JPH03125951A

JPH03125951A - 電気抵抗式土壌水分センサー

Info

Publication number: JPH03125951A
Application number: JP26391789A
Authority: JP
Inventors: Sadayoshi Isoda; 磯田　定毅; Hiroshi Nishida; 弘西田; Kimio Masuko; 益子　公男
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JP2532681B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、農業分野などで土壌の水分管理に利用するの
に適した電気抵抗式土壌水分センサーに関する。

〔従来の技術〕

従来、農業分野などにおける土壌の水分管理では、土壌
の水分状態を作物の育成条件に直接関係する水分張力値
（ｐＦ値）で表し、作物が水分を吸収するのに適した水
分張力値になるように、土壌の水分状態を管理している
。

このとき、土壌の水分張力に応じて含水量が変わるよう
な石膏等のセンサー部材を土壌に埋設し、このセンサー
部材内の電気抵抗に基づいて水分張力を測定するように
した電気抵抗式土壌水分センサーが用いられる。

第７図は従来の電気抵抗式土壌水分センサーを示す図で
ある。

図において、１０は石膏を固めて形成されたセンサー部
材、２０ａ、２０ｂは所定の間隔でセンサー部材１０内
に配された一対の電極であり、センサー部材１０を土壌
に埋めた状態で、電極２０ａ、２０ｂを介してセンサー
部材１０の電気抵抗が検出され、この電気抵抗値から土
壌の水分張力値が求められる。

センサー部材１０が土壌に埋められると、土壌に含まれ
ている水分は石膏の吸水性等によってセンサー部材１０
内に吸収されるが、このセンサー部材１０内の水分量は
土壌の水分張力に応じて変化し、センサー部材１０内の
水分量とその電気抵抗とは相関する。したがって、土壌
とセンサー部材１０間の水分の吸放出が十分な平衡状態
になっているとき、土壌の水分張力とセンサー部材１０
の電気抵抗とは相関関係を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種のセンサーにおいては、センサー
部材１０を形成する素材として石膏を使用し、さらに、
電極間の含水量による電気抵抗値を計るようにしている
ため次のような問題がある。

土壌から石膏（センサー部材）への水分移動は石膏の吸
水性によって迅速に行われるが、例えば乾燥によって土
壌の水分が急激に減り始めても、石膏の水分保持力は強
く、また、石膏は空隙が少ないため、石膏から土壌への
水分移動は非常に緩慢になる。このため、特に電極間の
水分状態と土壌の水分状態とが平衡状態になるまでに長
時間を要し、応答性能が悪いという問題がある。また、
従来のセンサーは水分張力の変化に対する電気抵抗値の
変化が小さいため、測定精度が悪（、測定誤差が大きく
なるという問題がある。

本発明は、電気抵抗式土壌水分センサーにおいて、セン
サー素材の形状あるいは組成を改良し、応答性能を良く
するとともに測定誤差を低減することを課題とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記の課題を
解決するためになした本発明の電気抵抗式土壌水分セン
サーは、センサー部材に微量のシリコン粉末を混合した
ことを特徴とし、上記シリコン粉末によってセンサー部
材の水分保持力が低下され、センサー部材と土壌との平
衡状−態が速やかに達成される。

また、本発明の電気抵抗式土壌水分センサーは、センサ
ー部材に微量の活性炭粉末を混合したことを特徴とし、
上記活性炭粉末によってセンサー部材゛中の水分移動が
容易になり、センサー部材と土壌との平衡状態が速やか
に達成される。

また、本発明の電気抵抗式土壌水分センサーは、センサ
ー部材を板状薄型に形成するとともに少なくとも一方が
メツシュ状にされた電極対をセンサー部材内に層状に対
向させて配設したことを特徴とし、電極対間の間隔が狭
くなってセンサー部材と土壌との平衡状態が速やかに達
成される。

