RU2597665C2

RU2597665C2 - Зондовый пермеаметр

Info

Publication number: RU2597665C2
Application number: RU2015101509/28A
Authority: RU
Inventors: Брок БРАУН; Рон ХАГЕР; Грант Дж. УИЛЛЬЯМС
Original assignee: Джей.Ар. СИМПЛОТ КОМПАНИ
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2016-09-20
Also published as: CN104508454A; AU2013313312A1; CL2014003485A1; BR112014032238B1; CN104508454B; BR112014032238A2; WO2014039136A1; US20130340517A1; AU2013313312B2; CA2877771A1; CA2877771C; RU2015101509A; US9371729B2

Abstract

Изобретенеие относится к устройству для измерения гидравлической проводимости пористых материалов на месте и более конкретно относится к зондовому пермеаметру для использования по отношению к скважинной инфильтрации, причем зонд измеряет гидравлическую проводимость почвы. Устройство для измерения гидравлической проводимости, используя инфильтрацию скважины, содержит вертикальную трубку, включающую в себя базовую часть, имеющую круглое поперечное сечение с первым диаметром, и верхнюю часть, имеющую верхний конец и круглое поперечное сечение со вторым диаметром, причем второй диаметр значительно меньше первого диаметра. Также трубка включает промежуточную часть, между базовой частью и верхней частью. Причем промежуточная часть имеет диаметр, который постепенно изменяется вдоль вертикальной оси, в котором вертикальная трубка образована из одного цельного куска, по существу, прозрачного материала. При этом верхнее уплотнение и Мариотова трубка расположены внутри вертикальной трубки, причем Мариотова трубка имеет нижний конец, расположенный вблизи базовой части, и верхний конец, расположенный выше верхнего конца верхней части. Причем Мариотова трубка проходит через верхнее уплотнение. При этом верхнее уплотнение содержит пробку, а Мариотова трубка проходит через отверстие в пробке, которое немного меньше, чем внешний диаметр Мариотовой трубки, образуя воздухонепроницаемое уплотнение. Техническим результатом является обеспечение возможности простоты конструкции, устойчивых результатов, меньшего количества ошибок. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

По настоящей заявке испрашивают приоритет предварительной заявки США №61/662224, поданной 20 июня 2012 и озаглавленной «Зондовый пермеаметр», описание которой включено в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к устройству для измерения гидравлической проводимости пористых материалов на месте, и более конкретно относится к зондовому пермеаметру для использования по отношению к скважинной инфильтрации, причем зонд измеряет гидравлическую проводимость почвы.

При подготовке к использованию земли для целей, связанных с освоением в сельском хозяйстве, горнодобывающей промышленности или для других целей, часто бывает необходимо получить измерения гидравлической проводимости почвы. Значения гидравлической проводимости создают основу для безопасного и экономичного землепользования. Эти измерения являются важными аспектами при проектировании и строительстве зданий и дорожных сооружений и являются ключевыми для планирования очистки сточных вод, систем орошения, добычи полезных ископаемых и многих других систем. Кроме того, измерения могут быть необходимы и сами по себе, для соответствия предписаниям местных органов власти и/или постановлениям федерального органа.

Оценка гидравлической проводимости почвы в конкретном месте, используя доступные способы, является как сложной, так и дорогой, часто требует нескольких измерений в течение периода в несколько дней для того, чтобы получить достоверные результаты. Для многих применений, гидравлическая проводимость почвы должна быть измерена in situ, а не посредством измерения в образце. Это обусловлено тем, что, что сильное удаление образца от целевого местоположения изменяет состояние образца.

Одна система и способ для измерения гидравлической проводимости почвы, известный из предшествующего уровня техники, использует инфильтрацию скважины с зондовым пермеаметром. Публикация ASTM D6391-11, полностью включенная в настоящий документ в качестве ссылки, устанавливает примерные правила для тестирования скважины. На фиг.1 изображен зондовый пермеаметр 100 предшествующего уровня техники, где корпус 120 помещается на дно скважины 110. Кольцеобразный уплотнитель 125 располагается вокруг нижней части корпуса 120 по дну скважины 110, чтобы обеспечить предсказуемое измерение. Вспомогательный уплотнитель 126 также располагается по периферии корпуса 120, между корпусом 120 и стенками скважины 110 для того, чтобы поддержать форму корпуса 120 и целостность скважины 110. Крышка 130 располагается на верхней части корпуса 120. Крышка 130 включает в себя выступающий вертикально патрубок 140, который прикрепляется к вертикальной трубке 150.

