JPH095226A - 土壌水分計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】人手を大幅に削減することができるとともに、
長期間の安定的な計測を可能ならしめた土壌水分計を提
供する。 【構成】給水管１の他端に気密性の水タンク４を設け、
この水タンク４に水位センサ５と、水タンク４内の圧力
を計測する圧力センサ１３と、水タンク４の内外を連通
する制御弁６とを設け、この制御弁６の外部側に補給水
タンク７を連結する。そして、前記圧力センサ１３から
の出力を数値化して出力するとともに前記水位センサ５
からの出力に応じて前記制御弁６を開閉して前記補給水
タンク７の水を前記水タンク４内に導入させるための制
御部８を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は土壌水分計に係り、特に
土壌の吸水性を基礎としてその土壌水分張力を計測する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、土壌の水分張力はその土壌の水
分の多少を表す１つの指標であり、その土壌の農業への
適合性や土地の評価に対し大きな要素となる。この土壌
水分張力を計測する装置は一般にテンシオメータを呼ば
れており、図６に示すものが知られている。

【０００３】これは給水管１の一端に多孔質のポーラス
カップ２を設けたものである。ポーラスカップ２は素焼
きの石膏、あるいはセラミックス製であり、一定径の微
細な孔が多数形成され、水は透過するが空気は透過し難
い性質をもっているものである。なお、ポーラスカップ
２の基端は給水管１に開口しており、給水管１に注水さ
れた水で湿潤するようになっている。また、給水管１の
他端には水タンク１０が設けられ、この水タンク１０に
圧力センサ１１が設けられている。そして、前記水タン
ク１０の上面には着脱可能な栓１２が設けられている。

【０００４】計測にあたっては、前記ポーラスカップ２
を土壌３中に埋設し、前記栓１２を外して給水管１内に
水を注入する。そうすると、前記ポーラスカップ２中の
水がポーラスカップ２に接した土壌３中に浸み出す。テ
ンシオメータ内部は密閉されているために、浸透して失
われる水の量に応じて内部の圧力が低下する（内部負圧
が大きくなる）。

【０００５】土壌は乾燥しているほど吸水力が強いため
に、浸透して土壌に出ていく水の量が多くなるが、逆に
その浸透力が多いと内部負圧は大きくなるためにポーラ
スカップ２が土壌から水を吸引する力もそれだけ大きく
なる。このような理由から暫くすると、その土壌のもつ
水分張力とテンシオメータ内部の負圧は平衡状態とな
る。

【０００６】この平衡状態になったときの内部負圧を前
記圧力センサ１１によって計測すると、その土壌の水分
張力が測定できる。同じ土壌でも、乾燥しているときほ
ど内部負圧は大きい値を示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した従来
のテンシオメータにおいては、水が土壌へ浸透するため
に水タンク内の水がすぐになくなってしまうという問題
がある。そこで、従来は栓を開けて水を頻繁に補給する
ことで対処していた。

【０００８】ところが、広い農場等に多数設置されたテ
ンシオメータに対して手作業で補給を行うことは極めて
困難であるとともに、補給中は正常な計測値が得られな
い。また、水補給後に栓を密封しても、テンシオメータ
の圧力センサの負圧値が、開栓前の負圧値に等しいかそ
れに近い値となるまでには１ないし１２時間程度の時間
が必要である。補給水時に栓を開けたままにしている時
間が長いほど、また、当該土壌が乾燥しているほどその
安定時間が長くかかる。

【０００９】これは、栓を開ける時間が長いと内部負圧
がゼロとなる時間が長いために、それだけ土へ浸透する
水量が多くなること、及び、浸透水量が多いほどポーラ
スカップに接した土壌の湿潤化が著しくなるために、開
栓前の土壌水分張力に戻るまでの時間が長くかかること
のためである。

【００１０】したがって、水補給後の復帰時間中の圧力
センサは正しい土壌の水分張力を示さないために、正常
な計測値が得られない。なお、水タンクを大きくすれば
収容する水の容量を増加させることはできるが、水タン
クの温度膨張が原因すう内部圧力変化による測定誤差が
大きくなる問題や、水タンクと水の重量が重くなるため
に、給水管の強度に問題が生じること、テンシオメータ
内部の空間体積が大きくなるとそれだけ負圧の時定数が
大きくなるためテンシオメータの応答性が悪化する問題
が生ずるために、水タンク大型化の採用は難しい。

