JP2002048742A - Analyzer - Google Patents

Analyzer

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JP2002048742A
JP2002048742A JP2000264600A JP2000264600A JP2002048742A JP 2002048742 A JP2002048742 A JP 2002048742A JP 2000264600 A JP2000264600 A JP 2000264600A JP 2000264600 A JP2000264600 A JP 2000264600A JP 2002048742 A JP2002048742 A JP 2002048742A
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JP
Japan
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soil
temperature
moisture
heating element
temperature sensor
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JP2000264600A
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Japanese (ja)
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Yasusuke Yamamoto
庸介 山本
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Individual
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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive analyzer for estimating contents of two or more kinds of materials. SOLUTION: This analyzer is provided with a single heater, a temperature sensor, and a content estimating device receiving temperature data obtained from the temperature sensor while controlling a temperature change in the heater and estimating a content of a by-product included in a main substance according to analysis on the received temperature data. This analyzer is applicable to a field ranging very widely, and in a soil water content sensor measuring the water content in the soil, for example, when the temperature of the heater 1 is increased, this heat is propagated through the soil so as to increase the temperature of the temperature sensor 2. Because the temperature rise fluctuates according to the water content in the soil, an unknown water content of the soil can be estimated when the temperature rise is compared with a reference data.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本特許は土壌や砂、小麦粉、コン
クリート高分子材料などの粉末状、顆粒状のもの、紙や
高分子シート、薬品などのように液状、ゲル状など、様
々な様態の主物質中に含まれる、第2、第3の物質の含
有量、例えば水分や塩分、アルコール分、微量な異種類
の粉末などの含有量を推測する分析装置に関するもので
ある。なお本特許による分析装置は、極めて広範な分野
への応用が考えられるので、本特許でその全てに渡って
説明することは、説明が繁雑になる恐れがある。そこで
説明を簡略かつ明瞭なものとする便法として、以下の説
明においては、その代表的な応用例として、土壌中に含
まれる水分を計測する土壌水分センサを例にとって説明
を行う。
The present invention is applied to various forms such as powders and granules such as soil, sand, flour, and concrete polymer materials, liquids such as paper and polymer sheets and chemicals, and gels. The present invention relates to an analyzer for estimating the contents of the second and third substances, for example, the contents of water, salt, alcohol, trace amounts of different kinds of powder, etc., contained in the main substance. Since the analysis device according to the present invention can be applied to an extremely wide range of fields, it may be complicated to explain all of the analysis devices in the present patent. Therefore, as a convenient method for simplifying and clearing the description, in the following description, as a typical application example, a soil moisture sensor for measuring moisture contained in soil will be described.

【0002】[0002]

【従来技術】例えば従来の土壌水分センサには、テンシ
オメータ、セラミック土壌水分計、TDR計(タイムド
メインリフラクトメトリ計)など様々な原理にもとづく
装置があり、適材適所に用いられている。
2. Description of the Related Art For example, conventional soil moisture sensors include devices based on various principles such as a tensiometer, a ceramic soil moisture meter, a TDR meter (time domain refractometry meter), and are used in the right place for the right material.

【0003】テンシオメータはセラミックのカップに水
をいれたものを密封し、この中の圧力を測定するように
した水分センサである。これを乾燥した土壌に埋める
と、中の水がセラミックの壁を透過して、外の土壌の中
に引き出されるので、セラミックカップ内部の圧力は低
下する。一方、水分の多い土壌に埋めると、土壌からセ
ラミックカップの中へ水分が押し込まれるので、セラミ
ックカップ内部の圧力が上昇する。テンシオメータは、
この現象を利用して、土壌水分量の多少を、セラミック
カップ中の気圧の高低として、読み取る装置である。
[0003] A tensiometer is a moisture sensor in which a ceramic cup filled with water is sealed, and the pressure in the cup is measured. When it is buried in dry soil, the pressure inside the ceramic cup decreases as the water inside penetrates the ceramic wall and is drawn into the outside soil. On the other hand, when buried in soil with a lot of moisture, moisture is pushed from the soil into the ceramic cup, so that the pressure inside the ceramic cup increases. Tensiometer is
This device uses this phenomenon to read the amount of soil moisture as the level of atmospheric pressure in a ceramic cup.