Первая соединительная муфта 135 прикрепляет крышку 130 к корпусу 120 и вторая соединительная муфта 145 прикрепляет патрубок 140 к вертикальной трубке 150. В этом примере, где зондовый пермеаметр 100 в предшествующем уровне техники содержит компоновку постоянного напора, вертикальная трубка 150 дополнительно включает в себя верхнюю крышку 160, закрывающую верхнюю часть вертикальной трубки 150, с помощью третьей соединительной муфтой 155, прикрепляющей верхнюю крышку 160 к верхней части вертикальной трубки 150. Зондовый пермеаметр 100 дополнительно содержит резиновую пробку 170 для закрытия вертикальной трубки 150, и компрессионный фитинг 175, через который вставляется Мариотова трубка 180. Для измерения количества воды, которое было поглощено почвой за некоторый период времени, предоставляется шкала 190.

Так как часто требуются измерения на месте, то благодаря относительной простоте и всеобщему признанию в этой области, зондовые пермеаметры 100 постоянного напора, описанные выше, остается общеупотребительным решением. Это и другие известные устройства, однако, страдают от различных проблем, таких как частые утечки из различных соединительных муфт и длительного времени установки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предоставляет зондовый пермеаметр, который создает возможность для удобной конструкции, устойчивых результатов, меньшего количества ошибок, и, которое предоставляет зонд, который будет выполнять исследование гидравлической проводимости почвы в соответствии с широко используемыми методами. В частности, настоящее изобретение предоставляет устройство для измерения гидравлической проводимости почвы применительно к скважине, образованной в почве в месте, где должно проводиться исследование. Устройство, как правило, включает в себя корпус, помещаемый в скважину, и кольцеобразный уплотнитель, размещенный вокруг нижней части корпуса. Кроме того, устройство включает в себя вертикальную трубку согласно настоящему изобретению, которая сформирована в виде одной монолитной детали, которая, по существу, является прозрачной. Вертикальная трубка формируется, имея базовую часть с первым диаметром, верхнюю часть со вторым, меньшим диаметром, и промежуточную часть, соединяющую базовую часть и верхнюю часть. Базовая часть включает в себя нижний фланец, который образует фитинговое соединение с натягом с корпусом. Диаметр промежуточной части постепенно изменяется вдоль вертикальной оси вертикальной трубки. Для измерения постоянного напора, устройство также включает в себя пробку и Мариотову трубку, где пробка расположена в верхнем конце верхней части и Мариотова трубка входит в вертикальную трубку через отверстие в пробке.

Другие системы, способы, признаки и преимущества настоящего раскрытия будут или станут очевидными специалисту в данной области при рассмотрении следующих чертежей и подробного описания. Признаки, функции и преимущества, которые были обсуждены, могут быть достигнуто независимо в различных вариантах осуществления настоящего изобретения или могут быть объединены в еще другие варианты осуществления, дополнительные подробности которых можно увидеть со ссылкой на следующее описание и чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Многие аспекты изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на следующие чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого для иллюстрации принципов настоящего изобретения размещаются выделения. Кроме того, на чертежах одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие части на всех нескольких видах.

На фиг. 1 представлен вид в разрезе одного из примеров зондового пермеаметра для измерений in situ гидравлической проводимости в соответствии с предшествующим уровнем техники;

На фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе зондового пермеаметра для измерения гидравлической проводимости в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;

На фиг. 3 представлен вид сбоку в разрезе зондового пермеаметра для измерения гидравлической проводимости в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия;

На фиг. 4 представлен вид сбоку в разрезе зондового пермеаметра для измерения гидравлической проводимости в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия;

На фиг. 5 представлена блок-схема, очерчивающая способ изготовления вертикальной трубки для зондового пермеаметра в соответствии с одним из аспектов настоящего раскрытия;

На фиг. 6A и 6B представлены виды сбоку в разрезе двух вариантов осуществления зондовых пермеаметров, имеющих различные размеры Мариотовых трубок для измерения гидравлической проводимости в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия; и

На фиг. 7 представлен детальный вид верхней части зондового пермеаметра и Мариотовой трубки одного из вариантов осуществления, показанных на фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В следующем описании делаются ссылки на прилагаемые чертежи, которые составляют часть данного описания, и на которых показаны, в качестве иллюстрации, различные варианты осуществления настоящего раскрытия. Понятно, что могут использоваться другие варианты осуществления, и изменения могут быть сделаны, не отходя от объема настоящего изобретения.

