JP2016217841A - 土壌水分計 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間柱管に水を保つことができ、かつ少ない部材で構成され、測定の応答性を確保する土壌水分計を提供する。【解決手段】土壌水分計は、一端（下端１２）が閉塞し、他端（上端１３）が開口するする有底筒状に形成される柱管１を備える。また、土壌水分計は、柱管１内に連通する給水タンク２と、給水タンク２内の上端（天面２２）側に連通して、給水タンク２の上端（天面２２）側に貯められた空気層１０２を介して柱管１内の圧力を検知する検知部３とを備える。柱管１の一端（下端１２）側は、透水性を有する透水部１１を有する。給水タンク２は、上下方向に直交する方向における下端（底面２１）側の断面積が上端（天面２２）側の断面積よりも大きく形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、土壌水分計に関し、特に、土壌の水分量を検知する土壌水分計に関する。

従来例として、特許文献１に記載の土壌水分計を例示する。特許文献１に記載の土壌水分計は、土壌中に差し込んで使用するものであり、合成樹脂製の給水管（柱管）の一端に多孔質のポーラスカップが設けられている。給水管の他端には、気密性の水タンク（給水タンク）が設けられている。この水タンクは、給水管に連通した中空の円柱状をなしており、その上面には、着脱可能な栓が嵌着されている。水タンクには、フロートマグネット式の水位センサと、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が設けられている。制御弁は、水タンク内の水が任意の設定以下に下がったときに開くように構成されている。

制御弁の内側は、水タンク内に開口しており、制御弁の外側は、水チューブを介して補給水タンクに連結されている。なお、制御弁は常時閉状態で、制御部によって駆動された場合にのみ開状態となる。水位センサの出力は、制御部に入力されている。制御部は、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作動する。

特開平９−０５２２６号公報

ところで、特許文献１に記載の土壌水分計は、給水管（柱管）に水を補給するために、水タンク（給水タンク）と、水チューブと、補給水タンクと、制御部とを備えている。さらに、補給水タンクから水タンクに水を補給するために、水位センサと、制御弁とを備える。このように、特許文献１に記載の土壌水分計は、構成部材が多い。また、特許文献１に記載の土壌水分計では、圧力センサが土壌の水分量を測定する際の応答性が求められていた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされており、長時間給水管に水を保つことができ、かつ少ない部材で構成され、測定の応答性を確保することができる土壌水分計を提供することを目的とする。

本発明の土壌水分計は、一端が閉塞し、他端が開口する有底筒状に形成される柱管と、箱形に形成され、かつ下端側に前記柱管の他端が接続されて前記柱管内に連通する給水タンクと、前記給水タンク内の上端側に連通して、前記給水タンクの上端側に貯められた空気層を介して前記柱管内の圧力を検知する検知部とを備え、前記柱管の前記一端側は、透水性を有する透水部を有し、前記給水タンクは、上下方向に直交する方向における前記下端側の断面積が前記上端側の断面積よりも大きく形成されることを特徴とする。

本発明の土壌水分計は、長時間柱管に水を保つことができ、かつ少ない部材で構成され、測定の応答性を確保することができるという効果がある。

本発明に係る土壌水分計の実施形態１を示す側面図である。 本発明に係る土壌水分計の実施形態１の使用例を示す断面図である。 本発明に係る土壌水分計の実施形態２を示す側面図である。

以下、本発明に係る土壌水分計の実施形態について図を参照にして詳細に説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、図１において、上下を規定する。
（実施形態１）
本実施形態の土壌水分計について、図１及び図２を参照して説明する。

まず、本実施形態の土壌水分計の構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態の土壌水分計は、図１に示すように、柱管１と、給水タンク２と、検知部３とを備える。

柱管１は、下端１２が閉塞し、上端１３が開口する上下方向に長尺な有底円筒形に形成される。柱管１の下端１２には、外側に突出する弧面が形成される。柱管１は、下端１２側に透水部１１と、透水部１１以外の円筒部１４とを有する。円筒部１４は、透明色のポリ塩化ビニル樹脂などの材料によって形成される。

