzien van een gegevensinterface om de verkregen meetgegevens, en optioneel de gegenereerde modelgegevens, in digitale vorm door te sturen naar een externe computer. Voorts is het ook mogelijk de inrichting 100 uit te rusten met een afdrukeenheid die de permeabiliteitsfunctie bij voorkeur grafisch afdrukt op papier.The device 100 is preferably provided with a display means 195 such as a graphical display in order to graphically display the obtained permeability function to the user. Furthermore, the device 100 is preferably provided with a data interface for transmitting the obtained measurement data, and optionally the generated model data, in digital form to an external computer. Furthermore, it is also possible to equip the device 100 with a printing unit which preferably prints the permeability function graphically on paper.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting 100 volgens de onderhavige uitvinding is het rotatiesnelheid van de centrifuge regelbaar tussen 0 en 2000 omwentelingen per minuut, met een regelnauwkeurigheid van ongeveer één omwenteling per minuut.In a preferred embodiment of the device 100 according to the present invention, the spin speed of the centrifuge is adjustable between 0 and 2000 revolutions per minute, with a control accuracy of approximately one revolution per minute.

Om de reproduceerbaarheid van de metingen te garanderen en de duur van een meetsessie te beperken is het aangewezen de inrichting 100 uit te rusten met een controle-eenheid (deze kan samen geïmplementeerd worden met de verwerkingseenheid 190), welke de aandrijving van de inrichting 100 stuurt. Tijdens de verschillende onderdelen van een dergelijke meetsessie worden de hoger beschreven sensoren 160 en 170 ingezet om de centrifugaalkracht en het draaimoment te meten. Ondertussen worden de randvoorwaarden van de doorstroming aan de bovenzijde en de onderzijde van het monster 120 nauwkeurig gemonitord, door middel van de druksensoren (transducers) 181 en 182 boven het monster 120 en een bijkomende druksensor (transducer 183) onder het monster 120.To guarantee the reproducibility of the measurements and to limit the duration of a measurement session, it is recommended to equip the device 100 with a control unit (this can be implemented together with the processing unit 190), which controls the drive of the device 100 . During the various components of such a measurement session, the sensors 160 and 170 described above are used to measure the centrifugal force and the torque. In the meantime, the preconditions of the flow at the top and bottom of the sample 120 are closely monitored, by means of the pressure sensors (transducers) 181 and 182 above the sample 120 and an additional pressure sensor (transducer 183) below the sample 120.

Aldus kunnen, bij voorkeur onder sturing door de controle-eenheid, diverse standaardscenario's worden uitgevoerd, waarvan hieronder zonder beperking enkele voorbeelden worden genoemd. De genoemde voorbeelden kunnen betrekking hebben op water en/of andere vloeistoffen.Thus, preferably under control by the control unit, various standard scenarios can be performed, some examples of which are mentioned below without limitation. The examples mentioned may relate to water and / or other liquids.

Voorbeeld A. Een initieel verzadigd grondmonster wordt door middel van centrifugering met vrije uitstroom volledig gedraineerd.Example A. An initially saturated soil sample is completely drained by centrifugation with free outflow.

Voorbeeld B. Een verzadigd grondmonster wordt aangebracht met een bepaalde initiële vloeistofhoogte bovenaan, en wordt gecentrifugeerd tot op het ogenblik dat de vloeistof in het grondmonster is ingedrongen (imbibitie).Example B. A saturated soil sample is applied with a certain initial liquid height at the top, and is centrifuged until the liquid has penetrated into the soil sample (imbibition).

Voorbeeld C. Een grondmonster met een bepaalde verzadigingsgraad wordt gecentrifugeerd - met vrije uitloop; - met gecontroleerde vloeistofspanning in het uitloopreservoir 220 (via een dop 221 met drukklep 222); of - met afgesloten uitloopreservoir 220.Example C. A soil sample with a certain degree of saturation is centrifuged - with free spout; - with controlled fluid pressure in the outlet reservoir 220 (via a cap 221 with pressure valve 222); or - with closed outlet reservoir 220.

Voorbeeld D. Een in hoofdzaak droog grondmonster (i.e., met een zeer lage verzadigingsgraad) wordt aangebracht met een bepaalde initiële vloeistofhoogte bovenaan, en wordt gecentrifugeerd tot imbibitie van de vloeistofkolom.Example D. A substantially dry soil sample (i.e., with a very low degree of saturation) is applied with a certain initial liquid height at the top, and is centrifuged to imbibition of the liquid column.

Deze experimenten worden uitgevoerd met constante of variabele omwentelingssnelheid.These experiments are performed with constant or variable rotation speed.

Sensor 150 meet ondertussen het niveau van het oppervlak van het fluïdum 215 boven de poreuze steen 240 boven monster 120 .Sensor 150 meanwhile measures the level of the surface of the fluid 215 above the porous brick 240 above sample 120.

