JP2004301829A - 物理量パラメータ測定方法及び装置並びにそれに用いるセンササポート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現場で簡単に行うことができて、温度変化特性が精度良く推定できる土壌の物理量パラメータ測定方法及び装置並びにそれに用いるセンササポート装置を提供する。
【解決手段】 測定対象場所にて土壌中に発熱量が既知の熱源を置き、その熱源の温度を計測し、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量Ｗとに基づいて土壌の熱抵抗ｇを算出すると共に、熱源から適宜距離の計測箇所Ｐにて土壌温度を計測し、この土壌温度の変化量ΔＴと土壌熱抵抗ｇと熱源発熱量Ｗと距離Ｒとに基づいて土壌熱抵抗ｇと比熱容量αの積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と土壌熱抵抗とから比熱容量αを算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、土壌等の対象物の物理量パラメータ測定に係り、特に、現場で簡単に行うことができて、対象物への埋設物が発熱する際の土中の温度変化特性を精度良く推定するために必要な物理量パラメータ測定方法及び装置並びにそれに用いるセンササポート装置に関するものである。

地中送電路設計においては、所望の送電容量を確保するにあたって、電力ケーブルの絶縁体が破壊されないように送電により発熱した電力ケーブルの導体温度がある程度より高くならないよう敷設する電力ケーブルの種類や導体の太さを決定する。電力ケーブルで発生した熱が周囲の土壌中に拡散するので、導体及び土壌は過渡的な温度変化（上昇、下降）を経て定常状態に達する。この定常状態における導体温度が設定された許容値以下であればよい。しかし、導体温度の変化特性は周囲の土壌の物性により左右される。つまり、種類や導体の太さが同じ電力ケーブルに対して、同じ量の電流を流しても土壌の物性の違いで導体温度の過渡的変化が異なるとともに、定常状態になったときの導体温度も異なる。土壌は場所によって物性が異なるので、電力ケーブルの埋設場所によって導体温度の変化特性が異なることになる。従って、送電容量の決定には、電力ケーブルが埋設される現場の土壌の物性の違いを表す物理量パラメータを把握する必要がある。

従来は、電力ケーブルを新規に敷設する場合、所望の送電容量に基づいて定常温度を想定し、敷設する電力ケーブルの種類や導体サイズを決定していた。ここで、定常温度となる時間は一般に電力ケーブルの耐用年数程度（３０年程度）に設定されている。しかし、近年では、資源の利用効率を高めるために、既設の電力ケーブルについて既定の送電容量を変更したり、或いは一時的に既定の送電容量より多い送電を行うことも要求されるようになった。送電容量を変更する場合には、電力ケーブル設備に不具合が生じないよう、その変更によって生じる導体温度の過渡的変化を事前に把握しておく必要がある。このように、電力ケーブルを新規に敷設する場合に限らず、近年では既設の電力ケーブルについても周囲の土壌の物理量パラメータを把握する必要も生じつつある。

なお、電力ケーブルの導体温度は電力ケーブルに流れる電流によって定まる電力ケーブル自身の発熱量Ｗによる電力ケーブルの温度変化値と周囲温度の和である。周囲温度は電力ケーブルが土中に敷設されている場合、土壌の基底温度とケーブル発熱量Ｗによる温度変化値の和である。土壌の温度変化の最終的な値（定常温度）は土壌熱抵抗（ｇ値）と電力ケーブルの発熱量Ｗとで定まる。一方、その値になるまでの温度変化の過渡的な値（過渡温度）は土壌の比熱Ｃと密度ρにより定まる。

従来の物理量パラメータの測定方法として、非特許文献１の２５９頁に熱抵抗ｇの測定方法が記載されている。５．５２式によれば、試料中に置いた熱線を発熱させ、時間θ１、θ２における熱線の温度Ｔ１、Ｔ２と熱線の発熱量ｑとから試料の熱伝導度λ（熱抵抗ｇの逆数）が求まる。この方法は現場でも測定できる。

一方、同文献１の１９４頁及び１９７頁には比熱Ｃの測定方法が記載されている。これらの従来の測定方法では、現場でボーリングにより土壌サンプルを採取し、この土壌サンプルを持ち帰り、実験室で測定を行う。

「最新伝熱計測技術」架谷昌信監修、株式会社テクノシステム、１９８６年７月２４日発行。

導体温度の変化特性を推定するには、前述のように物理量パラメータとして土壌熱抵抗ｇ、土壌密度ρ、比熱Ｃなどを測定しなければならない。土壌熱抵抗は前述した従来方法でも比較的容易に測定することができる。しかし、土壌密度や比熱は状態の違いにより異なるので測定が難しい。

しかも試料サンプルは、異質の岩石や土砂が入り混じった塊になっており、水分や空隙も含んでいる。試料サンプルを崩してしまうと元々の土壌中にあった状態ではなくなり、実際の物理量パラメータが損なわれてしまう。そこで、現場から持ち帰る際にも、実験室で測定に供する際にも、壊さないよう慎重に取り扱うが、実際に現場にあったときの状態と全く同じに保つのは極めて困難であるし、そもそも、試料サンプルを現場から取り出すだけでも土壌の連続性が失われるため少なからずも変化してしまう。

また、従来の測定方法では、土壌サンプルの採取、搬送、実験室での測定といった工程に数日を要し、費用もそれに応じて非常に多く必要である。現場で即日に測定することができれば、多くの時間及び費用を削減できる。しかし、従来の測定方法は自然環境中での測定には適用できず、測定装置にも可搬式のものがなく、現場での測定は不可能であった。

このように、前述した既設の設備に対して、既定の送電容量より多い送電を行う場合、導体温度が許容の範囲内におさまるように導体温度の過渡的変化を知ることが重要となる。過渡的変化を知る上では、物理量パラメータの中でも土壌密度や比熱を測定し把握することが欠かせない。しかし、従来方法ではこれらの物理量パラメータを簡易かつ正確に測定することができない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、現場で簡単に行うことができて、温度変化特性を精度良く推定するために必要な物理量パラメータの測定方法及び装置並びにそれに用いるセンササポート装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の物理量パラメータ測定方法は、測定対象物中に発熱量が既知の熱源を置き、その熱源の温度を計測し、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて測定対象物の熱抵抗を算出すると共に、熱源から適宜距離の計測箇所にて測定対象物の温度を計測し、この温度の変化量と測定対象物の熱抵抗と熱源発熱量と距離とに基づいて熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と熱抵抗とから比熱容量を算出するものである。

また、本発明の物理量パラメータ測定方法は、測定対象場所にて土壌中に発熱量が既知の熱源を置き、その熱源の温度を計測し、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて土壌の熱抵抗を算出すると共に、熱源から適宜距離の計測箇所にて土壌温度を計測し、この土壌温度の変化量と土壌熱抵抗と熱源発熱量と距離とに基づいて土壌熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と土壌熱抵抗とから比熱容量を算出するものである。

