JP2012047588A - Digital soil physical property measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然状態における構造を保持したままの土壌試料を用いて、土壌の三相構造に係る物理量の計測をデジタルに変換して計測データを収集する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for collecting measurement data by converting a measurement of a physical quantity related to a three-phase structure of soil into digital using a soil sample that retains a structure in a natural state.
土壌は、固相、液相および気相を構成成分とする三相系物質である。固相とは鉱物を主とする無機質と有機質から成り、液相および気相はそれぞれ土壌水分および土壌空気により構成されている。この固相・液相・気相のそれぞれが占める容積割合が土壌の三相分布である。土壌の肥沃度や作物の生育には、この土壌三相の適正な関係が決め手となり、三相分布状態を知ることが土壌診断の基本となっている。 Soil is a three-phase material composed of a solid phase, a liquid phase and a gas phase. The solid phase is composed of minerals and minerals, mainly minerals, and the liquid phase and gas phase are composed of soil moisture and soil air, respectively. The volume ratio occupied by each of the solid phase, liquid phase, and gas phase is the three-phase distribution of the soil. The proper relationship between the three phases of soil is the decisive factor in soil fertility and crop growth, and knowing the three-phase distribution is fundamental to soil diagnosis.
自然状態における構造を保持したままの土壌試料の計測法として実容積計測法が用いられている。土壌の全容積と土壌三相の固相・液相・気相それぞれの容積は次の式に表わすことができる。 The actual volume measurement method is used as a method for measuring soil samples while maintaining the structure in the natural state. The total volume of the soil and the volume of each of the three phases of the solid phase, liquid phase, and gas phase can be expressed by the following equations.
Ｖｔ＝Ｖｓ＋Ｖｌ＋Ｖａ（Ｖｔ＝全容積、Ｖｓ＝固相、Ｖｌ＝液相、Ｖａ＝気相） Vt = Vs + Vl + Va (Vt = total volume, Vs = solid phase, Vl = liquid phase, Va = gas phase)
実容積計測法を用いて計測される実容積は土壌の固相容積と液相（水分）容積との和の容積量であり次の式に表わすことができる。 The actual volume measured using the actual volume measuring method is the sum of the solid phase volume and the liquid phase (water) volume of the soil, and can be expressed by the following equation.
Ｖ＝Ｖｓ＋Ｖｌ ＝Ｖｔ−Ｖａ（Ｖ＝実容積、Ｖｓ＝固相、Ｖｌ＝液相、Ｖｔ＝全容積、Ｖａ＝気相） V = Vs + Vl = Vt−Va (V = actual volume, Vs = solid phase, Vl = liquid phase, Vt = total volume, Va = gas phase)
また、このとき、土壌の全重量と、土壌の三相の固相重量、液相（水分）重量、気相重量の関係は次の式に表わすことができる。 At this time, the relationship between the total weight of the soil, the three-phase solid phase weight, the liquid phase (water) weight, and the vapor phase weight of the soil can be expressed by the following equation.
Ｗ＝Ｓ＋Ｍ＋Ａｗ（Ｗ＝全重量、Ｓ＝固相重量、Ｍ＝液相（水分）重量、Ａｗ＝気相重量） W = S + M + Aw (W = total weight, S = solid phase weight, M = liquid phase (water) weight, Aw = gas phase weight)
しかし、気相重量Ａｗは通常０とみなされるので、全重量は固相重量と液相（水分）重量との和となり次の式に表わすことができる。 However, since the gas phase weight Aw is normally regarded as 0, the total weight is the sum of the solid phase weight and the liquid phase (water) weight and can be expressed by the following equation.
Ｗ＝Ｓ＋Ｍ（Ｗ＝全重量、Ｓ＝固相重量、Ｍ＝液相（水分重量）） W = S + M (W = total weight, S = solid phase weight, M = liquid phase (moisture weight))
実容積計測法では、計測する土壌の全重量と、実容積の計測を終えた試料を乾熱させて水分を除去し、それによって失われる重量を液相（水分）重量とする。このとき土壌水分の密度は１ｇ／ｃｍ３とし、土壌液相（水分）重量と液相（水分）容積とは等しい数値をもつとしている。したがって、土壌の固相容積は、実容積から液相（水分）容積を減じた容積量となり次の式に表わすことができる。 In the actual volume measurement method, the total weight of the soil to be measured and the sample for which the actual volume has been measured are dry-heated to remove moisture, and the weight lost thereby is defined as the liquid phase (moisture) weight. At this time, the density of the soil water is 1 g / cm 3, and the soil liquid phase (water) weight and the liquid phase (water) volume have the same numerical value. Therefore, the solid phase volume of the soil is a volume amount obtained by subtracting the liquid phase (water) volume from the actual volume and can be expressed by the following equation.
Ｖｓ＝Ｖ−Ｍ（Ｖｓ＝固相容積、Ｖ＝実容積、Ｖｌ＝液相（水分）容積 Vs = VM (Vs = solid volume, V = actual volume, Vl = liquid phase (water) volume
つまり実容積計測法では、容量が既知の土壌採取容器で採取した土壌の実容積を計測すると、気相容積が求められる。そして、実容積の計測を終えた試料を乾熱させて水分を除去することで、固相容積と液相（水分）容積をもとめるこができる。 That is, in the actual volume measurement method, when the actual volume of the soil collected in a soil collection container with a known capacity is measured, the gas phase volume is obtained. Then, the solid phase volume and the liquid phase (moisture) volume can be obtained by drying the sample after the measurement of the actual volume to remove the moisture.
従来、土壌の三相（固相・液相・気相）それぞれの容積を計測しようとするときに、自然状態における土壌構造を保持したままの土壌試料の採取方法と、実容積を計測する計測方法が確立され広く用いられている。一般に農耕土壌の採取は１００ｍｌの金属製の円筒容器を用いて行われている。これは農業機械化研究所の考案に基づくもので、全容積１００ｍｌの大きさの容器を採用することは採取した土壌をそのまま実容積計測に用いることができるなど有利な点が多いからである。 Conventionally, when measuring the volume of each of the three phases of the soil (solid phase, liquid phase, gas phase), a method of collecting a soil sample while maintaining the soil structure in the natural state, and measuring to measure the actual volume Methods are established and widely used. Generally, agricultural soil is collected using a 100 ml metal cylindrical container. This is based on the idea of the National Institute of Agricultural Mechanics, and adopting a container with a total volume of 100 ml is advantageous in that the collected soil can be used for actual volume measurement as it is.
ボイル−シャルル（Ｂｏｙｌｅ−Ｃｈａｒｅｌｅｓ）の法則によれば、温度が一定の場合にひとつの空気系統において容積変化を生じたときに、それにともなう圧力変化について次の数式が成り立つ。
この式は、はじめの圧力を一定（例えば大気圧）にし、さらに圧力変化量を一定にすれば、空気容積と容積変化量とが比例関係にあることを示している。土壌の実容積を求める計測器は、この原理を利用してはじめの圧力を一定にして、特定の目標圧力まで圧縮するときの容積変化量から実容積を求める方法を採用している。この実容積計測器は、土壌試料を密閉容器に入れてから、エアーシリンダーを用いて目標圧力に達するまで圧縮操作をする。そのときのエアーシリンダーのピストン移動量から容積変化量を求めて実容積を計測する（特許文献１参照）。 This equation shows that if the initial pressure is made constant (for example, atmospheric pressure) and the pressure change amount is made constant, the air volume and the volume change amount are in a proportional relationship. The measuring instrument for determining the actual volume of the soil employs a method of determining the actual volume from the amount of change in volume when compressing to a specific target pressure by making the initial pressure constant using this principle. This actual volume measuring device performs a compression operation until a target pressure is reached using an air cylinder after putting a soil sample in a sealed container. The actual volume is measured by obtaining the volume change amount from the piston movement amount of the air cylinder at that time (see Patent Document 1).
従来の実容積計測器は、エアーシリンダーで目標圧力まで圧縮操作するときに、土壌構造の特性から土壌粒子間にあるわずかな空気層、いわゆる土壌中の孔隙に加えられた圧力が定常状態になるまで密閉された容器の中で圧力変化に揺らぎが発生する。 When the conventional actual volume measuring device is compressed to the target pressure with an air cylinder, the pressure applied to the small air layer between the soil particles, so-called pores in the soil, is steady due to the characteristics of the soil structure. Fluctuations occur in the pressure change in the sealed container.
その際、計測者は試料容器内の圧力計測値を見ながら、徐々に目標圧力に到達するまで圧縮操作をしなければならない。この一連の圧縮操作を手動で行っているため、計測者による圧縮操作に個人差が生じやすく、計測誤差の要因となっている。 At that time, the measurer must perform the compression operation until the target pressure is gradually reached while observing the pressure measurement value in the sample container. Since this series of compression operations is performed manually, individual differences are likely to occur in the compression operation by the measurer, causing measurement errors.
また、装置自体に経時的な劣化や何らかの故障が生じていても、それによる誤差が小さい場合は、計測者がそれを認識できない場合がある。このことも計測誤差を増大させる要因となる。 Even if the apparatus itself deteriorates over time or has some kind of failure, if the error is small, the measurer may not be able to recognize it. This also increases the measurement error.
また、計測精度を高めるために同一試料を４〜５回程度計測してその平均値を求めて計測結果としているが、計測サンプル数が多くなると計測作業と計測値計算に多くの労力が必要となる。 In addition, in order to improve the measurement accuracy, the same sample is measured about 4 to 5 times and the average value is obtained to obtain the measurement result. However, when the number of measurement samples increases, a lot of labor is required for measurement work and measurement value calculation. Become.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、高精度な実容積計測を自動的に実現するデジタル土壌物理性計測装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a digital soil physical property measuring apparatus that automatically realizes high-accuracy real volume measurement.
本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。 The above-mentioned object is achieved by the following means based on the earnest research of the present inventors.
即ち、上記目的を達成する本発明は、計測用の試料室と、前記試料室を加圧する加圧手段と、前記試料室内の圧力を計測する圧力計測手段と、前記加圧手段を駆動する加圧手段駆動装置と、前記加圧手段駆動装置を制御する制御装置と、利用者に対して情報を提示する表示部と、を備え、前記制御装置は、前記試料室が目標圧力に達するまでに必要な空気流量に基づいて、または、前記試料室に目標流量を送り込んだ際に得られる圧力変化量に基づいて、前記試料室内の試料容積を算出する実容積算定手段を有することを特徴とするデジタル土壌物理性計測装置である。 That is, the present invention that achieves the above object includes a measurement sample chamber, a pressurizing unit that pressurizes the sample chamber, a pressure measuring unit that measures the pressure in the sample chamber, and an actuator that drives the pressurizing unit. A pressure means driving device, a control device for controlling the pressure means driving device, and a display unit for presenting information to a user, the control device until the sample chamber reaches a target pressure. An actual volume calculating means for calculating a sample volume in the sample chamber based on a required air flow rate or a pressure change amount obtained when a target flow rate is fed into the sample chamber is provided. Digital soil physical property measuring device.
