(57)【要約】【課題】液室の圧力変化を圧力検出手段に伝達する液体通路を液体から発生した気泡により閉塞されないようにした圧力伝達装置を提供する。【解決手段】液室１１の圧力を圧力検出手段３１に伝達する圧力伝達装置３２であって、液室と圧力検出手段とを連通する細管３３と、細管内に全長に亘り設けられ液体から発生した気泡Ａを変形させて細管の内壁面との間に液体Ｗの通路を確保する気泡変形手段３４とを備え、液体通路が液体から発生した気泡により閉塞されないようにしたものである。【選択図】図１
2008026197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液室の圧力を圧力検出手段に伝達する圧力伝達装置であって、
前記液室と前記圧力検出手段とを連通する細管と、
前記細管内に全長に亘り設けられ液体から発生した気泡を変形させて前記細管の内壁面との間に液体通路を確保する気泡変形手段とを備えたことを特徴とする圧力伝達装置。
【請求項２】
前記気泡変形手段は前記細管の内径よりも細い細線を前記細管内に全長に亘り挿通して形成して構成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧力伝達装置。
【請求項３】
前記気泡変形手段は前記細管の内壁面に全長に亘り半径方向内方に突出す突起部を少なくとも１つ形成して構成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧力伝達装置。
【請求項４】
ポーラスカップと、
前記ポーラスカップに一端が接続されるとともに他端が開放したパイプと、
前記パイプ及びポーラスカップ内部を少なくともポーラスカップ内部を含む下部室と当該下部室に隣接した上部室とに画成する分離弁と、前記分離弁の開閉を前記テンシオメータ外部から操作可能とする分離弁開閉機構と、
前記下部室内の圧力を計測する圧力センサと、前記パイプの他端に嵌められて前記パイプ及びポーラスカップ内部を覆う蓋体を備えたテンシオメータにおいて、
前記分離弁を液密に挿通して前記下部室と前記圧力センサとを連通する細管と、前記細管内に全長に亘り設けられ液体から発生した気泡を変形させて前記細管の内壁面との間に液体通路を確保する気泡変形手段からなる圧力伝装置を備えたことを特徴とするテンシオメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液室の圧力を圧力検出手段に伝達するための圧力伝達装置及びこの圧力伝達装置を用いた例えば農園における土壌の水分量を検出するテンシオメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
植物栽培を合理的に進める上で、植物が吸収する土壌中の水分量を知ることは基本的な重要事項であり、昔から様々な方法で土壌水分の計測が行われている。中でも植物栽培にとって最も一般的なのが、図６に示すように、例えば素焼きの瀬戸物など多孔質の物質でできた壷であるポーラスカップ１２０を用いて土壌の水ポテンシャルを求める方法である。この方法の特徴は、土壌中に含まれる水の総量的な体積含有率や重量含水量ではなく、植物の根を通して吸収できる水の量について計測できることである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このテンシオメータ１００の構造は、図６に示すように、２０ｍｍ程度の直径を有するパイプ１１０の一方の端部（下端部）にポーラスカップ１２０が接着されている。また、ポーラスカップ１２０及びパイプ１１０の上部に圧力センサ１３１を予め備えておく。そして、ポーラスカップ１２０及びパイプ１１０の中に水を入れてパイプ１１０の他方の端部（上端部）をゴム栓１１９で閉塞する。次いで、ゴム栓１１９の備わった他方の端部と圧力センサ１３１を地表に残して残りを地中に埋める。また、外部には圧力を表示する表示計１３５を備えて、圧力センサ１３１の計測値をこの表示部から読み取る。
【０００４】
ポーラスカップ１２０の多孔質の構造とポーラスカップ周囲の土壌の細かい隙間によっていわゆる毛細管現象が生じ、土壌が乾燥しているとポーラスカップ外部への水の吸引力が増して吸引力は大きくなり、土壌が湿っているとポーラスカップ外部への水の吸引力は弱くなり水の浸みだしは少なくなる。
【０００５】