柱管１は、例えば、上下方向の長さＨ１が２４０ミリメートルに形成される。円筒部１４は、例えば、円筒部１４を上下方向から見た場合の断面の内径Ｄ１１が１３ミリメートル、当該断面の外径Ｄ１２が１８ミリメートルに形成される。

透水部１１は、セラミックなどの材料によって形成される多孔質のボーラスカップである。透水部１１は、例えば、上下方向の長さＨ１１が６０ミリメートル、透水部１１を上下方向から見た断面の内径Ｄ１１１が１０ミリメートル、当該断面の外径Ｄ１１２が１８ミリメートルに形成される。

給水タンク２は、透明色のポリ塩化ビニル樹脂などの材料によって、円錐台形の箱形に形成され、柱管１が連通する底面２１と、底面２１と上下方向に対向する天面２２と、底面２１と天面２２を連結する側面２３とを備える。給水タンク２は、例えば、上下方向の長さＨ２が１００ミリメートル、底面２１の内径Ｄ２１１が３５ミリメートル、底面２１の外径Ｄ２１２が４０ミリメートルに形成される。さらに、給水タンク２の天面２２の内径Ｄ２２１が１０ミリメートル、天面２２の外径Ｄ２２２が１５ミリメートルに形成される。

検知部３は、ブルドン管式真空計であり、接続部３１、受圧部３２、表示部３３、測定部３４などを備える。検知部３は、接続部３１が給水タンク２の天面２２に取り外し可能に接続されて受圧部３２に圧力を受ける。測定部３４は、一端が閉じられた金属管が略円形（例えば、Ｃ字型）に形成され、他端が受圧部３２に接続されている。表示部３３は、指針や目盛り表示などを有する。測定部３４の金属管には液体が挿入されており、受圧部３２には、給水タンク２内の空気と金属管内の液体とを仕切る、例えばダイアフラムが形成されている。検知部３は、受圧部３２のダイアフラムに接続部３１を介して受ける給水タンク２内の圧力を受け、測定部３４の金属管内の液体に前記圧力が伝達されて金属管が変形し、表示部３３の指針が動くように構成されている。なお、ブルドン管式真空計の詳細な構造については周知であるので、図示並びに説明を省略する。

次に、本実施形態の土壌水分計の使用例及び動作について、図２を参照して説明する。

作業者は、図２に示すように、透水部１１が土壌１００に埋設されるように、本実施形態の土壌水分計を柱管１の所望の位置にまで土壌１００に埋設する。続いて、作業者は、給水タンク２の天面２２付近に空気層１０２ができるように、給水タンク２の所望の位置にまで天面２２から水１０１を供給する。給水タンク２と柱管１は連通しているので、水１０１は、給水タンク２を通って柱管１に貯められる。このとき、検知部３は、取り外し自在に給水タンク２の天面２２に取り付けられる。水１０１が給水タンク２に供給されれば、給水タンク２内に外部からの空気などが入り込まないように天面２２は密閉される。

ところで、土壌１００が乾燥している場合、土壌１００の吸水性による土壌水分張力によって、柱管１の内部の水１０１は、透水部１１を通って、土壌１００に流れ出す。このとき、柱管１の内部の空気層１０２の体積が増え、空気層１０２の圧力が低下する。また、土壌１００が湿潤の場合、土壌水分張力が弱くなり、柱管１の内部の水１０１が流れ出す量は、上述の土壌１００が乾燥している状態と比較して少なくなる。また、土壌１００が非常に水分を含む場合、土壌１００に含まれる水分は、透水部１１を通って、柱管１の内部に流れ込む。

そして、土壌１００の土壌水分張力と、柱管１の空気層１０２の圧力とが平衡する状態になると、水１０１の移動が停止する。

つまり、柱管１及び給水タンク２に貯められている水１０１が土壌１００に流れ出すと、給水タンク２の空気層１０２の体積が増えるので、水１０１が流れ出す前の状態と比較して、空気層１０２の圧力が低くなる。土壌１００の水分が、土壌１００から土壌水分計に流れ込むと、空気層１０２の体積が減少するので、土壌１００の水分が流れ込む前と比較して空気層１０２の圧力が高くなる。こうして、土壌１００の土壌水分張力と柱管１の空気層１０２の圧力が平衡状態になった際に、検知部３によって測定した値が土壌１００の水分量（乾燥または湿潤の状態とその度合い）に相当する。

