JPH09189693A - 水分測定センサ及び水分計 - Google Patents
水分測定センサ及び水分計Info
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- JPH09189693A JPH09189693A JP2035696A JP2035696A JPH09189693A JP H09189693 A JPH09189693 A JP H09189693A JP 2035696 A JP2035696 A JP 2035696A JP 2035696 A JP2035696 A JP 2035696A JP H09189693 A JPH09189693 A JP H09189693A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な構成で、信頼性の高い測定が可能な水分
計を提供する。 【解決手段】各々ほぼ一様の径の空孔が分布する親水性
材質よりなり、各々に分布する空孔の径が相互において
異なる複数個の測定用多孔体１〜５に、これらの測定用
多孔体の各々にわたる電極８ａ，８ｂを測定電極として
設ける。また、空孔が分布する親水性材質よりなり、そ
の空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち最小径の空孔
を有する測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜小な
らしめてある参照用多孔体６を測定用多孔体１〜５の近
傍に設け、この参照用多孔体６に前記電極８ａと電極８
ｃを参照電極として設ける。測定用多孔体１〜５の合成
インピーダンスと、参照用多孔体６のインピーダンスと
の比より試料中の水分量を演算する。
計を提供する。 【解決手段】各々ほぼ一様の径の空孔が分布する親水性
材質よりなり、各々に分布する空孔の径が相互において
異なる複数個の測定用多孔体１〜５に、これらの測定用
多孔体の各々にわたる電極８ａ，８ｂを測定電極として
設ける。また、空孔が分布する親水性材質よりなり、そ
の空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち最小径の空孔
を有する測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜小な
らしめてある参照用多孔体６を測定用多孔体１〜５の近
傍に設け、この参照用多孔体６に前記電極８ａと電極８
ｃを参照電極として設ける。測定用多孔体１〜５の合成
インピーダンスと、参照用多孔体６のインピーダンスと
の比より試料中の水分量を演算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に土壌中に含ま
れる水分測定に好適な水分測定センサ及び水分計に関す
る。
れる水分測定に好適な水分測定センサ及び水分計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】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って保持
されており、土壌が乾燥するに従い径の大なる空孔から
徐々に水分を失うことになる。
が保有する空孔内に毛細管現象的な吸収力によって保持
されており、土壌が乾燥するに従い径の大なる空孔から
徐々に水分を失うことになる。
【０００３】このような知見に基づき、各々ほぼ一様の
径の空孔が分布する親水性材質よりなり、各々に分布す
る空孔の径が相互において異な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からなる水分測定センサが提案され
ている（特開昭６３−２９８１４３号公報，実公平４−
３０５３５公報参照）。
径の空孔が分布する親水性材質よりなり、各々に分布す
る空孔の径が相互において異な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からなる水分測定センサが提案され
ている（特開昭６３−２９８１４３号公報，実公平４−
３０５３５公報参照）。
【０００４】以下に図４を参照しつつ、上記従来技術に
係る水分測定センサの基本的な構成を説明する。図４に
おいて、（Ａ）は水分測定センサの部分外観正面図、
（Ｂ）はその内部の部分背面図である。符号１ないし５
は親水性材質よりなる測定用多孔体で、１〜５にかけて
空孔径が順に大きくなっている。この測定用多孔体１〜
５には、それぞれインピーダンス測定電極８が取り付け
られ、これらインピーダンス測定電極８，８…にはリー
ド線１１が接続されており、リード線１１，１１…はリ
ード線束１２で束ねられている。これら測定用多孔体１
〜５、インピーダンス測定電極８，８…、リード線１
１，１１…、リード線束１２等は支持管１５内に収容さ
れており、この支持管１５の下部の測定用多孔体１〜５
の収容部分は、斜めに傾斜して測定用多孔体１〜５の表
面を露出するようにして、密閉体１６により管表面が密
閉されている。そして、支持管１５は土壌等の試料Ｓ中
の任意の深さまで挿入、埋設できるようになっている。