地表上空間に実在の熱源を逆転した仮想熱源を仮定し、これら実在熱源及び仮想熱源による計測箇所での温度変化量を表す熱伝導方程式を用いてＫ値を算出してもよい。

Ｋ値は、熱伝導方程式に仮のＫ値を代入して温度変化量を計算し、この計算値が計測箇所で実測した温度変化量に収束するよう仮のＫ値を漸次変化させることにより、Ｋ値を算出してもよい。

前記土壌温度の計測を複数の時間刻み毎に行い、各時間刻みでの温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該計測箇所についての比熱容量としてもよい。

発熱開始から所定時間までの前記土壌温度の変化率に対して１つの時間刻みでの変化率が所定比率以下であれば温度飽和であると判定し、この温度飽和時における１つの時間刻みでの温度変化量から比熱容量を計算してもよい。

前記土壌温度の計測を複数の計測箇所で行い、各計測箇所での温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該測定対象場所の土壌の比熱容量としてもよい。

前記複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの距離を異ならせてもよい。

前記複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの方向を異ならせてもよい。

また、本発明の物理量パラメータ測定装置は、測定対象場所の土壌中に置かれる発熱量が既知の熱源と、その熱源の温度を計測するプローブと、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて土壌の熱抵抗を算出する土壌熱抵抗算出手段と、熱源から適宜距離の計測箇所にて土壌温度を計測する温度センサと、この土壌温度の変化量と土壌熱抵抗と熱源発熱量と距離とに基づいて土壌熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と土壌熱抵抗とから比熱容量を算出する比熱容量算出手段とを備えたものである。

前記比熱容量算出手段は、地表上空間に実在の熱源を逆転した仮想熱源を仮定し、これら実在熱源及び仮想熱源による計測箇所での温度変化量を表す熱伝導方程式を用いてＫ値を算出してもよい。

前記比熱容量算出手段は、熱伝導方程式に仮のＫ値を代入して温度変化量を計算し、この計算値が計測箇所で実測した温度変化量に収束するよう仮のＫ値を漸次変化させることにより、Ｋ値を算出してもよい。

前記温度センサは、前記土壌温度の計測を複数の時間刻み毎に行い、前記比熱容量算出手段は、各時間刻みでの温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該計測箇所についての比熱容量としてもよい。

前記比熱容量算出手段は、発熱開始から所定時間までの前記土壌温度の変化率に対して１つの時間刻みでの変化率が所定比率以下であれば温度飽和であると判定し、この温度飽和時における１つの時間刻みでの温度変化量から比熱容量を計算してもよい。

前記温度センサは、前記土壌温度の計測を複数の計測箇所で行い、前記比熱容量算出手段は、各計測箇所での温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該測定対象場所の土壌の比熱容量としてもよい。

前記温度センサで計測する複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの距離を異ならせてもよい。

前記温度センサで計測する複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの方向を異ならせてもよい。

また、本発明のセンササポート装置は、熱源と温度センサとを一体化したプローブを挿入するための管状のガイドと温度センサを挿入するための管状のガイドとを所定の距離離して平行に配し、これらガイド同士を一体的に固定したものである。

前記プローブ用のガイドを中心軸に配し、その中心軸ガイドの周囲に前記温度センサ用のガイドを１本以上配してもよい。

また、本発明のセンササポート装置は、熱源と温度センサとを一体化したプローブと温度センサとを所定の距離離して平行に配してピストンに固定し、このピストンをロッドの先端に装着し、このロッドを用いて前記プローブ及び温度センサを土壌中の深部に送り込むようにしたものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）測定対象場所で直接対象物に対して温度計測を行うので、対象物を崩さずその場所にあるままで物理量パラメータが測定でき、測定が正確にできる。また、対象物サンプルを採取したり、搬送する手間が省かれ、測定が迅速になる。

（２）測定しにくい対象物密度や比熱は測定せず、温度計測に基づいてＫ値や比熱容量を算出するようにしたので、測定が容易になると共に、測定結果をそのまま温度変化特性の推定に使用できる。

（３）複数の時間刻みでの計測温度から求めた比熱容量を平均し、さらに、複数の計測箇所での計測温度から求めた比熱容量を平均しているので、誤差を小さくすることができる。その結果、温度変化特性を精度良く推定することができるようになる。

（４）複数の計測箇所を加熱箇所からの方向が異なるようにしたので、加熱箇所の誤差（プローブ挿入位置ずれなど）があっても、相殺される。

（５）センササポート装置を用いることにより、センサ設置が容易かつ正確になる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明を実施する物理量パラメータ測定装置は、熱源としての電熱線を細管に内蔵すると共にその細管の中間点に温度センサを内蔵し、この細管を土壌中に差し込んで土壌を加熱しつつ、その熱源の温度を計測する土壌熱伝導率測定用プローブ（以下、プローブという）１と、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて土壌の熱抵抗を算出する土壌熱抵抗算出手段２と、熱源から適宜距離の複数箇所にて時間刻み毎に土壌温度を計測するための、例えば、熱電対を細管の先端に内蔵してなる複数の温度センサ３と、計測した土壌温度の変化量と土壌熱抵抗と熱源発熱量と熱源計測箇所間距離とに基づいて土壌熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と土壌熱抵抗とから比熱容量を算出する比熱容量算出手段４とを備える。また、プローブ１内の熱源に供給する発熱用直流電流を調整する直流電流調整器５と、その発熱用電流やその他の器材の電源となるバッテリ６と、プローブ１及び複数の温度センサ３に現れる電気量を温度に換算する温度取込器７と、その温度取込器７で換算した温度値及び直流電流調整器５で調整した電流値をデータ通信で受け取って温度を表示手段８に表示すると共に、土壌熱抵抗算出手段２及び比熱容量算出手段４としてのソフトウェアを実行するコンピュータとを備える。

プローブ１、温度センサ３、温度取込器７は、従来より知られているものであるから、詳しい説明は省略する。温度センサ３に付記した１ｃｍ〜４ｃｍは後述する配置を表している。直流電流調整器５は、従来技術により簡単に構成することができる。コンピュータ９は、ノートパソコン等の小型でバッテリを搭載したパソコンを用いるとよい。

