관수 자동화 및 시스템 2011. 4. 8 김 동억 031-290-1859, 010-2210-4849 양액 및 관비재배기술.

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1 관수 자동화 및 시스템 2011. 4. 8 김 동억 031-290-1859, 010-2210-4849 양액 및 관비재배기술

2 토양수분 측정  건토중량법  중량수분함량의 측정만 가능하며 가장 정확  코어측정법  중량수분함량과 용적수분함량을 모두 측정할 수 있는 방법, 용적수분함량의 표준측정법  중성자 수분측정기 이용법  Tensiometer 법 : 재배현장에서 실용적 2

3 채취한 토양시료를 105 ℃ 오븐에서 48 시간 건조한 후 습토와 건토의 무게비를 백분율 (%) 로 나타내는 방법 3  건토중량법

4 Core(2, 3 인치 ) 를 채취하여 코아의 무게를 단 후 토 양을 모두 큰 용기에 쏟아 105 ℃에서 24 시간 건조 무게 변화가 없을 때 무게 측정 2 인치 코아의 경우 Vt = 100mL, Ms = 코아의 건조한 토양 의 총무게, Mw = 건조시 감소된 무게, Vw = 물의 부피 용적밀도 = Ms/Vt 용적수분함량 = Vw/Vt = 물의 부피 / 전체 부피 ( 흙 + 함유 되어 있는 물 ) 4  코아측정법

5 토양의 전기저항이 수분함량에 따라 변하 는 원리를 이용하는 방법 한 쌍의 전극이 내장된 다공성의 전기저항 괴 ( 電氣抵抗塊 ) 를 토양에 묻은 후 저항괴와 토양 사이에 수분평형 ( 水分平衡 ) 이 이루어 졌을 때 전극 사이의 전기저항을 측정 5  전기저항법 ( 電氣抵抗法 )

6 중성자수분측정기의 중성자 방출원 ( 방사능 소스 ) 으 로부터 나오는 중성자는 에너지가 높은 빠르다. 이들 은 토양의 여러 원자와 충돌 산란에 의해 운동에너지 를 느린 운동에너지를 잃고 느린 중성자로 바뀌어 토 양내에서 확산된다. 빠른 중성자를 느린 중성자로 감 속시키는데 가장 효과적인 원소는 중성자와 크기와 질량이 비슷한 핵을 갖는 수소원자이다. 토양내에서 토양수분의 감소는 이 수소원자를 가장 많이 감소시 킨다. 감소된 중성자를 방사능 탐지기 (Detector) 로 감 지, 계수화하여 수분함량을 측정 6  중성자 수분측정기 이용법

7 토양수분의 포텐셜 에너지는 그 절대치를 정의하기 곤란 하므로 상대치로 나타내는데 자유수 표면의 포텐셜에너지 를 0 이라고 할 때 단위량의 토양수분이 갖는 포텐셜에너지 를 토양수분포텐셜 ( 장력 ) 이라 한다. 토양수의 총포텐셜은 이들 힘과 관계되는 각각의 포텐셜의 합으로 표시 된다. 즉 ψT( 총포텐셜 ) = ψG( 중력포텐셜 ) + ψP( 압력포텐셜 ) + ψM(Matric 포텐셜 ) + ψO( 삼투포텐셜 ) +.... 수분포텐셜 측정 중력 : 위치, 압력 : 수압, 매트릭 : 토양체의 모세관의 흡입력, 삼투 : 토양용액의 용질농도

8 토양공극내에 내재하는 증기압을 측정함으로써 토양수분상 태, 즉 포텐셜을 측정하는 방법이다. 토양내 감지센서에 전 기전도도가 다른 백금선과 구리선이 접합된 접점이 있고 계 측기내에는 표준상태로 일정하게 유지되는 접점이 있다. 토 양내 증기압에 따라 센서의 접점은 변하고 계측기내의 접점 은 일정하게 되므로 두 접점간의 온도차에 따라 두 접점을 연결하는 회로에 미세전압이 발생하고 이 미세전압을 측정 하는 방식  싸이크로미트리 (Psychrometry) 법

9 9 측정범위 : 0~100kPa 길이 : 15, 30, 45, 50, 90, 120cm 텐시오메타는 다공질컵과 reading gauge 를 연결하는 튜브관으로 구성되며 물로 채 워져 있다. 다공질컵을 토양에 묻으면 컵내 부의 물이 컵벽의 구멍을 통하여 토양수와 평형을 이루게 된다. 이와 같이 평형이 이 루어졌을 때 reading gauge 의 눈금을 읽어 토양수분포텐셜을 측정  Tensiometer 법

10 시간제어법, 전기저항제어법, 수분장력제어법 등  시간제어법 시설내 토양의 수분용수량을결정하여 관수자동화를 미리 알고 있을 경우 상당하는 수분량을 공급할 수 있는 시간을 행하는 경우이며, 간단하고 장치비가 적은 대신 용수량 산 정에 대한 많은 연구가 요구되며 정밀제어가 어려움 토양수분 계측제어방법

11 토양의 전기저항이 수분함량에 따라 변하는 원리를 이용한 것으로 한쌍의 전극이 든 전기저항체를 토양에 묻고 저항 체와 토양간 수분평형이 이루어졌을때 저항을 측정하고 수 분상태를 나타내는 것이다. 저항체는 석고, 나일론 또는 섬 유질유리 등으로 만들며 그것은 토양수분 그 자체보다는 수분장력과 평형을 이루는 것이다. 따라서 저항체의 전기 적 저항과 토양수분 장력간의 관계을 측정하여 토양수분 장력을 측정 제어  전기저항법