尚、測定用多孔体１〜５の表面は必要に応じて、空孔径
の小なる保護用多孔体（図示せず）で覆うことができ
る。
係る水分測定センサの基本的な構成を説明する。図４に
おいて、（Ａ）は水分測定センサの部分外観正面図、
（Ｂ）はその内部の部分背面図である。符号１ないし５
は親水性材質よりなる測定用多孔体で、１〜５にかけて
空孔径が順に大きくなっている。この測定用多孔体１〜
５には、それぞれインピーダンス測定電極８が取り付け
られ、これらインピーダンス測定電極８，８…にはリー
ド線１１が接続されており、リード線１１，１１…はリ
ード線束１２で束ねられている。これら測定用多孔体１
〜５、インピーダンス測定電極８，８…、リード線１
１，１１…、リード線束１２等は支持管１５内に収容さ
れており、この支持管１５の下部の測定用多孔体１〜５
の収容部分は、斜めに傾斜して測定用多孔体１〜５の表
面を露出するようにして、密閉体１６により管表面が密
閉されている。そして、支持管１５は土壌等の試料Ｓ中
の任意の深さまで挿入、埋設できるようになっている。
尚、測定用多孔体１〜５の表面は必要に応じて、空孔径
の小なる保護用多孔体（図示せず）で覆うことができ
る。
【０００５】このような構成の水分測定センサを試料中
に挿入埋設すると、測定用多孔体１〜５の空孔径の小さ
いものから順次試料中の水分Ｗを吸収するとともに、試
料が乾燥するにつれ空孔径の大きいものから順次水分Ｗ
を失う。それぞれの測定用多孔体１〜５が水分Ｗを吸収
しているか否かは、インピーダンス測定電極８，８間の
インピーダンス変化として捕らえることができる。
に挿入埋設すると、測定用多孔体１〜５の空孔径の小さ
いものから順次試料中の水分Ｗを吸収するとともに、試
料が乾燥するにつれ空孔径の大きいものから順次水分Ｗ
を失う。それぞれの測定用多孔体１〜５が水分Ｗを吸収
しているか否かは、インピーダンス測定電極８，８間の
インピーダンス変化として捕らえることができる。
【０００６】このインピーダンス変化を捕らえるための
回路構成を図５に示す。図５において、８１ａ，８１ｂ
ないし８５ａ，８５ｂはインピーダンス測定電極で、電
極８１ａ，８１ｂは測定用多孔体１に、電極８２ａ，８
２ｂは測定用多孔体２に、電極８３ａ，８３ｂは測定用
多孔体３に、電極８４ａ，８４ｂは測定用多孔体４に、
電極８５ａ，８５ｂは測定用多孔体５にそれぞれ設けら
れている。
回路構成を図５に示す。図５において、８１ａ，８１ｂ
ないし８５ａ，８５ｂはインピーダンス測定電極で、電
極８１ａ，８１ｂは測定用多孔体１に、電極８２ａ，８
２ｂは測定用多孔体２に、電極８３ａ，８３ｂは測定用
多孔体３に、電極８４ａ，８４ｂは測定用多孔体４に、
電極８５ａ，８５ｂは測定用多孔体５にそれぞれ設けら
れている。
【０００７】１１ａないし１１ｆはインピーダンス測定
電極８１ａ，８１ｂないし８５ａ，８５ｂにそれぞれ取
り付けられたリード線で、リード線束１２で束ねられ
て、検出回路に導かれている。
電極８１ａ，８１ｂないし８５ａ，８５ｂにそれぞれ取
り付けられたリード線で、リード線束１２で束ねられ
て、検出回路に導かれている。
【０００８】９１ａ，９１ｂないし９５ａ，９５ｂはク
リップ回路を形成するダイオードで、それぞれ順方向電
圧のできるだけ等しいものを使用する。Ａ3は演算増幅
器で、入力抵抗Ｒ11ないしＲ15及び帰還抵抗Ｒ16と共に
加算回路を形成する。ＳACは測定用電圧源で、たとえ
ば、直流・交流変換器よりなる。Ｔ0は出力端子であ
る。
リップ回路を形成するダイオードで、それぞれ順方向電
圧のできるだけ等しいものを使用する。Ａ3は演算増幅
器で、入力抵抗Ｒ11ないしＲ15及び帰還抵抗Ｒ16と共に
加算回路を形成する。ＳACは測定用電圧源で、たとえ
ば、直流・交流変換器よりなる。Ｔ0は出力端子であ
る。
【０００９】今、空孔径の最も小さい測定用多孔体１が
試料中の水分を吸収し、インピーダンス測定電極８１
ａ，８１ｂ間に一定以上の電流が流れるまでインピーダ
ンスが低下すると、この電極に対応するダイオード９１
ａ，９１ｂに一定の電圧が発生し、入力抵抗Ｒ11を介し
て演算増幅器Ａ3に加えられる。
試料中の水分を吸収し、インピーダンス測定電極８１
ａ，８１ｂ間に一定以上の電流が流れるまでインピーダ
ンスが低下すると、この電極に対応するダイオード９１
ａ，９１ｂに一定の電圧が発生し、入力抵抗Ｒ11を介し
て演算増幅器Ａ3に加えられる。
【００１０】同様に、測定用多孔体２〜５が一定以上の
水分を吸収すると、それぞれに対応するダイオードに一
定の電圧が発生し、それぞれ演算増幅器Ａ3に加えられ
る。従って、出力端子Ｔ0の出力電圧を、個々のダイオ
ードから加えられる電圧で割ることにより、一定以上の
水分を吸収している測定用多孔体の個数を知ることがで
き、これから直ちに試料の水分量ないしは乾燥の程度を
求めることができる。
水分を吸収すると、それぞれに対応するダイオードに一
定の電圧が発生し、それぞれ演算増幅器Ａ3に加えられ
る。従って、出力端子Ｔ0の出力電圧を、個々のダイオ
ードから加えられる電圧で割ることにより、一定以上の
水分を吸収している測定用多孔体の個数を知ることがで