コンピュータ９、温度取込器７、バッテリ６及び直流電流調整器５は、一つのアタッシュケース大の筐体に組み込んで装置全体を一括して持ち運ぶことができるようになっている。プローブ１、温度センサ３及び筐体から延出させるセンサ用コードも筐体内に設けられたボックスに収容することができる。即ち、図１の物理量パラメータ測定装置は、可搬式でバッテリ内蔵のため、容易に現場に持ち込んで測定に使用することができる。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、本発明に係るセンササポート装置（以下、ガイドフランジという）２１は、円盤状の基台２２の中心と周囲の４箇所に貫通穴２３を開け、それぞれの貫通穴２３に半割り円筒状のガイド２４，２５を植設して構成されている。中心軸に位置する中心軸ガイド２４には、プローブ１を挿入してプローブ１先端を基台２２の底面から突出させることができる。そして、周囲ガイド２５には、それぞれ温度センサ３を挿入して温度センサ３先端を基台２２の底面から突出させることができる。即ち、このガイドフランジ２１は、プローブ１を挿入するための中心軸ガイド２４の周囲に温度センサ３を挿入するための周囲ガイド２５を中心軸ガイド２４と平行に配したものである。各ガイド２４，２５の内径はプローブ１及び温度センサ３の基端の外径に合わせてある。各貫通穴２３は、プローブ１及び温度センサ３の基端の形状に合わせてテーパ状に形成され、最も細いところにプローブ１及び温度センサ３の細管が通せる程度にしてある。中心軸ガイド２４及び周囲ガイド２５の高さは、プローブ１及び温度センサ３の長さに合わせて決めてある。これら中心軸ガイド２４及び周囲ガイド２５の高さ及び平面配置は、後述のように測定箇所の位置を正確に決める目的で設定されている。

周囲ガイド２５の配置は、中心軸ガイド２４から適宜な方向に径方向距離（両ガイドの中心同士の距離）１ｃｍのところ、その方向とは逆方向に中心軸ガイド２４から径方向距離２ｃｍのところ、さらにその方向とは９０°をなす方向に中心軸ガイド２４から径方向距離３ｃｍのところ、その方向とは逆方向に中心軸ガイド２４から径方向距離４ｃｍのところというように、それぞれ中心軸ガイド２４からの距離が異なり、方向も異なっている。距離は、必ずしも等差的でなくてもよく、ランダムでもよい。また、全部同じ距離にしてもよい。方向を異ならせたのは、方向が同じであると距離の近い計測箇所に存在する温度センサ３が距離の遠い計測箇所への熱伝導に影響を与えるのではないかと考慮したものである。９０°毎にする必要は特にないが、できるだけ広い範囲を測定するためには方向が分散しているほうが好ましい。ただし、距離をあまり大きくとると、熱源の発熱量を大きくしなければ温度計測の精度が得られなくなるということも考慮しなければならない。

ガイドフランジ２１の作用効果は、プローブ１及び温度センサ３を所定の位置関係に確実に位置決めして先端（センサ素子が収納されている）を土壌中に挿入できることである。プローブ１及び温度センサ３の基端が中心軸ガイド２４及び周囲ガイド２５の頂部に一致したとき、各先端は土壌中の一平面に、図２（ａ）の各貫通穴２３の中心と同じ配置で並ぶことになる。この配置による距離関係はコンピュータ９にデータとして設定する。従って、実際に土壌に差し込まれたプローブ１と各温度センサ３との距離がコンピュータ９に設定されている距離データと一致することにより、比熱容量算出手段での演算の信頼性を高めることができる。

次に、比熱容量算出手段４における比熱容量算出の原理を説明する。

熱源による発熱量を時間的に一定に継続しているとき、その加熱により任意の温度計測点Ｐにおける任意時間間隔、例えば、時刻０から時刻ｔ１までの温度変化ΔＴは、計測点Ｐと実在の熱源Ｐ１との三次元的距離Ｒ１、計測点Ｐと仮想熱源Ｐ２との三次元的距離Ｒ２に対して次式（１）で表される。

ここで、Ｗは発熱量（Ｗ／ｃｍ）、ｇは土壌熱抵抗（℃・ｃｍ／Ｗ）である。Ｋは、土壌熱抵抗ｇと土壌密度と比熱の積の逆数であるが、本発明では、土壌密度と比熱の積である比熱容量αを用いる。即ち、Ｋは、式（２）に示すように、土壌熱抵抗ｇと比熱容量αの積の逆数（Ｗ・ｃｍ²／Ｊ）である。この物理量パラメータを、以下、Ｋ値と呼ぶ。

式（１）は、線状熱源より熱を与えた時に任意の円筒座標点（計測点Ｐ）における土壌の温度がどれくらい変化するかを表す積分形式の熱伝導方程式であり、以下では、温度変化式と呼ぶ。所定の発熱量による加熱を時刻０から時刻ｔ１まで続けると、計測点Ｐの温度がΔＴ変化することを示している。

この温度変化式は、電気影像法に基づいている。電気影像法は、地表面から大気への熱の流出を負の熱源である仮想熱源によるものと置き換えたものである。これにより、地表面という境界面のある土壌中での熱の振る舞いを境界面のない一様な土壌中での振る舞いのように計算することができる。仮想熱源は、境界面に対して実熱源の鏡像となる位置に置き、実熱源とは発熱量の絶対値が等しく符号が逆とする。式（１）は、実熱源による温度変化と仮想熱源による温度変化とを重ね合わせたものになっている。

発熱量Ｗは、熱源への電流値Ｉ、熱源の電気抵抗値ｒ、熱源長Ｌから式（４）によって求めることができる。土壌熱抵抗ｇは、土壌熱抵抗算出手段２が算出する。温度変化ΔＴは温度センサで計測される。距離Ｒ１，Ｒ２及び積分の時刻ｔ１は既知である。従って、式（１）から未知のＫ値を特定することができる。ただし、式（１）を直接開いてＫ値を計算するのは困難であるため、任意のＫ値を式（１）に代入してΔＴを計算し、この計算により求めたΔＴが実際に計測されたΔＴと合うように、漸次Ｋ値を変えることを繰り返して、収束させるという数値解析を行う。本実施形態では、ロンバーグ積分法に二分法を適用してＫ値を収束させている。なお、計算方法は積分法であれば台形法やシンプソン法など、何を用いてもよい。

Ｋ値は土壌熱抵抗ｇと比熱容量αの積の逆数であるから、式（１）で求めたＫ値と土壌熱抵抗算出手段２が算出した土壌熱抵抗ｇとから次式（２）により比熱容量αを計算することができる。

次に、土壌熱抵抗算出手段２における土壌熱抵抗算出の原理を説明する。

土壌熱抵抗ｇは、時刻ｔ１，ｔ２における熱源の温度Ｔ１、Ｔ２と発熱量Ｗとから、次式（３）により求めることができる。

式（３）は非特許文献１の２５９頁の５．５２式と同じであるので、詳しい説明は省略する。本実施形態では、発熱量Ｗを求めるために、熱源への電流値Ｉを直流電流調整器５からコンピュータ９へデータ通信し、熱源の電気抵抗値ｒ及び熱源長Ｌはプローブ１の規格値を予めコンピュータ９に設定しておき、次式（４）により発熱量Ｗを求める。

以上のように、土壌熱抵抗算出手段２及び比熱容量算出手段４により、土壌熱抵抗ｇ、比熱容量αが算出できる。式（１）から分かるように、土壌熱抵抗ｇ、比熱容量α（Ｋ値に含まれる）などの物理量パラメータは温度変化ΔＴの過渡的変化を決定付ける。よって、これらの物理量パラメータを調べることにより、ケーブルから熱が発生してどのくらい時間がたつとどのくらい土壌温度や導体温度が変化するかの度合いがよく把握できるようになる。