このとき、パイプ１１０の中の圧力は、吸引力が大きければ−１気圧近傍まで下がる。この圧力から水のポテンシャルが算出でき、通常はｐＦ（potential freeenergy）の単位で表示される。また、パイプ内の水が少なくなると、ゴム栓１１９を外して人手で水を補給するようにしている。
【０００６】
また、ポーラスカップと、ポーラスカップに一端が接続されるとともに他端が開放したパイプと、パイプ中の圧力を計測する圧力センサと、パイプの他端に嵌められてパイプ及びポーラスカップ内部を密閉状態にする蓋体を備えたテンシオメータの前記パイプ及びポーラスカップ内部を少なくともポーラスカップ内部を含む下部室と、当該下部室に隣接した上部室とに画成する分離弁と、前記分離弁の開閉をテンシオメータ外部から操作可能とする分離弁開閉機構とを備え、圧力センサが下部室内の圧力を計測する構成として、土壌中の水分量をより正確に計測できるようにしたテンシオメータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８６７１１号公報（３−４頁、図１）
【特許文献２】特開２００６−５８２０２号公報（４−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の方法によると、水がポーラスカップ外部へ吸い出されてパイプ内部が負圧になると、水に溶け込んでいた空気が現れてこれに水蒸気が分圧として加わり、気泡が発生してしまう。気泡が発生すると、ポーラスカップ外部に水を吸い出す吸引力とパイプ内部の負圧力及びポーラスカップ外部の大気圧との間で圧力平衡に達するために、発生した気体の体積分だけさらに水がポーラスカップ外部に出てしまう。
【０００８】
このように水がポーラスカップ外部に吸い出された後に降雨や灌漑等で土壌水分量が再び上昇すると、吸引力が減少するため、土壌中の水がパイプ内に逆流して再び圧力平衡に達する。この際、パイプ内の気泡の体積が大きければ大きいほど、ポーラスカップ内部に逆流する水分量も多くなり、平衡に達する時間もかかる。また逆流した水は、空気が溶け込んでいるのでこれが低圧のカップ内で放出されてさらに気泡が大きくなる。テンシオメータの上部は、地上に出ているので、日射や昼夜の地表の気温差で気体が膨張収縮してこの分の水がポーラスカップから出入りする。このようにしていったん気泡ができてしまうと相乗的に気泡が大きくなる特性がある。
【０００９】
さらに、この逆流した水分には肥料などの他の成分が浸みだしており、パイプ内に当初充満していた純粋な水とは浸透圧等が異なり、吸引力に影響を与えてパイプ内部の圧力が土壌の水分量に正確に対応しなくなり、計測値も影響をうけ、ひいては土壌中の水分量の正確な計測ができなくなる。また、ポーラスカップから浸出した水は被測定物である土壌に水を与えることとなり植物の根がポーラスカップに集まってしまうなどの影響も出るおそれがある。
【００１０】
また、特許文献２に開示されているテンシオメータは、圧力センサが下部室に接続されて地下に埋め込まれておりかつこの圧力センサがゲージ圧（大気との圧力差）測定用であるために背圧開放が必要である。このために配圧開放用の管を地下の圧力センサから地上まで引き上げる必要があり、この管を通して湿度が高い地上の空気が湿度の低い地下部に伝わると冷却されて結露を生じ、圧力センサの測定精度に影響するおそれがある。
【００１１】
また、地下の圧力センサと地上の表示計とを接続する電線の絶縁性を高くすることが必要でありコスト的に不利であると共に、電線の表示計側に接続されている端末の被覆部と芯線との間の僅かな隙間を通して電線内に外気が入り込み上述と同様に圧力センサに不具合をもたらすおそれがある。また、圧力センサを地下に埋め込むためにテンシオメータの設置作業がし難い等の不具合もある。
【００１２】
本発明の目的は、液室の圧力変化を圧力検出手段に伝達する液体通路を液体から発生した気泡により閉塞されないようにした圧力伝達装置及びこの圧力伝達装置を適用して土壌中の水分量をより正確に計測することができると共に取扱いが容易なテンシオメータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明に係る圧力伝達装置は、液室の圧力を圧力検出手段に伝達する圧力伝達装置であって、前記液室と前記圧力検出手段とを連通する細管と、前記細管内に全長に亘り設けられ液体から発生した気泡を変形させて前記細管の内壁面との間に液体通路を確保する気泡変形手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