さらに、本発明の電気抵抗式土壌水分センサーは、セン
サー部材を板状薄型に形成した上記構成に加え、電極対
の一方が板状の電極であって、撥水剤を含滲した撥水性
膜を、上記電極対の間で一面を上記板状の電極に密着す
るとともに他面を上記センサー部材に密着して配するよ
うにしたことを特徴とし、水分保持力の小さな撥水性膜
を介して板状の電極面に浸透する水分量によって電極対
間の電気抵抗を変化させるようにした。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例の電気抵抗式土壌水分センサーを
示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）はＡ−
Ａ断面図、同図（Ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。

なお、各断面図は厚みを誇張して示しである。

図において、１は０．０５ｍｍのＳｕＳ板でできた板状
電極、２は３Ｉ１１１角のＳｕＳ金網でできた綿状電極
、３は石膏をベースに微量（１〜５％）のシリコン粉末
と微量（０，５〜５％）の活性炭粉末を混合したセンサ
ー部材、４は水の浸透性のあるガラス繊維フィルターに
シリコングリスを含滲して撥水加工した撥水性膜、５は
開口部５ａを有するプラスチック製の内枠、６は内枠５
の開口部５ａより大きな開口部６ａを有するプラスチッ
ク製の外枠であり、この実施例のセンサーは板状電極１
を中心にして両面に対称な層構造になっている。

板状電極ｌは、端子１ａを外部に露出した状態で電極面
を２枚の内枠５で挟まれて固定され、内枠５の開口部５
ａに臨む板状電極１の両面には撥水性膜４が密着されて
いる。

２枚の網電極２は、端子２ａを外部に露出した状態で内
枠５と外枠６で挟まれて固定され、この網電極２が板状
電極１および撥水性膜４の両側に配された状態になって
いる。そして、撥水性膜４から外枠６の表面までの厚み
でセンサー部材３が充填されている。また、内枠５およ
び外枠６の固定には接着剤等が用いられ、さらに、外周
縁部は接着剤で封止されている。

なお、この実施例のセンサーは、外枠６の長さが１１０
ｍｍ、幅２０ｆｆＩＩ１１で、全体の厚みが６ｍｍ程度
の大きさである。

上記のようにセンサー部材３には、微量のシリコン粉末
と微量の活性炭粉末が混合されているため、シリコン粉
末の撥水性によってセンサー部材３自体の水分保持力は
低くなり、さらに、活性炭粉末によってセンサー部材３
中の水分移動が容易になる。このため、センサー部材３
と土壌との平衡状態が速やかに達成され、優れた応答性
能を示す。

また、この実施例のセンサーは、第１図図示のように、
内枠５の開口部５ａの上端から外枠６の開口部６ａの上
端までの間は、センサー部材３と網状電極２のみがある
だけで、この部分はセンサー部材３の水分を蒸発するた
めの蒸発帯７を構成している。

すなわち、使用時には、マークＡ（第１図（ａ））の位
置まで土壌中に埋め、蒸発帯７を大気中に晒した状態で
端子１ａおよび端子２ａにより撥水性膜４の両側間の電
気抵抗を測定する。

上記のように蒸発帯７が大気中に晒されることにより、
センサー部材３の土壌中に埋められた部分、すなわち、
撥水性膜４がある部分の水分は、蒸発帯７から大気中に
蒸発される。したがって、土壌からセンサー部材３側に
絶えず水分が移行する状態となり、土壌の水分量の変化
に対してセンサー部材３の平衡状態が速やかに達成され
る。

また、撥水性膜４には、センサー部材３の水分量（圧）
に応じた量だけ水分が浸透して、この浸透水が板状電極
１に達し、この浸透水によって電気抵抗が測定される。

したがって、水分張力の変化に対して電気抵抗値の変化
が大きくなる。

なお、この実施例の撥水性膜４は次のようにして製造し
た。

先ず、のり状のシリコングリスを所定の容器内でＮ−ヘ
キサンにて溶解し、この中に厚さ０．２６ｍｎ＋のガラ
ス繊維濾紙を入れて容器に蓋をする。そして、約２日間
シリコンをガラス繊維濾紙に含滲させてＮ−ヘキサンを
除去し、シリコンが含滲されたガラス繊維濾紙を所定の
大きさに切り取る。なお、この実施例では、ガラス繊維
濾紙に含滲されたシリコンの量は６．１■／　ｃＪであ
る。

