JPH1090253A - 土壌水分検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多孔質の水分吸収体が吸収した土壌水分を、Ｕ
字管内の液体の昇降状態の変化として検知して、土壌の
保水状態を知ることができるようにした、構造簡単で安
価な土壌水分検出器を提供する。 【解決手段】Ｕ字管２の一側２ａに逆Ｕ字管３の一側３
ａを連通させて曲管１を形成する。逆Ｕ字管３の他側３
ｂの下端部３ｃに多孔質の水分吸収体１１を取り付け
る。Ｕ字管２内に液体７を収容する。少なくともＵ字管
２の他側２ｂを透明管部６とする。透明管部分６の先端
に大気に連通する開口端部５を設ける。水分吸収体１１
を土壌Ｓに挿入したときに、水分吸収体１１による土壌
水分Ｗの吸引に伴って水分吸収体１１から逆Ｕ字管３内
に逃げる空気Ａが、逆Ｕ字管３の内部に気圧の変動を生
じさせる。気圧の変動により生じるＵ字管２内の液体７
の水位Ｈ、Ｈａ、Ｈｂの変動を土壌の保水状態の尺度と
して検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は土壌水分検出器に関
し、更に詳細に言えば所望の植物に必要な土壌水分含有
量を簡単に検知することができるようにした、家庭園芸
用の鉢やプランターなどに好適な構造簡単な土壌水分検
出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の育成にとって水分は必須のもので
あるが、水分は多すぎても少なすぎても良好な環境とは
言えない。そこで、植物の植えられている土壌の保水状
態を植物の生育に適した状態に保つことが必要である。
そこで、従来から土壌成分検出器を用いて、土壌の保水
状態を検知することが行われてきた。

【０００３】また、土壌の保水状態を示す尺度として、
土壌水分の吸引圧に相当する水柱の高さの対数であるｐ
Ｆ値を用いている。例えば、ｐＦ値１は湿地、ｐＦ値２
〜３は一般植物に生育地、ｐＦ値４は乾燥地を示すので
あり、従ってｐＦ値は値が大であるほど土壌水分が少な
いことが分かる。

【０００４】従来の土壌水分検出器には、例えば粒子の
直径の異なる複数個の多孔質のセラミックを配置し、さ
らにこれらの複数の多孔質のセラミックにそれぞれ電極
を取付け、これらのセラミックが土壌中で保水したこと
を電気抵抗によって変換し、この電気抵抗値を二次的に
検知するものがあった。

【０００５】その他、土壌水分検出器には、導管の下端
部に多孔質のセラミックカップを備えると共に、導管の
上方に水銀柱を設け、この導管に水を満たしておき、土
壌中に土壌水分検出器を挿入したときに、導管内からセ
ラミックカップを通して土壌中に浸出した水分により導
管内の水分にかかる負圧を水銀柱の高さの変化で捉える
ようにしたテンシオメータがあった。さらに、テンシオ
メータには、上記の水銀の代わりに、前記導管からセラ
ミックカップを経て土壌中に浸出した水分により生ずる
導管内の真空度を測定する真空計を設けて、導管内の気
圧を計り、これを土壌中の水分の状態として検知するも
のもあった。

【０００６】さらに、特定の植物の生育に適した土壌水
分含有量のｐＦ値に設定した多孔質のセラミックを備
え、このセラミックを土壌中に差し込んだとき、多孔質
のセラミックが土壌水分を吸収したか否かを検知し、こ
れを水の有無としてソーラー電池を利用して表示し、水
無しの状態の時を潅水を行う時の目安とするものもあっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の土壌水分検出器のうち、電気抵抗により土壌水
分を検知するようにした検出器は、土壌水分の時系列的
な変化を捉えることはできるが、電気抵抗は土壌中にあ
る電解質の量、温度によって大きく影響されるので、構
造が複雑であった。