上記目的を達成する上記発明において、前記制御装置は、既知の体積となる校正用空間を前記加圧手段によって加圧し、前記校正用空間が目標圧力に達するまでの前記空気流量、または、前記校正用空間に目標流量を送り込んだ際に得られる前記圧力変化量を算出する自動校正手段を備え、前記制御装置における前記実容積算定手段は、前記自動校正手段によって算出される前記空気流量又は前記圧力変化量を利用して、前記試料容積を算出することを特徴とする。 In the above invention for achieving the above object, the control device pressurizes a calibration space having a known volume by the pressurizing means, and the air flow rate until the calibration space reaches a target pressure or the calibration. Automatic calibration means for calculating the amount of change in pressure obtained when a target flow rate is fed into the work space, and the actual volume calculation means in the control device is the air flow rate or pressure calculated by the automatic calibration means The sample volume is calculated using the amount of change.
上記目的を達成する上記発明において、前記自動校正手段は、体積の異なる複数の前記校正用空間のそれぞれに対して、前記空気流量又は前記圧力変化量を算出することを特徴とする。 In the invention for achieving the above object, the automatic calibration means calculates the air flow rate or the pressure change amount for each of the plurality of calibration spaces having different volumes.
上記目的を達成する上記発明において、前記自動校正手段は、前記校正用空間の体積に対応して、前記空気流量又は前記圧力変化量の許容上限値及び許容下限値を記憶しており、校正動作時における前記空気流量又は前記圧力変化量が、前記許容上限値又は前記許容下限値を超える場合は、前記表示部にエラーを表示させることを特徴とする。 In the above invention for achieving the above object, the automatic calibration means stores an allowable upper limit value and an allowable lower limit value of the air flow rate or the pressure change amount corresponding to the volume of the calibration space, and a calibration operation. When the air flow rate or the pressure change amount at the time exceeds the allowable upper limit value or the allowable lower limit value, an error is displayed on the display unit.
上記目的を達成する上記発明において、既知の体積となる校正用試料を前記試料室に収容することで、該試料室を前記校正用空間とすることを特徴とする。 In the above invention for achieving the above object, a calibration sample having a known volume is accommodated in the sample chamber, whereby the calibration chamber is used as the calibration space.
上記目的を達成する上記発明において、前記制御装置は、前記加圧手段が特定の終了点まで加圧しても前記試料室の内圧が目標圧力に到達しない場合、前記表示部にエラーを表示させる強制終了手段を備えることを特徴とする。 In the above invention that achieves the above object, the control device forces the display unit to display an error when the internal pressure of the sample chamber does not reach the target pressure even when the pressurizing means pressurizes to a specific end point. An ending unit is provided.
上記目的を達成する上記発明において、前記制御装置は、前記加圧手段を特定の開始点に移動させて停止すると共に、前記加圧手段の内部を大気開放した際に、前記加圧手段の内圧と大気圧の間に一定以上の圧力差があるか否かを判定し、圧力差がある場合は、前記表示部にエラーを表示させる原点処理手段を備えることを特徴とする。 In the above invention that achieves the above object, the control device moves the pressurizing means to a specific starting point and stops it. When the inside of the pressurizing means is opened to the atmosphere, the internal pressure of the pressurizing means is increased. It is determined whether or not there is a pressure difference of a certain level or more between the atmospheric pressure and the atmospheric pressure, and when there is a pressure difference, an origin processing means for displaying an error on the display unit is provided.
本発明は、試料室内の圧力を計測しながら目標圧力に達するまで加圧する一連の計測作業を全て自動化して制御するため、計測者の操作方法に個人差による計測誤差を防ぐことが可能となり計測精度が向上する。更に本発明は、測定環境（温度、湿度、気圧）に合わせて、自動的に校正処理を行うことができるので、計測精度を高めることが可能となる。特に、校正処理時において、その校正量（理想値との差）が大きい場合には、エラーを表示させることで、機械的な異常を未然に検知することが可能となる。 Since the present invention automates and controls a series of measurement operations that pressurize until the target pressure is reached while measuring the pressure in the sample chamber, it is possible to prevent measurement errors due to individual differences in the measurement method of the measurer. Accuracy is improved. Furthermore, according to the present invention, calibration processing can be automatically performed in accordance with the measurement environment (temperature, humidity, pressure), so that the measurement accuracy can be increased. In particular, when the calibration amount (difference from the ideal value) is large during calibration processing, it is possible to detect a mechanical abnormality beforehand by displaying an error.
更に本発明は、校正時や実測時において、加圧手段が特定の終了点まで加圧すると強制終了させるようになっているので、装置の破損等を未然に防止することが可能となる。 Further, according to the present invention, when the pressurizing unit pressurizes to a specific end point at the time of calibration or actual measurement, it is forcibly terminated, so that it is possible to prevent damage to the apparatus.
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。 Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１から図３にはデジタル土壌物理性計測装置１が示されている。デジタル土壌物理性計測装置１は、計測に必要な項目を入力する操作パネル３と、操作手順および計測結果を表示する表示部５と、計測する試料を入れる試料室１１と、計測に必要な電力の供給を受ける電源ソケット１３と、供給された電力を通電または遮断する電源スイッチ９と、計測データをデジタル出力する出力コネクタ１５と、計測制御プログラム１３０（図示省略）を入力する入力コネクタ１７と、これらを取り付けた筐体７で構成されている。 The digital soil physical property measuring apparatus 1 is shown by FIGS. 1-3. The digital soil physical property measuring apparatus 1 includes an operation panel 3 for inputting items necessary for measurement, a display unit 5 for displaying operation procedures and measurement results, a sample chamber 11 for storing a sample to be measured, and electric power necessary for measurement. , A power switch 9 for energizing or cutting off the supplied power, an output connector 15 for digitally outputting measurement data, an input connector 17 for inputting a measurement control program 130 (not shown), It is comprised with the housing | casing 7 which attached these.
次に、デジタル土壌物理性計測装置１の筐体７の内部機構と接続状態について図４で説明する。筐体７の内部は、エアー出口２９を備えたエアーシリンダー２３と、エアーシリンダー２３内のエアー２５を加圧するピストン２７と、ピストン２７に取り付けたギヤ３３と、ギヤ３３を駆動する歯車３５を取り付けたモータ３７と、ピストン２７の初期位置を検知する原点センサ３９と、エアー２５の圧力を計測する圧力センサ３１を備える。モータ３７によって歯車３５を回転させると、ラックアンドピニオン構造によってギア３３が往復運動し、ピストン２７が駆動される。ピストン２７によってエアーシリンダー２３のエアー２５が加圧又は減圧される。 Next, the internal mechanism and connection state of the housing 7 of the digital soil physical property measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG. Inside the housing 7, an air cylinder 23 having an air outlet 29, a piston 27 that pressurizes the air 25 in the air cylinder 23, a gear 33 attached to the piston 27, and a gear 35 that drives the gear 33 are attached. A motor 37, an origin sensor 39 for detecting the initial position of the piston 27, and a pressure sensor 31 for measuring the pressure of the air 25. When the gear 35 is rotated by the motor 37, the gear 33 reciprocates due to the rack and pinion structure, and the piston 27 is driven. The air 25 of the air cylinder 23 is pressurized or depressurized by the piston 27.
筐体７の内部は、更に、エアーシリンダー２３と試料室１１へのエアー２５の出入りを開閉する電磁弁４１と、エアーシリンダー２３のエアー出口２９と試料室１１と圧力センサ３１と電磁弁４１とを接続する配管４３と、配管４３を分岐接続する継ぎ手４５を備える。電磁弁４１は、いわゆるリリーフバルブとして機能しており、電磁弁４１が開くと配管４３内が大気側に開放される。一方、電磁弁４１が閉じると、配管４３内が密閉空間となるので、この配管４３を介してエアーシリンダー２３内のエアー２５の圧力が試料室１１に伝達される。 The inside of the housing 7 further includes an electromagnetic valve 41 that opens and closes the air cylinder 23 and the air 25 to and from the sample chamber 11, an air outlet 29 of the air cylinder 23, the sample chamber 11, the pressure sensor 31, and the electromagnetic valve 41. And a joint 45 for branching and connecting the pipe 43. The solenoid valve 41 functions as a so-called relief valve. When the solenoid valve 41 is opened, the inside of the pipe 43 is opened to the atmosphere side. On the other hand, when the electromagnetic valve 41 is closed, the inside of the pipe 43 becomes a sealed space, so that the pressure of the air 25 in the air cylinder 23 is transmitted to the sample chamber 11 through the pipe 43.
また筐体７の内部には、制御装置２１と、電源ソケット１３が配置されており、筐体７の外部には、電源ケーブル５７を有するアダプター５５が配置されている。制御装置２１は、配線４７を利用して、モータ３７、原点センサ３９、圧力センサ３１、電磁弁４１、操作パネル３、表示部５、電源ソケット１３に接続されている。アダプター５５は電源ソケット１３に接続されて、供給される電力の電圧を制御装置２１用に変換する。従って、電源ケット１３は、アダプター５５から、デジタル土壌物理性計測装置１の制御に必要な全電力の供給を受ける。なお、制御に必要な電力の供給は、制御装置２１の仕様に合致していれば何を用いても良い。例えば蓄電池５９を使用することもできる。 Further, the control device 21 and the power socket 13 are disposed inside the housing 7, and an adapter 55 having a power cable 57 is disposed outside the housing 7. The control device 21 is connected to the motor 37, the origin sensor 39, the pressure sensor 31, the electromagnetic valve 41, the operation panel 3, the display unit 5, and the power socket 13 using the wiring 47. The adapter 55 is connected to the power socket 13 and converts the voltage of the supplied power for the control device 21. Accordingly, the power supply 13 receives supply of all power necessary for controlling the digital soil physical property measuring apparatus 1 from the adapter 55. Any power supply necessary for the control may be used as long as it matches the specification of the control device 21. For example, a storage battery 59 can be used.