液室から圧力検出手段に圧力を伝達する液体通路を細管として無駄な容積を小さくしかつこの細管内に設けた気泡変形手段により液体から発生した気泡と水の境界面を変形させて細管の内壁面との間に液体の通路を確保する。これにより、細管内における気泡に起因する圧力伝達の不具合や応答速度の低下を抑える。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載の圧力伝達装置は、請求項１に記載の圧力伝達装置において、前記気泡変形手段は前記細管の内径よりも細い細線を前記細管内に全長に亘り挿通して形成して構成されることを特徴としている。
【００１６】
細管内に当該細管よりも線形の細い細線を全長に亘り遊貫させ、細線により気泡と液体との境界面を変形させる、即ち細線と細管の内壁面の一部との間に気泡形成させて細線と細管の内壁面の残部との間に液体の通路を確保する。
【００１７】
また、本発明の請求項３に記載の圧力伝達装置は、請求項１に記載の圧力伝達装置において、前記気泡変形手段は前記細管の内壁面に全長に亘り半径方向内方に突出す突起部を少なくとも１つ形成して構成されることを特徴としている。
【００１８】
細管の内壁面に半径方向内方に向けて全長に亘り形成した少なくとも１つの突起部により気泡と液体との境界面を変形させる、即ち突起部と細管の内壁面の一部との間に気泡形成させ、突起部と細管の内壁面の残部との間に液体の通路を確保する。
【００１９】
また、本発明の請求項４に記載のテンシオメータは、ポーラスカップと、前記ポーラスカップに一端が接続されるとともに他端が開放したパイプと、前記パイプ及びポーラスカップ内部を少なくともポーラスカップ内部を含む下部室と当該下部室に隣接した上部室とに画成する分離弁と、前記分離弁の開閉を前記テンシオメータ外部から操作可能とする分離弁開閉機構と、前記下部室内の圧力を計測する圧力センサと、前記パイプの他端に嵌められて前記パイプ及びポーラスカップ内部を覆う蓋体を備えたテンシオメータにおいて、
前記分離弁を液密に挿通して前記下部室と前記圧力センサとを連通する細管と、前記細管内に全長に亘り設けられ液体から発生した気泡を変形させて前記細管の内壁面との間に液体通路を確保する気泡変形手段からなる圧力伝装置を備えたことを特徴としている。
【００２０】
テンシオメータのパイプ内を少なくともポーラスカップ内部を含む下部室と当該下部室に隣接した上部室とに分離し、レバー操作によって簡単に下部室内をできるだけ気泡の少ない状態で運転し、ポーラスカップから土壌への水の出入りを少なくすることが出来る。そして、ポーラスカップ内部と圧力センサとを細管で連通し細管内に設けた気泡変形手段により液体から発生した気泡を変形させて細管の内壁面との間に液体通路を確保する。これにより、ポーラスカップから圧力センサに圧力を伝達する液体通路の無駄な容積を小さくしかつ細管内における気泡に起因する圧力伝達の不具合や応答速度の低下を抑える。このような構成とすることで、土壌の状態を常に正確に迅速に判断することができるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の圧力伝達装置によると、液室から圧力検出手段に圧力を伝達する液体通路を細管として無駄な容積を小さくし、かつこの細管内に設けた気泡変形手段により液体から発生した気泡と水の境界面を変形させて細管の内壁面との間に液体通路を確保する。これにより、細管内における気泡に起因する圧力伝達の不具合や応答速度の低下を抑えることが可能となる。
【００２２】
また、細管内に細線を全長に亘り遊貫させて、又は細管の内壁面に全長に亘り半径方向内方に突出す突起部を少なくとも１つ形成して気泡変形手段を形成することで簡単な構成で細管内に液体の通路を確保することができる。
【００２３】
また、本発明のテンシオメータによると、気泡が発生しやすい負圧の水圧の伝達を容易に行うことが可能となり、加工の簡単なテンシオメータを提供することができる。また、ポーラスカップで発生した気泡を早めに取り除くことができ、ポーラスカップからの水の出入りを小さくして測定の応答時間を早め、地表の日射や温度の影響をできるだけ小さくし、被測定土壌への影響を少なくし、使用する水の補給量を少なくすることが出来る。
【００２４】
また、圧力センサを地上に配置することができ、ゲージ圧（大気との圧力差）を測定するための背圧開放用の管が不要となるために圧力センサが不要に結露することがなくなり測定精度への悪影響を防止することができると共に、部品点数の低減及びコストの低減を図ることが可能となる。