き、これから直ちに試料の水分量ないしは乾燥の程度を
求めることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に係る水
分測定センサにおいては、インピーダンス測定電極の数
に応じたリード線数が必要であり、リード線束が太くな
り取り扱いに不便であるばかりでなく、接続上の信頼性
に欠けるおそれがある。また、同一の水分量であっても
吸収する水分の導電率によってインピーダンスが変化す
るため、クリップ回路によって一定電圧を取り出す必要
があり、回路構成が複雑である。さらに、吸収する水分
の導電率が極端に低い場合は、一定以上の水分を吸収し
てもインピーダンスが充分に低下せず、ダイオードに一
定電圧が発生しないために測定誤差を生じる場合があ
る。本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、簡単な構成
で、信頼性の高い測定が可能な水分測定センサを提供す
ることである。
分測定センサにおいては、インピーダンス測定電極の数
に応じたリード線数が必要であり、リード線束が太くな
り取り扱いに不便であるばかりでなく、接続上の信頼性
に欠けるおそれがある。また、同一の水分量であっても
吸収する水分の導電率によってインピーダンスが変化す
るため、クリップ回路によって一定電圧を取り出す必要
があり、回路構成が複雑である。さらに、吸収する水分
の導電率が極端に低い場合は、一定以上の水分を吸収し
てもインピーダンスが充分に低下せず、ダイオードに一
定電圧が発生しないために測定誤差を生じる場合があ
る。本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、簡単な構成
で、信頼性の高い測定が可能な水分測定センサを提供す
ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、各々ほぼ一様
の径の空孔が分布する親水性材質よりなり、各々に分布
する空孔の径が相互において異な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わたって存
し、各々実質的に単一に形成された一対の測定電極とを
備えてなる水分測定センサを提供し、リード線の数が多
いことによる不都合を解消したものである。
の径の空孔が分布する親水性材質よりなり、各々に分布
する空孔の径が相互において異な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わたって存
し、各々実質的に単一に形成された一対の測定電極とを
備えてなる水分測定センサを提供し、リード線の数が多
いことによる不都合を解消したものである。
【００１３】すなわち、測定用多孔体の各々にわたっ
て、一対の測定電極を各々実質的に単一に形成すると、
得られるインピーダンスの逆数は、個々の測定用多孔体
についてのインピーダンスの逆数の和となる。そして、
このインピーダンスは、測定用多孔体の数に関わりなく
リード線２本で信号として取り出すことが可能なので、
リード線束が徒に太くなることがなく、接続上の信頼性
も向上する。
て、一対の測定電極を各々実質的に単一に形成すると、
得られるインピーダンスの逆数は、個々の測定用多孔体
についてのインピーダンスの逆数の和となる。そして、
このインピーダンスは、測定用多孔体の数に関わりなく
リード線２本で信号として取り出すことが可能なので、
リード線束が徒に太くなることがなく、接続上の信頼性
も向上する。
【００１４】また、本発明は空孔が分布する親水性材質
よりなり、その空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち
最小径の空孔を有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てある参照用多孔体を測定用多孔体
の近傍に設け、この参照用多孔体に設けられた一対の参
照電極を備えることにより、吸収する水分の導電率の大
小に拘わらず正確な測定を可能とする。
よりなり、その空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち
最小径の空孔を有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てある参照用多孔体を測定用多孔体
の近傍に設け、この参照用多孔体に設けられた一対の参
照電極を備えることにより、吸収する水分の導電率の大
小に拘わらず正確な測定を可能とする。
【００１５】すなわち、測定電極間のインピーダンス
が、吸収する水の導電率により変化しても、参照電極間
のインピーダンスも同様に変化するので、水の導電率変
化分を補償することができる。
が、吸収する水の導電率により変化しても、参照電極間
のインピーダンスも同様に変化するので、水の導電率変
化分を補償することができる。
【００１６】ここで、参照用多孔体に分布する空孔径
が、複数個の測定用多孔体のうち最小径の空孔を有する
測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜小ならしめて