制御装置２１は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）４９と、計測制御プログラム１３０と計測データを有する記憶部（ＲＯＭ）５１と、設定した日付および時刻を電源が切られていても現在時刻を刻み続ける機能を有したリアルタイムクロック５３と、出力コネクタ１５と、入力コネクタ１７を備えてる。出力コネクタ１５には、計測データを外部コンピュータ６１にデジタル出力するための出力ケーブル６２が接続される。入力コネクタ１７には、上位コンピュータ６３から計測制御プログラム１３０を入力するための入力ケーブル６４が接続される。 The control device 21 has a microprocessor (CPU) 49, a measurement control program 130, a storage unit (ROM) 51 having measurement data, and a function of keeping the current date and time even if the set date and time are turned off. A real-time clock 53, an output connector 15, and an input connector 17 are provided. An output cable 62 for digitally outputting the measurement data to the external computer 61 is connected to the output connector 15. An input cable 64 for inputting the measurement control program 130 from the host computer 63 is connected to the input connector 17.
次に、デジタル土壌物理性計測装置１の機能について図５で説明する。デジタル土壌物理性計測装置１は、計測用の試料室１１と、試料室１１を加圧す加圧手段６５と、試料室１１内の圧力を計測する圧力計測手段６７と、加圧に用いる空気の流量を計測する流量計測手段６９と、加圧手段６５を駆動する加圧手段駆動装置７１と、試料室１１の内圧に基づいて加圧手段駆動装置７１を制御する制御装置２１を備えている。 Next, the function of the digital soil physical property measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG. The digital soil physical property measuring apparatus 1 includes a measurement sample chamber 11, a pressurizing means 65 for pressurizing the sample chamber 11, a pressure measuring means 67 for measuring the pressure in the sample chamber 11, and air used for pressurization. A flow rate measuring means 69 for measuring the flow rate, a pressurizing means driving device 71 for driving the pressurizing means 65, and a control device 21 for controlling the pressurizing means driving device 71 based on the internal pressure of the sample chamber 11 are provided.
なお、図４と図５の対応関係について説明する。図５の加圧手段６５は、図４の２３エアーシリンダーと、エアー２５と、ピストン２７と、エアー出口２９に相当する。図５の圧力計測手段６７は、図４の圧力センサ３１と配線４７に相当する。図５の流量計測手段６９と加圧手段駆動装置７１は、図４のギヤ３３と、歯車３５と、モータ３７と、原点センサ３９と、配線４７に相当する。図５の加圧制御手段１０１〜原点処理手段１２３は、図４の記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶されたプログラムをマイクロプロセッサ４９で実行することで実現される。これはデジタル土壌物理性計測装置１を動作制御する為の機能となる。 The correspondence between FIG. 4 and FIG. 5 will be described. The pressurizing means 65 in FIG. 5 corresponds to the 23 air cylinder, the air 25, the piston 27, and the air outlet 29 in FIG. 4. The pressure measuring means 67 in FIG. 5 corresponds to the pressure sensor 31 and the wiring 47 in FIG. 5 corresponds to the gear 33, the gear 35, the motor 37, the origin sensor 39, and the wiring 47 in FIG. The pressurizing control unit 101 to the origin processing unit 123 in FIG. 5 are realized by executing a program stored in the storage unit (ROM) 51 in FIG. This is a function for controlling the operation of the digital soil physical property measuring apparatus 1.
図５を参照して、制御装置２１は、計測制御プログラム１３０がＣＰＵ４９で実行されることにより、様々な機能を実現するようになっている。具体的に制御装置２１は、その機能構成として、加圧制御手段１０１、加圧停止手段１０３、移行判定手段１０５、平均値算出手段１０７、反復手段１０９、出力手段１１１、計測値保存手段１１３、自動校正手段１１５、エラー報知手段１１７、実容積算定手段１１９、強制終了手段１２１、原点処理手段１２３を備える。 With reference to FIG. 5, the control device 21 is configured to realize various functions by the measurement control program 130 being executed by the CPU 49. Specifically, the control device 21 includes, as its functional configuration, a pressurization control unit 101, a pressurization stop unit 103, a transition determination unit 105, an average value calculation unit 107, an iterative unit 109, an output unit 111, a measurement value storage unit 113, Automatic calibration means 115, error notification means 117, actual volume calculation means 119, forced termination means 121, and origin processing means 123 are provided.
なお、これらの機能（加圧制御手段１０１〜原点処理手段１２３）を実現するコンピュータプログラムは、筐体７の背面にある入力コネクタ１７を介して、制御装置２１に備えられた記憶部（ＲＯＭ）５１に予め転送されている。記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶されたプログラムは、制御装置２１に備えられたマイクロプロセッサ４９で、入出力信号を演算しながら実行される。記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶されたプログラムは、電源の供給が停止しても記憶部（ＲＯＭ）５１から消去されることはない。つまり、転送操作を一度行った以降は、プログラムを外部から転送する必要がなく、いつでもプログラムを実行することが可能となる。さらに、プログラムの修正が必要となった場合、修正プログラムを入力コネクタ１７を介して記憶部（ＲＯＭ）５１に転送すれば良いので、筐体７を分解することなく短時間でプログラムを更新することができる。また、制御装置２１は、プログラムの指令に基づき、表示部５に操作手順と計測結果を表示する機能を備えている。 Note that a computer program for realizing these functions (pressurization control means 101 to origin processing means 123) is a storage unit (ROM) provided in the control device 21 via the input connector 17 on the back surface of the housing 7. 51 has been transferred in advance. The program stored in the storage unit (ROM) 51 is executed by the microprocessor 49 provided in the control device 21 while calculating input / output signals. The program stored in the storage unit (ROM) 51 is not erased from the storage unit (ROM) 51 even when the supply of power is stopped. That is, after the transfer operation is performed once, it is not necessary to transfer the program from the outside, and the program can be executed at any time. Furthermore, when it is necessary to modify the program, the modified program may be transferred to the storage unit (ROM) 51 via the input connector 17, so that the program can be updated in a short time without disassembling the housing 7. Can do. Moreover, the control apparatus 21 is provided with the function to display an operation procedure and a measurement result on the display part 5 based on the command of a program.
加圧制御手段１０１は、加圧手段駆動装置７１の駆動を制御する。また、駆動速度も制御可能となっている。この駆動速度は一定に設定したり、高速から低速に変化するように設定することもできる。 The pressurization control unit 101 controls driving of the pressurization unit driving device 71. Further, the driving speed can be controlled. The driving speed can be set to be constant or can be set to change from high speed to low speed.
例えば加圧制御手段１０１は、試料を入れた試料室１１を初期（大気圧）から一定の中間圧力（例えば３０ｋＰａ）までを加圧する第一速度と、この中間圧力から目標圧力（例えば３６ｋＰａ）までを加圧する第二速度によって、加圧手段駆動装置７１の駆動速度を制御することが好ましい。この際、第一速度に対して、第二速度は遅くなるように設定される。勿論、最初から目標圧力に達するまでを、一定の速度で制御しても良い。 For example, the pressurization control means 101 has a first speed for pressurizing the sample chamber 11 containing the sample from the initial (atmospheric pressure) to a constant intermediate pressure (for example, 30 kPa), and from the intermediate pressure to a target pressure (for example, 36 kPa). It is preferable to control the driving speed of the pressurizing means driving device 71 by the second speed at which the pressure is applied. At this time, the second speed is set to be slower than the first speed. Of course, it may be controlled at a constant speed from the beginning until the target pressure is reached.
加圧停止手段１０３は、その目的に応じて、加圧手段駆動装置７１による加圧を停止したり、中止したりする。加圧の停止は、主として（１）測定時や校正時において、試料室１１内が目標とする圧力に到達した場合、（２）上述の通り加圧を２段階の速度で行う場合において、試料室１１が中間圧力に到達した場合（速度を切り換える場合）、（３）何らかのエラーによって加圧を停止する場合などがある。 The pressurization stop unit 103 stops or stops pressurization by the pressurization unit driving device 71 according to the purpose. The pressurization is stopped mainly when (1) when the sample chamber 11 reaches a target pressure during measurement or calibration, and (2) when the pressurization is performed at two speeds as described above. When the chamber 11 reaches an intermediate pressure (when the speed is switched), (3) pressurization may be stopped due to some error.
上記（１）の場合、試料室１１内の圧力を圧力センサ３１によって検出し、その圧力が目標圧力に到達すると同時に加圧を停止する。上記（２）の場合、例えば上記加圧制御手段１０１によって、試料室１１内が初期から中間圧力に至った際に、一時的に加圧を中断する。また（３）の場合、測定時にエラーが生じた際に、デジタル土壌物理性計測装置１の破壊を回避する為に加圧を停止させる。いずれにしろ、加圧停止手段１０３は、加圧手段駆動装置７１の駆動を停止・中断する。 In the case of (1) above, the pressure in the sample chamber 11 is detected by the pressure sensor 31, and the pressurization is stopped at the same time that the pressure reaches the target pressure. In the case of the above (2), for example, when the inside of the sample chamber 11 reaches the intermediate pressure from the initial stage by the pressurization control means 101, pressurization is temporarily interrupted. In the case of (3), when an error occurs during measurement, pressurization is stopped in order to avoid destruction of the digital soil physical property measuring apparatus 1. In any case, the pressurization stop means 103 stops and interrupts the drive of the pressurization means drive device 71.
なお、ここでは加圧手段駆動装置７１の駆動を停止・中断することで、加圧をストップする場合を示したが、電磁弁４１を開くことで配管４３内を大気側に開放し、その結果として加圧が停止されるようにしても良い。 In addition, although the case where pressurization was stopped by stopping / interrupting the driving of the pressurizing means driving device 71 was shown here, the inside of the pipe 43 is opened to the atmosphere side by opening the electromagnetic valve 41, and as a result The pressurization may be stopped as follows.
移行判定手段１０５は、加圧停止手段１０３によって一時的に加圧を中断した際、更なる加圧を行うか否かを判断する。例えば、上記中間圧力において加圧中断中となっている際に、試料室１１内の圧力変化量を検出して、その変動に基づいて次への加圧（中間圧力から目標圧力）に移行するか否かを判定する。このように加圧途中で一時的に加圧を停止して、移行判定を行うことで、一層きめ細かな制御が可能となる。 When the pressurization is temporarily interrupted by the pressurization stop unit 103, the transition determination unit 105 determines whether or not to perform further pressurization. For example, when pressurization is interrupted at the intermediate pressure, the amount of pressure change in the sample chamber 11 is detected, and the next pressurization (intermediate pressure to target pressure) is shifted based on the fluctuation. It is determined whether or not. In this way, by further stopping the pressurization during the pressurization and performing the transition determination, finer control can be performed.