На фиг. 2 в соответствии с настоящим раскрытием проиллюстрирован один из вариантов осуществления зондового пермеаметра 200, который измеряет гидравлическую проводимость почвы, используя измерение постоянного напора. В показанном варианте осуществления, зонд 200 используется применительно к скважине 210. Корпус 220 помещают в скважину 210, где кольцеобразный уплотнитель 225 располагается вокруг нижней части корпуса 220. Вспомогательный уплотнитель 226 может быть также расположен между наружными стенками корпуса 220 и стенками скважины 210. В некоторых вариантах осуществления зондовый пермеаметр 200 может также включать в себя стельку 227, расположенную в нижней части корпуса.

Зондовый пермеаметр 200 дополнительно содержит вертикальную трубку 230, расположенную непосредственно на верхней части корпуса 220. В соответствии с показанным вариантом осуществления, вертикальная трубка 230 имеет монолитную конструкцию и выполнена, по существу, из прозрачного материала. Вертикальная трубка 230 включает в себя базовую часть 240 и верхнюю часть 250 с промежуточной частью 245 между базовой частью 240 и верхней частью 250, промежуточная часть 245 имеет, по существу, коническую форму. Базовая часть 240 содержит нижний фланец 235, который входит в зацепление с наружной поверхностью корпуса 220. В некоторых вариантах осуществления базовая часть 240 может дополнительно содержать О-образное кольцо 236, которое способствует формированию уплотнения между нижним фланцем 235 и корпусом 220. Наверху верхней части 250 находится пробка 260, например из резины. Пробка 260 обеспечивает уплотнение наверху верхней части. Мариотова трубка 280 находится внутри вертикальной трубки 230. В показанном варианте осуществления Мариотова трубка 280 проходит через уплотнение в верхней части вертикальной трубки, выходя из вертикальной трубки 230 через отверстие 275 в резиновой пробке 260. Зондовый пермеаметр 200 дополнительно содержит удобочитаемую шкалу 290, прикрепленную к внешней стороне верхней части 250 вертикальной трубки 230 и проходящую вдоль нее. Альтернативно удобочитаемая шкала 290 может быть выполнена в виде серии знаков (например, в вытравленном или в печатном виде) на верхней части 250, где верхняя часть 250, по существу, превращается в градуированный цилиндр. Знаки также могут продолжаться на промежуточную часть 245.

На фиг. 3 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления зондового пермеаметра 300, в котором вертикальная трубка 330 содержит нижний фланец 335, который входит в зацепление с внутренней поверхностью корпуса 320. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, нижний участок вертикальной трубки 330 дополнительно содержит кромку 337, которая опирается на верхнюю часть корпуса 320. Показанный вариант осуществления дополнительно содержит электронное измерительное устройство 390, которое соединяется с цифровым дисплеем 395 и передающим устройством 396.

На фиг. 4 проиллюстрирован еще один альтернативный вариант осуществления зондового пермеаметра 400, в котором вертикальная трубка 430 содержит промежуточную часть 435, по существу, криволинейной формы.

Обратимся снова к фиг. 2, глубина и диаметр скважины 210, и соответствующие особенности корпуса 220, могут быть определены в соответствии с предполагаемым применением; например, предполагаемого использования земли, характеристик грунта и т.д. Скважина 210 и корпус 220, как правило, имеют круглое поперечное сечение, скважина 210, причем скважина обычно формируется (по меньшей мере, первоначально), с использованием шнекового бура или тому подобного. Во многих примерах, скважина затем окончательно обрабатывается вручную, например, с помощью ручного инструмента. Наружный диаметр корпуса 220 обязательно меньше наименьшего диаметра скважины 210, по меньшей мере, в направлении требуемой глубины. Расширение скважины на соответствующей глубине также может использоваться при необходимости, в виду того, что может быть очевидным специалисту в данной области.