本実施形態の土壌水分計は、給水タンク２の天面２２の面積が、底面２１の面積よりも小さく形成されており、空気層１０２の体積が小さくなるように形成されている。検知部３の接続部３１が空気層１０２に連通されることで、受圧部３２が接続部３１を介して受ける圧力変化の時定数が小さくなり、検知部３は、空気層１０２の細かな圧力変化に対応して空気層１０２の圧力を測定することが可能である。つまり、検知部３は、空気層１０２を介して、土壌１００の水分量を正確に検知することが可能になる。

また、本実施形態の土壌水分計は、給水タンク２の底面２１の面積が柱管１の上端１３の上下方向から見た面積よりも大きく形成されていることで、より多くの水１０１を給水タンク２に貯めておくことが可能になる。したがって、土壌１００が乾燥している状態が続いても、土壌水分計に水１０１を追加する回数を減らすことができ、検知部３が長時間連続して土壌１００の水分量を検知することが可能である。

なお、柱管１の上下方向の長さＨ１は、本実施形態の数値に限定されない。また、柱管１は、本実施形態の形状に限定されず、多角柱などでもよい。

円筒部１４は、上下方向から見た断面の内径Ｄ１１、及び外径Ｄ１２の何れにおいても、本実施形態の数値に限定されない。円筒部１４は、透明色の塩化ビニルによって形成されなくてもよい。ただし、円筒部１４は、水１０１の水位が外側から目視できるように透明色の材料によって形成されることが好ましい。

透水部１１の上下方向の長さＨ１１、上下方向から見た断面の内径Ｄ１１１、及び外径Ｄ１１２の何れにおいても、本実施形態の数値に限定されない。また、透水部１１の形状は、本実施形態に限定されず、多角柱に形成されてもよい。透水部１１は、多孔質のボーラスカップでなくてもよい。透水部１１は、円筒部１４と、図１及び図２に示すように、端面同士が接続される必要がなく、例えば、透水部１１の一部が円筒部１４に下部に覆われるように接続されてもよい。

給水タンク２の上下方向の長さＨ２、底面２１の内径Ｄ２１１、底面２１の外径Ｄ２１２、天面２２の内径Ｄ２２１、及び天面２２の外径Ｄ２２２の何れにおいても、本実施形態の数値に限定されない。給水タンク２は、透明色の塩化ビニルによって形成されなくてもよい。ただし、給水タンク２は、水１０１の水位が外側から目視できるように透明色の材料によって形成されることが好ましい。給水タンク２は、円錐台形に限定されず、例えば、円錐、多角錐、多角錐台形でもよい。

検知部３の構成は、本実施形態に限定されない。検知部３は、ブルドン管式真空計に限定されず、マノメータなどの圧力計でもよい。検知部３の接続部３１の周囲には、パッキンなどを使用して、水を給水タンク２に供給するとき以外は給水タンク２の天面２２との間から給水タンク２の空気が漏れないように密閉される。検知部３は、給水タンク２の側面２３の天面２２側に連通されてもよい。ただし、この場合、給水タンク２の天面２２は、取り外し自在な栓などで水を供給するとき以外は密閉される。

本実施形態の土壌水分計の使用例は、一例にすぎず、これに限定されない。

本実施形態の土壌水分計は、一端（下端１２）が閉塞し、他端（上端１３）が開口する有底筒状に形成される柱管１を備える。土壌水分計は、箱形に形成され、下端（底面２１）側に柱管１の他端（上端１３）が接続されて柱管１内に連通する給水タンク２をさらに備える。また、土壌水分計は、給水タンク２内の上端（天面２２）側に連通して、給水タンク２の上端（天面２２）側に貯められた空気層１０２を介して柱管１内の圧力を検知する検知部３をさらに備える。柱管１の一端（下端１２）側は、透水性を有する透水部１１を有する。給水タンク２は、上下方向に直交する方向における下端（底面２１）側の断面積が上端（天面２２）側の断面積よりも大きく形成される。

