JPH02249961A - 流体含浸物における流体の流動状態検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体を含浸する計測対象物中の流体の流動状
態を検出する方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

流体を含浸する計測対象物における流体の計測の一つと
して、流体の含有率を計測することが従来より行われて
いる。

例えば芝生が植えられた土壌においては、撒水の要否を
判別する等のために、その土壌の含有水分を計測するこ
とが行われている。

土壌の含有水分を計測するには、含有水分量が大である
ほど土壌の熱伝導率が高くなることを利用して、土壌の
熱伝導率を計測することが行われている。この熱伝導率
を計測する手段としては、例えば特開昭６３−１２０２
４５号公報に開示された手段がある。この手段は、熱源
と温度センサとを備えた検出体を熱伝導率が既知の対象
物に挿入し、熱源を加熱作動させるに伴う温度センサの
計測値データや、熱源を停止させた状態での温度センサ
の計測値データを予め求めておく。そして、熱伝導率が
未知の対象物を計測する際には、上記既知の対象物と同
様にして、熱源を加熱作動させるに伴う温度センサの計
測値データや、熱源を停止させた状態での温度センサの
計測値データを求め、次に予め求めた計測値データと今
回計測求めた計測値データとを比較して、未知の対象物
の熱伝導率を求めるようにする。

〔発明が解決しようとする課題〕

計測対象物における流体を計測するに、その含有率の計
測だけでは適切な情報を得られないものであり、流体の
流動状態を検出することがのぞまれる。

例えば芝等の植物が植えられた土壌においては、蒸散が
さかんに行われている植物の根付近では水が微速度で流
動している。従ってこのように水が流動している場合に
は逆に蒸散が盛んに行われているものと判断でき、その
結果植物にとって有効な水分が存在するものとみなすこ
とができるものであり、その有効な水分の有無を的確に
判別するために流体の流動状態を適切に検出できること
が望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであって、そ
の目的は、流体含浸物中において微速度で流動している
流体の流動状態を適切に検出できる流体含浸物における
流体の流動状態検出方法及び装置を提供する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

下記の第１乃至第４の特徴構成は、本発明による流体含
浸物における流体の流動状態検出方法を特定するもので
ある。

第１の特徴構成は、熱源と温度センサとを備えた検出体
を流体を含浸する計測対象物中に挿入し、 前記熱源を加熱作動させるに伴う前記温度センサの計測
値データを求め、 その後前記熱源の加熱作動を停止させた状態における前
記温度センサによる計測値データを求め、 前記加熱作動時における前記計測値データと前記加熱停
止時における前記計測値データとの比較により流体の流
動状態を判別する点に特徴がある。

第２の特徴構成は、上記第１の特徴構成に記載した方法
を実施する際に好適な方法を特定するものであって、 前記加熱作動時における前記計測値データから温度上昇
時の見掛けの熱伝導率を求めると共に、前記加熱停止時
における前記計測値データから温度下降時の見掛けの熱
伝導率を求め、前記温度上昇時の見掛けの熱伝導率と前
記温度下降時の見掛けの熱伝導率との差が大であるほど
流体の流れが大であると判別する点に特徴がある。

第３の特徴構成は、本発明の方法を使用するのに好適な
計測対象物として、植物が植えられた土壌を特定するも
のである。

第４の特徴構成は、上記第３の特徴構成に記載した方法
を実施する際の望ましい方法を特定するものであって、
前記検出体が植物の根部分の下方に近接する土壌部分に
挿入される点に特徴がある。

第５の特徴構成は、本発明による流体含浸物における流
体の流動状態検出の装置を特定するものであって、 熱源と温度センサとを備え、且つ、流体を含浸する計測
対象物中に挿入されるされる検出体と、 前記熱源を加熱作動させるに伴う前記温度センサの計測
値データ、及び前記熱源の加熱作動を停止させた状態に
おける前記温度センサの計測値データを記憶する記憶手
段と、 前記加熱作動時において記憶された前記計測値データと
前記加熱停止時において記憶された前記計測値データと
を比較して流体の流動状態を判別する判別手段とを備え
ている点に特徴がある。