【０００８】真空計を設けたテンシオメータは、高価な
真空計を必要とするばかりでなく、常に水を補給をしな
ければならないので取り扱いが面倒であった。また、水
銀柱を用いたテンシオメータは上記の問題に加えて、水
銀使用による問題があった。また、表示部にソーラー電
池などのを用いたものでは、表示部が高価であった。

【０００９】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、多孔質の水分吸収体が吸
収した土壌水分を、Ｕ字管内の液体の昇降状態の変化と
して検知して、土壌の保水状態を知ることができるよう
にした、構造簡単で安価な土壌水分検出器を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る土壌水分検
知器は、前述した技術的課題を解決するために以下のよ
うに構成されている。すなわち、本発明の土壌水分検出
器は、Ｕ字管の一側に逆Ｕ字管の一側を連通させてなる
曲管と、前記逆Ｕ字管の他側の下端部に取り付けられた
多孔質の水分吸収体と、前記Ｕ字管内に収容された液体
とを備え、さらに少なくとも前記Ｕ字管の他側を透明管
部となし、この透明管部分の先端に大気に連通する開口
端部を設け、前記水分吸収体を土壌に挿入したときに、
前記水分吸収体による土壌水分の吸引に伴って前記水分
吸収体から逆Ｕ字管内に逃げる空気が、逆Ｕ字管の内部
に気圧の変動を生じさせ、この気圧の変動により生じる
前記Ｕ字管内の液体の水位の変動を土壌の保水状態の尺
度として検知可能としたことを特徴とする。

【００１１】以下、この発明の重要な構成要素について
更に詳細に説明する。 （曲管）本発明に用いられる曲管は、ガラス、あるいは
合成樹脂などの適宜の材料から構成することが可能であ
り、またＵ字管と逆Ｕ字管を一体に成形することもでき
る。また、曲管は全体が透明であってもよいが、Ｕ字管
のみを透明にしたものでもよい。また、Ｕ字管に目盛を
施すことが好ましい。

【００１２】（水分吸収体）本発明に用いられる多孔質
の水分吸収体には、所望の植物に好適なｐＦ値に設定さ
れた多孔質の水分吸収体を選択して使用するのが好まし
い。また、粒子の直径が小さくて空間体積が大であり、
水分の吸着力、すなわちｐＦ値が大きいものを用いて、
広い範囲の検知を可能にすることができる。また、多孔
質材料には多孔質のセラミックをはじめ、不織布や多孔
質の合成樹脂など適宜の材料を用いることができる。

【００１３】（液体）本発明のＵ字管内に収容された前
記液体は、Ｕ字管内の液体の昇降状態を検知しやすくす
るために、液体は赤、青など適宜の色彩に着色されてい
ることが好ましい。また、液体には水を用いることがで
きる。

【００１４】＜本発明における付加的構成＞本発明の土
壌水分検出器は、さらに、前記透明管部の内径を、曲管
の他部分の内径よりも小さく形成して土壌の保水状態の
検知感度を向上させたことを特徴とする。さらに、前記
多孔質の水分吸収体として、粒子の直径の異なる複数の
多孔質材料を所望の植物に適した土壌水分含有量に応じ
て選択的に使用可能としたことを特徴とする。

【００１５】本発明の土壌水分検出器によると、土壌水
分検出器を土壌に差し込み、多孔質の水分吸収体が植物
の根の近傍の位置まで達すると、土壌水分は前記多孔質
の水分吸収体の孔から毛管力により吸収される。このと
き、水分吸収体の内部に存在した空気は水分に押し出さ
れて逆Ｕ字管３の内部に逃げ出して、逆Ｕ字管３の内部
の気圧を上昇させる。気圧の上昇に伴ってＵ字管２内に
収容された液体は、透明管部の内部を上昇する。この上
昇を土壌の保水状態として検知することができる。水分
吸収体中の水量が減少すると、逆に逆Ｕ字管内の気圧が
次第に大気圧に近づくとともに、前記液体が下降して土
壌水分の減少を示す。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の土壌水分検出器を
図に示される実施形態について更に詳細に説明する。図
１は本発明の第１実施形態にかかる土壌水分検出器の使
用状態を示しており、土壌水分検出器は符号１０で示さ
れている。図２は多孔質の水分吸収体の取り付け部分の
拡大断面を示し、図３は本発明の第２実施形態に係る土
壌水分検出器の使用状態を示し、図４は第２実施形態の
透明管部の断面を示す。図５はＵ字管内の液体の水位の
変動を検知するセンサー部分の拡大断面を示す。