【0004】セラミック土壌水分計はセラミック板の電
気抵抗を測定する装置である。このセラミック板を土壌
の中に埋設すると、土壌の水分量に応じて、染み込む水
分量が変化する。これに伴ってセラミックの電気抵抗値
が変化する。セラミック土壌水分計は、この現象を利用
して、土壌水分量の多少を抵抗の高低に換算して測定す
る装置である。
A ceramic soil moisture meter is a device for measuring the electric resistance of a ceramic plate. When this ceramic plate is buried in the soil, the amount of permeated water changes according to the amount of water in the soil. Accordingly, the electric resistance value of the ceramic changes. The ceramic soil moisture meter is a device that uses this phenomenon to measure the amount of soil moisture by converting it into a level of resistance.

【0005】TDR法は土壌中に埋設した小型のアンテ
ナから超高周波数の電波を発射し、これが土の中の水分
で反射して戻ってくる時間を測定する装置である。この
遅延時間が水分によって変化する。TDR法はこのよう
に、土壌水分量の多少を、遅延時間の早い、遅いに換算
して測定する装置である。
[0005] The TDR method is a device that emits an ultra-high frequency radio wave from a small antenna buried in soil, and measures the time it takes to reflect and return from moisture in the soil. This delay time changes with moisture. As described above, the TDR method is an apparatus for measuring the amount of soil moisture by converting the amount of soil moisture into an earlier or later delay time.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】これらの従来型装置
は、いずれの装置も高価であること、土壌中の塩分や肥
料中に含まれるイオンの影響を受けること、測定中、土
壌とセンサの間に水分のやり取りが発生するため、微小
な水分量の測定が出来ないこと、周囲温度の影響を受け
やすいこと、長期の測定には根がらみをほぐす必要があ
ること、給水などのメンテナンスが必要であること、電
力消費が大きく、電池などで駆動することが難しいこと
など、多くの問題があった。
However, these conventional devices are expensive in all cases, subject to the effects of salts in the soil and ions contained in the fertilizer, during measurement and between the soil and the sensor. Since the exchange of moisture occurs, it is not possible to measure a minute amount of moisture, it is susceptible to ambient temperature, it is necessary to loosen the roots for long-term measurement, and maintenance such as water supply is required There are many problems, for example, that power consumption is large and that it is difficult to drive with a battery or the like.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本特許ではこの様な課題
を解決するために、土壌水分量と土壌の比熱、熱伝導率
のちがいに着目した水分センサを提案するものである。
この基本的な考え方にもとづく装置構成の方法は、さま
ざまに考えられるが、以下にはその中から3つの実施構
成例を提示し、動作を説明する。実施例1では、土壌中
に埋設した発熱体から熱を発射し、そこから離れた一点
での温度の時間変化から土壌水分量の定量を行う装置を
提案するものである。また、実施例2では、熱伝導率の
よい板を土壌中に埋設して、その一端に発熱体、他端に
温度センサを取り付け、この発熱体を熱して、板に熱を
伝搬させた場合、土壌の水分量によって熱の発散量が異
なる現象を利用して、土壌水分量の定量を行う装置を提
案するものである。また、実施例3では、発熱体を土壌
中に埋設し、この発熱体そのものに密着して温度センサ
を取り付けた場合にも、土壌中の水分量によって、発熱
体の温度上昇の早さが異なる現象を利用しして、土壌水
分量の定量を行う装置を提案するものである。
In order to solve such problems, the present invention proposes a moisture sensor which focuses on differences in soil moisture content, specific heat of soil, and thermal conductivity.
Various methods of device configuration based on this basic concept can be considered, and three examples of the configuration will be presented below, and the operation will be described. The first embodiment proposes a device that emits heat from a heating element buried in soil and quantifies the amount of soil moisture from a temporal change in temperature at a point away from the heating element. In the second embodiment, when a board having good thermal conductivity is buried in the soil, a heating element is attached to one end of the board, and a temperature sensor is attached to the other end, and the heating element is heated to transmit heat to the board. Another object of the present invention is to propose an apparatus for quantifying the amount of soil moisture by utilizing a phenomenon in which the amount of heat release differs depending on the amount of moisture in the soil. Further, in the third embodiment, even when the heating element is buried in the soil and a temperature sensor is attached in close contact with the heating element itself, the speed of the temperature rise of the heating element varies depending on the amount of moisture in the soil. The present invention proposes an apparatus for quantifying the amount of soil moisture using a phenomenon.