次に、現場（測定対象場所）における作業手順を説明する。

作業手順１；ガイドフランジ２１を底面２２が地表面に接するよう設置する。ここで、地表面とは、全く掘削をしない自然の地表面であってもよいし、手作業乃至重機で掘削して露になった新規な地表面でもよい。

作業手順２；ガイドフランジ２１の中心軸ガイド２４にプローブ１を挿入し、プローブ１の基端を中心軸ガイド２４の頂部に一致させる。各々の周囲ガイド２５に温度センサ３を挿入し、温度センサ３の基端を周囲ガイド２５の頂部にそれぞれ一致させる。このとき、プローブ１に対して各温度センサ３は正確に径方向距離にして１ｃｍ，２ｃｍ，３ｃｍ，４ｃｍに位置することになる。また、プローブ１及び温度センサ３の先端が底面２２から出て土壌に突き刺さり、図２（ｃ）に示すようになる。これにより、式（１）の距離Ｒ１，Ｒ２を与える計測点Ｐ、実熱源Ｐ１、仮想熱源Ｐ２の座標が４組確定する。

作業手順３；プローブ１に電流を流し、発熱させると共にコンピュータ９による測定を開始する。コンピュータ９は、１分刻みの温度サンプリングを６０分間行う。これにより、４箇所の温度サンプリングデータがそれぞれ６０個得られることになる。もちろん、サンプリング間隔や回数は、これに限定されず任意である。実際にこの作業を行ったところ、測定の最初のほうのサンプルはプローブ自体の温度が土壌温度に一致していないために不安定であった。そこで、測定の後のほうのサンプルだけ、例えば、最後の１サンプルを採用することにした。

作業手順４；コンピュータ９による計算処理（解析）を開始する。もちろん、前述のサンプリングと並行して計算処理を実行してもよい。

作業手順５；解析が終了したら、物理量パラメータ測定装置の電源を切り、プローブ１及び温度センサ３を回収して筐体に収容する。

本発明は、以上の作業により土壌熱抵抗ｇ及び比熱容量αを測定することができる。現場に到着してから撤収するまで、わずか数時間しか要しない。従って、従来のように土壌サンプルを採取して実験室で測定結果を出すまで数日を要していたのに比べ、時間及び費用が削減できる。

次に、コンピュータ９が実行する処理手順を説明する。コンピュータの処理手順は図３に示す。

処理手順１；各種条件を設定する。各種条件とは、熱源への電流値Ｉ、熱源の電気抵抗値ｒ、熱源長Ｌ、距離Ｒ１，Ｒ２などである。

処理手順２；土壌熱抵抗ｇを算出する。算出には式（３）を用いる。

処理手順３；Ｋ値又は比熱容量αの仮値を与える。Ｋ値は、当初は真値が未知数なので初期値を与え、この仮値を徐々に変えてやるのである。ただし、比熱容量αの仮値を与えて比熱容量αを解析する場合は、式（１）を比熱容量αの式に変形しておく。以下では、Ｋ値を解析する場合について説明する。

処理手順４；式（１）の右辺にＫ値の仮値及び諸元を代入して理論上のΔＴを計算する。

処理手順５；時間的に連続する２個の温度サンプリングデータからΔＴの計測値を求める。

処理手順６；ΔＴの計測値と理論値と比較する。両者間の誤差を評価し、誤差が予め定めた許容値（例えば、１％）以上であれば処理手順３に戻って仮値を変化させて誤差を減らして行く。誤差が許容値以下になったら、繰り返しを終了する。

処理手順７；確定したＫ値から比熱容量αを算出する。算出には式（２）を用いる。ただし、処理手順３以降で比熱容量αを解析した場合は式（２）を用いる必要はない。図示しないが処理手順３から処理手順６を個々の温度サンプリングデータについて実行するので、１箇所の計測箇所につき、サンプリング個数分、この例では、６０個の比熱容量αが得られる。これら比熱容量αを平均して当該計測箇所の比熱容量αとする。

処理手順８；図示しないが処理手順３から処理手順７を個々の計測箇所について実行するので、４つの比熱容量αが得られる。これら比熱容量αを平均して測定対象場所の比熱容量αとする。

以上のように、本発明では、１回あるいは複数回の温度サンプリングデータから求めた比熱容量αを平均し、さらに、複数箇所の計測箇所について得られた比熱容量αを平均しているので、種々の要因による誤差が解消されて正確な比熱容量αが得られる。

また、一般には、物理量パラメータのうち土壌密度と比熱とは個別の要素であるから、それぞれを測定するようにしていたところを、土壌密度と比熱の積である比熱容量αを測定するようにしたのが本発明の着眼である。温度変化の式（１）において、土壌密度と比熱は結局、積の形で現れるので、別々で取り扱うのではなく、比熱容量αを測定しておけば将来の温度推定をするには十分である。これにより、測定が困難な土壌密度も比熱も測定する必要がなくなる。そして、比熱容量αの測定は前述した手順により現場で簡単にできる。

上記処理手順では複数の時間刻み毎に計測した複数の温度サンプリングデータについてそれぞれ比熱容量αを得て、これら複数の比熱容量αを平均して当該計測箇所の比熱容量αとしたが、土壌温度が飽和したと思われる時点で１個の温度サンプリングデータについて比熱容量αを得て、この値を当該計測箇所の比熱容量αとしてもよい。土壌温度が飽和したかどうかは発熱開始から適宜に想定した所定時間までの前記土壌温度の変化率に対して１つの時間刻みでの変化率が所定比率以下であれば温度飽和であると判定してよい。例えば、発熱開始から１時間後に土壌温度を測定したとき、発熱開始時点での土壌温度ｘに対して１時間後の土壌温度がｘ＋Δｘとすると、この間の温度変化はΔｘとなる。ここで１分の時間刻み後、即ち、発熱開始から１時間１分後に測定した土壌温度の温度変化がΔｘ×２％未満だったとする。これは１分間の温度変化が直前の１時間の温度変化の２％未満であることを意味する。このように発熱初期の過渡的な変化率に比べて十分に低い温度変化であれば、土壌温度がほぼ飽和してきたと判定する。この判定に用いる所定比率は、２％であれば本発明としてほぼ満足であるが、それに限る必要はない。それよりも大きく取っていても良いし、逆により小さく設定すればするほど精度は高くなる。

