JPH0650764Y2

JPH0650764Y2 - 比熱式水分センサ

Info

Publication number: JPH0650764Y2
Application number: JP1989124036U
Authority: JP
Inventors: 良春名川; 義昭石黒
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2004-10-25
Also published as: US5142901A; NL9002325A; JPH0363854U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）本考案は、比熱式水分センサの改良に関し、さらに詳し
くは一般土壌、砂および施設園芸や培養装置などで使用
するロックウールなどの含水被検物質の水分量測定を、
短時間で容易かつ正確に行なうことができ、しかも低コ
ストで製造可能な比熱式水分センサに関するものであ
る。

（従来の技術）たとえば、ロックウールなどの培地支持体を用いた培養
装置では、培地支持体の水分量が培養植物の生育に大き
な影響を与えることから、水分量の測定・制御が重要な
課題とされている。

そして、本出願人は、従来使用されていたテンシオメー
ターや赤外線式水分量測定器に比し、短時間で簡易的
に、また正確に水分量を測定することができる装置とし
て、比熱式水分センサに注目し、その性能向上の検討を
進めており、その成果をすでに特願昭61−189582号（特
開平５−23710号公報）および実願昭63−38473号（実公
平５−44772号公報）として出願した。

すなわち、特願昭61−189582号の比熱式水分センサは、
一端を閉塞した細長い金属製容器内に、他端から引き出
した状態でリード線を配置し、その容器内のリード線に
対しヒーター、このヒーターと一定間隔をおいて配置し
た温度計測用センサー、および前記ヒーターの熱の影響
を受けない位置に配置した温度補償用センサーをそれぞ
れ設けると共に、前記容器内に温度損失体としてのプラ
スチックを充填し、前記リード線の他端を別途設けた水
分計に接続した構造からなるものである。

この比熱式水分センサにおいては、前記容器を培地支持
体などの被検物質中に差し込み、ヒーターを動作させる
と、ヒーターの熱は温度計測用センサーに伝えられる
が、熱量の一部が被検物質の水分量に応じて吸熱される
ため、ヒーターの発熱量を一定にして前記温度計測用セ
ンサーにおける温度上昇量（温度変化量）を計測するこ
とにより、被検物質の水分量を知ることができるのであ
る。

しかるに、この比熱式水分センサにおいては、容器が金
属製であるために、金属部が腐食して金属イオンが溶出
し、培養植物に悪影響を与えるという懸念があった。

そこで、本出願人はさらに検討を進めた結果、上記の問
題を解決した比熱式水分センサとして、実願昭63−3847
3号の考案を完成し、出願するに至ったのである。

すなわち、実願昭63−38473号の比熱式水分センサは、
一端を尖鋭状とした金属容器内に複数のヒーターを設け
て、これらのヒーターの間に温度計測用センサーを設け
ることにより、熱量の伝導を効率化して、水分量の検知
感度を高めると共に、前記容器の外周に合成樹脂皮膜を
形成することによって容器の腐食を防止したものであ
る。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、さらに検討を進めた結果、上記実願昭63
−38473号の比熱式水分センサは、水分量の測定を短時
間でかつ正確に行なうことができる反面、複数のヒータ
ーを配置することにより構造が複雑となり、製造工程が
繁雑でコスト高になるという難点があった。

そこで本考案の課題は、上述した本出願人の提案による
比熱式水分センサの不具合を解消し、一層高性能な比熱
式水分センサを実現することにある。

したがって、本考案の目的は、被検物質の水分量の測定
を短時間で容易かつ正確に行なうことができ、しかも低
コストの比熱式水分センサを提供することにある。

［考案の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本考案の比熱式水分センサは、長手方向に二つ
の中空部を有するセラミック製の円柱の外周に、ヒータ
ー線を捲回すると共に、前記二つの中空部にリード線を
連通し、前記円柱内のリード線に温度計測用センサー
を、また前記円柱外のリード線に温度補償用センサーを
設けたものの外周に、先端を尖鋭状に形成した耐水性合
成樹脂容器を一体成形して構成したことを特徴とする。

（作用）本考案の比熱式水分センサは、二つの中空部にリード線
を連通し、外周にヒーター線を捲回したセラミック製の
円柱の外周を、耐水性合成樹脂容器にて一体成形するこ
とにより得られるため、ヒーターと温度センサとの距離
に製品ごとのバラツキも少なく、製造工程が簡略化で
き、小型化および低コスト化が達成可能であるばかり
か、金属腐蝕による植物への悪影響も解消する。

さらに、本考案の比熱式水分センサはその先端を尖鋭状
に構成することにより、培地支持体などの被検物質内に
容易に差し込むことができ、測定の簡易化を図ることが
できる。