具体的にこの移行判定手段１０５は、中間圧力において、一定量以上の圧力低下を検出した場合に、更なる加圧を行わずに計測を中止する。一方、一定量以上の圧力低下を検出しない場合、試料室１１内への加圧を再開する。具体的に移行判定手段１０５は、加圧制御手段１０１に対して移行指示を出す。移行指示を受けた加圧制御手段１０１は、第二速度で加圧手段駆動装置７１を制御する。結果、試料室１１内は、中間圧力から目標圧力まで加圧される。 Specifically, when the transition determination unit 105 detects a pressure drop of a certain amount or more at the intermediate pressure, the shift determination unit 105 stops the measurement without further pressurization. On the other hand, when a pressure drop of a certain amount or more is not detected, pressurization into the sample chamber 11 is resumed. Specifically, the transition determination unit 105 issues a transition instruction to the pressure control unit 101. The pressurization control means 101 that has received the transfer instruction controls the pressurization means driving device 71 at the second speed. As a result, the inside of the sample chamber 11 is pressurized from the intermediate pressure to the target pressure.
実容積算定手段１１９は、試料室１１内（配管４３）の圧力が目標圧力に達するまでのピストン２７の移動量、即ち目標圧力に達して加圧停止手段１０３によって停止されたピストン２７の移動量を検出して、加圧に要したエアー量を算出し、ボイル−シャルルの法則に基づいて、試料室１１内の土壌の実容積を算出する。なお、ピストン２７の移動量は、歯車３５やモータ３７の回転量を検出することで算出できる。 The actual volume calculation means 119 moves the piston 27 until the pressure in the sample chamber 11 (pipe 43) reaches the target pressure, that is, the movement amount of the piston 27 that has reached the target pressure and is stopped by the pressurization stop means 103. Is detected, the amount of air required for pressurization is calculated, and the actual volume of the soil in the sample chamber 11 is calculated based on Boyle-Charles' law. The movement amount of the piston 27 can be calculated by detecting the rotation amount of the gear 35 and the motor 37.
計測値保存手段１１３は、実容積算定手段１１９によって測定された実容積等の情報をＲＡＭ（図示省略）の所定の記憶領域に保存する。 The measured value storage unit 113 stores information such as the actual volume measured by the actual volume calculation unit 119 in a predetermined storage area of a RAM (not shown).
平均値算出手段１０７は、実容積算定手段１１９による測定を複数回（例えば３回）繰り返して計測し、その複数回（例えば３回）の計測値を利用してその平均値を算出する。この結果、微小な計測誤差を均一化することが可能となる。これは、制御装置２１のマイクロプロセッサ４９が、計測値保存手段１１３を利用して、ＲＡＭに記憶されている複数回の測定値を呼び出して、平均値算出手段１０７により平均値を算出することで実現される。 The average value calculating unit 107 repeatedly measures the actual volume calculating unit 119 a plurality of times (for example, three times), and calculates the average value using the measured values for the plurality of times (for example, three times). As a result, minute measurement errors can be made uniform. This is because the microprocessor 49 of the control device 21 uses the measurement value storage means 113 to call the measurement values stored in the RAM a plurality of times, and the average value calculation means 107 calculates the average value. Realized.
なお、ここでは３回の測定を行い、平均値を算出する場合を示したが、この測定回数は柔軟に変更することも好ましい。例えば反復手段１０９は、前回の計測値と今回の計測値を比較してその差が一定の範囲内となるまで計測を繰り返すことも好ましい。計測誤差が大きい場合、反復手段１０９は、誤差が小さくなるまで計測を自動的に繰り返す。平均値算出手段１０７では、繰り返し計測された範囲内において、誤差が最も小さくなる複数回の連続測定値を利用して、平均値を算出することが可能となる。なお、反復手段１０９により、例えば３回測定分の各々前後を比較し、各測定値の差が一定の範囲内に収まらない場合には、加圧停止手段１０３が加圧を停止し、後述するエラー報知手段１１７によって、表示部５にエラー表示等を行って処理を終了する。 In addition, although the case where the measurement is performed three times and the average value is calculated is shown here, it is also preferable to flexibly change the number of measurements. For example, the repeating unit 109 preferably compares the previous measurement value with the current measurement value and repeats the measurement until the difference falls within a certain range. When the measurement error is large, the repeating unit 109 automatically repeats the measurement until the error becomes small. The average value calculation means 107 can calculate the average value by using a plurality of continuous measurement values with the smallest error within the repeatedly measured range. Note that the repetition means 109 compares, for example, three measurements before and after, and if the difference between the measured values does not fall within a certain range, the pressurization stop means 103 stops the pressurization, which will be described later. The error notification unit 117 displays an error on the display unit 5 and ends the process.
出力手段１１１は、計測値保存手段１１３によってＲＡＭに保存された計測値（以下、計測データとも言う）を、出力コネクタ１５を介して外部の上位コンピュータに出力する。 The output unit 111 outputs the measurement value stored in the RAM by the measurement value storage unit 113 (hereinafter also referred to as measurement data) to the external host computer via the output connector 15.
強制終了手段１２１は、ピストン２７の移動量が、特定の終了点となる最大許容値Ｒｍａｘ（図６参照）を超えるか否かを常に判定している。この最大許容値Ｒｍａｘは、試料室１１の内部が空となる場合において、試料室１１を目標圧力まで高める際に必要なピストン２７の移動量（後述する０ｍｌの理想移動量Ｒ）よりも多少大きい値となる。即ち、トラブル無く、本装置１で測定を行っている限り、ピストン２７は、この最大許容値Ｒｍａｘまで移動することは考えられない。そこで、この強制終了手段１２１は、ピストン２７が最大許容値Ｒｍａｘを超える場合、加圧停止手段１０３に対して、加圧手段駆動装置７１による加圧を中止するように指示する。この際、エラー報知手段１１７に対しては、表示部５によってエラー表示を行うように指示する。 The forcible end means 121 always determines whether or not the movement amount of the piston 27 exceeds the maximum allowable value Rmax (see FIG. 6) that is a specific end point. This maximum permissible value Rmax is slightly larger than the movement amount of the piston 27 (0 ml ideal movement amount R described later) necessary for raising the sample chamber 11 to the target pressure when the inside of the sample chamber 11 is empty. Value. That is, as long as the measurement is performed by the apparatus 1 without any trouble, the piston 27 cannot be considered to move to the maximum allowable value Rmax. Therefore, when the piston 27 exceeds the maximum allowable value Rmax, the forced termination unit 121 instructs the pressurization stop unit 103 to stop the pressurization by the pressurization unit driving device 71. At this time, the error notification unit 117 is instructed to display an error by the display unit 5.
例えば、試料室１１の蓋が緩んでいたり、配管４３が外れていたりして、少しずつエアーが漏れ出している場合、試料率１１が目標圧力に達する前にピストン２７に移動量が最大許容値Ｒｍａｘに到達してしまう。この場合、本装置１では強制終了手段１２１によって強制的にピストン２７が停止されるので、ピストン２７の破壊等を未然に防止することができる。仮に、ピストン２７を機械的な上限までモータ３７で押し込んでしまうと、ピストン２７が変形したり、ギヤ３３や歯車３５が破損・変形したり、モータ３７に余分な負荷がかかったりするので、本装置１の測定誤差が生じやすくなる。従って、強制終了手段１２１によって、本装置１のメンテナンス負担が軽減され、長期間に亘って安定して使用することが可能となる。 For example, if the lid of the sample chamber 11 is loose or the pipe 43 is detached and air is gradually leaking, the amount of movement of the piston 27 before the sample rate 11 reaches the target pressure is the maximum allowable value. Rmax is reached. In this case, in the present apparatus 1, the piston 27 is forcibly stopped by the forcible ending means 121, so that the destruction of the piston 27 can be prevented in advance. If the piston 27 is pushed to the mechanical upper limit by the motor 37, the piston 27 is deformed, the gear 33 or the gear 35 is damaged or deformed, or an excessive load is applied to the motor 37. Measurement errors of the apparatus 1 are likely to occur. Therefore, the forced termination means 121 reduces the maintenance burden on the apparatus 1 and enables stable use over a long period of time.
原点処理手段１２３は、加圧手段６５（ピストン２７）の原点設定を行う。具体的に、原点センサ３９の電気信号に基づいて、モータ３７を駆動させることにより、ピストン２７に取り付けられたギヤ３３を特定の開始点（原点）に移動させる。その後、電磁弁４１を開くことで、エアーシリンダー２３内のエアー２５と大気の圧力を等しくし、これを圧力センサ３１が計測することで確認する。即ち、エアー２５の圧力と大気圧にある一定以上の圧力差があるか否かを判定し、一定範囲内の圧力差であれば正常に原点設定が完了したと判断する。一方、一定以上の圧力差がある場合は、空気系統のどこかに詰り等の問題があるか、もしくは圧力センサ３１、原点センサ３９、モータ３７、ピストン２７、ギヤ３３、歯車３５、制御装置２１に故障が生じている可能性があると判断する。従って、この際はエラーメッセージを表示部５に表示することで、本装置１の異常を事前に利用者に伝える。 The origin processing means 123 sets the origin of the pressurizing means 65 (piston 27). Specifically, based on the electrical signal from the origin sensor 39, the motor 37 is driven to move the gear 33 attached to the piston 27 to a specific start point (origin). Thereafter, the electromagnetic valve 41 is opened to make the pressure of the air 25 in the air cylinder 23 equal to the atmospheric pressure, and this is confirmed by the pressure sensor 31 measuring it. That is, it is determined whether or not there is a certain pressure difference between the pressure of the air 25 and the atmospheric pressure. If the pressure difference is within a certain range, it is determined that the origin setting has been completed normally. On the other hand, if the pressure difference exceeds a certain level, there is a problem such as clogging somewhere in the air system, or the pressure sensor 31, the origin sensor 39, the motor 37, the piston 27, the gear 33, the gear 35, the control device 21. It is determined that there is a possibility that a failure has occurred. Therefore, in this case, an error message is displayed on the display unit 5 to notify the user of the abnormality of the apparatus 1 in advance.
エラー報知手段１１７は、他の各種手段からの指示を受けて、表示部５に対して様々なエラーメッセージを表示する。なお、ここではエラーメッセージとして文章を表示させる場合を示しているが、例えば、ランプによる表示や、音声ガイダンスなど、利用者に対してエラーを伝えることができる手段であれば、適宜採用すれば良い。 The error notification unit 117 displays various error messages on the display unit 5 in response to instructions from other various units. In addition, although the case where a text is displayed as an error message is shown here, any means that can convey an error to the user, such as display by a lamp or voice guidance, may be adopted as appropriate. .
自動校正手段１１５は、デジタル土壌物理性計測装置１の自動校正を行うためのものである。具体的にこの自動校正手段１１５は、校正用体積設定部１１５Ａ、許容誤差保存部１１５Ｂ、校正処理部１１５Ｃを備える。 The automatic calibration means 115 is for performing automatic calibration of the digital soil physical property measuring apparatus 1. Specifically, the automatic calibration unit 115 includes a calibration volume setting unit 115A, an allowable error storage unit 115B, and a calibration processing unit 115C.