あるのは、測定用多孔体のいずれかが水分を吸収保持し
ているときは、参照用多孔体にも必ず水分が吸収保持さ
れているようにするためである。
が、複数個の測定用多孔体のうち最小径の空孔を有する
測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜小ならしめて
あるのは、測定用多孔体のいずれかが水分を吸収保持し
ているときは、参照用多孔体にも必ず水分が吸収保持さ
れているようにするためである。
【００１７】尚、参照用多孔体は、測定用多孔体が吸収
する水と均質の水を吸収するように、測定用多孔体の近
傍に設けてある。但し、必ずしも測定用多孔体と同一の
支持管内に収容する必要はない。
する水と均質の水を吸収するように、測定用多孔体の近
傍に設けてある。但し、必ずしも測定用多孔体と同一の
支持管内に収容する必要はない。
【００１８】また、本発明は空孔が分布する親水性材質
よりなり、その空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち
最小径の空孔を有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てある保護用多孔体を、前記測定用
多孔体の試料と接触する面に通水性導電膜を介して密着
せしめ、この通水性導電膜を前記一対の測定電極の一方
とすることにより、水分センサを簡単な構成で一体的に
形成することができる。尚、通水性の導電膜としたの
は、保護用多孔体から、測定用多孔体への水分の移動を
妨げないようにするためである。
よりなり、その空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち
最小径の空孔を有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てある保護用多孔体を、前記測定用
多孔体の試料と接触する面に通水性導電膜を介して密着
せしめ、この通水性導電膜を前記一対の測定電極の一方
とすることにより、水分センサを簡単な構成で一体的に
形成することができる。尚、通水性の導電膜としたの
は、保護用多孔体から、測定用多孔体への水分の移動を
妨げないようにするためである。
【００１９】さらに、本発明は前記一対の測定電極から
得られるインピーダンスと、前記一対の参照電極から得
られるインピーダンスとの比より、試料中の水分量を演
算することを特徴とする水分計を提供し、水分測定セン
サから得られる信号から試料中の水分量を求めることを
可能とする。
得られるインピーダンスと、前記一対の参照電極から得
られるインピーダンスとの比より、試料中の水分量を演
算することを特徴とする水分計を提供し、水分測定セン
サから得られる信号から試料中の水分量を求めることを
可能とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施の形
態例に基づいて説明する。図１は本発明に係る水分計で
ある。図１において符号１〜５は図４と同様の測定用多
孔体である。説明の便宜上その数を５としてあるが、試
料の水分量の変動範囲等に応じて適宜増減してよい。ま
た、測定用多孔体の配列に特に限定はなく、水分測定セ
ンサ全体の形状等に応じて種々変更できる。例えば、図
４に示す如く支持管の下部を斜めに密閉する密閉体の表
面に直線的に配列しても良いし、実公平４−３０５３５
号公報の第６図及び第７図に示す如く、棒状体の下端部
に鍔状の突起を有する支持体を用いる場合は突起部を中
心として円状に配列しても良い。
態例に基づいて説明する。図１は本発明に係る水分計で
ある。図１において符号１〜５は図４と同様の測定用多
孔体である。説明の便宜上その数を５としてあるが、試
料の水分量の変動範囲等に応じて適宜増減してよい。ま
た、測定用多孔体の配列に特に限定はなく、水分測定セ
ンサ全体の形状等に応じて種々変更できる。例えば、図
４に示す如く支持管の下部を斜めに密閉する密閉体の表
面に直線的に配列しても良いし、実公平４−３０５３５
号公報の第６図及び第７図に示す如く、棒状体の下端部
に鍔状の突起を有する支持体を用いる場合は突起部を中
心として円状に配列しても良い。
【００２１】符号６は参照用多孔体、符号９は保護用多
孔体で、いずれも複数個の測定用多孔体のうち最小径の
空孔を有する測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜
小ならしめてある空孔が分布している。参照用多孔体
は、測定用多孔体の近傍に設けられるが、特に一体化し
ている必要はない。
孔体で、いずれも複数個の測定用多孔体のうち最小径の
空孔を有する測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜
小ならしめてある空孔が分布している。参照用多孔体
は、測定用多孔体の近傍に設けられるが、特に一体化し
ている必要はない。
【００２２】保護用多孔体９は、測定用多孔体が試料Ｓ
と接触する面に密着せしめてあり測定用多孔体を試料か
ら保護するように構成されている。これにより、試料の