【００１７】（第１実施形態）本発明の実施形態に係る
土壌水分検出器１０は、図１に示すように、Ｕ字管２の
一側２ａを逆Ｕ字管３の一側３ａに連通させることによ
り曲管１を形成する。本実施形態においては、この曲管
１はＵ字管２と逆Ｕ字管３とははじめから一体に成形し
てあり、曲管１の内径はすべて同一である。

【００１８】Ｕ字管２は透明管部分６を有し、その上端
には大気に通じる開口端部５を設けてある。また、Ｕ字
管２には液体７である水が収容されている。この水は適
当な染料により赤色に着色されていて、透明管６から明
確に認識できるようになっている。

【００１９】逆Ｕ字管３の下端部３ｃには多孔質の水分
吸収体１１であるセラミックが取り付けられる。この多
孔質の水分吸収体１１は、粒子１４の直径の異なる複数
の多孔質の水分吸収体を１１を予め用意しておき、その
中から所望の植物の土壌水分含有量を検知できるｐＦ値
に相当する粒子の直径を有するもの、例えばｐＦ値が
１．８のものを選択して用いて、カーネーションの場合
の最適な土壌水分の含有状態を示すことができるように
している。

【００２０】Ｕ字管２の開口端部５と多孔質の水分吸収
体１１とは共に大気に通じているので、水分吸収体１１
が水分を吸収していない状態では、Ｕ字管２内の液体７
の水Ｈａ、Ｈｂは同一の高さを保っている。また、本実
施形態においても、Ｕ字管２の底部から水分吸収体１１
の下端までの長さＬは、鉢やプランターに植えられてい
る植物の根の深さに応じて、１０cm、２０cm、３０cmな
ど適宜の長さのものがある。

【００２１】図１に示すように、水分吸収体１１を土壌
Ｓに挿入すると、図２に示すように水分吸収体１１は土
壌水分Ｗを多数の粒子１４と粒子１４との間に形成され
た多数の細孔Ｐから毛管力により吸引し始める。これに
伴って水分吸収体１１の内部に存在している空気Ａが逆
Ｕ字管３内に逃げて、逆Ｕ字管３の内部の気圧を上昇さ
せる。この気圧の上昇によって液体７が押され、図１に
破線で示すように逆Ｕ字管３側の水位Ｈａは低くなり、
他方の水位Ｈｂは高くなる。

【００２２】このことは、土壌内では保水状態が十分で
あるから、この時点ではカーネーションに潅水をする必
要がないことを示している。逆に乾燥状態になって水分
吸収体１１に水分がなくなると、次第に逆Ｕ字管３内の
気圧が大気圧に近づき、水位ＨａとＨｂが等しくなった
場合は、土壌内の保水状態が不十分であり潅水が必要で
あることを示す。この時点で潅水を行えば水分の不足が
生じない。また、液体の昇降状態を確認しながら潅水を
行えば、過剰な水分の補給をすることも避けられる。水
分吸収体１１を土壌Ｓに挿入しても液体７の水位に全く
変化がない場合は土壌内の保水状態が不十分であるか
ら、直ちに潅水を行うことができる。

【００２３】（第２実施形態）図３は本発明の第２実施
形態に係る土壌水分検出器の使用状態を示しており、土
壌水分検出器は符号１０で示されている。本発明の実施
形態に係る土壌水分検出器１０は、Ｕ字管２の一側２ａ
を逆Ｕ字管３の一側３ａに連通させることにより曲管１
を形成する。本実施形態においては、この曲管１はＵ字
管２と逆Ｕ字管３とを接続管４を介して一体化されてい
る。