第６の特徴構成は、上記第５の特徴構成に記載した装置
を実施する際の望ましい構成を特定するものであって、
外乱状況を検出する外乱状況検出手段が設けられ、前記
判別手段は、前記計測値データに基づいて判別した判別
結果を前記外乱状況検出手段の検出情報に基づいて補正
するように構成されている点に特徴がある。

〔作用〕

第１の特徴構成に記載した方法の作用は次の通りである
。

熱源及び温度センサを備えた検出体を計測対象物中に挿
入して熱源を加熱作動させると、漸次温度が上昇するこ
とになり、その上昇状態が温度センサにて検出される。

この温度上昇は、基本的には熱源の加熱量から放熱量を
減算した値に基づくものであり、そして、その温度上昇
率は計測対象物中の流体の流動によって変化する。つま
り、流体が速く流動しているほど前記放熱量が太き（な
って、温度上昇率は低くなる傾向にある。

このようにして、熱源を加熱作動させるに伴う温度セン
サの計測値データを求めた後、熱源の加熱作動を停止さ
せる。加熱作動を停止させると漸次温度が下降すること
になり、その下降状態が温度センサにて検出される。

この温度下降は放熱によるものであり、そして、その温
度下降率は計測対象物中の流体の流動によって変化する
。つまり、流体が速く流動しているほど放熱量が太き（
なって、温度下降率は太き（なる傾向にある。

上記のようにして求めた加熱作動時における計測値デー
タと加熱停止時における計測値データとを比較して、例
えば流体が流動しているか否かを判別する等、流体の流
動状態を求める。

第２の特徴構成に記載した方法の作用は次の通りである
。

加熱作動時における計測値データと加熱停止時における
計測値データとを比較するに、加熱作動時における計測
値データから温度上昇時の見掛けの熱伝導率を求めると
共に、加熱停止時における計測値データから温度下降時
の見掛けの熱伝導率を求め、温度上昇時の見掛けの熱伝
導率と温度下降時の見掛けの熱伝導率との差が大である
ほど流体の流れが大であると判別する。

第３の特徴構成に記載した方法の作用は次の通りである
。

芝等の植物が植えられた土壌においては、蒸散がさかん
に行われている植物の根付近では水が微速度で流動して
いる。従ってこのように水が流動している場合には逆に
蒸散が盛んに行われているものと判断でき、その結果植
物にとって有効な水分が存在するものとみなすことがで
きるものである。

それ故、上記第１または第２の特徴構成で述べた方法に
より、植物が植えられている土壌の根付近の水の流動状
態を測定することによって、植物にとって有効な水分の
有無を判断できることになる。

この場合、第４の特徴構成に記載した如く、検出体を植
物の根部分の下方に近接する土壌部分に挿入すれば、適
切な計測結果を得ることができるのみならず、地表近く
の根部分が存在する土壌部分に挿入するに較べて、検出
体が作業員等に踏みつけ損傷されることを極力回避でき
るものとなる。

第５の特徴構成に記載した装置の作用は次の通りである
。

この特徴構成による作用は基本的には上記第１の特徴構
成の作用と同じである。

但しこの特徴構成では、検出体を計測対象物中に挿入し
た状態で計測される温度センサの計測値データ、つまり
熱源の加熱作動時の計測値データ及び熱源の加熱停止時
の計測値データが記憶手段にて記憶され、記憶された計
測値データが判別手段にて比較されて流体の流動状態が
求められる。

この場合、第６の特徴構成に記載した如く、外乱状況を
検出する外乱状況検出手段を設けて、前記計測値データ
に基づいて判別した判別結果を外乱状況検出手段の検出
情報に基づいて補正するようにすれば、流体の流動状態
を一層的確に求めることができる。つまり、熱源を加熱
作動させた際の温度上昇時の見掛けの熱伝導率や加熱作
動を停止させた際の温度下降時の見掛けの熱伝導率は、
計測時の土壌の温度等の外乱条件によって変動すること
になる。したがって、これらの外乱条件を適宜検出させ
て判別手段の判別結果を補正するようにすれば、−層適
正な計測を行えるものとなる。