【００２５】
また、圧力センサを地上に配置することにより圧力センサと表示計とを接続する電線も通常のものを使用することができ、コスト的にも有利であると共にテンシオメータの設置作業が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る圧力伝達装置を適用したテンシオメータの一実施形態について図面に基づいて説明する。図１に示すようにテンシオメータ１は、パイプ１０と、パイプ１０の下端部１０ａに設けられたポーラスカップ２０と、パイプ１０の上端部１０ｃを覆う栓１９と、パイプ１０の周壁部の上端近傍の外壁面に設けられた圧力センサ３１と、パイプ１０の内部のポーラスカップ２０の上方略中央位置に設けられた分離弁４０と、分離弁４０からパイプ１０の上部に至り当該上部からパイプ１０の外方に延在した分離弁開閉レバー５０と、パイプ１０の分離弁４０の下方の内部と圧力センサ３１とを接続する圧力伝達装置３２と、圧力センサ３１と接続された表示計３５とを備えている。
【００２７】
パイプ１０は、例えば直径約１８Φで長さが約５００ｍｍ程度の塩ビ管からなり、上述したように下端部１０ａがポーラスカップ２０との接続部をなし、周壁部の上端近傍位置に圧力伝達装置３２を取り付けるための小孔１０ｂが形成され、外壁面に小孔１０ｂと対応して圧力センサ３１が取り付けられるようになっている。また、パイプ１０内部のポーラスカップ２０の上方略中央位置には分離弁４０を着座させるための段部１５がパイプ１０の内周方向全周に亘り環状に形成されている。
【００２８】
パイプ１０の下端部１０ａに備わったポーラスカップ２０は、上述したポーラスカップ１２０と同様に例えば素焼きの瀬戸物など多孔質の物質でできた壷からなり、ポーラスカップ内部の水がポーラスカップ２０の多孔質の孔とポーラスカップ周囲の土壌の細かい隙間を介していわゆる毛細管現象により土壌中に吸い出されるようになっている。
【００２９】
また、パイプ１０の上端部１０ｃは、雨水やゴミ等が入らずかつ上部を大気に開放する開口部を例えば側部等の所定位置に有する栓１９で覆うようになっており、パイプ１０の上端部１０ｃから水を注入しポーラスカップ２０及びパイプ１０に注入された水を内部に雨水やごみが入らない状態で溜めるようになっている。
【００３０】
また、パイプ１０とポーラスカップ２０とで形成される空間は、後述する分離弁４０を介してポーラスカップ２０の内部を含む下部室１１と該下部室１１より上方に位置する上部室１２に画成され、分離弁４０を介してこの夫々の空間に別々に水を溜めることができるようになっている。
【００３１】
圧力センサ３１は、分離弁４０によって画成されたポーラスカップ２０の内部を含む下部室１１内の圧力（水圧）を計測するためのもので、下部室１１内に水が充満していても圧力計測できるとともに、この水がポーラスカップ２０より土壌中に吸い出されて水に溶けた空気や水蒸気が下部室１１に現れて下部室１１に空気や水蒸気が混在する場合の圧力も計測できるようになっている。そして、圧力センサ３１は、地表の適宜位置に設置された表示計３５に電線を介して圧力データを送るようになっている。
【００３２】
一方、パイプ１０の上部には牽引ロープ導出部１８が備えられ、パイプ１０から一定距離離間して設けられた分離弁開閉レバー５０から延在した牽引ロープ導出部１８を介してパイプ内部に導入され、後述する分離弁４０の一部に接続されている。そして、分離弁開閉レバー５０を操作することによって、牽引ロープ５１をパイプ１０の内部から若干導出したりパイプ１０の内部に導入したりすることができ、これによって分離弁４０を開閉操作可能としている。
【００３３】
分離弁４０は、図２に詳細に示すように、第１の分離弁４１と、第１の分離弁４１を一部囲うように配置された第２の分離弁４２とを備えている。そして、第１の分離弁４１はニードル状をなし、略中央部分に拡径された弁体４１ａを備えるとともに、一端部（下端部）に圧縮バネ４４の着座部４１ｂを備えている。また、第１の分離弁４１の他端部（上端部）近傍には引っ張りバネ４３の一方の端部が固定され、当該引っ張りバネ４３は、第１の分離弁４１に巻回されてその他端部が第１の分離弁４１の他端部より下方に位置するパイプ１０の内壁面に形成された固定部１７に固定されている。また、第１の分離弁４１の他端部（上端部）には上述した分離弁開閉レバー５０から延在する牽引ロープ５１の一端が接続されている。
【００３４】
