JP3246861B2 - 熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置 - Google Patents
熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、土壌等の被検査物
の体積熱容量や熱伝導率等の熱特性を測定する装置に掛
り、特に被検査物に対する侵襲が軽微で現場における連
続測定に適する改良に関する。
の体積熱容量や熱伝導率等の熱特性を測定する装置に掛
り、特に被検査物に対する侵襲が軽微で現場における連
続測定に適する改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱特性測定装置は、例えば特開昭６０−
１９５４４３号公報に開示されているように、被測定物
に熱を加えて物性を測定するものである。そして、農業
の分野では砂漠地農業や施設園芸等で、土壌水分率を測
定して貴重な水を最適に供給する必要性が増している。
１９５４４３号公報に開示されているように、被測定物
に熱を加えて物性を測定するものである。そして、農業
の分野では砂漠地農業や施設園芸等で、土壌水分率を測
定して貴重な水を最適に供給する必要性が増している。
【０００３】このような土壌水分率を測定する手法とし
て、熱伝導率を測定して間接的に求める測定法が知られ
ている（例えば『今月の農業』1989年10月号参照）。図
５は従来のプローブ型熱伝導率測定装置の構成断面図で
ある。図において、直径１ｍｍφ程度のステンレスパイ
プの内部に、ヒータ線と測温抵抗線が挿入されている。
このステンレスパイプを土壌に突き刺して、ヒータ線を
通電して加熱し、その温度上昇が２〜５度Ｃくらいに上
昇する時間を測温抵抗線を用いて測定する。図６は熱伝
導率と水分率の関係図である。土壌が洪積土壌か火山灰
土壌かによって相違するものの、一般に水分率が増加す
ると熱伝導率が高くなる。そこで、予め被測定対象とな
る土壌の水分率と熱伝導率との関係を求めておくこと
で、土壌水分率の測定を間接的に行うことができる。
て、熱伝導率を測定して間接的に求める測定法が知られ
ている（例えば『今月の農業』1989年10月号参照）。図
５は従来のプローブ型熱伝導率測定装置の構成断面図で
ある。図において、直径１ｍｍφ程度のステンレスパイ
プの内部に、ヒータ線と測温抵抗線が挿入されている。
このステンレスパイプを土壌に突き刺して、ヒータ線を
通電して加熱し、その温度上昇が２〜５度Ｃくらいに上
昇する時間を測温抵抗線を用いて測定する。図６は熱伝
導率と水分率の関係図である。土壌が洪積土壌か火山灰
土壌かによって相違するものの、一般に水分率が増加す
ると熱伝導率が高くなる。そこで、予め被測定対象とな
る土壌の水分率と熱伝導率との関係を求めておくこと
で、土壌水分率の測定を間接的に行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱伝導率は実
質的に温度上昇とそれに要する時間を測定するものであ
り、太陽による日射等の気象条件に起因する温度変動や
測温抵抗線の測定誤差の影響を受けるため、正確な土壌
水分率の測定が困難であるという課題があった。そこ
で、土壌の性質にさほど依存しないないで土壌水分率を
測定する手法として、体積熱容量或いは比熱を測定する
ことが行われている。しかし、従来の体積熱容量の測定
は比熱測定容器に試料を入れているので、土壌を採取す
る作業が必要となり連続的な測定ができないという課題
があった。本発明は、上述の課題を解決したもので、プ
ローブのように試料に対する侵襲が軽微で連続測定が行
える体積熱容量等の熱特性測定装置を提供することを目
的とする。
質的に温度上昇とそれに要する時間を測定するものであ