В различных вариантах осуществления, как кольцеобразный уплотнители 225, так и вспомогательный уплотнитель 226, могут быть получены с использованием материалов, которые совместимы с окружающими геологическими и гидрогеологическими условиями, которые могут быть очевидны среднему специалисту. Бентонит является одним из примеров материала, который является общеупотребительным.

Вертикальная трубка 230 показанных вариантов осуществления содержит базовую часть 240, промежуточную часть 245 и верхнюю часть 250. Каждая из частей имеет круглое поперечное сечение в горизонтальной плоскости, и может быть сформирована вокруг одной оси. Диаметр базовой части 240, по существу, больше, чем диаметр верхней части 250; приблизительно, по меньшей мере, в соотношении 3:1, причем базовая часть 240 составляет приблизительно 6-18 дюймов (152,4-457,2 мм) в диаметре и верхняя часть 250 составляет приблизительно 1-4 дюйма (25,4-101,6 мм) в диаметре. Указывая диаметр верхней части, который значительно меньше, чем диаметр базовой части 240, испытание на гидравлическую проводимость можно осуществить за более короткое время. Потенциальные изменения температуры воды, расположенной в верхней части, следует также учитывать, опять-таки, так как меньший диаметр может быть причиной повышения температуры воды в ней, что может повлиять на результаты испытания. В показанном варианте осуществления, диаметр базовой части 240 составляет приблизительно 12 дюймов (304,8 мм) и диаметр верхней части 250 составляет приблизительно 2,125 дюймов (53,975 мм).

Будучи сооруженным для испытания на гидравлическую проводимость при постоянном напоре, зондовый пермеаметр 200 настоящего раскрытия собран с резиновой пробкой 260, расположенной в верхнем конце верхней части 250. Резиновая пробка 260 создает уплотнение с внутренней поверхностью верхней части 250 для того, чтобы дать возможность провести испытание при давлении постоянного напора. Поскольку в системе могут присутствовать воздушные пузырьки, или могут просачиваться из почвы в нижней части скважины 210, так как она смещается водой, вертикальная трубка 230 может быть также снабжена Мариотовой трубкой 280. Мариотова трубка 280 выходит в верхний конец верхней части через отверстие 275 в резиновой пробке 260. Отверстие 275 может быть немного меньше, чем внешний диаметр Мариотовой трубки 280 для того, чтобы поддерживать уплотнение, созданное резиновой пробкой 260.

Вертикальная трубка 230 предпочтительно выполнена в виде единой монолитной структуры. Как показано на фиг. 2-4, промежуточная часть 245 включена в ее состав, соединяя базовую часть 240 с верхней частью 250. Предоставляя постоянно уменьшающийся в вертикальном направлении вдоль оси диаметр вертикальной трубки 230, промежуточная часть 245 обеспечивает множество преимуществ по сравнению предшествующим уровнем техники. Например, функциональные возможности нижнего фланца и монолитная конструкция вертикальной трубки позволяют собрать систему без необходимости соединительных муфт. В результате, гораздо менее вероятно, что вертикальная трубка подвергнется отказам или утечкам в течение долгого времени по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Варианты осуществления, показанные на фиг. 2 и 3 показывают промежуточную часть 245, которая имеет, по существу, коническую форму. Альтернативно, промежуточная часть может принимать другую форму, как например, по существу, криволинейная форма промежуточной части 445, показанной на фиг. 4.

Как показано на фиг. 2, контакт между нижним фланцем 235 и наружной поверхностью корпуса 220 образует фитинговое соединение с натягом, достаточное для того, чтобы предотвратить утечку воды из зондового пермеаметра 200, и также предотвращает попадание воздуха в вертикальную трубку 230 во время работы. Эффективности этого штуцера может способствовать вложение О-образного кольца 236.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, вертикальная трубка 330 имеет нижний фланец 335, сформирована для создания фитингового соединения с натягом с внутренней стенкой корпуса 320, где наружный диаметр нижнего фланца 335 несколько больше, чем внутренний диаметр корпуса. В этом случае, внешний диаметр базовой части 340 может быть сформирован так, чтобы быть большим, чем диаметр нижнего фланца 335, тем самым создавая кромку 337, которая позволяет вертикальной трубке 330 упираться в верхнюю часть корпуса 320.