Alle meetsignalen van het fluïdumniveau en de drukcellen worden bij voorkeur door middel van een sleepkoppeling overgebracht naar het statische gedeelte van de centrifuge 100, en zo naar de interne of externe verwerkingseenheid 190 en via een gegevensinterface naar een eventuele datalogger of computer.All measurement signals of the fluid level and the pressure cells are preferably transferred by means of a drag coupling to the static part of the centrifuge 100, and thus to the internal or external processing unit 190 and via a data interface to a possible data logger or computer.

De inrichting volgens de onderhavige uitvinding heeft bij voorkeur een totale diameter van maximaal ongeveer 80 cm, waarbij de behuizing 201 van het meetgedeelte bij voorkeur een hoogte heeft van ongeveer 10 cm. De inrichting heeft bij voorkeur een totaal gewicht van niet meer dan ongeveer 25 kg.The device according to the present invention preferably has a total diameter of at most approximately 80 cm, the housing 201 of the measuring section preferably having a height of approximately 10 cm. The device preferably has a total weight of no more than about 25 kg.

Hoewel de uitvinding in het voorgaande werd beschreven aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen en voorbeelden, gebeurde dit enkel ter illustratie, en niet ter beperking van de omvang van de uitvinding.Although the invention has been described above with reference to specific embodiments and examples, this was done for illustration only, and not to limit the scope of the invention.

Claims (16)