り、太陽による日射等の気象条件に起因する温度変動や
測温抵抗線の測定誤差の影響を受けるため、正確な土壌
水分率の測定が困難であるという課題があった。そこ
で、土壌の性質にさほど依存しないないで土壌水分率を
測定する手法として、体積熱容量或いは比熱を測定する
ことが行われている。しかし、従来の体積熱容量の測定
は比熱測定容器に試料を入れているので、土壌を採取す
る作業が必要となり連続的な測定ができないという課題
があった。本発明は、上述の課題を解決したもので、プ
ローブのように試料に対する侵襲が軽微で連続測定が行
える体積熱容量等の熱特性測定装置を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、被検査物に差し込まれる発熱体１０と、この発
熱体に所定熱量の発熱を所定時間ｔheatさせる発熱制御
手段２０と、この発熱体と所定間隔ｒoで保持され、当
該発熱体の発熱によって当該被検査物に生じる温度変動
を測定する温度測定手段３０と、この温度測定手段で測
定された温度波形における昇温速度ピーク値ｇｍ並びに
昇温速度ピーク時刻ｔｍを求める温度変化記録手段４０
と、この温度変化記録手段の求めた昇温速度ピーク値か
ら前記被検査物の体積熱容量Ｃoを求め、若しくは前記
温度変化記録手段の求めた昇温速度ピーク時刻から温度
伝導度Ｄoを求め、或いは前記温度変化記録手段の求め
た昇温速度ピーク値と昇温速度ピーク時刻から前記被検
査物の熱伝導率Ｋoを演算する熱特性演算手段５０とを
具備している。
発明は、被検査物に差し込まれる発熱体１０と、この発
熱体に所定熱量の発熱を所定時間ｔheatさせる発熱制御
手段２０と、この発熱体と所定間隔ｒoで保持され、当
該発熱体の発熱によって当該被検査物に生じる温度変動
を測定する温度測定手段３０と、この温度測定手段で測
定された温度波形における昇温速度ピーク値ｇｍ並びに
昇温速度ピーク時刻ｔｍを求める温度変化記録手段４０
と、この温度変化記録手段の求めた昇温速度ピーク値か
ら前記被検査物の体積熱容量Ｃoを求め、若しくは前記
温度変化記録手段の求めた昇温速度ピーク時刻から温度
伝導度Ｄoを求め、或いは前記温度変化記録手段の求め
た昇温速度ピーク値と昇温速度ピーク時刻から前記被検
査物の熱伝導率Ｋoを演算する熱特性演算手段５０とを
具備している。
【０００６】本発明の構成によれば、発熱体により発生
する所定時間の熱が、被検査物に熱拡散してゆき、一定
の伝達遅延時間のあと温度測定手段の位置に温度上昇速
度のピーク値を生ずる。温度変化記録手段では、温度測
定の経時変化を記録して単位時間当たりの変化率を求
め、昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速度ピーク時刻ｔ
ｍを求めるのを容易にする。熱特性演算手段は、昇温速
度ピーク値から体積熱容量を演算し、昇温速度ピーク時
刻から温度伝導度Ｄoを求め、昇温速度ピーク値と昇温
速度ピーク時刻から被検査物の熱伝導率Ｋoを演算す
る。
する所定時間の熱が、被検査物に熱拡散してゆき、一定
の伝達遅延時間のあと温度測定手段の位置に温度上昇速
度のピーク値を生ずる。温度変化記録手段では、温度測
定の経時変化を記録して単位時間当たりの変化率を求
め、昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速度ピーク時刻ｔ
ｍを求めるのを容易にする。熱特性演算手段は、昇温速
度ピーク値から体積熱容量を演算し、昇温速度ピーク時
刻から温度伝導度Ｄoを求め、昇温速度ピーク値と昇温
速度ピーク時刻から被検査物の熱伝導率Ｋoを演算す
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明