Зондовый пермеаметр 200 согласно настоящему раскрытию также может быть сконструирован с масштабом, который помогает пользователю в определении уровня воды в данный момент времени. На фиг. 2, шкала 290 показана как прикрепленная к наружной поверхности вертикальной трубки 230, но может быть в форме вытравленных, выгравированных или напечатанных знаков на вертикальной трубке 230, где вертикальная трубка 230 по существу формирует градуированный цилиндр. Альтернативно, как показано в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, испытание на гидравлическую проводимость может быть выполнено с помощью электронного измерительного устройства 390, которое может использовать магнитные, звуковые или другие электронные измерительные схемы для определения уровня жидкости в вертикальной трубке 330 в данный момент времени. Электронное измерительное устройство может дополнительно содержать цифровой дисплей 395, который позволяет пользователю принимать точные показания электронного измерительного устройства 390. Альтернативно, электронное измерительное устройство также может быть оснащено передатчиком 396 для передачи данных измерений на удаленное местоположение.

На фиг. 5 показан один из вариантов осуществления примерного способа конструирования вертикальной трубки для использования в зондовом пермеаметре. В показанном варианте осуществления, изготовляется литейная форма требуемого вида для вертикальной трубки, вертикальная трубка имеет верхнюю часть, базовую часть и промежуточную часть (этап 501). Литейная форма согласно настоящему раскрытию включает в себя любой тип подходящей литейной формы, сердечника для труб или тому подобного. Литейная форма приближается к выбранной форме вертикальной трубки. В различных вариантах осуществления, форма может быть изготовлена в виде вертикальной трубки, как описано выше в связи с различными вариантами осуществления, причем вертикальная трубка содержит нижнюю часть, промежуточную часть и верхнюю часть. Альтернативно, литейная форма может быть изготовлена в виде нижней и промежуточной частей вертикальной трубки, где верхняя часть вертикальной трубки предоставляется в виде прозрачного трубы требуемого диаметра и длины, и этап завершения формы объекта содержит приклеивание или приварку прозрачного трубы к верхней части промежуточной части образованной в литейной форме.

Требуемый исходный материал помещают в литейную форму (этап 502). Исходный материал может быть, например, смолой для образования акриловой или ПВХ структуры, или тому подобным. Исходный материал также может предоставляться в виде расплавленного стекла или какой-либо другой жидкости, которая затвердевает в монолитную структуру при охлаждении. В приведенных выше примерах, материал выбирается по его способности сохранять хорошее уплотнение с корпусом и также может выбраться по прозрачности.

Исходный материал затем нагревают до критической температуры, (например, температуры плавления) для того, чтобы создать возможность превращения в монолитную деталь (этап 503). Альтернативно, этап нагревания материала может происходить до помещения материала в литейную форму, причем этап помещения исходного материала в литейную форму включает в себя заливку расплавленного исходного материала в литейную форму. Надлежащий порядок операций может быть определен в соответствии с выбранным материалом согласно известным способам.

После того, как материал затвердевает (этап 504) объект обрабатывается до достижения окончательной формы вертикальной трубки (этап 505). В некоторых вариантах осуществления этап окончательной обработки формы объекта (этап 505) может включать в себя удаление заусенцев или дефектов после того, как материала затвердеет. Кроме того, как указано выше, этап может также включать в себя приварку или приклеивание верхней части вертикальной трубки (или ее части) к верхней части структуры. Кроме того, этот этап может также включать в себя получение, при желании, шкалы, вытравленной, выгравированной или иным способом размещенной на наружной поверхности верхней части.

Как будет понятно специалистам в данной области, скорость изменения уровня воды в вертикальной трубке будет варьироваться в зависимости от проницаемости почвы на месте пермеаметра. Где проницаемость относительно низкая, низкая скорость изменения уровня воды в вертикальной трубке может значительно увеличить время, необходимое для испытания, поскольку может быть трудно точно считать очень небольшие изменения уровня воды с конфигурации вертикальной трубки, показанной на фиг. 2-4. Например, при начале испытания на данном месте, может быть изначально неизвестно, будет ли гидравлическая проводимость скважины в этом месте составлять 1×10⁵ или 1×10⁹ см/сек до тех пор, пока место изначально не исследовано в поле. Иногда после того, как испытание впервые начинается, обнаруживается, что уровень воды внутри вертикальной трубки почти не меняется в течение многих часов. В такой ситуации, может потребоваться очень много времени (например, несколько недель), чтобы завершить испытание в этом месте правильно.