第２図は、他の実施例を示す図であり、前記実施例にお
ける蒸発帯７を無くしたものである。なお、同図におい
て第１図と同じものには同符号を付記し、その説明は省
略する。第２図に示したように、外枠６′の開口部６ａ
’の上端は、内枠５の開口部５ａの上端と略同じ位置に
され、これによって、前記実施例のような蒸発帯が無い
状態になっている。

上記の各実施例のセンサーは、センサー部材３にはシリ
コン粉末と活性炭粉末が混合されているが、シリコン粉
末または活性炭粉末の何れか一方を混合するようにして
もよい。

第３図〜第６図は実施例における各種センサーの測定結
果を示す図であり、各センサーの電気抵抗値を定電流に
対する電圧値として示しである。

また、この測定には、下表に示したように、第１図また
は第２図と同様の形状のセンサーでシリコン粉末、活性
炭粉末および撥水性膜４を適宜除去したセンサー？−Ｖ
が使用されている。なお、下表において「Ｏ」は「有り
」、「−」は「無し」を示す。

センサーＩは第２図図示のセンサーと同様の形状にし、
センサー部材３を石膏のみで構成するとともに撥水性膜
４を除いたものでる。

センサー■は上記のセンサーＩに撥水性膜４を付加した
ものである。

センサー■は第２図図示のセンサーで、センサー部材３
にシリコン粉末と活性炭粉末とを混合したものである。

センサー■は第１図図示のセンサーで、センサー部材３
にシリコン粉末と活性炭粉末とを混合し、蒸発帯を設け
たものである。

センサーＶはセンサー■のセンサー部材３がら活性炭粉
末を除去したものである。

第３図は、センサーＩ、センサー■およびセンサー■の
測定結果を示す図であり、各センサーを飽水状態の土壌
中から大気中に取り出して自然乾燥させたときの電気抵
抗値の経時的変化を示している。

センサーＩの電気抵抗値はセンサー部材中の含水分率と
相関しているが、電気抵抗値の増加が緩慢で応答性能お
よび精度が悪い。

センサー■は、センサーＩに比べて早いうちに電気抵抗
が増加しており、撥水性膜を用いることにより応答性能
が良くなることがわかる。

さらに、センサー■は、センサー■より電気抵抗の増加
が急激になっており、センサー部材にシリコン粉末およ
び活性炭粉末を混合することにより応答性能が優れたも
のとなることがわかる。

第４図はセンサー■とセンサー■とについて、漸次乾燥
される土壌中における電気紙°抗値と土壌の水分張力（
ｐＦ値）の実測値との関係を示す図であり、センサー■
はセンサー■に比べて速やかに電気抵抗が増加し、その
変化率も大きいことがわかる。なお、水分張力の実測値
はテンシゴンメータを用いて測定した。

第５図はセンサーＩとセンサー■とについて、土壌水分
（ＤＢ、４５％）中から土壌水分（ＤＢ。

３０％）中へ移行したときの応答性能（経時的電圧値の
変化、すなわち、電気抵抗値の変化）を示す図であり、
飽水状態の土壌から大気中に取り出した場合（第３図）
と同様に、センサー■は、センサーＩより応答性能が優
れていることがわかる。

第６図はセンサー■とセンサーＶについて、漸次乾燥さ
れる土壌中における電気抵抗値と土壌の水分張力（ｐＦ
値）の実測値との関係を示す図である。

同図および第４図を比較してわかるように、蒸発帯７を
有するセンサー■およびセンサーＶは、蒸発帯を有しな
いセンサー■に比べて、速やカニ電気抵抗が増加し、そ
の変化率も大きいことがわかる。さらに、センサー■は
センサー■より変化率が大きく、ｐＦ値の測定精度が高
まり、測定誤差を低減することができる。