【0008】[0008]

【作用】この様な構成にすることによって、電気伝導度
の高い塩分などの影響を受けにくく、平易な技術を用
い、微量な水分の測定が可能で、かつ安価で、電力消費
が少ない水分センサを実現することができる、という作
用を生ずる。
With such a configuration, a moisture sensor that is less susceptible to salts having high electric conductivity, can measure a small amount of moisture by using a simple technique, is inexpensive, and has low power consumption. Can be realized.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本特許による水分センサの一構成例で
あって、1は発熱体、2は温度センサ、3は発熱体のカ
バー、4は発熱体カバーに開いた窓、5は温度センサの
測定値と標準データを比較して水分量を推定するデータ
ー変換装置である。このデータ変換装置5は、また、発
熱体の電源のオンオフや、温度計測信号の増幅、得られ
た水分量の表示、記憶、他のコンピュータへのデータ転
送など、様々な制御を行う総合的な制御装置を想定して
いるが、以下では、水分センサとしての機能に限定して
説明を行う。
FIG. 1 shows an example of the constitution of a moisture sensor according to the present invention, wherein 1 is a heating element, 2 is a temperature sensor, 3 is a cover of the heating element, 4 is a window opened in the heating element cover, and 5 is a temperature. This is a data converter that estimates the amount of water by comparing the measured value of the sensor with the standard data. The data conversion device 5 also performs various controls such as turning on / off the power of the heating element, amplifying the temperature measurement signal, displaying and storing the obtained water content, and transferring the data to another computer. Although a control device is assumed, the description below will be limited to the function as a moisture sensor.

【0010】水分測定に際しては、発熱体関連のもの
1、3、4と、温度センサ2とを土壌の中に埋設する。
データ変換装置5は、メモリやワンチップマイコン、表
示装置、入出力端末などから構成されている。メモリに
はあらかじめ水分量のわかった土壌を用いた標準データ
を格納しておく。ワンチップマイコンは測定データと、
この標準データを比較することによって、現在の土壌水
分量を推定出来るようなプログラムを内臓させる。推定
された水分量はメモリに格納したり、表示装置に表示す
る。データ変換装置はこのような構成になっているか
ら、通常のコンピュータや、市販のデータ収集システム
などで代用することも可能であることは明らかである。
When moisture is measured, the heating elements 1, 3, and 4 and the temperature sensor 2 are buried in the soil.
The data conversion device 5 includes a memory, a one-chip microcomputer, a display device, an input / output terminal, and the like. The memory previously stores standard data using soil whose moisture content is known. The one-chip microcomputer has measurement data,
By comparing this standard data, a program that can estimate the current soil moisture content is installed. The estimated water content is stored in a memory or displayed on a display device. Since the data conversion device has such a configuration, it is apparent that a normal computer or a commercially available data collection system can be used instead.

【0011】このような構成になっているので、図1の
ような装置を土壌中に埋めて、発熱体1の温度を上昇さ
せると、この熱が土壌中を伝搬し、温度センサの温度を
上昇させ、最終的には、ある一定の温度に落ち着くこと
になる。このとき、温度センサの温度上昇の様子は、土
壌中の水分量によって変化する。これは、水の比熱と熱
伝導率が土壌の比熱や熱伝導率と異なるためである。従
って、あらかじめ水分量のわかった土壌から、温度上昇
の時間経過を測定した標準データを測定しておき、未知
の水分量の土壌から得られたデータとを比較することに
よって、未知の土壌の水分量を推定出来ることは明らか
であろう。
With such a configuration, when the device as shown in FIG. 1 is buried in the soil and the temperature of the heating element 1 is raised, this heat propagates through the soil and the temperature of the temperature sensor is reduced. And eventually settle to a certain temperature. At this time, how the temperature of the temperature sensor rises changes depending on the amount of water in the soil. This is because the specific heat and thermal conductivity of water are different from the specific heat and thermal conductivity of soil. Therefore, by measuring standard data that measures the time lapse of temperature rise from soil whose moisture content is known in advance, and comparing it with data obtained from soil with an unknown moisture content, It will be clear that the quantity can be estimated.