する。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図
において、発熱体１０は、ヒータ線等の発熱量の制御が
容易に行えるもので、パイプ等の剛性が高く伝熱性の良
好な金属材料で四囲が囲われており、土壌等の被検査物
に差し込むのが容易になっている。発熱制御部２０は、
発熱体１０に所定熱量Ｐの発熱を所定時間ｔheatさせる
もので、ここでは制御の容易性からヒータ線に送る通電
量を制御しているが、ガソリンや可燃性ガス等の発熱物
質の供給量を制御してもよい。発熱時間ｔheatは、温度
測定部３０近傍で被検査物に生ずる温度変動の昇温速度
ピーク時刻ｔｍに比較して長くとるのが好ましいが、こ
れより短時間であっても補正演算で対処できる。温度測
定部３０は、発熱体１０の発熱によって被検査物に生じ
る温度変動を測定するもので、例えば熱電対やこの熱電
対を複数直列に接続して熱起電力を増幅した熱電堆を用
いる。
する。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図
において、発熱体１０は、ヒータ線等の発熱量の制御が
容易に行えるもので、パイプ等の剛性が高く伝熱性の良
好な金属材料で四囲が囲われており、土壌等の被検査物
に差し込むのが容易になっている。発熱制御部２０は、
発熱体１０に所定熱量Ｐの発熱を所定時間ｔheatさせる
もので、ここでは制御の容易性からヒータ線に送る通電
量を制御しているが、ガソリンや可燃性ガス等の発熱物
質の供給量を制御してもよい。発熱時間ｔheatは、温度
測定部３０近傍で被検査物に生ずる温度変動の昇温速度
ピーク時刻ｔｍに比較して長くとるのが好ましいが、こ
れより短時間であっても補正演算で対処できる。温度測
定部３０は、発熱体１０の発熱によって被検査物に生じ
る温度変動を測定するもので、例えば熱電対やこの熱電
対を複数直列に接続して熱起電力を増幅した熱電堆を用
いる。
【０００８】温度変化記録部４０は、温度測定部３０で
測定された温度波形を記録すると共に、この温度波形に
おける昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速度ピーク時刻
ｔｍを求める。昇温速度ピーク時刻の基準時は、発熱制
御部２０による発熱開始時刻でもよく、またこの発熱
に、発熱体１０の伝熱に起因する遅れ時間を補正したも
のでよい。体積熱容量演算部５０は、温度変化記録部４
０の求めた昇温速度ピーク値に、発熱体１０と温度測定
部３０の被検査物に対する配置関係から定まる較正係数
を乗じて、被検査物の体積熱容量Ｃoを求める。若しく
は温度伝導度Ｄoを求める。温度伝導率演算部５２は、
温度変化記録部４０の求めた昇温速度ピーク時刻に、発
熱体１０と温度測定部３０の被検査物に対する配置関係
から定まる較正係数を乗じて、被検査物の温度伝導度Ｄ
oを求める。更に、熱伝導率演算部５４は、温度変化記
録部４０の求めた昇温速度ピーク値と昇温速度ピーク時
刻から被検査物の熱伝導率Ｋoを演算する。これら演算
式の具体的内容は後で詳細に説明する。
測定された温度波形を記録すると共に、この温度波形に
おける昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速度ピーク時刻
ｔｍを求める。昇温速度ピーク時刻の基準時は、発熱制
御部２０による発熱開始時刻でもよく、またこの発熱
に、発熱体１０の伝熱に起因する遅れ時間を補正したも
のでよい。体積熱容量演算部５０は、温度変化記録部４
０の求めた昇温速度ピーク値に、発熱体１０と温度測定
部３０の被検査物に対する配置関係から定まる較正係数
を乗じて、被検査物の体積熱容量Ｃoを求める。若しく
は温度伝導度Ｄoを求める。温度伝導率演算部５２は、