〔発明の効果〕

本発明の効果は次の通りである。

第１の特徴構成によれば、流体含浸物中を微速度で流動
する流体の流動状態を適切に検出できるのであり、実用
上の利点大である。

第２の特徴構成によれば、温度上昇時の見掛けの熱伝導
率と温度下降時の見掛けの熱伝導率との差が大であるほ
ど流体の流れが大であると判別させるものであるから、
流体の流速を定量的に認識できるものとなる。

第３の特徴構成によれば、植物に有効な水分の有無を的
確に判別できるものとなり、撒水の要否等を判別するの
に極めて有効な情報を得ることができる。

第４の特徴構成よれば、所望の計測を行わせることがで
きるのみならず、検出体の損傷を回避するのにも有利と
なるのであり、実用面で有利となる。

第５の特徴構成によれば、上記第１の特徴構成による効
果と同様な効果を得ることができるとともに、特に、加
熱作動時における計測値データや加熱停止時における計
測値データが自動的に記憶され、流体の流動状態が自動
的に判別されるから、能率良く計測作業を行うことがで
きる。

第６の特徴構成によれば、外乱状況検出手段の検出情報
に基づいて判別結果を補正することによって、−層的確
に流体の流動状態を求めることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

流体含浸物における流体の流動状態の検出装置は、第１
図に示すように、流体を含浸する計測対象物中に挿入さ
れる検出体（Ｓ）と、制御部（Ｋ）と、計測開始指令等
の各種の情報を入力する入力部（Ｎ）と、計測結果等を
表示する表示部（Ｈ）と、計測結果を外部装置に出力す
る出力部（Ｄ）と、電池利用の電源部（Ｇ）を主要部と
して備えている。

前記検出体（Ｓ）は、第２図に示すように、ステンレス
製パイプ（１）内に、白金抵抗素子を利用した温度セン
サ（２）と熱源としてのヒータ線（３）とを挿入して構
成されている。尚、前記パイプ（１）内にはアルミナ等
が充填され、またパイプ（１）の基端部にはスリーブ（
４）が外嵌管されている。

ちなみに、前記温度センサ（２）の抵抗値の変化はブリ
ッジ回路を用いて検出するようになっている。

前記制御部（Ｋ）は、ＣＰＵ（５）と、メモリ（６）と
、Ｉｌｏ　（７）とを主要部として構成されている。

尚図中、（８）はヒータ線（３）の駆動用リレー（９）
は温度センサ（２）の計測信号の増幅器、（１０）はＡ
／Ｄコンバータである。

以下上記装置を用いて流体含浸物における流体の流動状
態を検出する手順について説明する。

但し以下の説明は芝が植えられた土壌の水の流動状態を
検出する場合を例に挙げて行う。

第１図にも示すように、先ず検出体（Ｓ）を土壌中に挿
入する。尚、検出体（Ｓ）の挿入位置は、芝の根部分の
下方に近接する土壌部分がよい。

次に前記入力部（Ｎ）から計測開始指令を入力すると、
計測処理が実行される。

この計測処理は、基本的には、ヒータ線（３）を加熱作
動させるに伴う温度センサ（２）の計測値データを前記
メモリ（６）に記憶する処理と、その後ヒータ線（３）
の加熱作動を停止させた状態における温度センサ（２）
の計測値データをメモリ（６）に記憶させる処理と、前
記加熱作動時における計測値データと前記加熱停止時に
おける計測値データとの比較により流体の流動状態を判
別する判別処理とからなる。

流体の流動状態が判別されると、その結果が前記表示部
（）ｌ）に表示される共に、必要に応じて出力部（Ｄ）
から外部装置に出力される。

次に、第３図のフローチャートに基づいて制御部（Ｋ）
の制御作動を説明しながら、各処理について説明を加え
る。

先ず初期設定の処理をした後、ヒータ線（３）の駆動用
リレー（８）を駆動させて加熱作動を開始する。

次に計測回数のカウンタを加算する処理（ｊ＝ｊ十１）
を実行したのち、温度センサ（Ｓ）による計測値Ｔ（ｉ
）を入力して、前記メモリ（６）に記憶させる処理（Ｍ
（ｊ）・Ｔ（ｊ））を実行する。