【0012】図2は本特許による水分センサの第2の構
成例であって、1は発熱体、2は温度センサ、3は発熱
体のカバー、5は温度センサの測定値と標準データを比
較して水分量を推定するデーター変換装置、6は放熱板
である。放熱板6の一端に発熱体1、他端には温度セン
サ2が取り付けられている。水分測定に際しては、発熱
体1、温度センサ2、放熱板8などを土壌の中に埋設す
る。
FIG. 2 shows a second configuration example of the moisture sensor according to the present invention, wherein 1 is a heating element, 2 is a temperature sensor, 3 is a cover of the heating element, and 5 is a comparison between the measured value of the temperature sensor and standard data. A data converter for estimating the amount of water by using the heat radiation plate. The heating element 1 is attached to one end of the radiator plate 6, and the temperature sensor 2 is attached to the other end. At the time of moisture measurement, the heating element 1, the temperature sensor 2, the radiator plate 8, and the like are buried in the soil.

【0013】このような構成になっているので、発熱体
1の温度が上昇すると、熱は主に放熱板6を通って温度
センサまで伝搬する。周囲の土壌を通した熱の伝搬は少
ない。しかし放熱板の周囲の土壌は、放熱板6から熱を
奪う。この奪われる熱の量は土壌中の水分の影響を大き
く受ける。従って、温度センサ部で温度が上昇する様子
は、第1の実施例と同様、土壌の水分の影響を大きく受
けることになる。従って、あらかじめ水分量がわかって
いる土壌での測定データと、水分量が未知の土壌から得
られたデータを比較することによって、未知の土壌の水
分量を推定することが出来る。
With such a configuration, when the temperature of the heating element 1 rises, heat is mainly transmitted to the temperature sensor through the heat sink 6. Heat transfer through the surrounding soil is low. However, the soil around the heat sink draws heat from the heat sink 6. The amount of heat deprived is greatly affected by moisture in the soil. Therefore, the manner in which the temperature rises in the temperature sensor section is greatly affected by the moisture in the soil, as in the first embodiment. Therefore, by comparing measurement data on soil with a known moisture content with data obtained from a soil with an unknown moisture content, the moisture content of an unknown soil can be estimated.

【0014】この放熱板6は一般に土壌と接する面積が
大きいほど、土壌水分の影響を大きく受ける。従って、
長い方が高い感度が得られる。また板状の構造に限ら
ず、針金状の構造や、放熱フィンのような、放射状の構
造など、様々な構造が考えられる。また、温度センサと
して熱電対を用いる場合には、この熱電対に用いる金属
を、この放熱板と兼ねることも可能である。また、発熱
体カバー3の周囲に巻付けて、渦巻き型の構造にすれ
ば、全体として、棒状の構造にできるため、土壌に埋設
するのに便利である。
Generally, the greater the area of the radiator plate 6 in contact with the soil, the greater the influence of soil moisture. Therefore,
A longer length gives higher sensitivity. Further, not limited to the plate-like structure, various structures such as a wire-like structure and a radial structure such as a radiation fin can be considered. When a thermocouple is used as the temperature sensor, the metal used for the thermocouple can also serve as the heat sink. In addition, if the structure is wound around the heating element cover 3 to form a spiral structure, the whole structure can be a rod-like structure, which is convenient for embedding in soil.