なお、第６図のように電気抵抗値はｐＦ値が略１．８〜
２．１で太き（変化しているが、ｐＦ値がこの範囲にあ
るとき土壌は畑状層で、作物が十分吸収することができ
る有効水が含まれている。したがって、水分管理の目標
値も上記の範囲内に設定することが有効であり、上記の
範囲で測定精度が高められると効果的に水分管理を行う
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電気抵抗式土壌水分センサ
ーによれば、センサー部材に微量のシリコン粉末を混合
して水分保持力を低下させるようにしたので、センサー
部材と土壌との平衡状態が速やかに達成され、応答性能
を良くするとともに測定誤差を低減することができる。

また、センサー部材に微量の活性炭粉末を混合してセン
サー部材中の水分移動を容易にしたので、センサー部材
と土壌との平衡状態が速やかに達成され、応答性能を良
くするとよもに測定誤差を低減することができる。

また、本発明の電気抵抗式土壌水分センサーは、センサ
ー部材を板状薄型に形成するとともに少なくとも一方が
メツシュ状にされた電極対をセンサー部材内に層状に対
向させて配設して電極対間の間隔を狭くするようにした
ので、センサー部材と土壌との平衡状態が速やかに達成
され、応答性能を良くするとともに測定誤差を低減する
ことができる。

さらに、本発明の電気抵抗式土壌水分センサーは、セン
サー部材を板状薄型に形成した上記構成に加え、電極対
の一方が板状の電極であって、撥水剤を含滲した撥水性
膜を、上記電極対の間で一面を上記板状の電極に密着す
るとともに他面を上記センサー部材に密着して配し、水
分保持力の小さな撥水性膜を介して板状の電極面に浸透
する水分量によって電極対間の電気抵抗を変化させるよ
うにしたので、応答性能を良くするとともに測定誤差を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の電気抵抗式土壌水分センサーを
示す図、第２図は同実施例における蒸発帯のない電気抵抗式土壌
水分センサーを示す図、第３図乃至第６図は実施例におけるセンサーの測定結果
を示す図、第７図は従来の電気抵抗式土壌水分センサーの一例を示
す図である。１・・・板状電極、２・・・網状電極、３・・・センサ
ー部材、４・・・撥水性膜。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水分の吸収と放出とを行うセンサー部材を土壌中
に埋設して該センサー部材内部の電気抵抗を検出するよ
うにした電気抵抗式土壌水分センサーにおいて、前記センサー部材は、微量のシリコン粉末が混合された
ものであることを特徴とする電気抵抗式土壌水分センサ
ー。
（２）水分の吸収と放出とを行うセンサー部材を土壌中
に埋設して該センサー部材内部の電気抵抗を検出するよ
うにした電気抵抗式土壌水分センサーにおいて、前記センサー部材は、微量の活性炭粉末が混合されたも
のであることを特徴とする電気抵抗式土壌水分センサー
。
（３）水分の吸収と放出とを行うセンサー部材を土壌中
に埋設して該センサー素材内部の電気抵抗を検出するよ
うにした電気抵抗式土壌水分センサーにおいて、前記センサー部材は板状薄型に形成され、前記電気抵抗
を検出するための電極対であって少なくとも一方がメッ
シュ状にされた電極対を、上記センサー部材内に対向さ
せて配設してなることを特徴とする電気抵抗式土壌水分
センサー。
（４）水分の吸収と放出とを行うセンサー部材を土壌中
に埋設して該センサー素材内部の電気抵抗を検出するよ
うにした電気抵抗式土壌水分センサーにおいて、前記センサー部材は板状薄型に形成され、前記電気抵抗
を検出するためのメッシュ状と板状の一対の電極対を上
記センサー部材内に対向させて配設し、撥水剤を含滲し
た撥水性膜を、上記電極対の間で一面を上記板状の電極
に密着するとともに他面を上記センサー部材に密着して
配するようにしたことを特徴とする電気抵抗式土壌水分
センサー。