その後設定時間（例えば３秒）待機し、次に計測回数の
カウンタの値（ｊ）が所定値（例えば５０回）に達した
か否かをチエツクして、所定値に達するまで加熱作動状
態での計測値Ｔ（ｊ）を求める処理を実行する。

計測回数のカウンタの値（ｊ）が所定値に達すると、ヒ
ータ線（３）の駆動用リレー（８）を停止させて加熱作
動を停止する。

次に前記計測回数のカウンタを引き続き加算する処理（
ｊ＝ｊ＋１）を実行したのち、温度センサ（Ｓ）による
計測値Ｔ（ｊ）を入力して、前記メモリ（６）に記憶さ
せる処理（Ｍ（ｊ）・Ｔ（ｊ））を実行する。

その後設定時間（例えば３秒）待機し、次に計測回数の
カウンタの値（ｊ）が所定値（例えば１００回）に達し
たか否かをチエツクして、所定値に達するまで加熱停止
状態での計測値Ｔ（ｊ）を求める処理を実行する。

以上の作動により加熱作動時における計測値データや加
熱停止時における計測値データが時系列データとして記
憶されることになり、これらデータに基づいて流体の流
動状態が判別される。

この判別処理は、記加熱作動時における計測値データか
ら温度上昇時の見掛けの熱伝導率を求めると共に、前記
加熱停止時における計測値データから温度下降時の見掛
けの熱伝導率を求め、そして前記温度上昇時の見掛けの
熱伝導率と前記温度下降時の見掛けの熱伝導率との差が
大であるほど流体の流れが大であると判別するようにな
っている。

つまり、流体が流動していない場合には、第４図におい
て破線で示すように、加熱作動時における温度上昇時の
見掛けの熱伝導率と加熱停止時における温度下降時の見
掛けの熱伝導率とは路間−となる。つまり温度上昇時の
見掛けの熱伝導率λｂは、下記式に示すように、例えば
加熱時における温度センサ（Ｓ）による計測値Ｔの温度
変化（Ｔｂ（５０）　−Ｔｂ（０））と予め求めてメモ
１月６）に記憶しである熱伝導率が既知の物質（例えば
水）の温度変化（Ｔａ（５０）　−Ｔａ（０））との比
をとり、この比の逆数を既知の熱伝導率λａに掛けて求
められる。

温度下降時の見掛けの熱伝導率は、下記式に示すように
、加熱作動を停止したのち温度センサ（Ｓ）の温度変化
（Ｔｂ（１００）−Ｔｂ（５０））と予め求めてメモｌ
バ６）に記憶しである熱伝導率が既知の物質（例えば水
）の温度変化（Ｔａ（１００）−Ｔａ（５０））との比
をとり、この比の逆数を既知の熱伝導率λａに掛けて求
められる。

そして、このようにして求めた温度上昇時の見掛けの熱
伝導率と温度下降時の見掛けの熱伝導率とは、流体が流
動していない場合には基本的には路間−となる。

ところが、流体が流動している場合には、第４図で実線
で示すように、加熱作動時における温度上昇時の見掛け
の熱伝導率と加熱停止時における温度下降時の見掛けの
熱伝導率とには差が生じるものとなり、そして、その差
は流体の流れが大になるほど大きくなる傾向になる。

従って判別処理は、先ず加熱作動時における温度上昇時
の見掛けの熱伝導率や加熱停止時における温度下降時の
見掛けの熱伝導率を求める処理を実行したのち、温度上
昇時の見掛けの熱伝導率と温度下降時の見掛けの熱伝導
率との差を求める処理を実行することになる。

以上の作動により、流体の流動状態が流速に関連した値
として求められることになり、次にその結果が表示部（
Ｈ）や出力部（Ｄ）に出力される処理が実行され。

ちなみに本実施例においては、前記メモ１月６）を主要
部として、加熱作動時における計測値データや加熱停止
時における計測値データを記憶する記憶手段が構成され
、制御部（Ｋ）により流体の流動状態を判別する判別手
段が構成されることになる。尚、前記メモリ（６）には
、計測処理の作動を行わせるための各種の情報が予め記
憶されている。