【0015】図3は本特許による水分センサの第3の構
成例であって、1は発熱体、2は温度センサ、3は発熱
体カバー、5は温度センサの測定値と標準データを比較
して水分量を推定するデーター変換装置、7は放熱板で
あって、その一端に発熱体1と温度センサ2が取り付け
られている。水分測定に際しては、発熱体1、温度セン
サ2、放熱板7などを土壌の中に埋設する。第2の構成
例との相違は、放熱板が突出して土壌中に埋設されてい
るのに対して、第3の構成例の場合には、放熱板が放熱
体カバー3の周囲に巻きついていることである。またこ
れに近い構成例としては、放熱板の一端に発熱体と温度
センサを両方取り付け、他端は土壌中に埋設するのみと
するものである。極端な構成例としては、発熱体カバー
3は取り除き、発熱体1に温度センサ2を直接張り付
け、放熱板なしでも良い。この場合には発熱体1の表面
が放熱板7の役割を担うことになる。
FIG. 3 shows a third configuration example of the moisture sensor according to the present invention, wherein 1 is a heating element, 2 is a temperature sensor, 3 is a heating element cover, and 5 is a comparison between the measured value of the temperature sensor and standard data. A data converter 7 for estimating the amount of water by using a heat radiating plate, on one end of which a heating element 1 and a temperature sensor 2 are attached. When moisture is measured, the heating element 1, the temperature sensor 2, the radiator plate 7, and the like are buried in the soil. The difference from the second configuration example is that the heat radiation plate protrudes and is buried in the soil, whereas in the case of the third configuration example, the heat radiation plate is wound around the radiator cover 3. That is. Further, as a configuration example similar to this, both the heating element and the temperature sensor are attached to one end of the heat sink, and the other end is only buried in the soil. As an extreme configuration example, the heating element cover 3 may be removed, and the temperature sensor 2 may be directly attached to the heating element 1 without using a heat sink. In this case, the surface of the heating element 1 plays the role of the heat sink 7.

【0016】このような構成になっているので、発熱体
1の温度が上昇すると、熱はただちに温度センサ2まで
伝搬する。しかし放熱板7の周囲の土壌は、放熱板7か
ら熱を奪う。この奪われる熱の量は土壌中の水分の影響
を大きく受ける。従って、温度センサ2で温度が上昇す
る様子は、第1の実施例と同様、土壌の水分の影響を大
きく受けることになる。従って、実施例1、2と同様、
あらかじめ水分量がわかっている土壌での測定データ
と、水分量が未知の土壌から得られたデータを比較する
ことによって、未知の土壌の水分量を推定することが出
来る。
With this configuration, when the temperature of the heating element 1 rises, the heat immediately propagates to the temperature sensor 2. However, the soil around the radiator plate 7 removes heat from the radiator plate 7. The amount of heat deprived is greatly affected by moisture in the soil. Therefore, the manner in which the temperature is increased by the temperature sensor 2 is greatly affected by the moisture of the soil, as in the first embodiment. Therefore, similar to the first and second embodiments,
By comparing measured data on soil with a known moisture content and data obtained from a soil with an unknown moisture content, the moisture content of an unknown soil can be estimated.

【0017】本実施例においては、放熱板の構造とし
て、様々な形を考えることができる。一般に放熱板が土
壌と接する面積が大きいほど、土壌水分の影響が大きく
なる。従って、例えば、発熱体の周囲に放射状に広がる
放熱板を取り付け、温度センサ2は発熱体に張り付ける
ように装着する構造などが考えられる。
In the present embodiment, various shapes can be considered as the structure of the heat sink. Generally, the greater the area of the heat sink in contact with the soil, the greater the effect of soil moisture. Therefore, for example, a structure in which a heat radiating plate spreading radially around the heating element is attached, and the temperature sensor 2 is attached so as to be attached to the heating element can be considered.

【0018】図4は本特許による水分センサの第4の構
成例であって、1は発熱体、2は温度センサ、3は発熱
体のカバー、5は温度センサの測定値と標準データを比
較して水分量を推定するデーター変換装置、8は第2の
温度センサである。水分測定に際しては、発熱体1、温
度センサ2および8、放熱板8などを土壌の中に埋設す
る。温度センサ8は発熱体1から発せられる熱の影響を
受けないような距離に設置する。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the moisture sensor according to the present invention, wherein 1 is a heating element, 2 is a temperature sensor, 3 is a cover of the heating element, and 5 is a comparison between measured values of the temperature sensor and standard data. A data converter 8 for estimating the amount of water by using the second temperature sensor. At the time of moisture measurement, the heating element 1, the temperature sensors 2 and 8, the radiator plate 8, and the like are buried in the soil. The temperature sensor 8 is installed at a distance such that the temperature sensor 8 is not affected by the heat generated from the heating element 1.