また本考案の比熱式水分センサは、ヒーターとセンサー
の支持体として、樹脂などに比べて熱伝導性のよいセラ
ミック製円柱を使用したため、熱量の検知感度が向上
し、短時間で、しかも一層正確な水分量の測定を達成す
ることができる。

したがって、本考案の比熱式水分センサによれば、水分
量の検知精度の改良と共に、低コスト化、測定の簡易化
および装置の小型化などの効果が得られ、従来よりも一
層高性能化した比熱式水分センサの実現を可能とするこ
とができる。

（実施例）以下、図面にしたがって本考案の比熱式水分センサの実
施例について、詳細に説明する。

第１図は本考案の比熱式水分センサの断面説明図、第２
図は第１図におけるセラミック製円柱部分の斜視説明図
である。

第１図および第２図において、本考案の比熱式水分セン
サ10は、長手方向に二つの中空部21,22を有するセラミ
ック製円柱20、この円柱20の外周に一定間隔に捲回した
ヒーター用のニクロム線30、前記円柱20の中空部21,22
に比較的密接して連通されたリード線40、前記円柱20内
のリード線41に設けた温度計測用センサー51、前記円柱
20外のリード線42に設けた温度補償用センサー52および
これらと一体成形してなる耐水性合成樹脂容器60からな
り、前記リード線40は前記容器60から引き出され、図示
していない水分計と接続可能となっている。

ここで、セラミック製円柱20を形成するセラミックと
は、シラン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛などの
金属の酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化物等またはこれ
らの混合物や化合物の焼結体等を包含し、強靱性や耐熱
性のすぐれた材料である。

また、センサー51,52は白金薄膜抵抗または熱電対から
なり、とくに温度補償用センサー52はニクロム線30の熱
量を遮断できる位置、すなわちセラミック製円柱20の外
部に設けられる。

一体成形された合成樹脂容器60は、例えばガラス繊維強
化ポリブチレンテレフタレートなどの耐水性合成樹脂か
らなり、とくにその先端をエンピツ型の先鋭部61とする
ことにより、被検物質に対する差し込みが極めて容易に
できるようになっている。

第３図は本考案の比熱式水分センサにおける基本回路を
示し、Ｅはバッテリー等の電源、Ｈはニクロム線（ヒー
ター）、Voutはセンサー出力電圧、SCは温度計測用セン
サー、SCRは温度補償用センサーである。

すなわち、本考案の比熱式水分センサを用いて被検物質
の水分量を測定するには、比熱式水分センサの先端尖鋭
部を被検物質内に差し込み、まず電源Ｅに一定電圧を印
加して、ヒーターＨを発熱させる。

すると、ヒーターＨからの熱量の一部が水分量に応じて
吸熱されるので、ヒーターＨの熱量を一定として温度計
測用センサーSCにおける温度変化量を計測し、これを温
度補償用センサーSCRと対比することにより、水分量を
検知することができるのである。

本考案の比熱式水分センサを用いた水分量の測定におい
ては、セラミック製円柱20の使用により熱伝導性が改良
され、熱損失が小さいため、検知感度が極めてすぐれて
いる。

また、計測時間も60秒程度に短縮できるため、少ない電
力で計測を行なうことができ、ポータブル型水分計との
組合わせに最適である。

しかも、本考案の比熱式水分センサは、合成樹脂容器60
との一体成形により製造されるため、製造工程が簡略化
でき、低コスト化を図ることができる。

また、本考案の比熱式水分センサは、合成樹脂容器60の
先端を尖鋭状にすることにより、被検物質への差し込み
が容易となり、しかも全体が合成樹脂で覆われているた
め、さびによる腐蝕や金属イオンの溶出による植物への
悪影響が解消する。

また、中空部内の温度センサと、ヒーターとの距離は常
に一定であるため、製品ごとのバラツキも少なくなる。

以下に試験例を挙げ、本考案の比熱式水分センサによる
効果をさらに説明する。

（試験例１）…ロックウールの測定例まず、よく乾燥したロックウールを30×30×7.5cmの形
状の切断し、その重量と体積を求めた。

次に前記ロックウールの高さ方向7.5cmの中央部に本考
案の比熱式水分センサの先端尖鋭部を差し込み、測定の
準備を行なった。

そして、ロックウールの全体に含水させるため、ロック
ウールの下方から給水して、水分が全体にいる渡るま
で、約30分放置して、全体積中の含水率をチェックした
ところ、90容量％であった。

この状態でヒーターニクロム線に6.0Vの電圧を印加し、
計測時間60秒にてセンサー起電力を測定した。

次に、ロックウールの含水量を70、50および30容量％に
調整し、夫々について上記と同様の条件でセンサー起電
力を測定して、これらの測定値を第４図に〇印でプロッ
トした。