また、第２の分離弁４２は第１の分離弁４１の弁体４１ａを内部に収容可能な筒体をなし、第２の分離弁４２の下端部には縮径されて第１の分離弁４１を着座させる着座部４２ａが形成されている。また、第２の分離弁４２の着座部４２ａ及び下端部外周部縁近傍には例えばゴムでできたＯ−リング４８，４９が備わっており、分離弁閉止状態で上部室１２から下部室１１に水が流入しないようになっている。また、第２の分離弁４２の下端面と第１の分離弁４１の着座部４１ｂとの間には圧縮バネ４４が介在されている。
【００３５】
なお、引っ張りバネ４３と圧縮バネ４４は、下部室１１が負圧となっている際、牽引ロープ５１によって第１の分離弁４１が上方に引っ張られたときに、最初に引っ張りバネ４３が伸びて第１の分離弁４１のみが上方に移動し、これによって下部室１１に水が流入して下部室１１内の圧力が上昇して第２の分離弁４２に下部室１１からの負圧力が作用しなくなり、圧縮バネ４４で付勢された第２の分離弁４２がその後に上方に移動するように各バネ定数が設定されている。
【００３６】
図２に示すように圧力伝達装置３２は、細管３３とこの細管３３内に挿通された細線３４からなる。細管３３は、下部室１１内の圧力（水圧）を圧力センサ３１に伝達するためのもので毛細管現象が認められる程度の細管（毛細管）とされ、内径が例えば略０.５ｍｍ程度とされている。このように細くすることで無駄な容積を小さくしかつ液体から発生する気泡や気泡溜りによる応答速度の低下を抑えるようにしている。この細管３３は、或る程度の可撓性を有する合成樹脂部材により形成されている。
【００３７】
細線３４は、下部室１１内の液体から発生して細管３３内に入り込んだ気泡又は細管３３内の液体から発生した気泡と細管３３内の水の境界面を変形させて細管３３の内壁面と気泡との間に水（液体）の通路を確保するためのもので、細管３３内に全長に亘り遊貫されている。細線３４の外径は、細管３３の内径よりも細い例えば外径が０.２ｍｍ程度の可撓性を有する金属線とされている。なお、細線３４は、金属線に限るものではなく可撓性を有する合成樹脂製の細線を使用しても良い。
【００３８】
そして、細管３３は、下端部（一側端部）３３ａがニードル状の分離弁４１の軸部４１ｃの軸心に貫通形成された小孔４１ｄ内に液密に挿通されて固定され、着座部４１ｂの下端面から下部室１１内に適宜の長さ突出している。なお、細管３３の下端部３３ａは、着座部４１ｂの下端面から下部室１１内に必ずしも突出させなくても良く、着座部４１ｂの下端面と面一であっても良い。また、細管３３の上端部（他側端部）３３ｂは、パイプ１０の上端近傍位置に形成された小孔１０ｂに液密に嵌挿されて固定されている。細管３３及び細線３４は、可撓性を有することで後述するように分離弁４０の開閉（上下方向の移動）に伴い彎曲可能とされている。
【００３９】
圧力センサ３１は、パイプ１０の上端部１０ｃ近傍外周面に小孔１０ｂと対向して設けられており、その圧力検出部が細管３３の上端部３３ｂに接続されている。なお、パイプ１０の小孔１０ｂを牽引ロープ導出部１８の近傍に形成して圧力センサ３１を牽引ロープ導出部１８に取り付けるようにしても良い。
【００４０】
続いて、かかるテンシオメータ１の実際の使用方法について説明する。最初に、図１に示すようにテンシオメータ１のパイプ１０の下部及びポーラスカップ２０を土壌中の例えば植物の根がはった深さまで達するようにポーラスカップ２０を下端部にして垂直に埋める。すなわち、ポーラスカップ２０が根の活動範囲に合わせて地表から１０ｃｍから４０ｃｍ程度の深さになるようにパイプ１０を埋め込む。テンシオメータ１の上部は、地表から突出されており、パイプ１０の上端近傍位置に取付けられた圧力センサ３１が地表から僅かに上方に位置している。また、パイプ１０は、栓１９を外して水を流入させることが可能とされている。また、分離弁開閉レバー５０を地上の適所に配置するとともに表示計３５を地表の適所に配置する。
【００４１】
次いで、栓１９を外してパイプ１０の上端から水を流し込む。この際、分離弁開閉レバー５０を操作して分離弁４０を開き、水を上部室１２のみならず下部室１１にも流入させる。なお、テンシオメータ１を土壌に埋めた直後は下部室１１が大気圧となったままであり、第２の分離弁４２には負圧が作用していないので、分離弁開閉レバー５０を操作することで第１の分離弁４１と第２の分離弁４２をともに同時に引き上げて分離弁４０を素早く広く開けるので、水を下部室１１及び上部室１２に効率的に流入させることができる。次いで、テンシオメータ１の内部に水を一杯に溜めた後、パイプ１０の上端部１０ｃに栓１９を被せる。