Предпочтительно, был разработан альтернативный дизайн вертикальной трубки, что может сделать возможным точное считывание относительно небольших изменений объема в приемлемые сроки. Показанное на фиг. 6A является изображенным в разрезе видом сбоку варианта осуществления зондового пермеаметра 600 с тремя трубками для измерения гидравлической проводимости в соответствии с настоящим раскрытием. Подробный вид верхней части вертикальной трубки 650 приводится на фиг. 7. Как и в других вариантах осуществления, рассмотренных выше, зондовый пермеаметр 600 выполнен с возможностью использования применительно к скважине, в которой корпус 620 располагается согласно тому, как рассмотрено выше.

Как и варианты осуществления, рассмотренные выше, зондовый пермеаметр 600 включает в себя, по существу, прозрачную вертикальную трубку 630 монолитной конструкции, имеющую базовую часть 640 и в верхнюю часть 650, с конической промежуточной частью 645 между ними. Базовая часть 640 включает в себя нижний фланец 635, который входит в зацепление с наружной поверхностью корпуса 620, и также может включать в себя О-образное кольцо 636, образующее базовое уплотнение между нижним фланцем 635 и корпусом 620. Зондовый пермеаметр 600 может также включать в себя удобочитаемую шкалу (не показана) вдоль внешней стороны верхней части 650 вертикальной трубки 630, или серии вытравленных или напечатанных знаков, или какой-либо другой измерительный прибор, как рассмотрено выше.

Предпочтительно, этот зондовый пермеаметр 600 включает в себя конструкцию с несколькими сменными трубками. Как варианты осуществления, описанные выше, наверху верхней части 650 находится резиновая пробка 660a, что обеспечивает уплотнение в верхней части вертикальной трубки. Добавочная вертикальная трубка 652a выходит из вертикальной трубки 630 через отверстие 675a в резиновой пробке 660a. Добавочная вертикальная трубка 652a проходит выше верха верхней части 650 вниз, в коническую промежуточную часть 645, и включает в себя верхнюю резиновую пробку 662a на своем верхнем конце и нижнюю резиновую пробку 662b на нижнем конце для того, чтобы обеспечить водонепроницаемое уплотнение. Мариотова трубка 680 находится внутри добавочной вертикальной трубки 652a, и выходит из вертикальной трубки 630 через пару отверстий 677a, 677b сверху и снизу резиновых пробок 662a, 662b, соответственно.

С помощью верхней и нижней резиновых пробок 662a, 662b, добавочная вертикальная трубка 652a герметизируется на обоих концах (за исключением прохождения Мариотовой трубки 680) и содержит только воздух. Благодаря этой конфигурации, вода 685 в верхней части 650 вертикальной трубки будет занимать только межтрубное пространство между внутренней стенкой верхней части 650 и наружной стенкой добавочной вертикальной трубки 652a. Эта конфигурация, по существу, соответствует изменению объема воды на единицу высоты вертикальной трубки 650 посредством изменения площади поперечного сечения в вертикальной трубке. Чтобы уменьшить объем воды в вертикальной трубке внутрь добавочной вертикальной трубки 652a помещается Мариотова трубка 680 и она герметизируется с помощью резиновых пробок 662 для того, чтобы создать воздушное пространство. Это добавочная вертикальная трубка 652a затем помещается внутрь вертикальной трубки и герметизируется вверху с помощью пробки 660 для создания устройства постоянного напора. Таким образом, часть объема вертикальной трубки, которая иначе была бы занята водой, теперь занята воздухом. Таким образом, объем воды в единицу высоты верхней части 650 становится меньше, чем, если бы вся верхняя часть была заполнена (исключая диаметр Мариотовой трубки), как и в других вариантах осуществления, рассмотренных выше, в результате чего скорость изменение уровня воды возрастает при заданной скорости проницаемости.

Предпочтительно, чтобы диаметр добавочной вертикальной трубки 652 мог варьироваться, и мог выбраться для различных условий. Например, конфигурация, показанная на фиг. 6B включает в себя добавочную вертикальную трубку 652b, которая имеет больший диаметр, чем добавочная вертикальная трубка 652a, показанная на фиг. 6A, так что межтрубное пространство для воды в верхней части 650 вертикальной трубки меньше, чем оно на фиг. 6A. Для размещения этой добавочной вертикальной трубки 652b большого диаметра, резиновая пробка 660b, показанная на фиг. 6В, имеет большее отверстие 675b. Резиновые пробки 660 могут быть выполнены с возможностью наличия отверстий 675 различных диаметров, так что добавочная вертикальная трубка требуемого размера и соответствующая резиновая пробка 660 могут быть выбраны для каждой конкретной ситуации. С помощью этой конфигурации, объем воды в верхней части 650 может изменяться и лучше соответствовать скорости инфильтрации. Это создает универсальность при использовании одного устройства для диапазона гидравлических проводимостей.

