JPH0430535Y2

JPH0430535Y2 -

Info

Publication number: JPH0430535Y2
Application number: JP19120787U
Authority: JP
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1992-07-23
Also published as: JPH0193558U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、土壌に含まれる水分の測定センサに
関するものである。

従来の技術従来、土壌に含まれる水分を測定する場合に
は、例えば対向電極を被測定土壌に埋設し、対向
電極間における被測定土壌のインピーダンスを測
定して含有水分の量を求めている。

考案が解決しようとする問題点上記従来の測定方法においては、被測定土壌の
種類又は被測定土壌に含まれる水分中に溶解して
いる電解質の量等に応じて対向電極間における被
測定土壌のインピーダンスが異なるため、正確な
測定を行うことは不可能である。

問題点を解決するための手段一般に土壌の水分は、土壌粒子の集合体が保有
する空孔内に毛細管現象的な吸収力によつて保持
されて居り、土壌が乾燥するにしたがつて径の大
なる空孔から徐々に水分を失うこととなる。

そこで、径の小なる空孔から径の大なる空孔の
間における何れの径の空孔まで水分が存在してい
るかを測定することが出来れば、被測定土壌の乾
燥の程度を知ることが出来る。

本考案は、このような検討結果に基づいてなさ
れたもので、本案土壌水分測定センサは、各親水
性材質より成る複数個の測定用多孔体と、この複
数個の測定用多孔体の各々に設けられたインピー
ダンス測定電極と、前記複数個の測定用多孔体が
被測定土壌と接触する面に密着せしめられ親水性
材質より成る保護用多孔体とを以て形成されたセ
ンサ素子を支持体の下部に取り付けると共に、前
記複数個の測定用多孔体が、個々においてはほぼ
一様の径の空孔が分布し、測定用多孔体相互間に
おいては分布空孔径が互いに異なり、前記保護用
多孔体の空孔径を、前記複数個の測定用多孔体の
うち、最小径の空孔の分布する測定用多孔体の空
孔径とほぼ等しいか、適宜小ならしめたことを特
徴とするものである。

作用本案土壌水分測定センサを被測定土壌中に埋設
すると、被測定土壌の空孔内に存在する水分が、
その空孔の径に対応する径の空孔の分布する測定
用多孔体の空孔内に移動する。

測定用多孔体毎に設けたインピーダンス測定電
極によつて測定用多孔体のインピーダンスを測定
すると、水分を吸収した測定用多孔体と水分を吸
収していない測定用多孔体とのインピーダンスが
著しく異なり、何れの径の空孔まで水分が吸収さ
れているかを極めて容易に判断することが出来、
これから直に被測定土壌の乾燥程度を知ることが
出来る。

又、測定用多孔体の土壌接触面を最小径の空孔
を有する多孔体を以て覆つてあるため、細かい土
壌粒子が径の大なる空孔より成る測定用多孔体内
に入ることなく、したがつて細かい土壌粒子によ
る空孔の径の変化に基づく測定誤差を生ずるおそ
れを除くことが出来る。

実施例第１図は、本考案の一実施例の要部を示す正面
図、第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図、第３図
は、要部素子の拡大正面図、第４図は、その背面
図で、各図において、１は筒状の支持体で、例え
ば塩化ビニル等の合成樹脂又は適当な金属体より
成り、その下部側壁を筒軸に対して斜めに切断し
て開口部を形成してある。３乃至７はそれぞれセ
ラミツクのような親水性の材質又は親水性の合成
樹脂等より成る測定用多孔体で、それぞれ上下方
向に配設して互いに密着せしめると共に、各測定
用多孔体に分布する空孔の径が測定用多孔体毎に
ほぼ一様で、測定用多孔体相互の空孔径は互いに
段階的又はほぼ連続的に異なり、例えば測定用多
孔体３の空孔径が最大で、測定用多孔体７に至る
にしたがつて空孔径が小となるように配設し、被
測定土壌に分布する空孔径の範囲を十分にカバー
し得るように測定用多孔体３乃至７の空孔径の分
布を選んである。

図には５個の測定用多孔体３乃至７を配設した
場合を例示してあるが、被測定土壌における空孔
径の分布範囲又は測定用多孔体相互の空孔径の差
等に応じて測定用多孔体の数を適宜増減してもよ
い。

９は通気用多孔体で、測定用多孔体３乃至７の
うち、最大径の空孔の分布する測定用多孔体３の
空孔とほぼ等しいか、これより適宜大なる径の空
孔が分布する疏水性の材質、例えば四弗化エチレ
ンの重合体より成り、最大径の空孔の分布する測
定用多孔体３に密着せしめ、通気管１０及び支持
体１の上端壁又は上側壁に穿つた開放口（図示し
ていない）を介して通気用多孔体９を大気中に開
放せしめるか、通気管を設ける代りに通気用多孔
体９の上部空〓及び支持体１の上端壁又は上側壁
に穿つた開放口を介して通気用多孔体９を大気中
に開放せしめる。