【００４２】
このようにして土壌中に埋められたテンシオメータ１のポーラスカップ２０からは、ポーラスカップ２０の周囲の土壌の乾き具合いに応じて水が土壌中に吸い出され、下部室１１内の水位が低下するとともに、下部室１１内の水に溶け込んだ空気及び水蒸気が現れて気泡が生じ、やがては下部室１１の上部に空気が溜まる。このようにパイプ１０内の下部室１１に溜まった水はポーラスカップ２０を通して土壌中に吸い出され、下部室１１内が負圧となって水が吸い出される際の抗力となり、吸い出し力と負圧による抗力とバランスしたところで安定する。なお、土壌が乾燥していれば吸い出し力も強くなるので、下部室１１内の負圧も大きくなる。
【００４３】
下部室１１内の水圧（負圧）は、圧力伝達装置３２の細管３３を通して圧力センサ３１に伝達され、その圧力値を表示計３５によって読み取ることで土壌中の水分量を把握する。この下部室１１内の圧力の大きさは土壌が乾燥していると、殆どマイナス１気圧近くにまでなる。なお、この装置は、引っ張る力、即ち張力を計るのでテンシオメータと呼ばれる。
【００４４】
テンシオメータ１は、テンシオメータ外部に分離弁４０を介して下部室１１と上部室１２とに画成していることで、ポーラスカップ２０に満たされた水を収容する下部室１１の容積が小さくなる。従って、この空間内の水がポーラスカップ２０の外部に吸い出されて下部室１１が負圧になった際にポーラスカップ内部の水から発生する気泡の量が少なくて済む。そのため、以下のような特有の作用を生じさせることができる。
【００４５】
具体的には、水が吸い出されてパイプ１０の中が負圧になると、予めパイプ１０に入れた水の中に溶け込んでいた空気が現れるとともに、水が蒸発して水蒸気となり、分圧としてこれに加わって下部室内に気泡が発生する。圧力平衡に達するために水が外に出ていき、相当量の水が吸い出されて最後に圧力平衡に達する。テンシオメータ１は、負圧になる下部室１１の容積が従来のテンシオメータに比べて小さいので、テンシオメータ内に発生する気泡が小さくて済む。すなわち、分離弁４０が閉止した状態では下部室１１は小さな容積を備えた密閉空間となる。下部室１１はこのように容積が小さいため、最初に水に溶け込んだ空気が発生する量を減少させることができ、水蒸気の体積も減少させることができる。
【００４６】
なお、ポーラスカップ２０は地中で大気圧の気層とも接しているので、ここから空気が少しずつ溶け込み、ポーラスカップ内に移動して、内部の負圧状態により空気を再放出する。
【００４７】
一方、溜水や降雨などで土壌水分量が上昇するとポーラスカップ２０から土壌中への吸引力が減少するので、土壌中の水が下部室１１内に逆流して圧力平衡となる。しかしながら、下部室１１内の気泡の体積が上述したように小さいので、この体積に見合う逆流する水の量も小さくて済む。従って、このように逆流した水は、肥料など他の成分も溶け込んでいるが、水自体が少量であるのでポーラスカップ２０から土壌に向かう吸引力に影響を与えることは少ない。
【００４８】
テンシオメータ１のパイプ１０の上端部１０ｃは、地表に突出しているので従来のテンシオメータ１００では日射や地表の温度でパイプ上部が加熱されてパイプ内部の気体が膨張し、この体積に相当する水がポーラスカップ２０を介して更に地中に吸い出される。そして、夜間になって地表部の気温が低下すると、パイプ内部の空気も冷やされるので体積は減少し、パイプ内部の圧力が低下するので、ポーラスカップ周辺の土壌中の水が、外部から再び逆流入していた。
【００４９】
しかしながら、テンシオメータ１は、下部室１１が地中にあるため、日射や地表の温度の影響を受けず、気体の体積変化も抑えることができる。これにより、地表の温度変化に伴う下部室１１内に発生した気泡の膨張や収縮を抑えることができ、これに伴うポーラスカップ２０から土壌への水の出入りも最小限に抑えることができる。
【００５０】
以上のような理由で、ポーラスカップ２０から土壌への水の出入りを少なくすることができ、パイプ内の水の消費量を抑え、応答時間を低下させなくて済む。これに伴って、外部に流出した水のためにテンシオメータ周囲の土壌から構成される被測定系にも影響を与えることがなくなり、例えば図６に示した従来例のテンシオメータ１００を用いた場合のような植物の根がポーラスカップ周辺に集まるような不具合を軽減できる。
【００５１】