Чтобы получить точные показания проницаемости, меньший объем воды на единицу высоты вертикальной трубки (т.е. большая добавочная вертикальная трубка) желателен для более низкой скорости потока, в то время как больший объем воды на единицу высоты вертикальной трубки (т.е. меньшая добавочная вертикальная трубка) желателен для большей скорости потока. Конфигурация, показанная на фиг. 6 и 7, обеспечивает универсальность за счет уменьшения или увеличения объема воды в вертикальной трубке без необходимости новой вершины пермеаметра. Это делает возможным лучшее соразмерение добавочной вертикальной трубки с гидравлической проводимостью в данном месте.

Установлено, что диаметр добавочной вертикальной трубки 652 может иметь влияние на точность системы вследствие изменений температуры. Поскольку диаметр добавочной вертикальной трубки 652 увеличивается, объем воды в верхней части 650 уменьшается, и это может увеличить возможность ошибки, вызванной тепловым воздействием. Один этап, который, как было обнаружено, помогает уменьшить потенциальное воздействие тепловых погрешностей от этого источника, состоит в том, чтобы изолировать скважину с тем, чтобы уменьшить величину теплового расширения, как воды, так и компонент зондового пермеаметра.

Следует подчеркнуть, что описанные выше варианты осуществления настоящего устройства и процесса и являются лишь возможными примерами реализаций и лишь излагаются для ясного понимания принципов раскрытия. Многие различные варианты осуществления раскрытия, описываемые в настоящем документе, могут быть разработаны и/или изготовлены без отступления от сущности и объема раскрытия. Все эти и другие такие модификации и вариации предназначены для включения в данный документ в пределах объема данного раскрытия и защищены следующей формулой изобретения. Следовательно, подразумевается, что объем раскрытия не ограничивается чем-либо, кроме указанного в прилагаемой формуле изобретения.

Claims

1. Устройство для измерения гидравлической проводимости, используя инфильтрацию скважины, содержащее:
вертикальную трубку, включающую в себя
базовую часть, имеющую круглое поперечное сечение с первым диаметром;
верхнюю часть, имеющую верхний конец и круглое поперечное сечение со вторым диаметром, причем второй диаметр значительно меньше первого диаметра; и
промежуточную часть, между базовой частью и верхней частью, причем промежуточная часть имеет диаметр, который постепенно изменяется вдоль вертикальной оси, в котором
вертикальная трубка образована из одного цельного куска, по существу, прозрачного материала; при этом
верхнее уплотнение и Мариотова трубка расположены внутри вертикальной трубки, причем Мариотова трубка имеет нижний конец, расположенный вблизи базовой части, и верхний конец, расположенный выше верхнего конца верхней части, причем
Мариотова трубка проходит через верхнее уплотнение; при этом
верхнее уплотнение содержит пробку, а Мариотова трубка проходит через отверстие в пробке, которое немного меньше, чем внешний диаметр Мариотовой трубки, образуя воздухонепроницаемое уплотнение.

2. Устройство по п. 1, в котором верхнее уплотнение расположено в верхнем конце верхней части.

3. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее добавочную вертикальную трубку, расположенную внутри вертикальной трубки, имеющую нижний конец, расположенный ниже верхней части, и имеющую нижнее уплотнение, и верхний конец, расположенный выше верхнего конца, причем верхнее уплотнение расположено у верхнего конца добавочной вертикальной трубки, при этом верхний конец добавочной вертикальной трубки проходит через верхнее уплотнение вертикальной трубки, Мариотову трубку, которая находится внутри добавочной вертикальной трубки и проходит через верхнее уплотнение и нижнее уплотнение.

4. Устройство по п. 1, в которой первый диаметр находится в диапазоне от приблизительно 12 с (304,8 мм) до приблизительно 18 (457,2 мм) дюймов, и второй диаметр составляет меньше, чем приблизительно 4 (101,6 мм) дюйма.