【００２４】さらに、逆Ｕ字管３の下端部３ｃには多孔
質の水分吸収体１１が取り付けられる。この多孔質の水
分吸収体１１は多孔質のセラミックで形成されている。
なお、本実施形態では多孔質のセラミックにｐＦ値３．
１のものを用いた。

【００２５】本実施形態では、逆Ｕ字管３の前記下端部
３ｂの外周に短管１２を嵌合すると共に、この短管１２
の内部に水分吸収体１１を装着している。また、この短
管には、種々のｐＦ値の水分吸収体１１を選択的に装着
できるようにしてある。

【００２６】前記Ｕ字管の他側２ｂは、目盛１５及び大
気に連通する開口端部５を設けた透明管部６となってい
る。また、前記Ｕ字管２には液体７が収容されており、
この液体には硫酸銅を溶解して青色に着色した水が用い
られている。また、前記透明管部６の内径ｄは、図２に
示すように曲管１の他の部分の内径Ｄよりも小さく形成
してある。このため、透明管部６内の液体の水位は毛管
力の作用により、常に他方の内径Ｄの側の水位Ｈよりも
高い位置にあり、さらに液体７の昇降距離が拡大されて
検知感度を向上させている。

【００２７】なお、Ｕ字管２の底部から水分吸収体１１
の下端までの長さＬは、第１実施形態と同様に、鉢やプ
ランターに植えられている植物の根の深さに応じて、例
えば１０cm、２０cm、３０cmなど適宜の長さに選定して
いる。

【００２８】図３に示すように水分吸収体１１を土壌Ｓ
に挿入すると、図２に示すように前記水分吸収体１１は
土壌水分Ｗを多数の粒子１４と粒子１４との間に形成さ
れた多数の細孔Ｐから毛管力により吸引し始める。これ
に伴って前記水分吸収体１１の内部に存在している空気
Ａが逆Ｕ字管３内に逃げて、逆Ｕ字管３の内部の気圧を
上昇させる。この気圧の上昇によって前記Ｕ字管２の内
部に収容されている液体７が押し上げられて次第に透明
管部６内の水位が上昇する。例えば、ｐＦ値が２．３に
なったら潅水を要する植物である場合、水位がｐＦ１．
７であれば、まだ潅水する必要がないと判断される。

【００２９】土壌水分が十分ある場合には、水分吸収体
１１は多数の粒子１４と粒子１４との間に形成される多
数の細孔Ｐから毛管力によって土壌水分Ｗを飽和状態に
なるまで吸引し続ける。すると、水分吸収体１１の内部
にある空気が逆Ｕ字管３内に逃れて、逆Ｕ字管３内の気
圧をさらに上昇させる。

【００３０】なお、目盛１５には上記のようにｐＦ値を
示すことができるが、それに代えて例えばｐＦ２．０の
個所にはチューリップ、ｐＦ値が３．７の個所には蘭な
どのように、潅水を要する植物名を示すようにしてもよ
い。

【００３１】逆に、水分吸収体１１中の水量が減少する
につれて、逆Ｕ字管３内の気圧が大気圧に近づいて、透
明管部６の水位は下降していき、やがて、もとの水位に
戻る。本実施形態では、土壌中がｐＦ値３．１以上にな
ったことが目盛１５から読みとれるときは、土壌が完全
な乾燥状態であることを示す。この時点で潅水を行え
ば、水分の不足になることや、過剰な水分の補給をする
ことも避けられる。