ここで、実際に測定を行った結果を説明しておく。

図７に、実際に測定した測定データと計算で求めた解析値とを示す。曲線７１はプローブ１から２ｃｍの位置に置いた温度センサ３における測定値、曲線７２はその地点における解析値、曲線７３はプローブ１から３ｃｍの位置に置いた温度センサ３における測定値、曲線７４はその地点における解析値を表している。図示のように曲線７１と曲線７２が重なっており、曲線７３と曲線７４が重なっている。つまり実際の土壌温度変化は解析で予測した温度変化値とほぼ一致している。また、このときの測定データから求めたＫ値は、約０．００２３３（Ｗ・ｃｍ²／Ｊ）（推定される比熱容量は、約３．０（Ｊ／ｃｍ³℃））であった。一方、現地の土壌を土壌サンプルとして採用し、従来の実験室による試験によって推定されるＫ値は約０．００２１８（Ｗ・ｃｍ²／Ｊ）（推定される比熱容量は、約３．２（Ｊ／ｃｍ³℃））であった。室内試験は、前述したとおり少なからずも誤差を含むため、両者は許容できる範囲でほぼ一致してるといえ、本発明の有効性が確かめられた。

次に、プローブ１及び温度センサ３を土壌の所望位置に設置する他の実施形態を説明する。

図４に示されるように、従来から知られている簡易型掘削機は、無限軌道４１を有し手操作若しくはリモコン操作で走行可能な台車４２に、ボーリング打込塔４３を起立・倒伏自在に搭載したもので、所望の場所に移動してボーリング打込塔４３を起立させて地面に設置し、ボーリング打込塔４３に装着したボーリング具（図示せず）を土壌中に打ち込むようになっている。この簡易型掘削機を利用して次に説明するセンササポート装置を土壌中に送り込むようにした。

図５（ａ），（ｂ）及び図６に示されるように、センササポート装置５１は、前記ボーリング具に径を合わせた外筒５２と、外筒５２の底部を構成する基台５３と、外筒５２の内部で軸方向に移動可能なピストンヘッド５４と、このピストンヘッド５４をスプリング５９を介して一体的に支持するフランジ付きロッド５５とからなる。ロッド５５は、図示しない上端まで所定の長さを有し、その上端に継足用ロッド（図示せず）を順次継ぎ足して全体の長さを調節できるようになっている。

外筒５２には、ロッド５５の下端から径方向に張り出しているフランジ５６に係合する回転式ストッパ５７と、ピストンヘッド５４を軸方向に案内するガイドリブ６０とが設けられている。図５（ａ）の状態では、フランジ５６が外筒５２内に挿入され回転式ストッパ５７に係合しているが、ビス６１を中心にして回転式ストッパ５７を所定の回転角だけ破線で示すように回転させるとフランジ５６が外筒５２から取り出せるようになっている。外筒５２にロッド５５を挿入するときには、回転式ストッパ５７を開いた状態で挿入する。また、図５（ａ）の状態では、ロッド５５の軸方向への移動が許容されると同時にガイドリブ６０により回転が規制されるようになっている。

ピストンヘッド５４の底面には、プローブ１及び複数の温度センサ３が計測箇所の配置通りに位置して固定されている。これらプローブ１及び温度センサ３の細管は軸方向に延びて先端を基台５３に臨ませている。この配置に対応し、基台５３にもそれぞれの貫通穴５８が設けられている。各貫通穴５８は、プローブ１及び温度センサ３の基端の形状に合わせてテーパ状に形成されている。

センササポート装置５１は、次のように使用する。

まず、図４の簡易型掘削機のボーリング打込塔４３にボーリング具を装着して所望の地面に所望の深さの縦穴を掘削する。次に、ボーリング具を取り外し、センササポート装置５１のロッド５５をボーリング打込塔４３に装着する。このときセンササポート装置５１は、図５（ａ）に示すように、フランジ５６とストッパ５７との係合により外筒５２がロッド５５の先に吊り下げられた状態である。ボーリング打込塔４３によりロッド５５を外筒５２と共に縦穴に送り込む。適宜にロッドを継ぎ足すことにより、外筒５２の基台５３を縦穴の底に着床させる。ここでボーリング打込塔４３によりロッド５５をさらに送り込むと、着床した外筒５２の中でピストンヘッド５４がガイドリブ６０に案内され外筒５２内を軸方向移動して基台５３に近付く。そして、図５（ｂ）のように、プローブ１及び温度センサ３がそれぞれの貫通穴５８を通り、土壌中に突き刺さる。スプリング５９はプローブ１及び温度センサ３の先端が土壌から受ける力及び基端が貫通穴５８に当たる力を緩和する。

貫通穴５８の配置が図２で説明したセンササポート装置２１の貫通穴２３の配置と同じであるとすると、計測点Ｐの径方向座標は１ｃｍ，２ｃｍ，３ｃｍ，４ｃｍとなり、高さ方向座標はプローブ１及び温度センサ３の先端位置に応じたものとなる。なお、計測点Ｐの径方向座標は上記に限らず、例えば２ｃｍ，２ｃｍ，３ｃｍ，３ｃｍというように、径が同一の計測点Ｐがあってもよい。

このように、センササポート装置５１を用いれば、従来からある簡易型掘削機を利用して所望の深さの土壌中に、容易にかつ正確に位置決めしてセンサを設置することができる。

次に、実際の測定現場での問題点を改良したセンササポート装置について説明する。現場では、水場（ボーリング穴に水が浸み出してくる場所）における水の問題、Ｎ値（土壌の硬さ）が高い場所におけるプローブ及び温度センサ突き刺しの問題などが生じた。そこで、以下のセンササポート装置では、ロック・アンロック機構、プローブ・温度センサ保護機構、防水機構等を追加した。

図８に示されるように、センササポート装置８０１の外筒８０２は、下端を底板８０３で閉じ、上端を開放した円筒体である。底板８０３には、中心にプローブ１が挿通されるプローブ穴を形成し、その周囲に各温度センサ３が挿通される温度センサ穴を形成してある。外筒８０２の上端には、この上端を閉じる蓋板８０４をネジ止め固定するようになっている。この蓋板８０４を貫通して押し込みパイプ８０５が外筒８０２に挿入されている。なお、押し込みパイプ８０５とは図５で説明したロッド５５に相当するもので、ここでは管体で構成したので、押し込みパイプと呼ぶ。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示されるように、蓋板８０４には、中心に図８の押し込みパイプ８０５が挿通されるパイプ穴８０６が設けられ、そのパイプ穴８０６の周囲に上に盛り上がった内側ピンマウント８０７が設けられ、蓋板８０４の最外周に上に盛り上がった外側ピンマウント８０８が２箇所設けられている。各外側ピンマウント８０８には、外側ピンマウント８０８を径方向に通り抜ける横ピン穴８０９が形成されている。外側ピンマウント８０８の横ピン穴８０９に対向して内側ピンマウント８０７にも内側ピンマウント８０７を径方向に通り抜ける横ピン穴８１０が形成されている。なお、図８の押し込みパイプ８０５にも、管軸方向所定の位置にこれら蓋板８０４の横ピン穴に対応する横ピン穴が形成されている。

内側ピンマウント８０７には、横ピン穴８１０に対して交差する縦ピン穴８１１が形成され、この縦ピン穴８１１は上向きに開口している。

横ピン穴８０９，８１０に挿通される横ピン８１２は、図１０（ａ）に示されるように、当該横ピン８１２の周囲にアンロックバネ８１３を巻かれていると共に、基端側にはバネ止め８１４が形成され、先端側には縦ピン穴８１５が形成されている。その縦ピン穴８１５に挿通される縦ピン８１６は、図１０（ｂ）に示されるように、単純な丸棒にワイヤ溝８１７を切ったもので、ワイヤ溝８１７にはワイヤ８１８をくくりつけることができる。