細かい粒子が径の大きい測定用多孔体内に入り空孔の径
の変化に基づく測定誤差を生ずるおそれを取り除くこと
ができる。尚、図１における例においては保護用多孔体
が測定用多孔体とそれに隣接する参照用多孔体の双方に
密着して設けられているが、参照用多孔体を保護するよ
うに構成する必要は必ずしもない。
と接触する面に密着せしめてあり測定用多孔体を試料か
ら保護するように構成されている。これにより、試料の
細かい粒子が径の大きい測定用多孔体内に入り空孔の径
の変化に基づく測定誤差を生ずるおそれを取り除くこと
ができる。尚、図１における例においては保護用多孔体
が測定用多孔体とそれに隣接する参照用多孔体の双方に
密着して設けられているが、参照用多孔体を保護するよ
うに構成する必要は必ずしもない。
【００２３】符号８ａ及び８ｂはインピーダンス測定用
の電極である。電極８ａは例えば金ペーストからなる通
水性導電膜で、測定用多孔体１〜５及び参照用多孔体６
と、保護用多孔体９の間に存し、多孔体間の接着剤とし
ての役目を兼ね備えている。電極８ｂ及び電極８ｃも導
電膜であり、電極８ｂは測定用多孔体１〜５の電極８ａ
と対抗する側に取り付けられている。また、電極８ｃは
参照用多孔体の電極８ａと対抗する側に取り付けられて
いる。
の電極である。電極８ａは例えば金ペーストからなる通
水性導電膜で、測定用多孔体１〜５及び参照用多孔体６
と、保護用多孔体９の間に存し、多孔体間の接着剤とし
ての役目を兼ね備えている。電極８ｂ及び電極８ｃも導
電膜であり、電極８ｂは測定用多孔体１〜５の電極８ａ
と対抗する側に取り付けられている。また、電極８ｃは
参照用多孔体の電極８ａと対抗する側に取り付けられて
いる。
【００２４】ここで、電極８ａ，８ｂは実質的に単一に
形成された一対の測定電極に該当し，電極８ａ，８ｃは
一対の参照電極に該当する。これら一対の電極は測定用
又は参照用多孔体の適宜離間した位置に設けられるが、
その取り付け位置に特に限定はない。例えば測定用多孔
体又は参照用多孔体と保護用多孔体の間、測定用多孔体
の背面または側面等に取り付けられる。
形成された一対の測定電極に該当し，電極８ａ，８ｃは
一対の参照電極に該当する。これら一対の電極は測定用
又は参照用多孔体の適宜離間した位置に設けられるが、
その取り付け位置に特に限定はない。例えば測定用多孔
体又は参照用多孔体と保護用多孔体の間、測定用多孔体
の背面または側面等に取り付けられる。
【００２５】尚、実質的に単一に形成された電極とは、
電極８ａ，８ｂの如き導電性材料の均質な薄膜から一体
構造の電極として形成されるもののほかに、各測定用多
孔体に個別に形成した各電極を別体の電気的接続部材、
例えばリード線、他の導電性膜、ハンダ等で接続するこ
とにより、後発的に一体化するものも含む。
電極８ａ，８ｂの如き導電性材料の均質な薄膜から一体
構造の電極として形成されるもののほかに、各測定用多
孔体に個別に形成した各電極を別体の電気的接続部材、
例えばリード線、他の導電性膜、ハンダ等で接続するこ
とにより、後発的に一体化するものも含む。
【００２６】電極８ａ，８ｂ，８ｃには、それぞれリー
ド線１１ａ，１１ｂ，１１ｃが取り付けられ、それらは
リード線束１２で束ねられている。
ド線１１ａ，１１ｂ，１１ｃが取り付けられ、それらは
リード線束１２で束ねられている。
【００２７】これら測定用多孔体１〜５、参照用多孔体
６、電極８ａ，８ｂ，８ｃ、リード線１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ、リード線束１２等は、水密かつ絶縁性の支持体
（図示せず）に収容されている。支持体の形状に特に限
定はなく、たとえば、図４と同様に支持管と斜めに傾斜
した密閉体より構成しても良いし、筒状体の下端部に鍔
状の突起を有する支持体としても良い。要するに測定用
多孔体１〜５、参照用多孔体６の表面が、直接又は保護
用多孔体９を介して試料Ｓに接するように構成されてい
ればよい。
６、電極８ａ，８ｂ，８ｃ、リード線１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ、リード線束１２等は、水密かつ絶縁性の支持体
（図示せず）に収容されている。支持体の形状に特に限
定はなく、たとえば、図４と同様に支持管と斜めに傾斜
した密閉体より構成しても良いし、筒状体の下端部に鍔
状の突起を有する支持体としても良い。要するに測定用
多孔体１〜５、参照用多孔体６の表面が、直接又は保護
用多孔体９を介して試料Ｓに接するように構成されてい
ればよい。
【００２８】Ａ1は演算増幅器、ＳACは測定用電圧源 、
Ｒfは回路安定用抵抗、Ｔ0は出力端子である。
Ｒfは回路安定用抵抗、Ｔ0は出力端子である。
【００２９】図１に示す水分計の作用を図２に示す等価
回路図を用いて説明する。図２において、Ｒ1〜Ｒ5はそ
れぞれ、測定用多孔体１〜５を介しての電極８ａ，８ｂ
間で得られるインピーダンスの等価抵抗である。また、
Ｒrは、参照用多孔体６を介しての電極８ａ，８ｃ間で
得られるインピーダンスの等価抵抗である。
回路図を用いて説明する。図２において、Ｒ1〜Ｒ5はそ