【００３２】さらに、図４及び図５に示すように、透明
管部６には透明管部の内部に開口するガラス管８を設
け、その内部に例えば白金、銅などの金属線からなるリ
ード線９を収容して液体７の昇降による土壌水分の状態
を捉えるセンサー２０とすることができる。このセンサ
ー２０は液体に接触して電気信号を発し、この信号に基
づいて図示しないランプ、ブザー、ディジタル表示器等
を作動させ、潅水を要することを示す。さらに、上方に
もう一個所、センサー８ａを設けておき、センサー８の
位置で潅水を始め、液体７が上昇してセンサー８ａに達
したところで、潅水を停止するようにして、潅水の自動
制御を可能にすることもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の土壌水分
検出器によれば、曲管の下端に多孔質の水分吸収体を設
けるだけで、土壌水分の保水状態をＵ字管内の液体の昇
降により直接に検知可能としたので、高価な真空計や有
害な水銀を使用せずに、簡単かつ安価に土壌の保水状態
を検知することができる。この検知結果に基づいて潅水
を直ちに行えば、土壌水分が不足することはなく、ま
た、過剰な水分の補給を避けることもできるから、植物
の水環境を適切に保つことが容易となる。

【００３４】また、電気抵抗により二次的に土壌水分の
状態を検知するというものではないから、電解質による
影響は殆どなく、季節変動による温度の影響や、日中の
温度変化の影響も少なく、正確な土壌水分の状態を安価
に検知することができる。

【００３５】また、テンシオメータのように導管内から
セラミックカップを通して土壌中に水分を滲出させて内
部の水分にかかる負圧を捉えるものではないので、水を
補給する必要がなく、取り扱いが非常に容易である。

【００３６】また、土壌水分が少なくなり、逆Ｕ字管内
の気圧が特定の水分吸収体のｐＦ値を超えると大気圧に
近づくので、季節による温度変化の影響は自動的に補正
され、正確な土壌水分の検知ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である土壌水分検出器の
使用状態を示す部分断面図である。

【図２】多孔質の水分吸収体の取付け部分部分切断面図
である。

【図３】本発明の第２実施形態である土壌水分検出器の
使用状態を示す部分断面図である。

【図４】図３に示される第２実施形態の透明管部の断面
図である。

【図５】液体の水位の変動を検知するセンサーの取付け
状態の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 曲管 ２ Ｕ字管 ２ａ Ｕ字管の一側 ２ｂ Ｕ字管の他側 ３ 逆Ｕ字管 ３ａ 逆Ｕ字管の一側 ３ｂ 逆Ｕ字管の他側 ３ｃ 逆Ｕ字管の下端部 ５ 透明管部の開口端部 ６ 透明管部 ７ 液体 １１ 多孔質の水分吸収体 １４ 粒子 １５ 目盛 Ｄ 曲管の他部分の内径 ｄ 透明管部の内径 Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ 水位 Ｓ 土壌 Ｗ 土壌水分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｕ字管の一側に逆Ｕ字管の一側を連通さ
   せてなる曲管と、前記逆Ｕ字管の他側の下端部に取り付
   けられた多孔質の水分吸収体と、前記Ｕ字管内に収容さ
   れた液体とを備え、さらに少なくとも前記Ｕ字管の他側
   を透明管部となし、この透明管部分の先端に大気に連通
   する開口端部を設け、 前記水分吸収体を土壌に挿入したときに、前記水分吸収
   体による土壌水分の吸引に伴って前記水分吸収体から逆
   Ｕ字管内に逃げる空気が、逆Ｕ字管の内部に気圧の変動
   を生じさせ、この気圧の変動により生じる前記Ｕ字管内
   の液体の水位の変動を土壌の保水状態の尺度として検知
   可能としたことを特徴とする土壌水分検出器。
2. 【請求項２】 前記透明管部の内径を、曲管の他部分の
   内径よりも小さく形成して土壌の保水状態の検知感度を
   向上させたことを特徴とする請求項１に記載の土壌水分
   検出器。
3. 【請求項３】 前記多孔質の水分吸収体として、粒子の
   直径の異なる複数の多孔質材料を所望の植物に適した土
   壌水分含有量に応じて選択的に使用可能としたことを特
   徴とする請求項１に記載の土壌水分検出器。