【００１１】以上の理由から従来のテンシオメータでは
長期間の安定的な計測は困難であり、また、多くの人手
が必要になるという欠点がある。本発明は前記事項に鑑
みてなされたもので、給水を自動化させることで人手を
大幅に削減できるとともに、長期間の安定的な計測を可
能ならしめた土壌水分計を提供することを技術的課題と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記技術的課題
を解決するために、給水管１の一端に多孔質のポーラス
カップ２を設け、前記ポーラスカップ２を土壌３中に埋
設し、このポーラスカップ２へ給水管１内に収容した水
を供給し、ポーラスカップ２から土壌３中に浸出する水
分の量に応じて生ずる内部負圧の変化により当該土壌の
土壌水分張力を計測する装置において、以下のような構
成とした。

【００１３】即ち、前記給水管１の他端に気密性の水タ
ンク４を設け、この水タンク４に水位センサ５と、水タ
ンク４内の圧力を計測する圧力センサ１３と、水タンク
４の内外を連通する制御弁６とを設け、この制御弁６の
外部側に補給水タンク７を連結する。

【００１４】そして、前記圧力センサ１３からの出力を
数値化して出力するとともに前記水位センサ５からの出
力に応じて前記制御弁６を開閉して前記補給水タンク７
の水を前記水タンク４内に導入させるための制御部８を
具備した。

【００１５】ここで前記水位センサ５はリードスイッチ
の他、小型マイクロスイッチを使用した接点式、あるい
は光電式や水銀スイッチを使用することができる。ま
た、前記制御弁６としては電磁ソレノイドバルブの他、
モータ駆動弁を使用することができる。前記補給水タン
ク７の容量としては０．５リッターから数リッター程度
が好適であるが、使用目的に応じて任意に設定できるの
は勿論である。さらに前記水タンク４の容量としては１
００ｃｃ程度が好適である。

【００１６】なお、前記制御部８は、有線または無線で
外部に諸データを送出できるものが好適である。記録す
べきデータとしては水タンク４内の圧力、水タンク４の
水位量、電源電圧、外気圧、温度等である。

【００１７】

【作用】前記ポーラスカップ２を土壌３中に埋設した上
で、給水管１、水タンク４及び補給水タンク７に水を満
たす。ポーラスカップ２から土壌に水が浸透するにした
がい水タンク４内は負圧となる。ここで、圧力センサ１
３から出力されるデータを記録する。時間の経過に伴い
水タンク４内の水位が低下すると、前記水位センサ５か
ら出力が送出され、制御部８はこれを受けて前記制御弁
６を開状態として前記補給水タンク７の水を前記水タン
ク４内に導入させる。このとき水が導入されるのは水タ
ンク４内が負圧となっているからであり、ポンプ等を使
用することなく迅速に補給水タンクから水タンクへの給
水が完了する。

【００１８】この給水が完了すると、水タンク４内の圧
力は一瞬ゼロとなるが、水タンク４内が満水となると前
記制御弁６を閉状態として前記水タンク４は再び密閉状
態となるから一定の時間が経過すると、土壌の水分張力
に応じた所定の負圧データが得られる。

【００１９】このように、補給水タンク７内の水がなく
なるまで自動的に計測が可能である。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図５に基づいて
説明する。この装置は土壌３中に差し込んで使用するも
のである。まず、合成樹脂製の給水管１の一端に多孔質
のポーラスカップ２が設けられている。このポーラスカ
ップ２の材質は前記した従来のものと同様である。

【００２１】前記給水管１の他端には気密性の水タンク
４が設けられている。この水タンク４は前記給水管１に
連通した中空の円柱状をなしており、その上面には着脱
可能な栓４ａが嵌着されている。この水タンク４にはフ
ロートマグネット式の水位センサ５と、水タンク４内の
圧力を計測する圧力センサ１３と、水タンク４の内外を
連通する制御弁６とが設けられている。前記水位センサ
５は前記水タンク４内の水が１／３乃至１／４（任意に
設定が可能）以下に下がったときにオン（開く）となる
ようになっている。

【００２２】また、前記制御弁６の内側は前記水タンク
４内に開口しており、制御弁６の外側は水チューブ７ａ
を介して補給水タンク７に連結されている。なお、この
制御弁６は常時閉状態で、外部から駆動された場合にの
み開状態となる。

【００２３】前記圧力センサ１３からの出力、及び前記
水位センサ５からの出力は制御部８に入力されている。
この制御部８は各測定出力を数値化して外部に出力する
とともに前記水位センサ５からの出力に応じて前記制御
弁６を開閉して前記補給水タンク７の水を前記水タンク
４内に導入させるように作動する。

【００２４】なお、制御部８からは９６００ｂ／ｓの通
信速度でデータが送出され、必要に応じて無線または有
線で外部に送出される。前記した構成においてその動作
を説明する。

【００２５】まず、前記ポーラスカップ２を土壌３中に
埋設した上で、給水管１、水タンク４及び補給水タンク
７に水を満たす。すると土壌３の水分張力に応じた水が
ポーラスカップ２から土壌に浸出する。