温度変化記録部４０の求めた昇温速度ピーク時刻に、発
熱体１０と温度測定部３０の被検査物に対する配置関係
から定まる較正係数を乗じて、被検査物の温度伝導度Ｄ
oを求める。更に、熱伝導率演算部５４は、温度変化記
録部４０の求めた昇温速度ピーク値と昇温速度ピーク時
刻から被検査物の熱伝導率Ｋoを演算する。これら演算
式の具体的内容は後で詳細に説明する。
【０００９】図２は、図１の装置の外形図である。検出
プローブは二本の発熱体１０とその中間に設けられた温
度計３０を保持するもので、土壌に対する差し込みが容
易になるように櫛歯状に配置されている。変換器は検出
プローブと信号線を介して接続されたもので、上述の発
熱制御部２０、温度変化記録部４０並びに熱特性演算部
５０の機能を有しているため、液晶等の表示器とキー入
力装置を備えている。ここでは、発熱体１０の外形寸法
が直径Ｄhφ、検出プローブからの長さがＬhで、両発熱
体１０の間隔は２ｒoになっている。他方、温度計３０
の外形寸法が直径Ｄsφ、測温位置Ｏは発熱体１０の長
さの半分Ｌh／２となっている。また、座標系は、発熱
体１０の長手方向をＺ軸とし、検出プローブの長手方向
をＸ軸、紙面に対して上向きをＹ軸とする。
プローブは二本の発熱体１０とその中間に設けられた温
度計３０を保持するもので、土壌に対する差し込みが容
易になるように櫛歯状に配置されている。変換器は検出
プローブと信号線を介して接続されたもので、上述の発
熱制御部２０、温度変化記録部４０並びに熱特性演算部
５０の機能を有しているため、液晶等の表示器とキー入
力装置を備えている。ここでは、発熱体１０の外形寸法
が直径Ｄhφ、検出プローブからの長さがＬhで、両発熱
体１０の間隔は２ｒoになっている。他方、温度計３０
の外形寸法が直径Ｄsφ、測温位置Ｏは発熱体１０の長
さの半分Ｌh／２となっている。また、座標系は、発熱
体１０の長手方向をＺ軸とし、検出プローブの長手方向
をＸ軸、紙面に対して上向きをＹ軸とする。
【００１０】次に、昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速
度ピーク時刻ｔｍの演算について説明する。直線状の発
熱体が発熱強度Ｐ［Ｗ／ｍ］の一定強度の発熱を行うと
き、距離ｒo［ｍ］離れた地点の温度上昇ΔＴは次式に
より与えられる。 ΔＴ＝（Ｐ／４πＫo）Ｅ1[ｒo2／４Ｄoｔ] (1) ここで、Ｅ1[ｘ]は積分指数関数で次のように定義され
る。
度ピーク時刻ｔｍの演算について説明する。直線状の発
熱体が発熱強度Ｐ［Ｗ／ｍ］の一定強度の発熱を行うと
き、距離ｒo［ｍ］離れた地点の温度上昇ΔＴは次式に
より与えられる。 ΔＴ＝（Ｐ／４πＫo）Ｅ1[ｒo2／４Ｄoｔ] (1) ここで、Ｅ1[ｘ]は積分指数関数で次のように定義され
る。
【数１】 なお、Ｋoは熱伝導率［ＪＫ-1ｍ-1ｓ-1］、Ｄoは被検査
物の温度伝導率［ｍ2ｓ- 1］、ｔは発熱開始後の経過時
間［ｓ］である。ｒoは発熱体１０と温度計３０の間隔
［ｍ］、πは円周率で3.14159・・・である。また、上述の
単位系にはＳＩ単位を用いている。
物の温度伝導率［ｍ2ｓ- 1］、ｔは発熱開始後の経過時
間［ｓ］である。ｒoは発熱体１０と温度計３０の間隔
［ｍ］、πは円周率で3.14159・・・である。また、上述の
単位系にはＳＩ単位を用いている。
【００１１】そこで、温度の上昇速度ｇ［Ｋ／ｓ］は次
式で与えられる。 ｇ＝ｄΔＴ／ｄｔ ＝（Ｐ／４πＫo）ｅｘｐ[−ｒo2／４Ｄoｔ2] (3) また温度上昇の加速度ａ［Ｋ／ｓ2］は次式で与えられ
る。 ａ＝ｄｇ／ｄｔ ＝（Ｐ／４πＫo）(−ｔ-2＋ｒo2／４Ｄoｔ3)ｅｘｐ[−ｒo2／４Ｄoｔ2] ＝（Ｐ／４πＫo）(ｒo2／４Ｄoｔ3)(１−４Ｄoｔ／ｒo2） ｅｘｐ[−ｒo2／４Ｄoｔ2] (4) この加速度ａはｔ＝ｒo2／４Ｄoのとき零になり、昇温