れぞれ、測定用多孔体１〜５を介しての電極８ａ，８ｂ
間で得られるインピーダンスの等価抵抗である。また、
Ｒrは、参照用多孔体６を介しての電極８ａ，８ｃ間で
得られるインピーダンスの等価抵抗である。
【００３０】今、これらの等価抵抗と回路安定用抵抗Ｒ
fのインピーダンスの値を、同じ符号を用いてＲ1〜
Ｒ5，Ｒr，Ｒfで表すと、非反転増幅回路を形成する演
算増幅器Ａ1の入力抵抗となっている合成インピーダン
スＺi、及び帰還抵抗となっている合成インピーダンス
Ｚfの値は、それぞれ以下の数式１、数式２で表され
る。
fのインピーダンスの値を、同じ符号を用いてＲ1〜
Ｒ5，Ｒr，Ｒfで表すと、非反転増幅回路を形成する演
算増幅器Ａ1の入力抵抗となっている合成インピーダン
スＺi、及び帰還抵抗となっている合成インピーダンス
Ｚfの値は、それぞれ以下の数式１、数式２で表され
る。
【００３１】
【数１】１／Ｚi＝１／Ｒ1＋１／Ｒ2＋１／Ｒ3＋１／Ｒ
4＋１／Ｒ5
4＋１／Ｒ5
【００３２】
【数２】Ｚf＝Ｒr・Ｒf／（Ｒr＋Ｒf）
【００３３】ここで、Ｒf》ＲrとなるようにＲfを選ぶ
と、この数式２は次の数式３のようになる。
と、この数式２は次の数式３のようになる。
【００３４】
【数３】Ｚf≒Ｒr・Ｒf／Ｒf＝Ｒr
【００３５】従って、測定用電圧源ＳACの出力電圧をＥ
in、出力端子Ｔ0における出力電圧をＥoutとすると以下
の数式４が得られる。
in、出力端子Ｔ0における出力電圧をＥoutとすると以下
の数式４が得られる。
【００３６】
【数４】 Ｅout＝（１＋Ｚf／Ｚi）・Ｅin ≒Ｅin＋Ｒr（１／Ｒ1＋１／Ｒ2＋１／Ｒ3＋１／Ｒ4＋
１／Ｒ5）・Ｅin
１／Ｒ5）・Ｅin
【００３７】数式４において、測定用多孔体１〜５が水
分を失うと、インピーダンスが著しく上昇し、それぞれ
に対応する１／Ｒ1，１／Ｒ2，１／Ｒ3，１／Ｒ4，１／
Ｒ5はほぼゼロとなるので、出力電圧Ｅoutの値から、測
定用多孔体の内、いくつまでが水分を吸収保持している
かが、ひいては、試料の水分量が求められる。
分を失うと、インピーダンスが著しく上昇し、それぞれ
に対応する１／Ｒ1，１／Ｒ2，１／Ｒ3，１／Ｒ4，１／
Ｒ5はほぼゼロとなるので、出力電圧Ｅoutの値から、測
定用多孔体の内、いくつまでが水分を吸収保持している
かが、ひいては、試料の水分量が求められる。
【００３８】次に、試料中の水分の導電率変化について
検討する。今、試料中の水分の導電率をＣとすると、Ｒ
1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5，Ｒrは、以下の数式５から数式
１０で表される。尚、数式５から数式１０中のＫ1，
Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4，Ｋ5，Ｋrは、一般にセル定数と呼ばれ
るもので、測定用多孔体の性状とインピーダンス測定用
の電極の機械的寸法で決まる定数である。
検討する。今、試料中の水分の導電率をＣとすると、Ｒ
1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5，Ｒrは、以下の数式５から数式
１０で表される。尚、数式５から数式１０中のＫ1，
Ｋ2，Ｋ3，Ｋ4，Ｋ5，Ｋrは、一般にセル定数と呼ばれ
るもので、測定用多孔体の性状とインピーダンス測定用
の電極の機械的寸法で決まる定数である。
【００３９】
【数５】Ｒ1＝Ｋ1／Ｃ
【００４０】
【数６】Ｒ2＝Ｋ2／Ｃ
【００４１】
【数７】Ｒ3＝Ｋ3／Ｃ
【００４２】
【数８】Ｒ4＝Ｋ4／Ｃ
【００４３】
【数９】Ｒ5＝Ｋ5／Ｃ
【００４４】
【数１０】Ｒr＝Ｋr／Ｃ
【００４５】数式５から数式１０を数式４に代入する
と、以下の数式１１得られる。
と、以下の数式１１得られる。
【００４６】
【数１１】Ｅout≒Ｅin＋Ｋr（１／Ｋ1＋１／Ｋ2＋１／
Ｋ3＋１／Ｋ4＋１／Ｋ5）・Ｅin
Ｋ3＋１／Ｋ4＋１／Ｋ5）・Ｅin
【００４７】すなわち、出力電圧Ｅoutは試料中の水分
の導電率変化の影響を受けない。尚、Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3，
Ｋ4，Ｋ5はそれぞれほぼ等しくすることが望ましい。
の導電率変化の影響を受けない。尚、Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3，
Ｋ4，Ｋ5はそれぞれほぼ等しくすることが望ましい。
【００４８】次に、本発明の他の実施の形態例について
図３に示す等価回路図を用いて説明する。図３におい
て、Ａ2は演算増幅器、Ｒgは回路安定用抵抗である。ま
た、回路安定用抵抗Ｒgのインピーダンスの値を、同じ
符号を用いてＲgで表す。その他図２と同一構成の部分
には、同一参照符号を付してその説明を省略する。
図３に示す等価回路図を用いて説明する。図３におい
て、Ａ2は演算増幅器、Ｒgは回路安定用抵抗である。ま
た、回路安定用抵抗Ｒgのインピーダンスの値を、同じ
符号を用いてＲgで表す。その他図２と同一構成の部分
には、同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４９】本実施の形態においては、反転増幅回路を