5. Устройство по п. 1, в котором вертикальная трубка выполнена из одного куска, по существу прозрачного акрилового материала.

6. Устройство по п. 1, в котором промежуточная часть является, по существу, конусообразной.

7. Устройство для измерения гидравлической проводимости почвы в скважине, образованной в почве в месте, где должно проводиться исследование, содержащее:
корпус, имеющий круглое поперечное сечение с первым диаметром, причем корпус имеет нижнюю часть корпуса, расположенную на дне скважины;
кольцеобразное уплотнение корпуса, расположенное вокруг нижней части корпуса;
вертикальную трубку, монолитной конструкции, имеющую базовую часть с нижним фланцем, которая образует, по существу, водонепроницаемое уплотнение вертикальной трубки с корпусом,
при этом вертикальная трубка образована из одного куска, по существу, прозрачного акрилового материала.

8. Устройство по п. 7, в котором уплотнение вертикальной трубки между базовой частью и корпусом содержит фитинговое соединение с натягом.

9. Устройство по п. 7, дополнительно содержащее добавочное уплотнение корпуса, расположенное между стенкой скважины и наружной поверхностью корпуса.

10. Устройство по п. 7, в котором нижний фланец находится в контакте с внутренней стенкой корпуса, тем самым формируя уплотнение вертикальной трубки, причем базовая часть содержит кромку, которая опирается на верхнюю часть корпуса.

11. Устройство по п. 7, дополнительно содержащее электронное измерительное устройство.

12. Устройство по п. 11, в котором электронное измерительное устройство включает в себя передающее устройство.

13. Устройство по п. 7, в котором вертикальная трубка дополнительно содержит:
верхнюю часть, имеющую верхний конец, и круглое поперечное сечение со вторым диаметром, значительно меньшим, чем первый диаметр; и
промежуточную часть, между базовой частью и верхней частью, имеющую диаметр, который постепенно изменяется вдоль вертикальной оси;
верхнее уплотнение, расположенное в верхнем конце верхней части; и
Мариотову трубку, расположенную внутри вертикальной трубки, причем Мариотова трубка имеет нижний конец, расположенный вблизи базовой части, и верхний конец, расположенный выше верхнего конца верхней части, при этом Мариотова трубка проходит через верхнее уплотнение.

14. Устройство по п. 13, в котором нижний фланец находится в контакте с внутренней стенкой корпуса, тем самым формируя, по существу, водонепроницаемое уплотнение вертикальной трубки, причем базовая часть содержит кромку, которая опирается на верхнюю часть корпуса.

15. Устройство по п. 13, дополнительно содержащее добавочную вертикальную трубку, расположенную внутри вертикальной трубки, имеющую нижний конец, расположенный ниже верхней части, и имеющую нижнее уплотнение, и верхний конец, расположенный выше верхнего конца, и имеющей верхнее уплотнение, при этом верхний конец добавочной вертикальной трубки проходит через верхнее уплотнение вертикальной трубки, Мариотову трубку, которая находится внутри добавочной вертикальной трубки, и проходит через верхнее уплотнение и нижнее уплотнение.

16. Способ изготовления вертикальной трубки пермеаметра для использования при измерении гидравлической проводимости, в котором:
обеспечивают литейную форму, которая приближается к форме вертикальной трубки, причем вертикальная трубка содержит базовую часть с круглым поперечным сечением, имеющим первый диаметр, верхнюю часть с круглым поперечным сечением, имеющим второй диаметр, причем второй диаметр значительно меньше первого диаметра, и промежуточную часть, соединяющую базовую часть с верхней частью, причем промежуточная часть имеет диаметр, который постепенно изменяется вдоль вертикальной оси;
помещают исходный материал в литейную форму;
нагревают исходный материал для того, чтобы сформировать одно изделие;
прикрепляют прозрачную трубу к верхней части вертикальной трубки с образованием, по меньшей мере, участка верхней части; и
создают возможность затвердевания исходного материала для того, чтобы сформировать, по существу, прозрачную вертикальную трубку, по существу, монолитной конструкции.

17. Способ по п. 16, в котором этап нагревания исходного материала происходит до того как исходный материал помещают в литейную форму.

18. Способ по п. 16, в котором этап нагревания исходного материала осуществляют после того как исходный материал помещают в литейную форму.