１１は保護用多孔体で、測定用多孔体３乃至７
と同様の材質より成ると共に空孔径の最も小なる
測定用多孔体７に分布する空孔の径とほぼ等しい
か、これより適宜小なる径の空孔がほぼ一様に分
布する多孔体より成り、測定用多孔体３乃至７及
び通気用多孔体９が被測定土壌と接触する面を覆
うように測定用多孔体３乃至７及び通気用多孔体
９と一体に設けてある。

１３₁乃至１７₂はインピーダンス測定電極で、
電極１３₁及び１３₂は互いに適宜間隔を隔てて測
定用多孔体３の背面又は側面に真空蒸着等の手段
により設けた金属箔を以て形成するか、適宜間隔
を隔てて測定用多孔体３の背面又は側面から挿入
した適宜直径の棒状金属体を以て形成してある。

電極１４₁及び１４₂は測定用多孔体４に、電極
１５₁及び１５₂は測定用多孔体５に、電極１６₁
及び１６₂は測定用多孔体６に、電極１７₁及び１
７₂は測定用多孔体７に、それぞれ上記と同様に
して設けてある。

１９は各インピーダンス測定電極１３₁乃至１
７₂の引出線束で、必要に応じて支持用細管内に
挿通して支持体１の上部から外部へ引き出してあ
る。

２０は充填剤で、耐蝕性及び電気絶縁性を有す
る材質、例えばエポキシ樹脂より成り、測定用多
孔体３乃至７、通気用多孔体９、保護用多孔体１
１及びインピーダンス測定電極１３₁乃至１７₂よ
り成るセンサ素子のうち、保護用多孔体１１の前
面及び必要に応じてその周面を除いた部分と支持
体１の内壁間に充填されてセンサ素子を所要の位
置に保持すると共に、インピーダンス測定電極１
３₁乃至１７₂相互間の絶縁を保ち、又、被測定土
壌及び水分等が支持体１内に入るのを防止する。

大気開放路を通気管１０を以て形成する代り
に、支持体１の上部筒内と開放口によつて形成す
る場合には、通気用多孔体９の上部に充填剤２０
を充填することなく通気用多孔体９の上面を露出
せしめておく必要がある。

測定用多孔体３乃至７、通気用多孔体９、保護
用多孔体１１及びインピーダンス測定電極１３乃
至１７より成るセンサ素子を支持体１に取り付け
るに当つては、保護用多孔体１１の前面が支持体
１の下部における斜めの開口面とほぼ一致する
か、保護用多孔体１１の前面が開口面と平行を保
つたまま支持体１内に適宜後退した位置に設ける
ことが望ましいが、センサ素子の下端部が斜めの
開口部から支持体１の外へ突出しない範囲で、例
えば支持体１の中心軸と平行となるように設けて
も本考案を実施することが出来る。

以上は、センサ素子の長手方向が、支持体１の
中心軸方向とほぼ平行となるように配設した場合
を例示したが、センサ素子の長手方向が、例えば
支持体１の中心軸方向とほぼ直角となるように配
設しても本考案を実施することが出来る。

第５図は、本案センサと併用する検出電気回路
の構成の一例を示す図で、１３₁乃至１７₂は前記
インピーダンス測定電極、２１₁乃至２５₂はクリ
ツプ回路を形成するダイオードで、それぞれ順方
向電圧の出来るだけ等しいものを使用する。２６
は演算増幅器で、入力抵抗２７乃至３１及び帰還
抵抗３２と共に加算回路を形成する。３３は電圧
計、３４は交流電源で、例えば直流・交流変換器
より成る。

尚、上記検出電気回路のうち、インピーダンス
測定電極１３₁乃至１７₂を除く全ての回路素子を
支持体１の外部に設ける代りに、ダイオード２１
_１乃至２５₂より成るクリツプ回路、演算増幅器２
６、入力抵抗２７乃至３１及び帰還抵抗３２より
成る加算回路をも支持体１内に設けるようにして
もよい。

クリツプ回路及び加算回路を支持体１の外部に
設けた場合又は支持体１内に設けた場合の何れに
おいても、電圧計３３及び交流電源３４を遠隔地
点に設置して遠隔指示を行うように構成してもよ
い。