速度ピーク時刻ｔｍとなる。この零になる時間を特徴時
間とよび、ｔch[ｓ]で表すことにする。なお、ここでの
発熱時間ｔheatは、特徴時間ｔchに比較して長いものと
する。
式で与えられる。 ｇ＝ｄΔＴ／ｄｔ ＝（Ｐ／４πＫo）ｅｘｐ[−ｒo2／４Ｄoｔ2] (3) また温度上昇の加速度ａ［Ｋ／ｓ2］は次式で与えられ
る。 ａ＝ｄｇ／ｄｔ ＝（Ｐ／４πＫo）(−ｔ-2＋ｒo2／４Ｄoｔ3)ｅｘｐ[−ｒo2／４Ｄoｔ2] ＝（Ｐ／４πＫo）(ｒo2／４Ｄoｔ3)(１−４Ｄoｔ／ｒo2） ｅｘｐ[−ｒo2／４Ｄoｔ2] (4) この加速度ａはｔ＝ｒo2／４Ｄoのとき零になり、昇温
速度ピーク時刻ｔｍとなる。この零になる時間を特徴時
間とよび、ｔch[ｓ]で表すことにする。なお、ここでの
発熱時間ｔheatは、特徴時間ｔchに比較して長いものと
する。
【００１２】すると、昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温
速度ピーク時刻ｔｍは次のようになる。 ｇｍ＝（４ＤoＰ／４πＫoｒo2)ｅｘｐ[−1] ＝Ｐ／４πｅＣoｒo2 (5) ｔｍ＝ｒo2／４Ｄo (6) ここで、ｅはネピアの数で2.72828・・・、Ｃoは被検査物
の体積熱容量［ＪＫ-1ｍ- 3］である。他方、体積熱容量
Ｃo、温度伝導率Ｄo並びに熱伝導率Ｋoには次の関係式
が成立している。 Ｋo＝ＣoＤo (7)
速度ピーク時刻ｔｍは次のようになる。 ｇｍ＝（４ＤoＰ／４πＫoｒo2)ｅｘｐ[−1] ＝Ｐ／４πｅＣoｒo2 (5) ｔｍ＝ｒo2／４Ｄo (6) ここで、ｅはネピアの数で2.72828・・・、Ｃoは被検査物
の体積熱容量［ＪＫ-1ｍ- 3］である。他方、体積熱容量
Ｃo、温度伝導率Ｄo並びに熱伝導率Ｋoには次の関係式
が成立している。 Ｋo＝ＣoＤo (7)
【００１３】以上を前提にして体積熱容量Ｃo、温度伝
導率Ｄo並びに熱伝導率Ｋoは次の関係式を有している。 Ｃo＝Ｐ／πｅｇｍｒo2 (8) Ｄo＝ｒo2／４ｔｍ (9) Ｋo＝Ｐ／πｅｇｍｔｍ (10) そこで、体積熱容量演算部５０は(8)式、温度伝導率演
算部５２は(9)式、熱伝導率演算部５４は(10)式の演算
を行うことになる。
導率Ｄo並びに熱伝導率Ｋoは次の関係式を有している。 Ｃo＝Ｐ／πｅｇｍｒo2 (8) Ｄo＝ｒo2／４ｔｍ (9) Ｋo＝Ｐ／πｅｇｍｔｍ (10) そこで、体積熱容量演算部５０は(8)式、温度伝導率演
算部５２は(9)式、熱伝導率演算部５４は(10)式の演算
を行うことになる。
【００１４】次に、発熱体１０の直径Ｄhの影響につい
て説明する。図３は発熱体直径Ｄhと昇温速度ピーク時
刻ｔｍの関係図である。発熱体１０から被検査体に熱を
伝熱する際に、表面積が小さいと温度上昇が過大になっ
て、発熱体１０の表面に近接している被検査体の物性を
熱的に変質させてしまう恐れがあるので、発熱体１０に
はある程度の直径Ｄhが必要である。そこで、この発熱
体１０の直径Ｄhが測定結果に及ぼす影響を予め検討し
ておく必要がある。ここでは、発熱体１０の直径Ｄhを
発熱体１０と温度計３０の間隔ｒoを用いて正規化する
と共に、Ｄh＝0.00ｒoにおける昇温速度ピーク時刻ｔｍ
Oを基準に各直径Ｄhにおける昇温速度ピーク時刻ｔｍを
表している。図示するように、Ｄh＝0.20でｔｍ＝0.99
ｔｍO、Ｄh＝0.40でｔｍ＝0.96ｔｍO、Ｄh＝0.60でｔｍ
＝0.90ｔｍOであるから、概ねＤh＝0.4程度以内であれ
ば昇温速度ピーク時刻ｔｍの測定は正確に行える。
て説明する。図３は発熱体直径Ｄhと昇温速度ピーク時
刻ｔｍの関係図である。発熱体１０から被検査体に熱を