図６に示されるように、校正用体積設定部１１５Ａは、操作パネル３から入力された校正用試料の体積（以下校正用体積という）に係る情報を記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶する。この校正用体積は、試料室１１内に収容された校正用試料の体積を意味している。例えば本実施形態では、３０ｍｌ、５０ｍｌとなる２種類の校正用試料（テストピース）が用意されている。従って、校正値として利用可能な校正用体積としては、０ｍｌ（校正用試料無し）、３０ｍｌ、５０ｍｌ、８０ｍｌ（３０ｍｌ校正用試料と５０ｍｌ校正用試料を同時にセット）の４種類の校正用体積を選択できる。本装置１では、この校正用体積設定部１１５Ａによって、どの校正用体積によって校正するか否かを認識する。 As shown in FIG. 6, the calibration volume setting unit 115 </ b> A stores information related to the volume of the calibration sample (hereinafter referred to as calibration volume) input from the operation panel 3 in the storage unit (ROM) 51. This calibration volume means the volume of the calibration sample accommodated in the sample chamber 11. For example, in this embodiment, two types of calibration samples (test pieces) of 30 ml and 50 ml are prepared. Therefore, four types of calibration volumes of 0ml (no calibration sample), 30ml, 50ml, and 80ml (30ml calibration sample and 50ml calibration sample set at the same time) are selected as calibration volumes that can be used as calibration values. it can. In this apparatus 1, the calibration volume setting unit 115A recognizes which calibration volume is used for calibration.
なお、校正用空間の観点からすると、本実施形態では試料室１１内に残っている空間を意味している。即ち、本実施形態では、試料室１１を活用して、その中に校正用試料をセットすることで、校正用空間を、通常状態（−０ｍｌ）から、−３０ｍｌ、−５０ｍｌ、−８０ｍｌの４段階で適宜変更できるようにしている。 From the viewpoint of the calibration space, this embodiment means a space remaining in the sample chamber 11. That is, in this embodiment, by using the sample chamber 11 and setting a calibration sample therein, the calibration space is changed from the normal state (−0 ml) to −30 ml, −50 ml, and −80 ml. It can be changed appropriately at each stage.
許容誤差保存部１１５Ｂは、各校正用体積に対応させて、目標圧力に達成するまでに必要となる加圧手段６５（ピストン２７）の理想移動量（理論値）Ｒに関する情報と、この理想移動量Ｒを基準とした前後の許容誤差（許容上限移動量ＲＵと許容下限移動量ＲＤ）に関する情報とを、記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶している。 The permissible error storage unit 115B corresponds to each calibration volume, information on the ideal movement amount (theoretical value) R of the pressurizing means 65 (piston 27) required to achieve the target pressure, and this ideal movement. Information relating to the allowable error before and after the allowable amount R (allowable upper limit moving amount RU and allowable lower limit moving amount RD) is stored in the storage unit (ROM) 51.
校正処理部１１５Ｃは、利用者の開始指示に基づいて自動校正処理を行う。具体的には、加圧制御手段１０１を利用して、試料室１１内が目標圧力に達するまで加圧し、加圧停止手段１０３によって停止されたピストン２７の実移動量Ｔを検出する。この実移動量Ｔと校正用体積をセットにして、校正情報として記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶する。本実施形態においては、この校正作業を、８０ｍｌ、５０ｍｌ、３０ｍｌの順番で実行し、更にこれを２回繰り返すことで６セットの校正情報を算出する。この６セットの校正情報に基づいて、デジタル土壌物理性計測装置１の実測で用いる算定式を確定（校正）する。この算定式は、実容積算定手段１１９による実測時に用いられることになる。結果として、温度変化や大気圧変化のような様々な測定環境変化に合わせて、高精度な校正作業が実現され、測定精度を高めることが可能となる。 The calibration processing unit 115C performs automatic calibration processing based on a user start instruction. Specifically, the pressure control means 101 is used to pressurize the sample chamber 11 until the target pressure is reached, and the actual movement amount T of the piston 27 stopped by the pressure stop means 103 is detected. The actual movement amount T and the calibration volume are set as a set and stored in the storage unit (ROM) 51 as calibration information. In this embodiment, this calibration operation is executed in the order of 80 ml, 50 ml, and 30 ml, and this is repeated twice to calculate six sets of calibration information. Based on the six sets of calibration information, a calculation formula used in the actual measurement of the digital soil physical property measuring apparatus 1 is determined (calibrated). This calculation formula is used at the time of actual measurement by the actual volume calculation means 119. As a result, highly accurate calibration work is realized in accordance with various measurement environment changes such as temperature change and atmospheric pressure change, and the measurement accuracy can be increased.
また校正処理部１１５Ｃは、この校正作業における実移動量Ｔが、許容誤差となる許容上限移動量ＲＵと許容下限移動量ＲＤから外れるか否かを判定する。実移動量Ｔが許容誤差を超えている場合、自動校正手段１１５はエラー報知手段１１７に対して、表示部５にエラーを表示させるように指示する。このエラー表示により、例えば、使用者によって設定された校正用体積と、実際に試料室１１に収容されている校正用試料が異なっている場合や、配管４３の途中が詰まっている場合等の様々なトラブルを、自動的に検出することが可能となる。即ち、この校正処理部１１５Ｃによれば、校正情報として採用すべき誤差なのか、機械的なトラブルで生じている誤差なのかを、その大きさから自動的に判別することが可能となり、誤った校正処理を抑制できる。また、実測前に必ず行われる校正作業時に、本装置１の機械的なトラブルを検知できるので、装置１の破損を未然防止したり、実測時のミスを低減できる。 In addition, the calibration processing unit 115C determines whether or not the actual movement amount T in the calibration work deviates from the allowable upper limit movement amount RU and the allowable lower limit movement amount RD that are allowable errors. When the actual movement amount T exceeds the allowable error, the automatic calibration unit 115 instructs the error notification unit 117 to display an error on the display unit 5. By this error display, for example, when the calibration volume set by the user and the calibration sample actually stored in the sample chamber 11 are different, or when the middle of the pipe 43 is clogged, etc. Trouble can be automatically detected. That is, according to the calibration processing unit 115C, it is possible to automatically determine whether the error should be adopted as calibration information or an error caused by a mechanical trouble based on the magnitude of the error. Calibration processing can be suppressed. In addition, since mechanical troubles of the apparatus 1 can be detected during calibration work that is always performed before actual measurement, damage to the apparatus 1 can be prevented and errors during actual measurement can be reduced.
またこの校正作業時においても、強制終了手段１２１は、ピストン２７の移動量が最大許容値Ｒｍａｘを超えるか否かを常に判定する。校正時においても、試料室１１の蓋が緩んでいたり、配管４３が外れていたり、電磁弁４１が故障していたりすると、目標圧力に達する前にピストン２７が最大許容値Ｒｍａｘに達する可能性がある。従って、常に強制終了手段１２１を機能させておけば、校正作業時において本装置１が破損することを防止できる。 Even during the calibration work, the forcible ending means 121 always determines whether or not the movement amount of the piston 27 exceeds the maximum allowable value Rmax. Even during calibration, if the lid of the sample chamber 11 is loose, the pipe 43 is disconnected, or the solenoid valve 41 is broken, the piston 27 may reach the maximum allowable value Rmax before reaching the target pressure. is there. Therefore, if the forced termination means 121 is always functioned, the apparatus 1 can be prevented from being damaged during the calibration work.
また、この校正作業時においても、開始前に、原点処理手段１２３が加圧手段６５（ピストン２７）の原点設定を行う。この結果、校正作業前においても、本装置１に生じている何らかの不具合を未然に検知することが可能となり、校正ミスを抑制することができる。 Even during this calibration work, the origin processing means 123 sets the origin of the pressurizing means 65 (piston 27) before starting. As a result, even before the calibration work, it is possible to detect in advance some trouble that has occurred in the apparatus 1, and it is possible to suppress a calibration error.
次に、デジタル土壌物理性計測装置１の計測手順について、図４で説明する。まず、デジタル土壌物理性計測装置１の駆動に必要な電源を供給するために電源ソケット１３に電源ケーブル５７と、商用電源の場合は電圧変換用のアダプターを接続する。商用電源のない場所で計測する場合は、蓄電池５９を接続する。次に、電源スイッチ９（図３参照）をＯＮにして前記デジタル土壌物理性計測装置１に通電する。 Next, the measurement procedure of the digital soil physical property measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG. First, in order to supply power necessary for driving the digital soil physical property measuring apparatus 1, a power cable 57 and, in the case of a commercial power supply, a voltage conversion adapter are connected to the power socket 13. When measuring in a place without a commercial power supply, a storage battery 59 is connected. Next, the power switch 9 (see FIG. 3) is turned on to energize the digital soil physical property measuring apparatus 1.
次に、デジタル土壌物理性計測装置１は、土壌を計測する前に、試料室１１に校正用試料を収容して校正作業を行う。校正用試料は、既知の体積（例えば３０ｍｌ、５０ｍｌ）を持った円柱体となる。校正作業は、試料室１１に校正用試料を入れて密閉し、表示部５を見ながら操作パネル３で校正用試料の合計体積（３０ｍｌ、５０ｍｌ、８０ｍｌ）を選択入力して、スタートボタンを押すことで開始する。 Next, before measuring the soil, the digital soil physical property measuring apparatus 1 accommodates the calibration sample in the sample chamber 11 and performs the calibration work. The calibration sample is a cylindrical body having a known volume (for example, 30 ml, 50 ml). In the calibration work, a calibration sample is put in the sample chamber 11 and sealed, and the total volume (30 ml, 50 ml, 80 ml) of the calibration sample is selected and input on the operation panel 3 while viewing the display unit 5, and the start button is pressed. Start with that.
校正は制御装置２１の自動校正手段１１５によって自動的に行われる。自動校正を具体的に説明すると、まず、図４に示される原点センサ３９の電気信号に基づいて、モータ３７を駆動させることにより、ピストン２７に取り付けられたギヤ３３を特定の開始点（原点）に移動させて停止する。次に、電磁弁４１を開き、エアーシリンダー２３内のエアー２５を大気開放し、正常に大気開放されたか否かを圧力センサ３１で確認する。具体的は、エアーシリンダー２３・電磁弁４１・配管４３・継ぎ手４５・エアー出口２９で構成されたひとつの空気系統の圧力を、圧力センサ３１で計測し、その圧力センサ３１の電気信号を配線４７を介して制御装置２１に伝達させる。制御装置２１の原点処理部１１５Ｄでは、その信号を演算処理することで、エアーシリンダー２３のエアー２５の圧力と大気圧に差があるか否かを判定する。 Calibration is automatically performed by the automatic calibration means 115 of the control device 21. The automatic calibration will be specifically described. First, the motor 37 is driven on the basis of the electric signal of the origin sensor 39 shown in FIG. 4 to move the gear 33 attached to the piston 27 to a specific start point (origin). Move to and stop. Next, the electromagnetic valve 41 is opened, the air 25 in the air cylinder 23 is released to the atmosphere, and it is confirmed by the pressure sensor 31 whether or not the atmosphere is normally released. Specifically, the pressure sensor 31 measures the pressure of one air system composed of the air cylinder 23, the solenoid valve 41, the piping 43, the joint 45, and the air outlet 29, and the electrical signal of the pressure sensor 31 is wired 47. Is transmitted to the control device 21. The origin processing unit 115D of the control device 21 performs arithmetic processing on the signal to determine whether there is a difference between the pressure of the air 25 of the air cylinder 23 and the atmospheric pressure.