本案土壌水分測定センサにおいては、支持体１
の下部開口部を被測定土壌に埋設すると、被測定
土壌中の水分が毛細管現象的な吸収力により保護
用多孔体１１を介して空孔径の最も小なる測定用
多孔体７の空孔内に吸収され、被測定土壌に含ま
れる水分の量に応じて空孔径の漸次大となる測定
用多孔体６，５，４及び３の順序で空孔内に水分
が吸収され、測定用多孔体のインピーダンスが低
下する。

被測定土壌が乾燥すると、測定用多孔体に吸収
された水分は、空孔径の大なる測定用多孔体から
空孔径の小なる測定用多孔体への順序で放出され
る。

測定用多孔体が水分を吸収してインピーダンス
が低下すると、この測定用多孔体に設けたインピ
ーダンス測定電極間に電流が流れ、この電極に対
応するダイオードに電圧が発生し、測定用多孔体
の吸収水分量が一定値以上に達してインピーダン
スが一定値以下に低下すると、ダイオードの電圧
は順方向電圧、即ち、ほぼ±0.5Vの一定電圧に
保たれ、この電圧は入力抵抗を介して演算増幅器
２６に加えられる。

全ての測定用多孔体７乃至３が水分を十分に吸
収して各クリツプ回路を形成するダイオードの順
方向電圧の全てが加算回路に加えられた際に、そ
の加算出力によつて電圧計３３の指示が最大値、
即ち、この実施例においては測定用多孔体の数が
５個であるから、ほぼ0.5Vの５倍又はその整数
倍の電圧値を指示し、逆に測定用多孔体３乃至７
の全てが乾燥状態に在る際には電圧計３３の指示
が零となるように予め調整しておけば、電圧計３
３の指示値を0.5V又はその整数倍で割ることに
より、一定量以上の水分を吸収している測定用多
孔体の個数を知ることが出来、これから直ちに被
測定土壌の乾燥の程度を求めることが出来る。

第６図は、本考案の他の実施例の要部を示す断
面図（第７図のＣ−Ｃ断面図）、第７図は、第６
図のＢ−Ｂ断面図で、両図において、１は筒上の
支持体、２は棒状体の下端部に鍔状の突起を有す
る支持体で、それぞれ前実施例における支持体１
と同様の材質より成る。３乃至８は測定要多孔体
で、前実施例における測定要多孔体３乃至７と同
様の材質で、互いに異なる空孔径の多孔体よる成
る。

図には６個の多孔体を円周上に配設した場合を
例示してあるが、適宜増減し得ること前実施例と
同様である。

１１は保護用多孔体で、前実施例における保護
用多孔体と同様の材質及び空孔径の多孔体より成
り、測定用多孔体３乃至８が被測定土壌と接触す
る表面を覆うように設けてある。１３₁乃至１８₁
はインピーダンス測定電極、３５はリング状の共
通電極である。

本実施例におけるセンサを第５図に示した検出
電気回路と組合せて測定を行う場合には、本実施
例においては測定用多孔体を６個設けたことに対
応して第５図のダイオードより成るクリツプ回路
を１段増設すると共に演算増幅器２６の入力抵抗
を１個増設し、更に共通電極３５をクリツプ回路
に接続すると共に電極１３₁乃至１８₁を交流電源
３４に接続することによつて前実施例同様被測定
土壌の乾燥度を求めることが出来る。

本実施例においては、筒状支持体１の下端部と
支持体２の鍔状の突起との間に測定用多孔体３乃
至８を挟んで円周上に配設支持せしめてあるか
ら、支持体２を金属体を以て形成し、かつ支持体
２の鍔状の突起と共通電極３５との電気的接触を
確実ならしめ得る場合には、支持体２を引出線の
一部として利用することが出来、又、支持体２の
鍔状の突起と測定用多孔体３乃至８の各底面とを
直接接触せしめた場合に、その接触を確実ならし
め得るならば共通電極３５を省いてもよい。

支持体２を合成樹脂等の絶縁体を以て形成した
場合には、支持体２の鍔状の突起と測定用多孔体
３乃至８の各底面間にリング状の共通電極３５を
介在せしめると共に引出線を設ける必要がある
が、リング状の共通電極３５の代りに測定用多孔
体３乃至８の適宜個所、例えば各底面又は背面等
に各独立の電極を設け、電極１３₁乃至１８₁と各
一対のインピーダンス測定電極を形成せしめても
よい。

又、本実施例においては、支持体１及び２間の
空間部に測定用多孔体３乃至８の各一部が直接露
出しているから、支持体１の上部側壁又は上部端
壁に開放口を穿つことによつて各測定用多孔体３
乃至８を大気開放状態に保つこつが出来る。