本実施形態の土壌水分計は、上述のように形成されるので、長時間に亘って柱管１に水を保つことができ、かつ少ない部材で構成され、測定の応答性を確保することができる。

本実施形態の土壌水分計において、給水タンク２は、下から上に向かうにつれて内側に傾斜する側面２３を備えることが好ましい。

本実施形態の土壌水分計が上述のように形成されれば、土壌水分計は、検知部３による測定の応答性を確保することができる。また、土壌水分計は、細かな圧力変化に対応することができるため、土壌の水分量を正確に検知することが可能となる。

本実施形態の土壌水分計において、透水部１１は、多孔質のポーラスカップであることが好ましい。

本実施形態の土壌水分計が上述のように形成されれば、土壌１００の水分量によって、水だけを通過させることが可能である。

本実施形態の土壌水分計において、検知部３は、給水タンク２の上端面（天面２２）を介して、給水タンク２に連通することが好ましい。

本実施形態の土壌水分計が上述のように形成されれば、空気層１０２を小さくし、水１０１をより多く入れておくことが可能になる。

本実施形態の土壌水分計では、給水タンク２の下端（底面２１）側の断面積が、上下方向に直交する方向における柱管１の他端（上端１３）側の開口の面積よりも大きく形成されることが好ましい。

本実施形態の土壌水分計が上述のように形成されれば、より多くの水１０１を土壌水分計内に確保することが可能になる。したがって、土壌水分計は、柱管１の水位の低下の速さが緩やかになり、水を注ぎ足さなくても、長時間連続して土壌１００の水分を検知することが可能である。
（実施形態２）
本実施形態の土壌水分計について、図３を参照して説明する。

本実施形態の土壌水分計は、給水タンクの形態が実施形態１と相違する。実施形態１と重複する構成については同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。

本実施形態の土壌水分計は、給水タンク４と、取り外し自在に形成される栓５とを備える。給水タンク４は、透明色の塩化ビニルの材料によって形成されており、図３に示すように、下側から上方に向かって第１段部４１と、第２段部４２と、第３段部４３とを備える。

第１段部４１は、上下方向の長さＨ４１が３０ミリメートル、上下方向から見た断面の内径Ｄ４１３が２３ミリメートル、当該断面の外径Ｄ４１４が２８ミリメートルの円筒形に形成され、下面４１１に柱管１の上端１３と連通する。

第２段部４２は、上下方向の長さＨ４２が３０ミリメートル、上下方向から見た断面の内径Ｄ４２３が１３ミリメートル、当該断面の外径Ｄ４２４が１８ミリメートルの円筒形に形成され、下面４２１に第１段部４１の上面４１２と連通する。

第３段部４３は、上下方向の長さＨ４３が３０ミリメートル、上下方向から見た断面の内径Ｄ４３３が３ミリメートル、当該断面の外径Ｄ４３４が８ミリメートルの円筒形に形成され、下面４３１に第２段部４２の上面４２２と連通する。

栓５は、シリコンなどの材料によって円錐台形に形成される。栓５は、一方の端が給水タンク４の第３段部４３の上面４３２から取り外し自在に形成される。栓５は、取り外されて第３段部の上面４３２を開口し、土壌水分計の内部に、水１０１を供給することが可能になるように形成される。給水タンク４に水１０１が供給される場合以外において、土壌水分計の内部から空気が漏れないように、栓５は、第３段部４３の上面４３２に差し込まれる。このように、土壌水分計は、水１０１が供給される場合以外において、密閉状態を確保することができる。

検知部３の接続部３１は、例えば、第３段部４３の側面に開口された孔に差し込まれるなどして連通される。

本実施形態の土壌水分計において、給水タンク４の第１段部４１の下面４１１から第３段部４３の上面４３２に向かって段階的に体積及び上下方向から見た断面積が小さくなり、検知部３が接続部３１を介して受ける空気層１０２の圧力変化の時定数は小さくなる。したがって、検知部３は、空気層１０２の細かな圧力変化に対応して空気層１０２の圧力を測定することが可能である。つまり、検知部３は、空気層１０２を介して、土壌１００の水分量を正確に検知することが可能になる。