1. Inrichting (100) voor het analyseren van bodemmonsters, omvattende: - een houder (110) voor het opnemen van een monster (120) ; - een aandrijfmechanisme (130), ingericht om de houder (110) om een as (140) te laten roteren aan een door de inrichting (100) bepaalbare omwentelingssnelheid; - meetmiddelen (150, 160, 170, 181-183); en - met de meetmiddelen (150, 160, 170, 181-183) verbonden verwerkingsmiddelen (190); waarbij de meetmiddelen (150) zijn ingericht om een hoeveelheid door het monster (120) opgenomen en/of afgegeven fluïdum (215, 225) te meten; waarbij de meetmiddelen (160, 170) verder zijn ingericht om ten minste één van een door het aandrijfmechanisme (130) uitgeoefend draaimoment en een centrifugale kracht te bepalen; en waarbij de verwerkingsmiddelen (190) zijn ingericht om een permeabiliteit van het monster (120) te bepalen aan de hand van één of meer van de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid van het door het monster (120) opgenomen en/of afgegeven fluïdum (215, 225), en het ten minste ene van het door het aandrijfmechanisme (130) uitgeoefend draaimoment en de centrifugale kracht.An apparatus (100) for analyzing soil samples, comprising: - a holder (110) for receiving a sample (120); - a drive mechanism (130) adapted to cause the holder (110) to rotate about an axis (140) at a speed of rotation that can be determined by the device (100); measuring means (150, 160, 170, 181-183); and - processing means (190) connected to the measuring means (150, 160, 170, 181-183); wherein the measuring means (150) is adapted to measure an amount of fluid (215, 225) taken up and / or delivered by the sample (120); wherein the measuring means (160, 170) are further adapted to determine at least one of a torque exerted by the drive mechanism (130) and a centrifugal force; and wherein the processing means (190) are adapted to determine a permeability of the sample (120) on the basis of one or more of the speed of rotation, the amount of fluid (215) taken up and / or delivered by the sample (120), 225), and the at least one of the torque and centrifugal force exerted by the drive mechanism (130). 2. Inrichting (100) volgens conclusie 1, waarbij de meetmiddelen (181-183) verder zijn ingericht om een druk te meten ter hoogte van een dichtst bij de as (140) gelegen zone van het monster (120) en/of ter hoogte van een verst van de as (140) gelegen zone van het monster (120).Device (100) according to claim 1, wherein the measuring means (181-183) are further adapted to measure a pressure at a zone of the sample (120) closest to the axis (140) and / or at a height from a zone of the sample (120) furthest from the axis (140). 3. Inrichting (100) volgens één van de voorgaande conclusies, ter hoogte van een dichtst bij de as (140) gelegen zone van het monster (120) voorzien van een eerste reservoir (210) voor het op te nemen fluïdum (215).Device (100) according to one of the preceding claims, at a zone of the sample (120) closest to the axis (140) provided with a first reservoir (210) for the fluid (215) to be taken up. 4. Inrichting (100) volgens één van de voorgaande conclusies, ter hoogte van een verst van de as (140) gelegen zone van het monster (120) voorzien van een tweede reservoir (220) voor het afgegeven fluïdum (225).Device (100) according to one of the preceding claims, at a zone of the sample (120) farthest from the axis (140) provided with a second reservoir (220) for the fluid (225) discharged. 5. Inrichting (100) volgens conclusie 5, waarbij het tweede reservoir (220) is voorzien van een uitloopopening welke afsluitbaar is met behulp van een verwijderbare dop (221) .Device (100) according to claim 5, wherein the second reservoir (220) is provided with an outlet opening which can be closed with the aid of a removable cap (221). 6. Inrichting (100) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de meetmiddelen (150) zijn voorzien van een zender voor het uitzenden van elektromagnetische golven en een ontvanger voor het opvangen van elektromagnetische golven, en waarbij de meetmiddelen (150) zijn ingericht om de hoeveelheid door het monster (120) opgenomen fluïdum te bepalen door detectie van door nog niet opgenomen fluïdum (215) gereflecteerde elektromagnetische golven.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the measuring means (150) are provided with a transmitter for transmitting electromagnetic waves and a receiver for receiving electromagnetic waves, and wherein the measuring means (150) are adapted to determine the amount of fluid taken up by the sample (120) by detecting electromagnetic waves reflected by fluid not yet taken up (215). 7. Inrichting (100) volgens conclusie 7, waarbij de elektromagnetische golven lichtgolven of infraroodgolven zijn.The device (100) of claim 7, wherein the electromagnetic waves are light waves or infrared waves. 8. Inrichting (100) volgens conclusie 7, waarbij de elektromagnetische golven microgolven zijn.The device (100) of claim 7, wherein the electromagnetic waves are microwaves. 9. Inrichting (100) volgens conclusie 7, waarbij de elektromagnetische golven radargolven zijn.The device (100) of claim 7, wherein the electromagnetic waves are radar waves. 10. Inrichting (100) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht om permeabiliteitswaarden van het monster te bepalen voor meerdere verzadigingsgraden.The device (100) according to any of the preceding claims, wherein the processing means are arranged to determine permeability values of the sample for a plurality of saturation degrees. 11. Inrichting (100) volgens conclusie 11, verder voorzien van een weergavemiddel (195) voor het grafisch weergeven van de permeabiliteitswaarden van het monster (120) te bepalen voor de meerdere verzadigingsgraden.The apparatus (100) of claim 11, further comprising a display means (195) for graphically displaying the permeability values of the sample (120) to be determined for the plurality of saturation degrees. 12. Inrichting (100) volgens conclusie 12, waarbij het weergavemiddel (195) een scherm omvat.The device (100) of claim 12, wherein the display means (195) comprises a screen. 13. Inrichting (100) volgens conclusie 12 of 13, waarbij het weergavemiddel (195) een afdrukeenheid omvat.The device (100) of claim 12 or 13, wherein the display means (195) comprises a printing unit. 14. Inrichting (100) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de verwerkingsmiddelen (190) verder een gegevensinterface omvatten voor het uitlezen van één of meer van de permeabiliteit, de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid van het door het monster (120) opgenomen en/of afgegeven fluïdum (215, 225), en het ten minste ene van het door het aandrijfmechanisme (130) uitgeoefend draaimoment en de centrifugale kracht.The device (100) according to any of the preceding claims, wherein the processing means (190) further comprises a data interface for reading one or more of the permeability, the speed of revolution, the amount of data taken up by the sample (120) and / or discharged fluid (215, 225), and the at least one of the torque and centrifugal force exerted by the drive mechanism (130). 15. Meetinrichting voor gebruik in de inrichting van een van de voorgaande conclusies, de meetinrichting omvattende: - een houder (110) voor het opnemen van een monster (120); - een aandrijfmechanisme (130), ingericht om de houder (110) om een as (140) te laten roteren aan een door de inrichting (100) bepaalbare omwentelingssnelheid; en - meetmiddelen (150, 160, 170, 181-183); waarbij de meetmiddelen (150) zijn ingericht om een hoeveelheid door het monster (120) opgenomen en/of afgegeven fluïdum (215, 22 5) te me.ten;. waarbij de meetmiddelen (160, 170) verder zijn ingericht om ten minste één van een door het aandrijfmechanisme (130) uitgeoefend draaimoment en een centrifugale kracht te bepalen; en waarbij de meetinrichting verder is ingericht om gekoppeld te worden met verwerkingsmiddelen (190).Measuring device for use in the device of one of the preceding claims, the measuring device comprising: - a holder (110) for receiving a sample (120); - a drive mechanism (130) adapted to cause the holder (110) to rotate about an axis (140) at a speed of rotation that can be determined by the device (100); and measuring means (150, 160, 170, 181-183); the measuring means (150) being adapted to measure an amount of fluid (215, 22) taken up and / or delivered by the sample (120); wherein the measuring means (160, 170) are further adapted to determine at least one of a torque exerted by the drive mechanism (130) and a centrifugal force; and wherein the measuring device is further adapted to be coupled to processing means (190). 16. Computerprogramma, ingericht om bij uitvoering door verwerkingsmiddelen van een inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, een permeabiliteit van het monster (120) te bepalen aan de hand van één of meer van de omwentelingssnelheid, de hoeveelheid van het door het monster (120) opgenomen eri/of afgegeven fluïdum (215, 225) , en het ten minste ene van het door het aandrijfmechanisme (130) uitgeoefend draaimoment en de centrifugale kracht.A computer program adapted to determine, upon execution by processing means of a device according to any one of the preceding claims, a permeability of the sample (120) on the basis of one or more of the speed of rotation, the amount of data passed through the sample (120) ) absorbed or delivered fluid (215, 225), and the at least one of the torque exerted by the drive mechanism (130) and the centrifugal force.