もし、このときエアー２５と大気の圧力にある一定以上の圧力差がある場合は、空気系統のどこかに詰り等の問題があるか、もしくは圧力センサ３１、原点センサ３９、モータ３７、ピストン２７、ギヤ３３、歯車３５、制御装置２１に故障が生じている可能性がある。従って、エラーメッセージを表示部５に表示することで、本装置１の異常を利用者に伝える。 If there is a certain pressure difference between the air 25 and the atmospheric pressure at this time, there is a problem such as clogging somewhere in the air system, or the pressure sensor 31, the origin sensor 39, the motor 37, the piston 27. There is a possibility that a failure has occurred in the gear 33, the gear 35, and the control device 21. Therefore, an error message is displayed on the display unit 5 to inform the user of an abnormality of the apparatus 1.
なお、ここでは校正用試料として３０ｍｌと５０ｍｌを例示したが、計測範囲内であればどのような体積であっても良い。校正用試料は、圧縮や温度変化に対して体積変化の生じにくい材質・形状がよいので、通常は金属製の円柱状のものを使用する。しかし、他の形状・材質のものを使用してもよい。 Here, although 30 ml and 50 ml are exemplified as the calibration samples, any volume may be used as long as it is within the measurement range. Since the calibration sample is made of a material and shape that is less likely to change in volume due to compression or temperature change, a metal cylindrical shape is usually used. However, other shapes and materials may be used.
次に、原点設定が正常に完了したら、電磁弁４１を閉めて、目標圧力に到達するまで試料室１１を加圧する。この加圧は、圧力センサ３１からの電気信号をマイクロプロセッサ４９で演算しながら、目標圧力に到達するまでモータ３７を駆動させることで行う。即ち、モータ３７に取り付けられた歯車３５を回転させることで、ピストン２７とギヤ３３を、エアーシリンダー２３内のエアー２５が試料室１１に送られるように動かす。このとき上述の空気系統は密閉されているので、空気系統内の空気は圧縮され、圧力が上昇する。空気系統の空気を圧縮する速度は、例えば、目標圧力に到達するまで一定の速度で行う。 Next, when the origin setting is completed normally, the electromagnetic valve 41 is closed and the sample chamber 11 is pressurized until the target pressure is reached. This pressurization is performed by driving the motor 37 until the target pressure is reached while calculating the electrical signal from the pressure sensor 31 by the microprocessor 49. That is, by rotating the gear 35 attached to the motor 37, the piston 27 and the gear 33 are moved so that the air 25 in the air cylinder 23 is sent to the sample chamber 11. At this time, since the above air system is sealed, the air in the air system is compressed and the pressure rises. The speed at which the air in the air system is compressed is, for example, a constant speed until the target pressure is reached.
なお、目標圧力の少し手前までは高速（第一速度）で加圧を行い、数秒間加圧を停止して空気系統の圧力が定常状態（安定した状態）になるのを確認してから、徐々に目標圧力に到達するまで低速（第二速度）で圧縮を行うことも好ましい。あるいは、目標圧力に到達する少し手前までは高速で圧縮を行い、徐々に圧縮速度を減速させることで空気系統の圧力を定常状態近づけながら目標圧力に到達させることも望ましい。即ち、上述の第一速度と第二速度は、それぞれ一定の速度である場合に限定されず、平均値としての第一速度と、平均値としての第二速度が、高速と低速に設定されるようにしても良い。 In addition, pressurize at a high speed (first speed) until just before the target pressure, stop pressurizing for a few seconds, and confirm that the pressure of the air system becomes a steady state (stable state) It is also preferable to perform compression at a low speed (second speed) until the target pressure is gradually reached. Alternatively, it is also desirable to perform compression at a high speed just before reaching the target pressure, and gradually reduce the compression speed to reach the target pressure while bringing the pressure of the air system close to a steady state. That is, the first speed and the second speed described above are not limited to the case where each is a constant speed, and the first speed as the average value and the second speed as the average value are set to high speed and low speed. You may do it.
空気系統の圧力が目標圧力に到達したことを確認した後、ピストン２７の到達点と特定の開始点（原点）の移動量をマイクロプロセッサ４９で演算して、記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶する。このときのピストン２７の移動量は、モータ３７の総回転角度に置き換えることが出来る。また、使用するピストン２７の断面積の値を予めプログラムに入れておくことで、ピストン２７の移動量から試料室１１に送られた空気の流量をマイクロプロセッサ４９で演算できる。つまり、試料室１１には既知の体積を持った校正用試料が入っているので、ピストン２７の移動量は、計測原理でいうところの、はじめの圧力を一定にして特定の目標圧力まで圧縮するときの容積変化量となる。また、求める実容積の値は、校正用試料の体積から予め確定できる。この校正処理を、体積の異なる複数の校正用体積でそれぞれ行う。これらの結果を、計算式に代入して記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶する。即ち、校正処理から得られる情報を利用して、実際の計測で利用する計算式を生成する。 After confirming that the pressure of the air system has reached the target pressure, the microprocessor 49 calculates the amount of movement between the arrival point of the piston 27 and a specific start point (origin), and stores it in the storage unit (ROM) 51. . The amount of movement of the piston 27 at this time can be replaced with the total rotation angle of the motor 37. In addition, if the value of the cross-sectional area of the piston 27 to be used is entered in the program in advance, the flow rate of the air sent to the sample chamber 11 from the amount of movement of the piston 27 can be calculated by the microprocessor 49. That is, since a calibration sample having a known volume is contained in the sample chamber 11, the movement amount of the piston 27 is compressed to a specific target pressure with the initial pressure being constant as in the measurement principle. It becomes the volume change amount. The actual volume value to be obtained can be determined in advance from the volume of the calibration sample. This calibration process is performed for each of a plurality of calibration volumes having different volumes. These results are substituted into the calculation formula and stored in the storage unit (ROM) 51. That is, a calculation formula used in actual measurement is generated using information obtained from the calibration process.
その後、ピストン２７は開始点（原点）に移動して停止し、電磁弁４１を開いて空気系統を大気開放すると同時に、表示部５に校正終了を知らせる表示を出す。もし、校正処理中に、特定の終了点となる最大許容値Ｒｍａｘまでピストン２７が移動しても目標圧力に到達しない場合は、空気系統のどこかに詰り等の問題があるか、もしくは、圧力センサ３１、原点センサ３９、モータ３７、ピストン２７、ギヤ３３、歯車３５、制御装置２１に故障が生じている可能性がある。その場合は、エラーメッセージを表示部５に表示すると共に、ピストン２７の移動を中止する。この際、ピストン２７を原点に復帰させたり、電磁弁４１を開くことが好ましい。 Thereafter, the piston 27 moves to the start point (origin) and stops, opens the solenoid valve 41 to release the air system to the atmosphere, and simultaneously displays a display notifying the end of calibration on the display unit 5. If the target pressure is not reached even if the piston 27 moves to the maximum permissible value Rmax as a specific end point during the calibration process, there is a problem such as clogging somewhere in the air system, or the pressure There may be a failure in the sensor 31, the origin sensor 39, the motor 37, the piston 27, the gear 33, the gear 35, and the control device 21. In that case, an error message is displayed on the display unit 5 and the movement of the piston 27 is stopped. At this time, it is preferable to return the piston 27 to the origin or open the electromagnetic valve 41.
校正作業が完了し、未知の計測試料の実容積を計測する時は、計測対象の試料を試料室１１に入れて密閉し、表示部５を見ながら操作パネル３で計測開始を入力する。制御装置２１によって計測が自動的に行われ、計測結果が表示部５に表示される。 When the calibration work is completed and the actual volume of an unknown measurement sample is measured, the sample to be measured is placed in the sample chamber 11 and sealed, and the start of measurement is input on the operation panel 3 while viewing the display unit 5. The measurement is automatically performed by the control device 21 and the measurement result is displayed on the display unit 5.
この自動計測を具体的に説明する。まず、原点センサ３９の電気信号を利用して、ピストン２７に取り付けられたギヤ３３を特定の開始点（原点）に移動させて停止する。この原点処理は、モータ３７によって歯車３５を回転させることで行う。次に、電磁弁４１を開き、エアーシリンダー２３内のエアー２５の圧力が大気圧となるようにし、実際に、圧力センサ３１で計測して確認する。つまり、エアーシリンダー２３内・電磁弁４１・配管４３・継ぎ手４５・エアー出口２９で構成されるひとつの空気系統の圧力を圧力センサ３１で計測し、その電気信号を配線４７を介して制御装置２１に伝達し、マイクロプロセッサ４９に送られて演算処理され、エアー２５と大気に圧力差がないことを確認する。もし、このときエアー２５の圧力と大気圧にある一定以上の圧力差がある場合は、空気系統のどこかに詰り等の問題があるか、もしくは圧力センサ３１、原点センサ３９、モータ３７、ピストン２７、ギヤ３３、歯車３５、制御装置２１に故障が生じている可能性がある。従って、エラーメッセージを表示部５に表示する。これにより、本装置１にトラブルが生じたまま、実際の計測を開始してしまうことを未然に防ぐことができる。 This automatic measurement will be specifically described. First, using the electric signal of the origin sensor 39, the gear 33 attached to the piston 27 is moved to a specific start point (origin) and stopped. This origin processing is performed by rotating the gear 35 by the motor 37. Next, the electromagnetic valve 41 is opened so that the pressure of the air 25 in the air cylinder 23 becomes atmospheric pressure, and actually measured by the pressure sensor 31 and confirmed. That is, the pressure sensor 31 measures the pressure of one air system including the air cylinder 23, the electromagnetic valve 41, the piping 43, the joint 45, and the air outlet 29, and the electric signal is transmitted via the wiring 47 to the control device 21. , And sent to the microprocessor 49 for arithmetic processing to confirm that there is no pressure difference between the air 25 and the atmosphere. If there is a certain pressure difference between the pressure of the air 25 and the atmospheric pressure at this time, there is a problem such as clogging somewhere in the air system, or the pressure sensor 31, the origin sensor 39, the motor 37, the piston. 27, the gear 33, the gear 35, and the control device 21 may have failed. Therefore, an error message is displayed on the display unit 5. As a result, it is possible to prevent actual measurement from being started while a trouble has occurred in the apparatus 1.