考案の効果本案センサの構成は、土壌の水分保持機構、即
ち、土壌の水分は土壌粒子の集合体が有する空孔
内に、毛細管現象的な吸収力によつて保持されて
居り、土壌が乾燥するにしたがつて径の大なる空
孔から徐々に水分を失う機構と原理的に同一であ
るから、実際の被測定土壌の乾燥程度に極めて近
い測定結果を良好な再現性を以て得ることが可能
で、構成取扱いも簡潔容易である。

特に、本案センサにおいては、測定用多孔体が
被測定土壌と接触する表面を、最小空孔径の測定
用多孔体の空孔径とほぼ等しいか、適宜小なる径
の空孔を有する保護用多孔体１１を以て覆つてあ
るため、径の小なる土壌粒子が空孔径の大なる測
定用多孔体の空孔内に入つてこの測定用多孔体に
おける空孔径の一様な分布を乱し、その結果測定
誤差を生ずるのを防ぐことが出来る。

又、測定用多孔体を大気開放路を介して大気中
に開放してあるから、測定用多孔体への水分の吸
収放出に応じて大気開放路を介して測定用多孔体
内の空気が放出吸収され、測定用多孔体への水分
の吸収放出が円滑に行われ、測定を迅速正確に行
うことが出来る。

本考案者が試作センサについて実験した結果、
乾燥状態における測定用多孔体のインピーダンス
が10⁴kΩに対して、水分を十分に吸収した状態に
おいては10kΩ程度にまで大きくインピーダンス
が低下するのを確めることが出来た。

測定用多孔体のインピーダンスは、吸収水分量
のみならず温度及び吸収した水分に溶解している
電解質の量等によつても変化するが、吸収水分量
による測定用多孔体のインピーダンスの変化は前
記のように極めて大なるため、例えばインピーダ
ンスが100kΩ以下に下つた場合に、測定用多孔体
に水分が十分に吸収されたと判定することにより
温度及び溶解電解質等の影響を無視しても正確な
測定結果を得ることが出来る。

更に、本案センサは、従来のようにインピーダ
ンス測定電極を直接被測定土壌中に挿入して被測
定土壌のインピーダンスを測定するものと異な
り、被測定土壌中の水分を測定用多孔体に吸収せ
しめて測定用多孔体のインピーダンスの変化から
被測定土壌の乾燥状態を測定するものであるか
ら、被測定土壌の種類等に関係なく正確な測定を
行うことが可能である。

第８図は、空孔径90μ（保水性PF：1.52），空孔
径22μ（PF：2.13）、空孔径7.7μ（PF：2.59）、空孔
径3μ（PF：3.00）及び空孔径0.86μ（PF：3.54）の
５個の測定用多孔体を以てセンサ素子を形成した
試作センサについて行つた実験結果を示す曲線図
で、横軸は、供試土壌の含有水分の重量（ｇ）及
び重量含水率（％）、縦軸は、電圧計の指示値で、
最大指示値を100％で示したもので、供試土壌の
重量含水率20％乃至40％の範囲に対して電圧計の
指示は、ほぼ直線的に対応し、十分実用に供し得
ることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の要部を示す正面図、第２図
は、第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は、要部素子
の拡大正面図、第４図は、要部素子の拡大背面
図、第５図は、本案センサと併用する検出電気回
路の構成の一例を示す図、第６図及び第７図は、
本考案の他の実施例の要部を示す断面図、第８図
は、本案センサの検出特性の一例を示す曲線図
で、１及び２……支持体、３乃至８……測定用多
孔体、９……通気用多孔体、１０……通気管、１
１……保護用多孔体、１３₁乃至１８₁……インピ
ーダンス測定電極、１９……引出線束、２０……
充填剤、２１₁乃至２５₂……ダイオード、２６…
…演算増幅器、２７乃至３１……入力抵抗、３２
……帰還抵抗、３３……電圧計、３４……交流電
源、３５……共通電極である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

各親水性材質より成る複数個の測定用多孔体
と、この複数個の測定用多孔体の各々に設けられ
たインピーダンス測定電極と、前記複数個の測定
用多孔体が被測定土壌と接触する面に密着せしめ
られ親水性材質より成る保護用多孔体とを以て形
成されたセンサ素子を支持体の下部に取り付ける
と共に、前記複数個の測定用多孔体が、個々にお
いてはほぼ一様の径の空孔が分布し、測定用多孔
体相互間においては分布空孔径が互いに異なり、
前記保護用多孔体の空孔径を、前記複数個の測定
用多孔体のうち、最小径の空孔の分布する測定用
多孔体の空孔径とほぼ等しいか、適宜小ならしめ
たことを特徴とする土壌水分測定センサ。