【0019】このような構成になっているので、発熱体
1の温度が上昇すると、熱は温度センサ2で測定される
が、同時に遠く離れた場所にある温度センサ8でも温度
を測定する。この場合、温度センサ8で観測される温度
は、ほぼ一定であるから、温度センサ2と8の温度の差
分をとれば、周囲温度の影響を受けることなく、発熱体
が熱くなることによる温度変化を、より正確に知ること
が出来る。従って、あらかじめ水分量がわかっている土
壌での温度の差分データと、水分量が未知の土壌から得
られた温度の差分データを比較することによって、未知
の土壌の水分量を、より正確に推定することが出来る。
With such a configuration, when the temperature of the heating element 1 rises, the heat is measured by the temperature sensor 2, but at the same time, the temperature is also measured by the temperature sensor 8 located far away. In this case, since the temperature observed by the temperature sensor 8 is almost constant, if the difference between the temperatures of the temperature sensors 2 and 8 is calculated, the temperature change due to the heating element being heated is not affected by the ambient temperature. Can be known more accurately. Therefore, by comparing the difference data of the temperature in the soil whose moisture content is known in advance with the difference data of the temperature obtained from the soil whose moisture content is unknown, the moisture content of the unknown soil can be more accurately estimated. You can do it.

【0020】なお、この2つの温度センサとして熱電対
を用いるのであれば、通常の熱電対での測定のように、
基準接点を温度センサ8として用い、測温接点を温度セ
ンサ2として用いれば、直接温度の差分を読み取ること
が可能である。無論、2つのサーミスタなどの温度セン
サを組み合わせて、温度上昇分を推定できることも明ら
かである。また、本説明では、第3の実施例の発展型と
して説明しているが、第1の実施例や第2の実施例にお
いても、同様の工夫を行えることは明らかであろう。ま
た、温度センサ8は必ずしも図4のように横方向に離れ
た位置に埋設する必要はなく、発熱体の直下であっても
良いことは明らかである。例えば全体として棒状の装置
を考え、その一端に発熱体1や温度センサ2を配置し、
他端に温度センサ8を配置し、これを土壌に突き刺して
使用することなどが考えられる。この棒の長さを調節す
ることによって、発熱体に影響のない長さに出来ること
は明らかであろう。これらは、本特許装置を実用的な装
置として設計する場合のデザイン上の工夫である。
If thermocouples are used as these two temperature sensors, as in the case of measurement using a normal thermocouple,
If the reference contact is used as the temperature sensor 8 and the temperature measuring contact is used as the temperature sensor 2, it is possible to directly read the temperature difference. Of course, it is clear that the temperature rise can be estimated by combining two temperature sensors such as thermistors. In this description, the third embodiment is described as an extension of the third embodiment. However, it is apparent that the same contrivance can be applied to the first embodiment and the second embodiment. Further, it is obvious that the temperature sensor 8 does not necessarily have to be embedded at a position separated in the lateral direction as shown in FIG. 4, and may be directly below the heating element. For example, consider a rod-shaped device as a whole, and arrange a heating element 1 and a temperature sensor 2 at one end,
It is conceivable to arrange the temperature sensor 8 at the other end and pierce the soil for use. It will be apparent that by adjusting the length of the rod, a length can be obtained that does not affect the heating element. These are design ideas when the present patented device is designed as a practical device.

【0021】図5は温度センサ2の出力の時間変化を摸
式的に表わした図であって、9は発熱体温度の時間変化
を表わした図、10は温度センサ2の温度の時間変化を
表わした模式図である。11は土壌水分が多い場合12
は土壌水分が中程度の場合、13は土壌水分が少ない場
合における、温度センサ2の温度上昇の時間変化の模式
図である。また、14は温度の立ち上がり遅延領域、1
5は温度の立ち上がり領域、16は飽和温度領域であ
る。温度センサの測定値と標準データを比較して水分量
を求めるデーター変換装置5のメモリ部分には、おおよ
そ、このような標準データを予め記憶させておく。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the time change of the output of the temperature sensor 2, 9 is a diagram showing the time change of the heating element temperature, and 10 is a diagram showing the time change of the temperature of the temperature sensor 2. FIG. 11 is when soil moisture is high 12
Is a schematic diagram of a time change in temperature rise of the temperature sensor 2 when the soil moisture is medium, and 13 is a case where the soil moisture is low. Reference numeral 14 denotes a temperature rise delay region,
5 is a temperature rising region, and 16 is a saturation temperature region. Such standard data is roughly stored in advance in a memory portion of the data converter 5 for obtaining the water content by comparing the measured value of the temperature sensor with the standard data.