エアー２５と大気に圧力差がないことが確認された後、電磁弁４１を閉めて、目標圧力に到達するまで空気系統の空気を圧縮する。この圧縮は、圧力センサ３１からの電気信号をマイクロプロセッサ４９で演算して監視しながら、目標圧力に到達するまでモータ３７を駆動させることで行う。このときピストン２７とギヤ３３は、エアーシリンダー２３内のエアー２５を試料室１１に送る方向に動く。空気系統は、密閉されているので、ピストン２７により空気系統の空気は圧縮され圧力が上昇する。 After it is confirmed that there is no pressure difference between the air 25 and the atmosphere, the solenoid valve 41 is closed and the air in the air system is compressed until the target pressure is reached. This compression is performed by driving the motor 37 until the target pressure is reached while calculating and monitoring the electric signal from the pressure sensor 31 by the microprocessor 49. At this time, the piston 27 and the gear 33 move in a direction to send the air 25 in the air cylinder 23 to the sample chamber 11. Since the air system is sealed, the air in the air system is compressed by the piston 27 and the pressure rises.
空気系統を圧縮する速度（ピストン２７の移動速度）は、ここでは定速制御しているが、例えば目標圧力に到達する少し手前までは高速（第一速度）で加圧を行い、数秒間加圧を停止して、空気系統の圧力が定常状態になるのを確認してから、徐々に目標圧力に到達するまで低速（第一速度）で加圧することが好ましい。また、目標圧力に到達する少し手前までは高速で圧縮を行い、徐々に圧縮速度を減速させることで空気系統の圧力を定常状態近づけながら目標圧力に到達させることも可能である。 The speed at which the air system is compressed (moving speed of the piston 27) is controlled at a constant speed here, but for example, pressurization is performed at a high speed (first speed) until it reaches the target pressure, and is applied for several seconds. After confirming that the pressure of the air system is in a steady state after stopping the pressure, it is preferable to pressurize at a low speed (first speed) until the target pressure is gradually reached. It is also possible to perform compression at a high speed just before reaching the target pressure and gradually reduce the compression speed to reach the target pressure while bringing the pressure of the air system close to a steady state.
目標圧力に到達したことを確認したらピストン２７を停止させ、ピストン２７の到達点と、上記原点の差となる移動量をマイクロプロセッサ４９で演算して記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶する。このときのピストン２７の移動量は、モータ３７の総回転角度に置き換えることが出来る。マイクロプロセッサ４９は、特定の目標圧力まで圧縮するときの容積変化量から、校正処理によって求められた計算式を利用して、試料の実容積値を演算して記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶する。また、ピストン２７は、原点に移動させてから停止し、電磁弁４１を開いて空気系統を大気開放すると同時に、表示部５に計測終了を知らせる表示を出す。この際、演算によって得られた実容積値を表示部５に表示することが望ましい。 When it is confirmed that the target pressure has been reached, the piston 27 is stopped, and the movement amount that is the difference between the arrival point of the piston 27 and the origin is calculated by the microprocessor 49 and stored in the storage unit (ROM) 51. The amount of movement of the piston 27 at this time can be replaced with the total rotation angle of the motor 37. The microprocessor 49 calculates the actual volume value of the sample from the volume change amount at the time of compression to a specific target pressure, using the calculation formula obtained by the calibration process, and stores it in the storage unit (ROM) 51. . The piston 27 stops after moving to the origin, opens the solenoid valve 41 to open the air system to the atmosphere, and simultaneously displays a display notifying the end of measurement on the display unit 5. At this time, it is desirable to display the actual volume value obtained by the calculation on the display unit 5.
なお、最大許容値Ｒｍａｘまでピストン２７が移動しても目標圧力に到達しない場合は、空気系統のどこかに詰り等の問題があるか、もしくは圧力センサ３１、原点センサ３９、モータ３７、ピストン２７、ギヤ３３、歯車３５、制御装置２１に故障がある可能性があることになる。その場合は、エラーメッセージを表示部５に表示し、ピストン２７による加圧を強制終了する。これにより本デジタル土壌物理性計測装置１の破損を回避する。 If the target pressure is not reached even if the piston 27 moves to the maximum allowable value Rmax, there is a problem such as clogging somewhere in the air system, or the pressure sensor 31, the origin sensor 39, the motor 37, the piston 27. There is a possibility that the gear 33, the gear 35, and the control device 21 are faulty. In that case, an error message is displayed on the display unit 5, and the pressurization by the piston 27 is forcibly terminated. This avoids damage to the digital soil physical property measuring apparatus 1.
なお、このデジタル土壌物理性計測装置１は、自動で複数回の繰り返し計測をして、平均値をマイクロプロセッサ４９で演算して記憶部（ＲＯＭ）５１に記憶することができる。さらに複数回計測する時に、前回計測値と比較した値が一定範囲内であれば、さらなる計測を繰り返すことなく計測をマイクロプロセッサ４９で演算して自動判定して終了することもできる。また、計測した計測値をデジタルデータとして記憶部（ＲＯＭ）５１に保存するとともに、出力ケーブル６２と出力コネクタ１５を介して計測データを外部コンピュータ６１に出力することができる。 In addition, this digital soil physical property measuring apparatus 1 can automatically measure repeatedly a plurality of times, calculate an average value by the microprocessor 49, and store it in the storage unit (ROM) 51. Furthermore, when measuring a plurality of times, if the value compared with the previous measurement value is within a certain range, the measurement can be automatically performed by the microprocessor 49 without repeating the further measurement, and the measurement can be terminated. Further, the measured values measured can be stored as digital data in the storage unit (ROM) 51, and the measured data can be output to the external computer 61 via the output cable 62 and the output connector 15.
デジタル土壌物理性計測装置１の前記制御装置２１は、時計機能としてリアルタイムクロック５３を備えている。リアルタイムクロック５３は、表示部５を見ながら操作パネル３で現在時刻・日付を入力することができる。この時計機能により、計測した日時を計測データに付加して、記憶部（ＲＯＭ）５１に保存されることでデータの整理を簡単に行うことができる。 The control device 21 of the digital soil physical property measuring apparatus 1 includes a real time clock 53 as a clock function. The real time clock 53 can input the current time and date on the operation panel 3 while viewing the display unit 5. With this clock function, the date and time of measurement can be added to the measurement data and stored in the storage unit (ROM) 51, whereby data can be easily organized.
ここで説明した実施例は、特定の目標圧力（圧縮圧力）に対する空気流量（圧縮容積）の変化量から実容積を求める方法で記載しているが、ボイル−シャルル（Ｂｏｙｌｅ−Ｃｈａｒｅｌｅｓ）の法則によれば、特定の目標容積を圧縮した際、即ち圧縮容積を一定にした際に得られる、試料室内の圧力変化量から実容積を求める計測方法も採用できる。いずれも原理的には全く同等であるため、上述の目標圧力と空気容量（圧縮容積）の関係を、目標容積と圧力変化量の関係の置き換えれば良いことから、詳細な説明は省略する。 In the embodiment described here, the actual volume is calculated from the amount of change in the air flow rate (compression volume) with respect to a specific target pressure (compression pressure), but the Boyle-Charles law is used. Therefore, a measurement method for obtaining the actual volume from the amount of change in pressure in the sample chamber, which is obtained when a specific target volume is compressed, that is, when the compression volume is made constant, can also be adopted. Since all of them are completely equivalent in principle, the relationship between the target pressure and the air capacity (compression volume) may be replaced with the relationship between the target volume and the pressure change amount, and thus detailed description thereof is omitted.
デジタル土壌物理性計測装置１では、校正と計測の双方において、目標圧力に達するまで加圧する一連の計測作業を全て自動化して制御するので、個人差による計測誤差を防ぐことが可能となり、計測精度が向上する。特に、制御装置において、例えばボイル−シャルルの法則を利用した算定式を利用して、試料容積を自動的に算出することが可能になるので、計算ミス等を含めた計測エラーを抑制することができ、且つ測定時間を大幅に短縮することができる。 The digital soil physical property measuring apparatus 1 can automatically control a series of measurement operations to pressurize until reaching the target pressure in both calibration and measurement, so that measurement errors due to individual differences can be prevented and measurement accuracy can be prevented. Will improve. In particular, in the control device, for example, it is possible to automatically calculate the sample volume using a calculation formula using the Boyle-Charles law, so that measurement errors including calculation errors can be suppressed. Measurement time can be greatly shortened.
特に本デジタル土壌物理性計測装置１では、自動校正手段によって、校正用試料を用いて校正作業を行い、その結果を利用して実容積の算定式を自動的に補正するので、測定環境に合わせて極めて高精度な計測が可能となる。とりわけ、校正作業と実測作業が自動的に連動するので、作業者の負担を大幅に軽減できる。校正作業時においても、複数の校正用試料を利用して複数回の校正を行うので、校正制度を高めることが可能となっている。 In particular, in the digital soil physical property measuring apparatus 1, calibration is performed using a calibration sample by an automatic calibration means, and the calculation formula of the actual volume is automatically corrected using the result. Measurement with extremely high accuracy. In particular, since the calibration work and the actual measurement work are automatically linked, the burden on the operator can be greatly reduced. Even during the calibration work, a plurality of calibrations are performed using a plurality of calibration samples, so that the calibration system can be enhanced.
更にこの自動校正手段では、校正作業時における誤差が、許容上限値又は許容下限値を超えるか否かを判断している。この上限又は下限を超える場合は、本装置１に何らかの異常が生じている可能性があるのでエラー表示を出す。この結果、校正ミスを未然に防止でき、また、本装置１に異常が生じたまま、実測を始めてしまうミスを低減できる。 Further, in this automatic calibration means, it is determined whether or not the error during the calibration operation exceeds the allowable upper limit value or the allowable lower limit value. If this upper limit or lower limit is exceeded, an error is displayed because there is a possibility that some abnormality has occurred in the apparatus 1. As a result, a calibration error can be prevented in advance, and an error in starting actual measurement can be reduced while the apparatus 1 is abnormal.
また更に、デジタル土壌物理性計測装置１では、特定の終了点まで加圧しても試料室１１の内圧が目標圧力に到達しない場合、表示部５にエラーを表示させるので、校正時や実測時において、本装置１の破損や測定ミスを未然に防止することが可能となっている。 Furthermore, in the digital soil physical property measuring apparatus 1, an error is displayed on the display unit 5 when the internal pressure of the sample chamber 11 does not reach the target pressure even when pressurized to a specific end point. It is possible to prevent damage to the apparatus 1 and measurement errors.