伝熱する際に、表面積が小さいと温度上昇が過大になっ
て、発熱体１０の表面に近接している被検査体の物性を
熱的に変質させてしまう恐れがあるので、発熱体１０に
はある程度の直径Ｄhが必要である。そこで、この発熱
体１０の直径Ｄhが測定結果に及ぼす影響を予め検討し
ておく必要がある。ここでは、発熱体１０の直径Ｄhを
発熱体１０と温度計３０の間隔ｒoを用いて正規化する
と共に、Ｄh＝0.00ｒoにおける昇温速度ピーク時刻ｔｍ
Oを基準に各直径Ｄhにおける昇温速度ピーク時刻ｔｍを
表している。図示するように、Ｄh＝0.20でｔｍ＝0.99
ｔｍO、Ｄh＝0.40でｔｍ＝0.96ｔｍO、Ｄh＝0.60でｔｍ
＝0.90ｔｍOであるから、概ねＤh＝0.4程度以内であれ
ば昇温速度ピーク時刻ｔｍの測定は正確に行える。
【００１５】図４は発熱体直径Ｄhと昇温速度ピーク値
ｇｍの関係図である。ここでは、発熱体１０の直径Ｄh
を発熱体１０と温度計３０の間隔ｒoを用いて正規化す
ると共に、Ｄh＝0.00ｒoにおける昇温速度ピーク値ｇｍ
Oを基準に各直径Ｄhにおける昇温速度ピーク値ｇｍを表
している。図示するように、Ｄh＝0.40でｇｍ＝1.0005
ｇｍO、Ｄh＝0.60でｇｍ＝1.002ｇｍO、Ｄh＝0.80でｇ
ｍ＝1.009ｇｍOであるから、概ねＤh＝0.6程度以内であ
れば昇温速度ピーク時刻ｇｍの測定は正確に行える。
ｇｍの関係図である。ここでは、発熱体１０の直径Ｄh
を発熱体１０と温度計３０の間隔ｒoを用いて正規化す
ると共に、Ｄh＝0.00ｒoにおける昇温速度ピーク値ｇｍ
Oを基準に各直径Ｄhにおける昇温速度ピーク値ｇｍを表
している。図示するように、Ｄh＝0.40でｇｍ＝1.0005
ｇｍO、Ｄh＝0.60でｇｍ＝1.002ｇｍO、Ｄh＝0.80でｇ
ｍ＝1.009ｇｍOであるから、概ねＤh＝0.6程度以内であ
れば昇温速度ピーク時刻ｇｍの測定は正確に行える。
【００１６】上述の演算においては発熱体の発熱は概ね
連続的に行われる場合を念頭に置いていたので、発熱体
の発熱時間ｔheatが特徴時間ｔchに比較して長いことを
前提としていた。しかし、発熱体の発熱時間ｔheatが特
徴時間ｔchに比較して短いパルス状の発熱であっても、
同様に昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速度ピーク時刻
ｔｍを検討できる。今、無次元パラメータを次のように
定義する。 ｖ*＝ｔｍ／ｔheat (11) ｘ＝ｔch／ｔheat (12) ｙ＝ｇｍ／ｇｍch (13) ここで、特徴時間ｔchはｔch＝ｒo2／４Ｄoであり、昇
温速度ピーク値の標準値ｇｍchは次の関係を満たすもの
とする。 ｇｍch＝Ｐ／(πｅＣoｒo2) (14)
連続的に行われる場合を念頭に置いていたので、発熱体
の発熱時間ｔheatが特徴時間ｔchに比較して長いことを
前提としていた。しかし、発熱体の発熱時間ｔheatが特
徴時間ｔchに比較して短いパルス状の発熱であっても、
同様に昇温速度ピーク値ｇｍ並びに昇温速度ピーク時刻
ｔｍを検討できる。今、無次元パラメータを次のように
定義する。 ｖ*＝ｔｍ／ｔheat (11) ｘ＝ｔch／ｔheat (12) ｙ＝ｇｍ／ｇｍch (13) ここで、特徴時間ｔchはｔch＝ｒo2／４Ｄoであり、昇
温速度ピーク値の標準値ｇｍchは次の関係を満たすもの
とする。 ｇｍch＝Ｐ／(πｅＣoｒo2) (14)
【００１７】パラメータｖ*の値が１以上であれば、関
係式は次のようになる。
係式は次のようになる。
【数２】 パラメータｘを用いると、数２の方程式は次のように整
理できる。
理できる。
【数３】 この方程式の根として、パラメータｘがある。なお、パ
ラメータｖ*の値が１以下の場合は次の関係が成立して