下部室１１内の水圧（負圧）は、細管３３内を通して圧力センサ３１に導かれる。このとき下部室１１内の水及び又は細管３３内の水から発生した気泡により当該細管３３が閉塞されて下部室１１内の水が圧力センサ３１まで流れなくなる、即ち圧力センサ３１に伝達されなくなるおそれがある。しかしながら、細管３３は、細線３４が遊貫されていることでこの気泡による閉塞が防止される。
【００５２】
即ち図３及び図４に示すように細管３３内の気泡Ａは、細線３４により気泡と水の境界面が変形されて細線３４と細管３３の内壁面の一部３３ｃとの間に形成される。そして、細線３４と細管３３の内壁面の残部３３ｄとの間に水Ｗの通路が確保される。細線３４は、細管３３の全長に亘り遊貫されており、従って、細管３３の何れの部位において気泡Ａが発生した場合でも下部室１１から圧力センサ３１への水の伝達が確保される。これにより、テンシオメータ１を常時正常に作動させることが可能となる。
【００５３】
また、テンシオメータ内の下部室１１の水が少なくなった場合、以下に説明するようにウオーターハンマによる悪影響を圧力センサ３１に与えることなく水を簡単に補給することができる。以下、この水の補給について説明する。
【００５４】
まず、ポーラスカップ２０からある程度の水が周囲の土壌中に吸い出された後に、下部室１１の上部に貯まった空気を分離弁４０を操作することによってテンシオメータ１の上部に移動させる。具体的には、分離弁開閉レバー５０を操作することによって、図３に示すように、分離弁４０の第１の弁体４１を引っ張りバネ４３の引っ張り力に抗して上方に移動させる。なお、この際、第２の分離弁４２はその下端面が下部室１１内の負圧によって下方に引っ張られているため、第１の分離弁４１と第２の分離弁４２との間に備わった圧縮バネ４４の付勢力によっても第２の分離弁４２が上方にすぐに移動することはない。
【００５５】
そして、第１の分離弁４１が上方に移動して第２の分離弁４２との間で隙間が生じることによって、上部室１２内の水が少量ずつ下部室内に流入する。これによって、下部室内の水位が上昇するとともに、下部室内の負圧が徐々に小さくなっていき、やがては第２の分離弁４２が負圧によって下部室方向に引っ張られなくなり、第２の分離弁４２も圧縮バネ４４の付勢力によって上方に移動する。このようにして第２の分離弁４２も開放することで、下部室１１に上部室１２から先ほどより多い量の水が流入して下部室１１を素早く水で満たすことができる。
【００５６】
このように上部室１２から下部室１１までの水の流入量を最初が少なく後に多くすることによって、圧力センサ３１がいわゆるウオーターハンマ現象により破損するのを防止する。また、圧力伝達装置３２の細管３３及び細線３４は、可撓性を有していることで分離弁４１，４２の開閉（上下動）に応じて容易に変形（彎曲）可能であり、何ら問題はない。
【００５７】
なお、上述の実施形態においては、分離弁４０を第１の分離弁４１と第２の分離弁４２とに分けて構成し、上部室１２から下部室１１への水の流入量を変えることによって、ウオーターハンマ現象をなくして圧力センサ３１の保護を図ったが、圧力センサ３１の破損の心配がなければ、このように分離弁４０を第１の分離弁４１と第２の分離弁４２に分けて構成する必要はない。
【００５８】
また、パイプ１０の上端部１０ｃに嵌め込む栓１９はゴム栓に限らず密封性が確保されればどのような蓋体であっても良い。また、パイプ１０の径及び長さ並びに材質は上述した実施形態に必ずしも限定されるものではない。同様に、分離弁４０の材質についても金属や樹脂などさまざまな材質が考えられる。
【００５９】
また、分離弁４０の開閉は、分離弁開閉レバー５０及び牽引ロープ５１を介して行うようにしたが、例えば気泡の発生を検知する光学センサなどを下部室１１の気泡が発生し易い位置に取付け、光学センサによって気泡の発生を検知したときに分離弁４０をモータ等により電気的に開閉するようにしても良い。
【００６０】
以上説明したように、分離弁４０が閉止すると、下部室１１は小さな容積の密閉空間となる。下部室１１の容積は全体から切り離されて小さいので、最初にとけ込んだ空気が発生する量を減少し、これに応じて分圧で加わる水蒸気の体積も減少させることができる。また、下部室１１は地中にあり、日射や地表の温度の影響を受けず温度が一定しているので、気体の体積変化も抑えられる。これによって、ポーラスカップ２０とその周囲の土壌との間での余分な水の出入りを極力抑えることができ、パイプ内の水の消費量を抑え、応答時間を低下させなくて済む。これに伴って、外部に流出した水のためにテンシオメータ周囲の土壌から構成される被測定系にも影響を与えることがなくなる。