形成する演算増幅器Ａ2の入力抵抗となっている合成イ
ンピーダンスＺjの値は、以下の数式１２で表される。
形成する演算増幅器Ａ2の入力抵抗となっている合成イ
ンピーダンスＺjの値は、以下の数式１２で表される。
【００５０】
【数１２】１／Ｚj＝１／Ｒ1＋１／Ｒ2＋１／Ｒ3＋１／
Ｒ4＋１／Ｒ5＋１／Ｒg
Ｒ4＋１／Ｒ5＋１／Ｒg
【００５１】ここで、Ｒg》Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5，
となるようにＲgを選ぶと、この数式１２は次の数式１
３のようになる。
となるようにＲgを選ぶと、この数式１２は次の数式１
３のようになる。
【００５２】
【数１３】１／Ｚj≒１／Ｒ1＋１／Ｒ2＋１／Ｒ3＋１／
Ｒ4＋１／Ｒ5
Ｒ4＋１／Ｒ5
【００５３】また、帰還抵抗となっている合成インピー
ダンスＺfの値は図２に示す実施の形態と同様に数式２
で表される。従って、測定用電圧源ＳACの出力電圧をＥ
in、出力端子Ｔ0における出力電圧をＥoutとすると
Ｒf》Ｒrの条件の下において、以下の数式１４が得られ
る。
ダンスＺfの値は図２に示す実施の形態と同様に数式２
で表される。従って、測定用電圧源ＳACの出力電圧をＥ
in、出力端子Ｔ0における出力電圧をＥoutとすると
Ｒf》Ｒrの条件の下において、以下の数式１４が得られ
る。
【００５４】
【数１４】 Ｅout＝−（Ｚf／Ｚi）・Ｅin ≒−Ｒr（１／Ｒ1＋１／Ｒ2＋１／Ｒ3＋１／Ｒ4＋１／
Ｒ5）・Ｅin
Ｒ5）・Ｅin
【００５５】この式より、図２に示す実施の形態と同様
にして、試料の水分量が求められる。尚、試料中の水分
の導電率変化についても図２に示す実施の形態と同様に
対応できる。
にして、試料の水分量が求められる。尚、試料中の水分
の導電率変化についても図２に示す実施の形態と同様に
対応できる。
【００５６】尚、上記各実施の形態においては、保護用
多孔体と別個に参照用多孔体を設けるものとして説明し
たが、保護用多孔体９を参照用多孔体として兼用するこ
とも可能であり、これにより、参照用多孔体６を省略す
ることができ一層簡易な電極構成とすることができる。
尚、この場合電極８ｃは電極８ａと適宜離間した位置に
おいて保護用多孔体９に取り付けることとなる。
多孔体と別個に参照用多孔体を設けるものとして説明し
たが、保護用多孔体９を参照用多孔体として兼用するこ
とも可能であり、これにより、参照用多孔体６を省略す
ることができ一層簡易な電極構成とすることができる。
尚、この場合電極８ｃは電極８ａと適宜離間した位置に
おいて保護用多孔体９に取り付けることとなる。
【００５７】
【発明の効果】上述のように、本発明の水分測定センサ
によれば、測定用多孔体の数にかかわらず、基本的には
リード線が２本で足り、参照用多孔体のインピーダンス
を測定するためのリード線を加えても３本で足りる。そ
のため、リード線束が太くならず取り扱いが容易であ
り、接続上の信頼性も高い。
によれば、測定用多孔体の数にかかわらず、基本的には
リード線が２本で足り、参照用多孔体のインピーダンス
を測定するためのリード線を加えても３本で足りる。そ
のため、リード線束が太くならず取り扱いが容易であ
り、接続上の信頼性も高い。
【００５８】また、本発明の水分測定センサ及び水分計
によれば、測定電極から得られるインピーダンスと、参
照電極から得られるインピーダンスとの比より、吸収す
る水分の導電率の高低にかかわらず、試料中の水分量を
正確に求めることができる。
によれば、測定電極から得られるインピーダンスと、参
照電極から得られるインピーダンスとの比より、吸収す
る水分の導電率の高低にかかわらず、試料中の水分量を
正確に求めることができる。
【図１】本発明の一実施形態例に係る水分計を示す図で
ある。
ある。
【図２】同水分計の等価回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態例に係る水分計の等価回
路図である。
路図である。
【図４】従来の水分測定センサの一例を示すもので、
（Ａ）は外観部分正面図、（Ｂ）は内部部分背面図であ
る。
（Ａ）は外観部分正面図、（Ｂ）は内部部分背面図であ
る。
【図５】従来の水分測定センサを用いた水分計の回路図
である。
である。
１，２，３，４，５ 測定用多孔体 ６ 参照用多孔体 ８，８ａ，８ｂ，８ｃ 電極 ９ 保護用多孔体 １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１
ｆ リード線 Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5，Ｒr 等価抵抗 Ｒf，Ｒg 回路安定用抵抗 Ａ1，Ａ2，Ａ3 演算増幅器 ＳAC 測定用電圧源 Ｔ0 出力端子
ｆ リード線 Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5，Ｒr 等価抵抗 Ｒf，Ｒg 回路安定用抵抗 Ａ1，Ａ2，Ａ3 演算増幅器 ＳAC 測定用電圧源 Ｔ0 出力端子
Claims (4)