【００２６】この現象に伴い水タンク４内の水位は下が
り負圧となる。時間の経過に伴い水タンク４内の水位が
低下すると、前記水位センサ５から出力が送出され、制
御部８はこれを受けて前記制御弁６を開状態として前記
補給水タンク７の水を前記水タンク４内に導入させる。

【００２７】このとき水が導入されるのは水タンク４内
が負圧となっているからであり、ポンプ等を使用するこ
となく迅速に給水が完了する。このため前記制御弁６の
開時間は１５秒に設定されているが、５秒ないし３０秒
程度の間で任意に調整することができるようになってい
る。

【００２８】なお、給水の際、水タンク４内の圧力は一
瞬ゼロとなり、土壌３の本来の水分張力を示さなくな
る。即ち、図５において、給水前は図中Ａに示すよう
に、土壌の水分張力に応じた負圧の増加を記録している
が、自動給水の瞬間（Ｂ）に水タンク４内の圧力は一瞬
ゼロとなる。しかし約１５秒以内に水タンク４内が満水
となり、前記制御弁６は閉状態となるから前記水タンク
４は再び密閉状態となり所定の負圧データ（Ｃ）が得ら
れる。

【００２９】従来のテンシオメータでは給水を行う際
に、栓を開けるため、負圧の復帰時間が長くかかり、Ｂ
１のような負圧の時間経過をたどるが、本発明のテンシ
オメータではＢのように速やかに土壌の水分張力の負圧
に復帰する。 同様にして次回の給水の際（Ｄ）にも正
常な値（Ｅ）が従来のテンシオメータのそれ（Ｄ１）と
比べて著しく短時間の間で得られる。

【００３０】実験の一例を示すと、給水直後に、３０ｃ
ｍＡｑになったが、１５分で６００ｃｍＡｑとなり、そ
の後７００ｃｍＡｑに達する時間は１時間位であった。
なお、前記水タンク４内の水に気泡が生じることは好
ましくないため、蒸留水や純水等の脱気水を使用するの
が望ましい。また、水タンク４内に汚れがあると水位セ
ンサが正常に作動しなくなるため中性洗剤等で予め洗浄
しておくのが望ましい。補給水タンク７を置く位置は水
タンクとできるだけ同じ高さに置くことが望ましい。補
給水タンク７位置があまりにも低い高さにあると給水時
間が長くなり望ましくない。

【００３１】このように、補給水タンク７内の水がなく
なるまで自動的に計測が可能であるため、広大な土地に
多数の本装置を設置した場合でも給水のための人手が著
しく軽減でき、しかも給水のために開栓する必要がない
ため、前記したように計測できない時間が著しく短縮で
きることになり安定した計測が可能となる。 また、自
動給水のためのポンプなどの動力を利用する必要がない
のでこのための電力が不要である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、水位センサからの出力
に応じて制御弁を開閉して補給水タンクの水を水タンク
内に導入させるように構成したので、人手によって給水
する必要はなくなり、長期間の安定的な計測が可能とな
った。

【００３３】また、給水のためにポンプ等の動力を用い
ないため少ない電力で自動給水が可能となる。さらに、
給水が瞬間的に行われるため、データの外乱が少なく安
定した計測が可能となった。このため計測データの信頼
性も向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例を示す一部断面とした要部の側
面図である。

【図３】本発明の実施例を示す平面図である。

【図４】本発明の実施例を示す側面図である。

【図５】本発明の実施例を示す圧力センサの負圧傾向の
グラフ図である。

【図６】従来の土壌水分計を示す側面図である。

【符号の説明】

１・・給水管、 ２・・ポーラスカップ、 ３・・土壌、 ４・・水タンク、 ５・・水位センサ、 ６・・制御弁、 ７・・補給水タンク、 ８・・制御部、 １３・・圧力センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】給水管の一端に多孔質のポーラスカップを
   設け、前記ポーラスカップを土壌中に埋設し、このポー
   ラスカップへ給水管内に収容した水を供給し、ポーラス
   カップから土壌中に浸出する水分の量に応じて生ずる内
   部負圧の変化により当該土壌の土壌水分張力を計測する
   装置において、 前記給水管の他端に気密性の水タンクを設け、この水タ
   ンクに水位センサと、水タンク内の圧力を計測する圧力
   センサと、水タンクの内外を連通する制御弁とを設け、
   この制御弁の外部側に補給水タンクを連結し、前記圧力
   センサからの出力を数値化して出力するとともに前記水
   位センサからの出力に応じて前記制御弁を開閉して前記
   補給水タンクの水を前記水タンク内に導入させるための
   制御部とを備えていることを特徴とする土壌水分計。