【0022】標準データと未知データの比較にあたって
は、全データを比較することが最良の方法であるが、こ
れではデーター変換装置5が行う処理量が膨大になり、
実際的でない。そこで、簡便に行う方法として、発熱体
の電源をオンした時t0から一定時間経過後、例えば図
5のt2時刻における温度センサ温度を比較することが
まず考えられる。このほかの方法として、温度の立ち上
がり遅延領域14の時間や、時間経過とともに温度が上
昇する割合である温度の立ち上がり領域15の時間、長
時間経過後に温度が一定の値に落ち着いた温度である飽
和温度領域16の温度、などのパラメタに着目して比較
を行うことも可能である。
When comparing the standard data and the unknown data, it is the best method to compare all the data. However, in this case, the amount of processing performed by the data converter 5 becomes enormous,
Impractical. Therefore, as a simple method, it is conceivable to first compare a temperature sensor temperature at a time t2 in FIG. 5 after a lapse of a certain time from the time t0 when the power of the heating element is turned on. Other methods include the time in the temperature rise delay region 14, the time in the temperature rise region 15, which is the rate at which the temperature rises with time, and the saturation, which is the temperature at which the temperature has settled to a constant value after a long time. It is also possible to perform comparison by focusing on parameters such as the temperature of the temperature region 16.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、この様な構成にす
ることによって、以下のようにさまざまな効果が生まれ
る。本特許は物質の熱的性質を利用しており、物質の電
気伝導を利用しているのではないため、たとえば塩分や
肥料などから発生するイオンが存在しても、その量が土
壌などの主要物質に比べて少ない限り、水分量の推定に
影響が少ないことは明らかである。これは実験的にも確
認されている。
As described above, by adopting such a configuration, various effects are produced as follows. This patent utilizes the thermal properties of substances and does not use the electrical conduction of substances, so even if there are ions generated from, for example, salt or fertilizer, the amount of the Obviously, as long as the amount is smaller than the substance, the estimation of the water content is less affected. This has been confirmed experimentally.

【0024】また周囲の温度変化も、第4図の実施例の
ように、基準になる温度センサとの比較装置を内蔵する
ことによって、装置内でかなりの部分を自動的に補正す
ることが出来る。従って、周囲の温度環境の変化にも安
定して、土壌水分の測定が可能となる。
A considerable part of the ambient temperature change can be automatically corrected by incorporating a comparison device with a reference temperature sensor as in the embodiment shown in FIG. . Therefore, it is possible to measure soil moisture stably even when the surrounding temperature environment changes.

【0025】また、センサと土壌との間に水分の授受が
ないため、極めて微量な水分量を測定することが可能で
ある。また、植物の根が水分を求めてまとわりつく、根
がらみなどもないため、正確に測定出来る。また、水分
をセンサに補給するなどのメンテナンスが不要である。
Since there is no exchange of water between the sensor and the soil, it is possible to measure an extremely small amount of water. In addition, since the roots of the plant do not cling to each other in search of moisture, there is no root streaking, so that the measurement can be performed accurately. Further, maintenance such as supplying water to the sensor is not required.

【0026】また、本特許では、測定時にわずかの電流
を発熱体に流すだけであり、またこれらを制御するデー
タ変換装置も測定時のみオンするように設計出来るの
で、電力消費量が少なく、電池などを用いた長期の測定
も可能である。
Further, according to the present invention, only a small amount of current flows through the heating element at the time of measurement, and a data converter for controlling these can be designed to be turned on only at the time of measurement. Long-term measurement using such a method is also possible.

【0027】また、センサ主要部分が発熱体と熱電対、
放熱板などといった、単純な部品で構成されているた
め、簡単に実現出来る。データー変換装置5も、最近は
ワンチップマイコンなどを用いれば、簡単なプログラミ
ングを行うだけで、コンパクトなものを実現することが
できる。したがって、極めて平易な技術を用い、かつ安
価な水分センサを実現することができる、という効果が
得られる。
The main parts of the sensor are a heating element and a thermocouple,
Since it is composed of simple components such as a heat sink, it can be easily realized. If a one-chip microcomputer or the like is used recently, a compact data converter 5 can be realized by simple programming. Therefore, it is possible to obtain an effect that an extremely simple technique and an inexpensive moisture sensor can be realized.