- 【請求項１】 各々ほぼ一様の径の空孔が分布する親水
性材質よりなり、各々に分布する空孔の径が相互におい
て異なる複数個の測定用多孔体と、この複数個の測定用
多孔体の各々にわたって存し、各々実質的に単一に形成
された一対の測定電極とを備えてなる水分測定センサ。 - 【請求項２】 空孔が分布する親水性材質よりなり、そ
の空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち最小径の空孔
を有する測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜小な
らしめてある参照用多孔体を測定用多孔体の近傍に設
け、この参照用多孔体に設けられた一対の参照電極を備
えたことを特徴とする請求項１記載の水分測定センサ。 - 【請求項３】 空孔が分布する親水性材質よりなり、そ
の空孔径が、複数個の測定用多孔体のうち最小径の空孔
を有する測定用多孔体の空孔径とほぼ等しいか適宜小な
らしめてある保護用多孔体を、前記測定用多孔体の試料
と接触する面に通水性導電膜を介して密着せしめ、この
通水性導電膜を前記一対の測定電極の一方とすることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の水分測定セン
サ。 - 【請求項４】 請求項２又は請求項３記載の水分測定セ
ンサを備え、前記一対の測定電極から得られるインピー
ダンスと、前記一対の参照電極から得られるインピーダ
ンスとの比より、試料中の水分量を演算することを特徴
とする水分計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2035696A JPH09189693A (ja) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | 水分測定センサ及び水分計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2035696A JPH09189693A (ja) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | 水分測定センサ及び水分計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09189693A true JPH09189693A (ja) | 1997-07-22 |
Family
ID=12024838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2035696A Pending JPH09189693A (ja) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | 水分測定センサ及び水分計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09189693A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012242127A (ja) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Fujitsu Ltd | 土壌センサおよび土壌センシング方法 |
| JP2016148531A (ja) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | 大起理化工業株式会社 | 土壌水分測定装置およびテンシオメータならびに土壌水分測定方法。 |
| CN109781808A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-21 | 中南大学 | 电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法 |
-
1996
- 1996-01-11 JP JP2035696A patent/JPH09189693A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012242127A (ja) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Fujitsu Ltd | 土壌センサおよび土壌センシング方法 |
| JP2016148531A (ja) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | 大起理化工業株式会社 | 土壌水分測定装置およびテンシオメータならびに土壌水分測定方法。 |
| CN109781808A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-21 | 中南大学 | 电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法 |
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