12  텐시오미터에 의한 수분장력제어법은 저수분에서 정확하고 소형시설내에서는 가능하지만 대면적의 경우 한 곳의 텐시오미터 값으로 전체토양수 분의 판정이 곤란하고 양액재배에서의 인공배지에서는 부압생성이 되지 않으 며 전기적으로 신호화하여 컴퓨터로 계측하기 어렵다.  석고블럭은 극판사이의 수분밀도에 따라 극판사이의 유전율과 전 기저항 이 변하게 되는 것을 이용하여 토양수분을 계측

13

14 24 시간 타이머와 미니타이머를 조합 원하는 시각에 원하는 시간 동안 자동적으로 관수  타이머에 의한 급액제어

15 급액제어방법 √ 포텐셔메타의 압력게이지내에 상하한 접점 이용 √ 증발기내의 상하한 접점센서 이용 √TDR(Time Domain Reflectometry) 센서 이용 적산일사량 이용 증발산량식 (Penman-Monteith Equation 등 ) 이용

16 센서에 의한 급액제어 √ 텐시오메타의 압력게이지내에 상하한 접점을 설정하여 토양 수분상태에 따라 계기의 지침이 접점을 접촉하면 전기신호가 릴레이를 구동하여 급수펌프 ON 하고 타이머에 의하여 일정 시간 관수 후 OFF √ 증발기내의 상하한 접점센서를 설치하여 일정량의 물이 증 발을 하면 플로우트가 접점센서를 접촉하도록하여 전기신호 가 릴레이를 구동 급수펌프를 ON 하고 타이머에 의하여 일정 시간 관수 후 OFF

17 증발산량에 의한 급액제어 √ 작물의 흡수량과 일사량의 밀접한 관계를 이용하여 하루 일 사량의 시간적 변화에 따라 일정한 적산 일사량에 도달하면 급액될 수 있도록 하고 1 회 급액량은 작물 생육 상황에 따라 증산량을 추정하여 급액 √ 증발산량은 지역의 년간 기후 조건 즉, 일사량, 건습구, 온도, 상대습도, 풍속 등의 데이터를 이용 계산하며 여러가지 추정 식이 있다. 그중 Penman-Monteith Equation 은 FAO 에서 제공 하는 CROPWATW 를 이용 계산이 가능하다.

18 토양수분함량과 센서출력시간과의 관계 √ 고주파를 발생하고 한쌍의 평형막대선으로 구성된 센서막대를 타고 고주파가 흘러 갔다가 막대의 끝에서 다시 되돌아 오게 되는 데 이 때의 전파속도를 읽어 토양수분함량을 측정  TDR(Time Domain Reflectometry) 센서에 의한 급액제 어

19  전극법 √ 배액을 측정용기에 들어가게 하고, 측정 용기에는 일정한 위치에 전극을 달아서 배액이 전극에 닿을 정도로 나오면, 전기가 통하게 되 어 급액 장치의 동작을 멈추게 하는 방식 집액용기 전극 친수성 매트 점적관 배지

20  중량법 √ 중량법에는 베드를 저울 위에 올려 놓고 무게 변화로 제어하는 방식, 배액을 집수 용기에 넣고 그 무게로 제어하는 방식 그리고 배액이 밀어올린 압력으로 급액량을 조절하는 방식이 있으나 크게 활용되지는 않고 있다

21 센서 21 TDR 센서 텐시오메타

22 NFT (Nutrient Film Technique) NFT 방식은 베드를 1/25 ～ 1/125 의 경사를 주어 2 ～ 3cm 깊이로 양액 이 흘러내리도록 한 방식을 말하며, 재배베드, 급배액장치, 탱크, 탱 크의 수위를 조절하는 수위조절기, 펌프, 양액공급장치, 배양액 살균 장치 등으로 구성 재배방식별 특성

23 NFT 담수탱크와 양액공급장치

24 미카도 NFT

25 과채류용 간이식 NFT

26 엽채류용 NFT 구조

27 DFT (Deep Flow Technique) 담액수경은 뿌리가 배양액 속에 담겨져 있는 것으로 양액이 일정 수 위를 유지하는 수경법으로 산소의 공급방법에 따라 유동식, 액면저 하식, 연속통기식, 간헐관주식 등이 있음

28 교오와 하이포니카의 구조 ( 과채류용 )

29 고오베 원예시험장식 수경재배의 구조 ( 과채류용 )

30 고형배지경 자갈, 모래 등 천연 무기물을 배지로 사용하거나 피트, 왕겨, 훈탄 등 천연 유기물을 사용하거나 펄라이트, 암면 등 인공재료를 배지로 사용하는 재배법 장점 : 배지 내가 통기가 되므로 산소 공급이 좋고 배지에 수분이 풍 부하여, 펌프가 정지하여도 상당 시간 피해가 없음

31 고형배지경 제어체계

32 고형배지경 제어입력과 출력

33 암면을 배지로 사용하는 고형배지경 장점 : 다른 고형배지경에 비하여 이식과 정식이 간편하고, 기상률이 클 뿐 아니라, 배수와 보수성이 양호하며, 가벼워 취급하기가 편리함 암면재배

34 일본 야채다업시험장 암면재배

35 암면재배 베드 예

36 순환식 암면재배 ( 시부야 방식 )

37 순환식재배 제어입력과 출력

38 순환식 재배시스템