いる。 ｘ＝ｖ* (15)
ラメータｖ*の値が１以下の場合は次の関係が成立して
いる。 ｘ＝ｖ* (15)
【００１８】このときの、昇温速度ピーク値ｇｍは次式
で表すことができる。
で表すことができる。
【数４】 他方、昇温速度ピーク値の標準値ｇｍchは次のように変
形できる。 ｇｍch＝(Ｐ／４πｅｋoｔch)ｅｘｐ[−１] (16) すると、パラメータｙは次のように表すことができる。
形できる。 ｇｍch＝(Ｐ／４πｅｋoｔch)ｅｘｐ[−１] (16) すると、パラメータｙは次のように表すことができる。
【数５】 この結果を、パラメータｖ*が変動したときのパラメー
タｘ，ｙの値として表形式で表すと次のようになる。
タｘ，ｙの値として表形式で表すと次のようになる。
【表１】
【００１９】なお、上記実施例においては、検出プロー
ブに設置する発熱体１０が２本の場合を示したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、発熱体１０を３本
以上を同心円上に均一に配置して、この中央に温度計３
０を設置しても同様の効果がえられる。
ブに設置する発熱体１０が２本の場合を示したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、発熱体１０を３本
以上を同心円上に均一に配置して、この中央に温度計３
０を設置しても同様の効果がえられる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば発
熱体１０と温度計３０との間隔ｒoを一定に保持した状
態で被検査物に挿入して、発熱体１０に所定時間ｔheat
の発熱をさせて、温度計３０で測定する昇温速度ピーク
値ｇｍと昇温速度ピーク時刻ｔｍを用いて体積熱容量と
熱伝導率を演算しているので、被検査物に対する侵襲の
少ない態様で被検査物の熱特性が測定できるという効果
がある。また被検査物を土壌として、土壌水分率を測定
するような用途では、体積熱容量や熱伝導率と当該土壌
の水分率との対応関係を予め測定しておくことで、簡易
に連続測定ができるという効果がある。
熱体１０と温度計３０との間隔ｒoを一定に保持した状
態で被検査物に挿入して、発熱体１０に所定時間ｔheat
の発熱をさせて、温度計３０で測定する昇温速度ピーク
値ｇｍと昇温速度ピーク時刻ｔｍを用いて体積熱容量と
熱伝導率を演算しているので、被検査物に対する侵襲の
少ない態様で被検査物の熱特性が測定できるという効果
がある。また被検査物を土壌として、土壌水分率を測定
するような用途では、体積熱容量や熱伝導率と当該土壌
の水分率との対応関係を予め測定しておくことで、簡易
に連続測定ができるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の装置の外形図である。
【図３】発熱体直径Ｄhと昇温速度ピーク時刻ｔｍの関
係図である。
係図である。
【図４】発熱体直径Ｄhと昇温速度ピーク値ｇｍの関係
図である。
図である。
【図５】従来のプローブ型熱伝導率測定装置の構成断面
図である。
図である。
【図６】熱伝導率と水分率の関係図である。
１０ 発熱体 ２０ 発熱制御部 ３０ 温度計 ４０ 温度変化記録部 ５０ 体積熱容量等演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥矢 毅 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 岡本 純 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 増田 文男 東京都中央区新川１丁目５番13号 横河 ウェザック株式会社内 (72)発明者 広瀬 隆夫 東京都中央区新川１丁目５番13号 横河 ウェザック株式会社内 審査官 郡山 順 (56)参考文献 特開 昭63−47644（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−191852（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 25/18