一方、比較のために、セラミック製円柱の代わりにテフ
ロンチューブを使用し、これを合成樹脂容器内にインサ
ートした構造の比熱式水分センサを用い、同様の条件で
センサー起電力を測定し、これを第４図に●印でプロッ
トした。

さらに、上記比較用比熱式水分センサにおけるの測定時
間を180秒としてセンサー起電力を測定し、これを第４
図に▲印でプロットした。

第４図の結果から、本考案の比熱式水分センサは比較用
（テフロンチューブ使用）比熱式水分センサの測定値と
比較して、同一測定時間（60秒）で約２倍の出力幅があ
り、検知感度が極めてすぐれていることがわかる。

また、比較用の比熱式水分センサであっても、測定時間
を３倍（180秒）とすれば、出力幅は上昇するが、とく
に水分量が90容量％の領域では、本考案の比熱式水分セ
ンサによる起電力の傾きが、比較用比熱式水分センサの
起電力の傾きに比較して大きいことから、本考案の比熱
式水分センサは、高含水領域での計測精度がすぐれてい
るとがわかる。

（試験例２）…黒ボク土の測定例よく乾燥した黒ボク土に水を少量づつ加えて混合し、含
水率10、20、30及び36重量％（最大容水量）のサンプル
を調整した。

これらのサンプルをプラスチック容器に充填して、これ
に本考案の比熱式水分センサをたて方向に差し込み、測
定個所を代えながらセンサー起電力の測定を繰返し４回
行ない、その結果を第５図に〇印でプロットした。

なお、ニクロム線への印加電圧は6.0V、測定時間は60秒
とした。

この結果から、各測定点での誤差は最大で±２〜３％程
度であり、60秒という短い測定時間でも、十分に使用で
きるレベルにあることがわかる。

また、特に高含水量域での傾斜が大きくなり、検知感度
が十分にすぐれていることもわかる。

一方、比較用として、試験例１と同様にセラミック製円
柱の代わりにテフロンチューブを使用した比熱式水分セ
ンサを使用して、上記と同様にセンサー起電力を測定し
た結果を、第５図に●印でプロットした。

この結果では、本考案の比熱式水分センサに比較して全
体感度が不足しているため、測定値のバラツキ幅が同じ
レベルにあるにもかかわらず、測定誤差が最大±８〜10
％程度にもなり、60秒の測定時間では使用し得るレベル
にないことがわかる。

さらに、本考案の比熱式水分センサと、上記比較用の比
熱式水分センサで夫々水分量を測定する際の、電力と測
定時間の関係を第６図に示した。

第６図の結果からは、比較用の比熱式水分センサで３分
間計測するには約2.55Wの電力を必要とするのに対し、
本考案の比熱式水分センサでは１分間の計測で約1.9Wの
電力ですみ、約３割の電力節約が可能であることがわか
る。

［考案の効果］以上、詳細に説明したように、本考案の比熱式水分セン
サによれば、水分量の検知精度の改良および計測時間の
短縮と共に、製造工程の簡略化、低コスト化、装置の小
型化、被検物質への差し込みが容易となることによる測
定の簡易化、さびによる腐食や金属イオンの溶出による
植物への悪影響の解消および製品ごとのバラツキの減少
およびなどの効果が得られ、従来よりも一層高性能化し
た比熱式水分センサの実現を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の比熱式水分センサの説明図、第２図は
第１図におけるセラミック製円柱部分の斜視説明図、第
３図は本考案の比熱式水分センサにおける基本回路説明
図、第４図は本考案の比熱式水分センサによりロックウ
ールの水分量を計測する際の体積水分率（横軸）とセン
サー起電力（縦軸）の関係を示すグラフ、第５図は本考
案の比熱式水分センサにより黒ボク土の水分量を計測す
る際の体積水分率（横軸）とセンサー起電力（縦軸）の
関係を示すグラフ、第６図は水分量測定時の測定時間
（横軸）と使用電力（縦軸）の関係を示すグラフであ
る。 10……比熱式水分センサ 20……セラミック製円柱 21……中空部 22…… 〃 30……ニクロム線（ヒーター） 40……リード線 51……温度計測用センサー 52……温度補償用センサー 60……合成樹脂容器 61……尖鋭部Ｅ……電源Ｈ……ニクロム線（ヒーター） VOUT……センサー出力電圧 SC……温度計測用センサー SCR……温度補償用センサー

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】長手方向に二つの中空部を有するセラミッ
ク製の円柱の外周に、ヒーター線を捲回すると共に、前
記二つの中空部にリード線を連通し、前記円柱内のリー
ド線に温度計測用センサーを、また前記円柱外のリード
線に温度補償用センサーを設けたものの外周に、先端を
尖鋭状に形成した耐水性合成樹脂容器を一体成形して構
成したことを特徴とする比熱式水分センサ。