図１１に示されるように、押し込みパイプ８０５を蓋板８０４のパイプ穴８０６に挿通し、押し込みパイプ８０５の横ピン穴を内側ピンマウント８０７及び外側ピンマウント８０９の横ピン穴位置に合わせ、横ピン８１２を外側ピンマウント８０８に径方向外方から挿入し、横ピン８１２の先端が押し込みパイプ８０５に到達すると、押し込みパイプ８０５が蓋板８０４に固定される。さらに、内側ピンマウント８０７の縦ピン穴８１１の上から縦ピン８１６を挿入して横ピン８１２の縦ピン穴８１５に入れると、横ピン８１２が蓋板８０４に固定される。このとき、アンロックバネ８１３は、内側ピンマウント８０７とバネ止め８１４との間で圧縮されて付勢されるが、縦ピン８１６が内側ピンマウント８０７と横ピン８１２に入ることにより、アンロックバネ８１３が解勢されることがない。縦ピン８１６を抜き出すと、アンロックバネ８１３が解勢され、横ピン８１２が径方向外方に移動し、押し込みパイプ８０５から外れるので、押し込みパイプ８０５が蓋板８０４から自由になる。

横ピン８１２、縦ピン８１６の差し込みはセンササポート装置８０１が地上にあるとき行い、地中に入ったセンササポート装置８０１からの縦ピンの抜き取りは、地上からワイヤ８１８を引いて行うことができる。よって、センササポート装置８０１をボーリング穴に送り込むときには、押し込みパイプ８０５に外筒８０２が固定された状態で送り込むことができる。外筒８０２がボーリング穴の底に着地したら、送り込みを停止すると共にワイヤ８１８により縦ピン８１６を抜き取り、押し込みパイプ８０５を外筒８０２内へ押し込み可能にする。

以上がロック・アンロック機構である。図５の形態では、外筒５２がロッド５５に吊り下げられた状態であってロックはできなかったため、水場などで外筒５２の下面に抵抗があると、外筒５２がボーリング穴に着床しないうちにロッド５５が外筒５２内に進んでしまい、着床してからのロッド５５の押し下げ量が実際と合わなくなるという問題があった。押し込みパイプ８０５と外筒８０２をロックしておくことにより、外筒８０２が確実に着床するまで、押し込みパイプ８０５と外筒８０２との位置関係がかわらない。よって、次に述べる押し込みの動作のための押し込み量が前もって規定できることになる。

図８に戻り、外筒８０２の内部には、押し込みパイプ８０５に固定された円柱状のベース８３１と、そのベース８３１に対して管軸方向所定の距離に固定された円盤状の固定板８３２と、固定板８３２に対して管軸方向に移動自在な第１振れ止め板８３３と、固定板８３２及び第１振れ止め板８３３に対して管軸方向に移動自在な第２振れ止め板８３４とが収容されている。固定板８３２は５本の固定柱８３５でベース８３１に固定されている。この固定柱８３５は中空になっており、プローブ１及び温度センサ３への配線を通す役割も持つ。

固定板８３２の下面にはプローブ１及び温度センサ３が垂下させて取り付けられている。第１振れ止め板８３３及び第２振れ止め板８３４には、これらプローブ１及び温度センサ３が通過する穴（図１２参照）が形成され、これらの穴と既に述べた底板８０３のプローブ穴及び温度センサ穴とが固定板８３２におけるプローブ１及び温度センサ３の配置と同じ配置になっている。

第１振れ止め板８３３には、固定板８３２を突き抜けさらにベース８３１の上面に突き抜ける第１可動柱８３６が数本取り付けられている。第２振れ止め板８３４には、第１振れ止め板８３３及び固定板８３２を突き抜けさらにベース８３１の上面に突き抜ける第２可動柱８３７が取り付けられている。第２可動柱８３７は第１可動柱８３６よりも長い。第１可動柱８３６及び第２可動柱８３７の上端には、それぞれベース８３１の上面に係止される抜け止め８３８が装着されており、第１可動柱８３６及び第２可動柱８３７はベース８３１から抜け落ちることがない。

図１２（ａ）に示されるように、固定板８３２には、下面にプローブ１及び温度センサ３が配置して取り付けられ、上面にはこれらプローブ１及び温度センサ３と同じ配置で固定柱８３５（図８を参照；以下同）が配置されている。プローブ１及び温度センサ３の配線は固定柱８３５の中に通って引き出せる構造となっている。また、固定板８３２には、第１可動柱８３６が通過する穴８３９と第２可動柱８３７が通過する穴８４０が配置されている。図１２（ｂ）に示されるように、第１振れ止め板８３３には、上面に第１可動柱８３６が配置して取り付けられ、プローブ１及び温度センサ３が通過する穴８４１と第２可動柱８３７が通過する穴８４２が配置されている。図１２（ｃ）に示されるように、第２振れ止め板８３４には、上面に第２可動柱８３７が配置して取り付けられ、プローブ１及び温度センサ３が通過する穴８４３が配置されている。図１２（ｄ）に示されるように、底板８０３にはプローブ１及び温度センサ３が通過する穴８４４が配置されている。さらに、図１２（ｅ）に示されるように、ベース８３１には、押し込みパイプ８０５が挿通されて固定された穴８４５と、第１可動柱８３６が通過する穴８４６と第２可動柱８３７が通過する穴８４７とケーブル穴８４８が配置されている。また、ベース８３１には、適宜な配置でケーブル穴８４８が形成され、外周の１箇所以上（この例では３箇所）に凸部８４９が形成されている。一方、図１２（ｆ）に示されるように、外筒８０２には、その内周にベース８３１の凸部８４９に対応する配置でガイド溝８５０が形成されており、このガイド溝８５０に凸部８４９が嵌ることでベース８３１が外筒８０２内を管軸方向に移動することができる。

ここで、図８に示す押し込みパイプ８０５を外筒８０２に押し込んでいくと、ベース８３１が外筒８０２内を下に移動していく。その当初は、第１振れ止め板８３３及び第２振れ止め板８３４は自重で下に下がり、第１可動柱８３６及び第２可動柱８３７が抜け止め８３８によりベース８３１の上面に係止された位置で止まっている。つまり、第１振れ止め板８３３及び第２振れ止め板８３４はベース８３１からぶら下がった状態である。第２振れ止め板８３４が底板８０３に到達すると、第２振れ止め板８３４及び第２可動柱８３７は停止する。なおも押し込みパイプ８０５を外筒８０２に押し込んでいくと、第２可動柱８３７がベース８３１の上に抜けて移動していく。一方、プローブ１は第２振れ止め板８３４の穴８４３と底板８０３の穴８４４を抜けて外筒８０２の下に出る。続いて温度センサ３が同様に穴８４３，８４４を抜けて外筒８０２の下に出る。第１振れ止め板８３３が第２振れ止め板８３４に到達すると、第１振れ止め板８３３及び第１可動柱８３６は停止する。さらに押し込みパイプ８０５を外筒８０２に押し込んでいくと、第１可動柱８３６がベースの上に抜けて移動していく。最終的に、固定板８３２が第１振れ止め板８３３に到達する。この結果、図１３に示されるように、外筒８０２の底板８０３からプローブ１及び温度センサ３が突き出た状態となる。