Claims (3)
- 【請求項１】被検査物に差し込まれる発熱体（１０）
と、この発熱体に所定熱量の発熱を所定時間（ｔheat)
させる発熱制御手段（２０）と、この発熱体と所定間隔
（ｒo)で保持され、当該発熱体の発熱によって当該被検
査物に生じる温度変動を測定する温度測定手段（３０）
と、この温度測定手段で測定された温度波形における昇
温速度ピーク値（ｇｍ）並びに昇温速度ピーク時刻（ｔ
ｍ）を求める温度変化記録手段（４０）と、この温度変
化記録手段の求めた昇温速度ピーク値から前記被検査物
の体積熱容量（Ｃo)を求め、若しくは前記温度変化記録
手段の求めた昇温速度ピーク時刻から温度伝導度（Ｄo)
を求め、或いは前記温度変化記録手段の求めた昇温速度
ピーク値と昇温速度ピーク時刻から前記被検査物の熱伝
導率（Ｋo)を演算する熱特性演算手段（５０）と、を具
備することを特徴とする熱特性測定装置。 - 【請求項２】前記発熱体は棒状であって、前記温度測定
手段を幾何学的な中心として円周状に複数対称配置され
ると共に、各発熱体は均等の発熱を行うことを特徴とす
る請求項１記載の熱特性測定装置。 - 【請求項３】前記被検査物は土壌であって、当該土壌の
水分率と体積熱容量若しくは熱伝導率との関係を記述す
る検量データ手段を参照して、前記熱特性演算手段の求
めた体積熱容量若しくは熱伝導率から当該土壌の水分率
を連続的に測定することを特徴とする請求項１記載の土
壌水分率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01317096A JP3246861B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01317096A JP3246861B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09210931A JPH09210931A (ja) | 1997-08-15 |
| JP3246861B2 true JP3246861B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=11825711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01317096A Expired - Fee Related JP3246861B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246861B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113702429B (zh) * | 2021-07-16 | 2022-06-24 | 浙江大学 | 一种饱和砂土渗透率–导热指数测试装置及其测量方法 |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP01317096A patent/JP3246861B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09210931A (ja) | 1997-08-15 |
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