また、このデジタル土壌物理性計測装置１では、校正や実測時に、特定の開始点にピストンを移動させて停止させて内部を大気開放し、その内圧と大気圧の間に一定以上の圧力差があるか否かを判定し、圧力差がある場合は表示部にエラーを表示させる。従って、微小な目詰まりや各部品の異常などのように、人間の感覚では分からないようなトラブルも、測定前に自動的に検知することが可能となる。この結果、測定ミスを低減することができる。 Moreover, in this digital soil physical property measuring apparatus 1, at the time of calibration or actual measurement, the piston is moved to a specific starting point and stopped to release the interior to the atmosphere. Whether there is a pressure difference or not is displayed on the display unit. Therefore, it is possible to automatically detect troubles that cannot be recognized by human senses, such as minute clogging and abnormality of each part, before measurement. As a result, measurement errors can be reduced.
また、このデジタル土壌物理性計測装置１では、目標圧力に到達させる加圧速度を自動制御することが可能であるので、この加圧速度の自動制御は計測精度の向上と計測時間の短縮につながる。 Moreover, in this digital soil physical property measuring apparatus 1, since it is possible to automatically control the pressurization speed to reach the target pressure, the automatic control of the pressurization speed leads to improvement of measurement accuracy and reduction of measurement time. .
さらに、圧力変化量に基づいて次への加圧に移行するか否かを判定するので、計測装置あるいは計測手段の異常を自動で検出することが可能となり、計測を中止あるいは計測者に異常を知らせることができ計測精度が向上する。 Furthermore, since it is determined whether or not to proceed to the next pressurization based on the amount of pressure change, it is possible to automatically detect an abnormality in the measuring device or the measuring means, and stop the measurement or cause an abnormality to the measurer. It can be notified and the measurement accuracy is improved.
また、自動で複数回の繰り返し平均値を算出することができるので、計測値計算の時間を短縮するメリットがある。さらに同一サンプルを複数回計測するとき、前回計測値と比較した値が一定範囲内であればさらなる計測を繰り返すことなく計測を自動判定して終了することができるので、計測精度を保ちながら計測時間を短縮するメリットがある。 In addition, since it is possible to automatically calculate a repeated average value a plurality of times, there is an advantage of shortening the time required for measurement value calculation. In addition, when measuring the same sample multiple times, if the value compared with the previous measurement value is within a certain range, the measurement can be automatically judged and terminated without repeating further measurement, so measurement time can be maintained while maintaining measurement accuracy. There is merit to shorten.
また、計測した計測値をデジタルデータとして保存できるので、データ入力作業が軽減されるとともにデータ解析が容易に行えるメリットがある。 Further, since the measured values can be stored as digital data, there are advantages that data input work is reduced and data analysis can be easily performed.
なお、上記実施形態では、試料室１１に校正用試料をセットすることで、この試料室１１を校正用空間として利用する場合を示したが、例えば図７に示されるように、試料室１１とは別に、大きさの異なる複数の校正室１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを用意して、校正作業を行うことも好ましい。この際、試料室１１を含めて、校正室１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃには、各空間への空気の導入を切り換える切替弁１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを設ける。校正時は、これらの切替弁１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２ＣのいずれかをＯＮにし、残りをＯＦＦにすることで、試料室１１と校正室１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが、合計４つの校正用空間として機能する。従って、これらの校正用空間に順番に空気を導入して校正を行うことができる。このようにすると、複数の校正用空間が予め用意されているので、最初から最後まで、完全に自動的に校正作業を行うことが出来る。 In the above-described embodiment, the case where the sample chamber 11 is used as the calibration space by setting the calibration sample in the sample chamber 11 has been shown. For example, as shown in FIG. In addition, it is also preferable to prepare a plurality of calibration chambers 11A, 11B, and 11C having different sizes and perform the calibration work. At this time, the calibration chambers 11A, 11B, and 11C including the sample chamber 11 are provided with switching valves 12, 12A, 12B, and 12C for switching the introduction of air into each space. At the time of calibration, any one of these switching valves 12, 12A, 12B, and 12C is turned on and the rest are turned off, so that the sample chamber 11 and the calibration chambers 11A, 11B, and 11C have a total of four calibration spaces. Function. Therefore, calibration can be performed by sequentially introducing air into these calibration spaces. In this way, since a plurality of calibration spaces are prepared in advance, the calibration work can be performed completely automatically from the beginning to the end.
更に例えば、図８に示されるように、試料室１１とは別に、ピストンによって内部体積を可変にできる可変校正室１６を用意して、校正作業を行うことも好ましい。この際、試料室１１と可変校正室１６には、各空間への空気の導入を切り換える切替弁１２、１２Ａを設ける。校正時は、この切替弁１２をＯＦＦにして１２ＡをＯＮにし、可変校正室１６の内部空間を自動的に多段階で変化させ、大きさの異なる複数の校正用空間として機能させる。従って、可変校正室１６の内部空間を変化させながら、これらの校正用空間に順番に空気を導入して校正を行うことができる。このようにすると、複数の校正用空間が自動的に形成されるので、最初から最後まで、完全に自動的に校正作業を行うことが出来る。 Further, for example, as shown in FIG. 8, it is also preferable to prepare a variable calibration chamber 16 whose internal volume can be varied by a piston separately from the sample chamber 11 and perform the calibration work. At this time, the sample chamber 11 and the variable calibration chamber 16 are provided with switching valves 12 and 12A for switching the introduction of air into each space. At the time of calibration, the switching valve 12 is turned off and 12A is turned on, and the internal space of the variable calibration chamber 16 is automatically changed in multiple stages to function as a plurality of calibration spaces having different sizes. Therefore, calibration can be performed by sequentially introducing air into these calibration spaces while changing the internal space of the variable calibration chamber 16. In this way, since a plurality of calibration spaces are automatically formed, the calibration work can be performed completely automatically from the beginning to the end.
尚、本発明のデジタル土壌物理性計測装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the digital soil physical property measuring apparatus of this invention is not limited to above-described embodiment, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention.
本発明のデジタル土壌物理性計測装置は、土壌の実容積を測定する様々な場面で利用することが可能である。 The digital soil physical property measuring apparatus of the present invention can be used in various scenes for measuring the actual volume of soil.
１．デジタル土壌物理性計測装置
３．操作パネル
５．表示部
７．筐体
９．電源スイッチ
１１．試料室
１１Ａ．１１Ｂ．１１Ｃ 校正室
１２．１２Ａ．１２Ｂ．１２Ｃ 切替弁
１３．電源ソケット
１５．出力コネクタ
１６．可変校正室
１７．入力コネクタ
２１．制御装置
２３．エアーシリンダー
２５．エアー
２７．ピストン
２９．エアー出口
３１．圧力センサ
３３．ギヤ
３５．歯車
３７．モータ
３９．原点センサ
４１．電磁弁
４３．配管
４５．継ぎ手
４７．配線
４９．マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）
５１．記憶部
５３．リアルタイムクロック
５５．アダプター
５７．電源ケーブル
５９．蓄電池
６１．外部コンピュータ
６２．出力ケーブル
６３．上位コンピュータ
６４．入力ケーブル
６５．加圧手段
６７．圧力計測手段
６９．流量計測手段
７１．加圧手段駆動装置
１０１．加圧制御手段
１０３．加圧停止手段
１０５．移行判定手段
１０７．平均値算出手段
１０９．反復手段
１１１．出力手段
１１３．計測値保存手段
１１７．エラー報知手段
１１９．実容積算定手段
１２１．強制終了手段
１２３．原点処理手段
１３０．計測制御プログラム
1. 2. Digital soil physical property measuring device Operation panel 5. Display unit 7. Housing 9. Power switch 11. Sample chamber 11A. 11B. 11C Calibration room 12.12A. 12B. 12C switching valve 13. Power socket 15. Output connector 16. Variable calibration room 17. Input connector 21. Control device 23. Air cylinder 25. Air 27. Piston 29. Air outlet 31. Pressure sensor 33. Gear 35. Gear 37 Motor 39. Origin sensor 41. Solenoid valve 43. Piping 45. Joint 47. Wiring 49. Microprocessor (CPU)
51. Storage unit 53. Real-time clock 55. Adapter 57. Power cable 59. Storage battery 61. External computer 62. Output cable 63. Host computer 64. Input cable 65. Pressurizing means 67. Pressure measuring means 69. Flow rate measuring means 71. Pressurizing means driving device 101. Pressure control means 103. Pressurization stop means 105. Transition judging means 107. Mean value calculating means 109. Repeat means 111. Output means 113. Measurement value storage means 117. Error notification means 119. Actual volume calculation means 121. Forced termination means 123. Origin processing means 130. Measurement control program
Claims (7)
前記試料室を加圧する加圧手段と、
前記試料室内の圧力を計測する圧力計測手段と、
前記加圧手段を駆動する加圧手段駆動装置と、
前記加圧手段駆動装置を制御する制御装置と、
利用者に対して情報を提示する表示部と、を備え、
前記制御装置は、前記試料室が目標圧力に達するまでに必要な空気流量に基づいて、または、前記試料室に目標流量を送り込んだ際に得られる圧力変化量に基づいて、前記試料室内の試料容積を算出する実容積算定手段を有することを特徴とするデジタル土壌物理性計測装置。 A sample chamber for measurement,
A pressurizing means for pressurizing the sample chamber;
Pressure measuring means for measuring the pressure in the sample chamber;
A pressurizing means driving device for driving the pressurizing means;
A control device for controlling the pressurizing means driving device;
A display unit for presenting information to the user,
The control device is configured so that the sample in the sample chamber is based on an air flow rate required until the sample chamber reaches a target pressure, or based on a pressure change amount obtained when the target flow rate is fed into the sample chamber. A digital soil physical property measuring apparatus having an actual volume calculating means for calculating a volume.
前記制御装置における前記実容積算定手段は、前記自動校正手段によって算出される前記空気流量又は前記圧力変化量を利用して、前記試料容積を算出することを特徴とする請求項１に記載のデジタル土壌物理性計測装置。 The control device pressurizes the calibration space having a known volume by the pressurizing unit, and sends the air flow rate until the calibration space reaches the target pressure or the target flow rate is sent to the calibration space. Automatic calibration means for calculating the amount of pressure change obtained in
The digital volume according to claim 1, wherein the actual volume calculation means in the control device calculates the sample volume using the air flow rate or the pressure change amount calculated by the automatic calibration means. Soil physicality measuring device.
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