この間、プローブ１及び温度センサ３は第１振れ止め板８３３及び第２振れ止め板８３４によって横方向への移動（振れ）が規制されているため、外筒８０２内を降りて正確に底板８０３の穴８４４に案内され、穴８４４を外れて底板８０３にぶつかることがない。また、プローブ１及び温度センサ３は、底板８０３を抜けると、土壌に突き刺さっていくが、土壌が固い場合でも第１振れ止め板８３３及び第２振れ止め板８３４によって振れが規制されているため、撓んだり折れ曲がったりすることなく、真っ直ぐ突き刺さっていく。

以上がプローブ・温度センサの機構である。

図１４に示されるように、このセンササポート装置には、上部防水機構としてベロース管８７１が設けられると共に、図８に示されるように、下部防水機構として底板シール８７２が装着されている。

図１４に示されるように、ボーリングロッド８７３の下端に押し込みパイプ８０５が取り付けられている。ベロース管８７１は外筒８０２の上部からボーリングロッド８７３の下部までを覆い、伸縮自在に構成されている。また、図８に示されるように、底板シール８７２は底板８０３の下面を覆うシート状部材かあるいは少なくとも穴を塞ぐように底板８０３の下面に貼り付けた粘着テープで構成される。

プローブ１及び温度センサ３には各々ケーブルが繋がっており、図１４には、これらのケーブルを一括してケーブル８７４で示す。ケーブル８７４は、固定柱８３５の側部からベース８３１のケーブル穴８４８を通り、蓋板８０４を抜けて地上まで届いている。ケーブル８７４が蓋板８０４を抜けるために蓋板８０４にはケーブル穴８７５（図９（ａ）参照）が設けられる。プローブ１及び温度センサ３は外筒８０２内を下降するので、ケーブル８７４はケーブル穴８７５を通して送り込まれることになり、ケーブル穴径にはケーブル径に対する余裕が持たせてある。

水場においては、ボーリング穴に水や泥が浸み出してくるため、上部防水機構や下部防水機構がない場合、底板８０３の穴８４４（図１２（ｄ）参照）やケーブル穴８７５の余裕から外筒８０２内に水や泥が侵入する。外筒内に水や泥が侵入すると前述の押し込みパイプの押し込みに抵抗が生じて押し込みに不具合が生じる。

そこで、この実施形態では、ベロース管８７１によりケーブル穴８７５の周囲をシールしてある。ベロース管８７１内にはケーブル８７４が余長を持たせて収容されていると共に、ベロース管８７１の上部からベロース管８７１外にケーブル８７４が引き出される部分（図示せず）はシール材で固めてある。これにより、外筒８０２をボーリング穴に送り込む間、ケーブル穴８７５から外筒８０２内に水や泥が侵入することが防止される。また、外筒８０２がボーリング穴に着床してから後の押し込みパイプ８０５の押し込みの際にはベロース管８７１が縮むので、ベロース管８７１が押し込みの邪魔にはならない。なお、上部防水機構はベロース管８７１に限らず、可撓性のあるシート状部材でもよい。

一方、底板８０３の穴８４４は底板シール８７２で封じられている。よって、外筒８０２をボーリング穴に送り込む間、底板８０３の穴８４４から外筒８０２内に水や泥が侵入することが防止される。また、外筒８０２がボーリング穴に着床してから後の押し込みパイプ８０５の押し込みの際には、プローブ１及び温度センサ３が底板シール８７２を容易に突き破っていくので、底板シール８７２が押し込みの邪魔にはならない。

上部防水機構は、蓋板８０４のケーブル穴８７５とケーブル８７４との隙間をパテ等のシール部材８７６で封止する構成でもよい。この場合、ケーブル８７４がケーブル穴８７５を通って移動できないので外筒８０２内にケーブル８７４の余長を持たせることになる。

図１５に示した上部防水機構は、蓋板８０４に防水コネクタ８７７を取り付けたものである。外筒８０２内では、プローブ１及び温度センサ３からのケーブル８７４を防水コネクタ８７７に接続しておく。外筒８０２の上部からは、この防水コネクタ８７７に嵌め合わせる相手側防水コネクタ８７８を付けたケーブル８７９を接続する。

また、図１５では、押し込みパイプ８０５（図８）と蓋板８０４との間にも防水機構が設けられている。この防水機構は蓋板８０４の穴８０６にダブルＯリング８８０を設けて構成されている。このダブルＯリング８８０により、押し込みパイプ８０５を蓋板８０４に対して移動自在に支持すると共にシールが達成される。

図１４に示されるように、押し込みパイプ８０５の上部にはエア放出弁８８１が設けられている。このエア放出弁８８１は外筒８０２内の空気を外筒８０２外に導くものである。前述のように外筒８０２の防水性を高めた結果として、外筒８０２に対して押し込みパイプ８０５を押し込むときに、空気圧抵抗が生じるようになった。そこで、外筒８０２内の空気が押し込みパイプ８０５を通ってエア放出弁８８１から外筒外に出るようにしたのである。

以上のように、実際の測定現場での問題点を改良した図８のセンササポート装置によれば、水場でも水や泥が侵入することなく、またＮ値が高い場所でもプローブ及び温度センサを損傷することなく地中に挿入することができる。

発明の物理量パラメータ測定方法は、土壌に限らず種々の測定対象物の物理量パラメータや温度変化の測定に使用することができる。

本発明の物理量パラメータ測定方法は、土壌に限らず種々の測定対象物の物理量のパラメータや温度変化の測定に使用することができる。即ち、説明で述べた土壌熱抵抗（ｇ値）は熱伝導度λの逆数である。また、土壌密度ρは単に物質の密度ρであるから、Ｋ値＝熱伝導度／（密度・比熱）＝λ／（ρ・Ｃ）＝λ／αであるから、数式（１）で示されるような温度の変化を示す物質であれば、本発明を使用できることは明らかである。例えば、コンクリート、アスファルト、紙、木材、コルク、石綿、ナイロン、綿などや、亜鉛、金、銀、鉛といった金属及び合金類はもちろん、寒天やゼラチン、シリカゲルのようなゲル状の柔らかい物質に対しても有効である。