【００６１】
また、本実施形態にかかるテンシオメータ１によれば、牽引ロープ５１に繋がった分離弁開閉レバー５０を引くだけで下部室１１に貯まった空気の全てを短時間で抜き、水を下部室１１に満たすことができる。従って、従来のように水の容器を毎回持ち歩いて補給することに比べてテンシオメータの管理上遥かに簡便となる。なお、水の補給を頻繁に行えば、空気が溶けた水の流入量も少なくでき、分離弁を再び閉止した後のテンシオメータ自体の応答性も向上する。
【００６２】
なお、パイプ１０の上部室１２内の水が無くなった場合は、栓１９を開けて補給しなければならないが、このとき下部室１１の圧力は変化しないので、圧力センサ３１の出力特性の不必要な変化を生じさせずに済む。
【００６３】
図５は、圧力伝達装置３２の変形例を示し、図２に示した細管３３内に細線３４を遊貫する代わりに細管３７の内壁面に周方向に沿い半径方向内方に突出しかつ長手方向に沿って全長に亘り突起部３７ａを複数、例えば５本形成したものである。このように内壁面に突起部３７ａを形成することで細管３７内の気泡と水との境界面が変形されて水の通路が確保される。即ち細管３７内の気泡Ａは、図示のように各突起部３７ａと接するように同心的に形成されることとなり、細管３７が閉塞されることが防止される。これにより、水Ｗの通路が確保される。なお、突起部３７ａの先端部は、尖っている方が気泡との接触面積を小さくすることができ好ましい。また、気泡Ａは、図５に示すように全ての突起部３７ａに接して同心円状に形成され隣り合う突起部３７ａ間の溝内に液体の通路が形成される場合の他、例えば隣り合う突起部３７ａ間の溝内に形成され残りの部分に液体の通路が形成される場合等種々の形態が考えられるが、何れの場合においても細管３７が気泡Ａにより完全に閉塞されることはなく、液体の通路が確保される。
【００６４】
尚、突起部３７ａは、複数形成したがこれに限るものではなく少なくとも１本形成すれば良い。また、細管３７の通路の断面形状は、図５に示す花びらのような形状の代わりに他の形状、例えば星形のような形状としても良い。更に、分離弁４０は、図２に示すような構造としたがこれに限るものではなく同等の作用効果を有するものであればより簡単な構造であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるテンシオメータを土壌中に埋め込んだ状態で示す断面図である。
【図２】図１に示したテンシオメータの分離弁の部分であって分離弁が閉止した状態及び圧力伝達装置の一部を拡大して示した断面図である。
【図３】図２に示した圧力伝達装置において気泡を変形させて水の通路を確保する場合の説明図である。
【図４】図３に示した圧力伝達装置の矢線IV−IVに沿う断面図である。
【図５】図２に示した圧力伝達装置の変形例を示す断面図である。
【図６】従来のテンシオメータを土壌中に埋め込んだ状態で示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    テンシオメータ
１０    パイプ
１０ａ    下端部
１０ｂ    孔部
１０ｃ    上端部
１１    下部室
１２    上部室
１５    段部
１７    固定部
１８    牽引ロープ導出部
１９    栓
２０    ポーラスカップ
３１    圧力センサ
３２    圧力伝達装置
３３    細管（毛細管）
３３ａ    下端部
３３ｂ    上端部
３３ｃ    内壁面の一部
３３ｄ    内壁面の残部
３４    細線
３５    表示計
３７    細管
３７ａ    突起部
４０    分離弁
４１    第１の分離弁
４１ａ    弁体
４１ｂ    着座部
４１ｃ    軸部
４１ｄ    小孔
４２    第２の分離弁
４２ａ    着座部
４３    引っ張りバネ
４４    圧縮バネ
４８，４９    Ｏ−リング
５０    分離弁開閉レバー
５１    牽引ロープ
１００    テンシオメータ
１１０    パイプ
１１９    ゴム栓
１２０    ポーラスカップ
１３１    圧力センサ
１３５    表示計
Ａ    気泡
Ｗ    水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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