〔別実施例〕

本発明は、芝が植えられた土壌の水の流動状態を検出す
るのに極めて有効であるが、同様に芝以外の植物が植え
られた土壌の水の流動状態を検出するのにも適用でき、
さらには、例えば地下水の流動状態の検出、海綿状の流
体含浸物における流動状態の検出等、他の流体含浸物に
おける流体流動状態の検出にも適用できる。

本発明を実施するに、第１図中において二点鎖線で示す
ように、外乱状況を検出する外乱状況検出手段（１１）
を設けて、前記計測値データに基づいて判別した判別結
果を前記外乱状況検出手段の検出情報に基づいて補正す
るように構成すれば、−層正確に流体の流動状態を検出
できるものとなってよい。ちなみに、外乱としては流体
含浸物の温度変化を代表に挙げることができ、この場合
には、外乱状況検出手段（１１）として温度センサを用
いて流体含浸物の温度を時系列データとして求めるよう
にするとよい。

また、加熱作動時における計測値データと加熱停止時お
ける計測値データとの比較により流体の流動状態を判別
するに、その具体的手段は各種変更できる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御構成を示すブロック図、第２図は検出体の
一部切欠き側面図、第３図は計測処理作動を示すフロー
チャート、第４図は温度センサの計測値の変化を示す図
である。 （２）・・・・・・温度センサ、（３）・・・・・・熱
源、（６）・・・・・・記憶手段、（１０）・・・・・
・外乱状況検出手段、（Ｋ）・・・・・・判別手段、（
Ｓ）・・・・・・検出体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱源（３）と温度センサ（２）とを備えた検出体（
   Ｓ）を流体を含浸する計測対象物中に挿入し、 前記熱源（３）を加熱作動させるに伴う前 記温度センサ（２）の計測値データを求め、その後前記
   熱源（３）の加熱作動を停止さ せた状態における前記温度センサ（２）による計測値デ
   ータを求め、 前記加熱作動時における前記計測値デー タと前記加熱停止時における前記計測値デ ータとの比較により流体の流動状態を判別 する流体含浸物における流体の流動状態検 出方法。 ２、請求項１記載の流体含浸物における流体の流動状態
   検出方法であって、前記加熱作 動時における前記計測値データから温度上 昇時の見掛けの熱伝導率を求めると共に、 前記加熱停止時における前記計測値データ から温度下降時の見掛けの熱伝導率を求め、前記温度上
   昇時の見掛けの熱伝導率と前記 温度下降時の見掛けの熱伝導率との差が大 であるほど流体の流れが大であると判別す る流体含浸物における流体の流動状態検出 方法。 ３、請求項１又は２記載の流体含浸物における流体の流
   動状態検出方法であって、前記 計測対象物が植物が植えられた土壌である 流体含浸物における流体の流動検出方法。 ４、請求項３記載の流体含浸物における流体の流動状態
   検出方法であって、前記検出体 （Ｓ）が植物の根部分の下方に近接する土壌部分に挿入
   される流体含浸物における流体 の流動状態検出方法。 ５、熱源（３）と温度センサ（２）とを備え、且つ、流
   体を含浸する計測対象物中に挿入さ れる検出体（Ｓ）と、 前記熱源（３）を加熱作動させるに伴う前 記温度センサ（２）の計測値データ、及び前記熱源（３
   ）の加熱作動を停止させた状態における前記温度センサ
   （２）の計測値データを記憶する記憶手段（６）と、 前記加熱作動時において記憶された前記 計測値データと前記加熱停止時において記 憶された前記計測値データとを比較して流 体の流動状態を判別する判別手段（Ｋ）とを備えている
   流体含浸物における流体の流動 状態検出装置。 ６、請求項５記載の流体含浸物における流体の流動状態
   検出装置であって、外乱状況を 検出する外乱状況検出手段（１０）が設けられ、前記判
   別手段（Ｋ）は、前記計測値データに基づいて判別した
   判別結果を前記外乱状況 検出手段（１０）の検出情報に基づいて補正するように
   構成されている流体含浸物におけ る流体の流動状態検出装置。