本発明の方法を実施する一実施形態を示す物理量パラメータ測定装置のブロック構成図である。 （ａ）は本発明の一実施形態を示すセンササポート装置の平面図、（ｂ）は同センササポート装置の側面図、（ｃ）は同センササポート装置にプローブ及び温度センサを挿入した状態の側面図である。 本発明の方法を実施するソフトウェアの処理手順を示す流れ図である。 本発明に利用する簡易型掘削機の側面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態を示すセンササポート装置の側断面図、（ｂ）は同センササポート装置の測定時の側断面図である。 図５のセンササポート装置の横断面図である。 本発明で測定した土壌の温度変化を示す図である。 本発明の一実施形態を示すセンササポート装置の側断面図である。 図８のセンササポート装置の蓋板の図であり、（ａ）は上面、（ｂ）は側断面を示す。 図８のセンササポート装置のロック・アンロック機構に用いる部品の図であり、（ａ）は横ピンの側面図、（ｂ）は縦ピンの側面図である。 図８（ａ）の部分拡大図である。 図８のセンササポート装置に用いる部品の図であり、（ａ）は固定板の下面図、（ｂ）は第１振れ止め板の下面図、（ｃ）は第２振れ止め板の下面図、（ｄ）は底板の下面図、（ｅ）はベースの下面図、（ｆ）は外筒の下から見た断面図である。 図８のセンササポート装置の測定状態の側断面図である。 本発明の一実施形態を示すセンササポート装置の上部を部分破断して示した側面図である。 本発明の一実施形態を示すセンササポート装置の蓋板の側断面図である。

符号の説明

１ プローブ（土壌熱伝導率測定用プローブ）
２ 土壌熱抵抗算出手段
３ 温度センサ
４ 比熱容量算出手段
５ 直流電流調整器
２１ センササポート装置（ガイドフランジ）
２４ 中心軸ガイド
２５ 周囲ガイド

Claims (20)

1. 測定対象物中に発熱量が既知の熱源を置き、その熱源の温度を計測し、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて測定対象物の熱抵抗を算出すると共に、熱源から適宜距離の計測箇所にて測定対象物の温度を計測し、この温度の変化量と測定対象物の熱抵抗と熱源発熱量と距離とに基づいて熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と熱抵抗とから比熱容量を算出することを特徴とする物理量パラメータ測定方法。
2. 測定対象場所にて土壌中に発熱量が既知の熱源を置き、その熱源の温度を計測し、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて土壌の熱抵抗を算出すると共に、熱源から適宜距離の計測箇所にて土壌温度を計測し、この土壌温度の変化量と土壌熱抵抗と熱源発熱量と距離とに基づいて土壌熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と土壌熱抵抗とから比熱容量を算出することを特徴とする土壌の物理量パラメータ測定方法。
3. 地表上空間に実在の熱源を逆転した仮想熱源を仮定し、これら実在熱源及び仮想熱源による計測箇所での温度変化量を表す熱伝導方程式を用いてＫ値を算出することを特徴とする請求項２記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
4. 熱伝導方程式に仮のＫ値を代入して温度変化量を計算し、この計算値が計測箇所で実測した温度変化量に収束するよう仮のＫ値を漸次変化させることにより、Ｋ値を算出することを特徴とする請求項３記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
5. 前記土壌温度の計測を複数の時間刻み毎に行い、各時間刻みでの温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該計測箇所についての比熱容量とすることを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
6. 発熱開始から所定時間までの前記土壌温度の変化率に対して１つの時間刻みでの変化率が所定比率以下であれば温度飽和であると判定し、この温度飽和時における１つの時間刻みでの温度変化量から比熱容量を計算することを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
7. 前記土壌温度の計測を複数の計測箇所で行い、各計測箇所での温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該測定対象場所の土壌の比熱容量とすることを特徴とする請求項２〜６いずれか記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
8. 前記複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの距離を異ならせることを特徴とする請求項７記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
9. 前記複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの方向を異ならせることを特徴とする請求項７又は８記載の土壌の物理量パラメータ測定方法。
10. 測定対象場所の土壌中に置かれる発熱量が既知の熱源と、その熱源の温度を計測するプローブと、この熱源温度の時間的変化と熱源発熱量とに基づいて土壌の熱抵抗を算出する土壌熱抵抗算出手段と、熱源から適宜距離の計測箇所にて土壌温度を計測する温度センサと、この土壌温度の変化量と土壌熱抵抗と熱源発熱量と距離とに基づいて土壌熱抵抗と比熱容量の積の逆数であるＫ値を算出し、そのＫ値と土壌熱抵抗とから比熱容量を算出する比熱容量算出手段とを備えたことを特徴とする土壌の物理量パラメータ測定装置。
11. 前記比熱容量算出手段は、地表上空間に実在の熱源を逆転した仮想熱源を仮定し、これら実在熱源及び仮想熱源による計測箇所での温度変化量を表す熱伝導方程式を用いてＫ値を算出することを特徴とする請求項１０記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
12. 前記比熱容量算出手段は、熱伝導方程式に仮のＫ値を代入して温度変化量を計算し、この計算値が計測箇所で実測した温度変化量に収束するよう仮のＫ値を漸次変化させることにより、Ｋ値を算出することを特徴とする請求項１１記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
13. 前記温度センサは、前記土壌温度の計測を複数の時間刻み毎に行い、前記比熱容量算出手段は、各時間刻みでの温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該計測箇所についての比熱容量とすることを特徴とする請求項１０〜１２いずれか記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
14. 前記比熱容量算出手段は、発熱開始から所定時間までの前記土壌温度の変化率に対して１つの時間刻みでの変化率が所定比率以下であれば温度飽和であると判定し、この温度飽和時における１つの時間刻みでの温度変化量から比熱容量を計算することを特徴とする請求項１０〜１２いずれか記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
15. 前記温度センサは、前記土壌温度の計測を複数の計測箇所で行い、前記比熱容量算出手段は、各計測箇所での温度変化量からそれぞれ比熱容量を計算し、得られた比熱容量を平均して当該測定対象場所の土壌の比熱容量とすることを特徴とする請求項１０〜１４いずれか記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
16. 前記温度センサで計測する複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの距離を異ならせることを特徴とする請求項１５記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
17. 前記温度センサで計測する複数の計測箇所は、それぞれ加熱箇所からの方向を異ならせることを特徴とする請求項１５又は１６記載の土壌の物理量パラメータ測定装置。
18. 熱源と温度センサとを一体化したプローブを挿入するための管状のガイドと温度センサを挿入するための管状のガイドとを所定の距離離して平行に配し、これらガイド同士を一体的に固定したことを特徴とするセンササポート装置。
19. 前記プローブ用のガイドを中心軸に配し、その中心軸ガイドの周囲に前記温度センサ用のガイドを１本以上配したことを特徴とする請求項１８記載のセンササポート装置。
20. 熱源と温度センサとを一体化したプローブと温度センサとを所定の距離離して平行に配してピストンに固定し、このピストンをロッドの先端に装着し、このロッドを用いて前記プローブ及び温度センサを土壌中の深部に送り込むようにしたことを特徴とするセンササポート装置。
    

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