【0028】また、上記の説明では主に、土壌水分の測
定を前提とした説明を行ったが、その他の粉状の物質、
例えば、小麦粉やセメント、プラスチック粉といった、
さまざまな粉状の物質や、シート状の物質の水分測定に
適用出来ることは明らかである。
In the above description, description has been made mainly on the premise that soil moisture is measured. However, other powdery substances,
For example, flour, cement, plastic powder,
Obviously, it can be applied to moisture measurement of various powdery substances and sheet-like substances.

【0029】また、上記説明では、土壌中の水分量の測
定を前提とした説明を行ったが、水以外の物質、たとえ
ば肥料や砂など、様々な材料が混入している場合にも、
その混入物質と主物質の熱伝導度や比熱などが大きく異
なっており、かつその標準的なデータがあらかじめ得ら
れていれば、その混入量を容易に推定できることは明ら
かである。さらに、本特許による装置の用途を広く考え
れば、一つの主物質中に、比熱や熱伝導率が異なる第
2、第3の物質が混入する割合を推定出来ることもまた
明らかであって、これらの分野への応用においても、安
価であること、装置が簡単であることなどの特徴を有す
ることもまた、明らかである。
Although the above description has been made on the assumption that the amount of water in the soil is measured, even when various materials other than water, for example, fertilizer and sand, are mixed,
It is clear that the amount of the contaminant can be easily estimated if the contaminant and the main substance have significantly different thermal conductivities, specific heats, and the like, and if standard data are obtained in advance. Furthermore, if the application of the device according to the present patent is considered widely, it is also clear that the ratio of the second and third substances having different specific heats and thermal conductivity in one main substance can be estimated. It is also clear that the present invention has features such as low cost and simple device in the application to the field of (1).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】は本発明の第1の実施例FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.

【図2】は本発明の第2の実施例FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.

【図3】は本発明の第3の実施例FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.

【図4】は本発明の第4の実施例FIG. 4 is a fourth embodiment of the present invention.

【図5】は本発明から土壌中の水分量を推定する測定図
FIG. 5 is a measurement drawing for estimating water content in soil from the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・・・・発熱体 2・・・・・・・・温度センサ 3・・・・・・・・発熱体カバー 4・・・・・・・・発熱体カバーに設けられた熱の放出
窓 5・・・・・・・・温度センサの測定値と標準データを
比較して 水分量を求めるデーター変換装置 6・・・・・・・・発熱体カバーから伸びた放熱板 7・・・・・・・・発熱体カバー表面に付けられた放熱
板 8・・・・・・・・周囲温度を測定するための2つ目の
温度センサ 9・・・・・・・・発熱体1の発熱体に流す電流の時間
変化図 10・・・・・・・温度センサ2の温度上昇の時間変化
図 11・・・・・・・水分が少ない場合の温度上昇の時間
変化図 12・・・・・・・土壌水分が中程度の温度上昇の時間
変化図 13・・・・・・・土壌水分が多い場合の温度上昇の時
間変化図 14・・・・・・・温度の立ち上がり遅延領域 15・・・・・・・温度の立ち上がり領域 16・・・・・・・飽和温度領域
1 Heating element 2 Temperature sensor 3 Heating element cover 4 Heating element cover Heat release window 5 Data converter for comparing the measured value of the temperature sensor with the standard data to determine the amount of water 6 Heat-radiating plate 7 extending from the heating element cover 7 ·········································································· Heat generation. Time change diagram of current flowing through heating element of body 1 Time change diagram of temperature rise of temperature sensor 2 Time change diagram of temperature rise when water content is small 12 ························································································································· / 14 ····· Temperature rise delay region 15 ······· Temperature rise region 16 ······· Saturation temperature region

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1つの発熱体と温度センサと、発熱体の温
度変化を制御しつつ温度センサから得られる温度データ
を受信し、これを解析することによって主物質中に含ま
れる副物質の含有量を推定する装置を持つことを特徴と
する分析装置
1. A heating element, a temperature sensor, and temperature data obtained from a temperature sensor while controlling a temperature change of the heating element, and analyzing the received data to include a sub-substance contained in a main substance. Analyzer having a device for estimating the amount
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