また、本実施形態の土壌水分計は、給水タンク４の第１段部４１の下面４１１の面積が柱管１の上端１３の上下方向から見た面積よりも大きく形成されていることで、より多くの水１０１を貯めておくことが可能になる。したがって、土壌１００が乾燥している状態が続いても、土壌水分計に水１０１を追加する回数を減らすことができ、検知部３は、長時間連続して土壌１００の水分量を検知することが可能である。さらに、給水タンク４は、上下方向から見た断面積の異なる円筒部材が積み重なって構成されているので、簡易かつ安価に製造されることが可能である。

なお、第１段部４１、第２段部４２、及び第３段部４３のそれぞれの上下方向の長さＨ４１、Ｈ４２、Ｈ４３、上下方向から見た断面の内径Ｄ４１３、Ｄ４２３，Ｄ４３３、当該断面の外径Ｄ４１４、Ｄ４２４、Ｄ４３４のそれぞれは、本実施形態の数値に限定されない。給水タンク４は、２つ以上の段部で構成されていればよく、本実施形態の構成に限定されない。給水タンク４は、円筒形の段部によって構成されなくてもよい。給水タンク４は、透明色の塩化ビニルによって形成されなくてもよい。ただし、給水タンク４は、水１０１の水位が外側から目視できるように透明色の材料によって形成されることが好ましい。

検知部３は、第３段部４３の上面４３２に接続されてもよい。ただし、この場合、側面に開口する孔を設ける必要はなく、栓５の代わりに検知部３は取り外し可能に接続されてもよい。また、検知部３は、栓５に設けられた孔を介して、給水タンク４から圧力を受けてもよい。検知部３の接続部３１は、周囲にパッキンなどを使用して、圧力を測定する際に給水タンク４の空気が漏れないように密閉されていることが好ましい。

栓５の形状及び材質は、本実施形態に限定されない。

本実施形態の土壌水分計において、給水タンク４は、上端（第３段部４３の上面４３２）側の断面積が、下端（第１段部４１の下面４１１）側の断面積よりも段階的に小さくなるように形成されることが好ましい。

本実施形態の土壌水分計が上述のように形成されれば、長時間に亘って柱管１に水を保つことができる。さらに、土壌水分計は、検知部３による測定の応答性を確保することができるので、細かな圧力変化に対応することができるため、土壌の水分量を、正確に測定することが可能となる。また、本実施形態の土壌水分計は、簡易かつ安価に製造されることが可能になる。

１ 柱管
１０２ 空気層
１１ 透水部
１２ 下端（一端）
１３ 上端（他端）
２ 給水タンク
２１ 底面（下端）
２２ 天面（上端）
２３ 側面
３ 検知部
４ 給水タンク
４１ 第１段部
４１１ 第１段部の下面（給水タンク４の下端）
４３ 第３段部
４３２ 第３段部の上面（給水タンク４の上端）

Claims (6)

1. 一端が閉塞し、他端が開口する有底筒状に形成される柱管と、箱形に形成され、かつ下端側に前記柱管の他端が接続されて前記柱管内に連通する給水タンクと、前記給水タンク内の上端側に連通して、前記給水タンクの上端側に貯められた空気層を介して前記柱管内の圧力を検知する検知部とを備え、
   前記柱管の前記一端側は、透水性を有する透水部を有し、
   前記給水タンクは、上下方向に直交する方向における前記下端側の断面積が前記上端側の断面積よりも大きく形成される
   ことを特徴とする土壌水分計。
2. 前記給水タンクは、前記上端側の前記断面積が、前記下端側の前記断面積よりも段階的に小さくなるように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の土壌水分計。
3. 前記給水タンクは、下から上に向かうにつれて内側に傾斜する側面を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の土壌水分計。
4. 前記透水部は、多孔質のポーラスカップである
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の土壌水分計。
5. 前記検知部は、前記給水タンクの上端面を介して、前記給水タンクに連通する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の土壌水分計。
6. 前記給水タンクの前記下端側の前記断面積が、上下方向に直交する方向における前記柱管の他端側の前記開口の面積よりも大きく形成される
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の土壌水分計。

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