測(cè)量木材含水率的方法很多,在木材加工企業(yè)中應(yīng)用多的是傳統(tǒng)的稱量法和電阻法,較新的方法是電磁波技術(shù)。由于該種技術(shù)投入市場(chǎng)時(shí)間不長(zhǎng),且多為國(guó)外的產(chǎn)品,還有價(jià)格等方面的因素,目前國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用不多。
由于儀器儀表的設(shè)計(jì)及制造過程中不可避免地存在一些誤差及使用中操作熟練程度不等,可導(dǎo)致測(cè)量誤差,筆者對(duì)此進(jìn)行初步分析,與同行探討。
1木材含水率測(cè)量方法
1.1稱量法
稱量法是傳統(tǒng)的、也是基本的木材含水率測(cè)量方法。我國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2,3]中都規(guī)定以稱量法測(cè)量的含水率為準(zhǔn)。其計(jì)算公式如下:木材含水率=(濕木材質(zhì)量-絕干木材質(zhì)量)/絕干木材質(zhì)量×100,在實(shí)際測(cè)量過程中,按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,從鋸材上截取兩個(gè)試片為代表。截取的試片立即稱量,到0.01g,然后放入烘箱,在(103±2)℃下烘干,至后兩次稱量之差(2h間隔)小于0.02g,即認(rèn)為該試片達(dá)到了恒定質(zhì)量,再用上述公式計(jì)算每片試片的含水率及兩試片的平均含水率,作為木材的含水率值。
從理論上講,稱量法是木材含水率測(cè)量準(zhǔn)確的方法[4],但在操作過程中也存在很多引起木材含水率測(cè)量誤差的因素,使所測(cè)含水率值與實(shí)際值有偏差。
造成誤差的原因有如下幾點(diǎn):
1、氣候條件指試驗(yàn)環(huán)境空氣的溫、濕度所對(duì)應(yīng)的平衡含水率[5]與木材本身含水率不一致所引起的水分轉(zhuǎn)移。首先在鋸解時(shí),高速旋轉(zhuǎn)的鋸片與木材磨擦生熱,使試片兩側(cè)的溫度高于空氣的溫度。由于試片的厚度僅為10~12mm,相對(duì)暴露面積達(dá)試片表面積的70%以上,當(dāng)空氣所對(duì)應(yīng)的平衡含水率低于試片的含水率時(shí),試片在截取及稱量過程中都會(huì)釋放出水分,造成試片的質(zhì)量低于實(shí)際值;反之,又會(huì)使稱量的試片質(zhì)量高于實(shí)際值。另外,木材端面水分傳遞快,由此表面?zhèn)鬟f的水分相對(duì)于試片的質(zhì)量(一般20~100g)來說,誤差已足夠大。其次,在絕干材測(cè)量時(shí),環(huán)境空氣的平衡含水率高于木材含水率,試片由烘箱中取出到稱量完畢,試片會(huì)從空氣中吸收水分,環(huán)境空氣越濕,造成的絕干材質(zhì)量的誤差越大,導(dǎo)致計(jì)算出的含水率出現(xiàn)偏差。
2、操作熟練程度操作者動(dòng)作不熟練,易造成試片在空氣中暴露時(shí)間過長(zhǎng),引起稱量誤差增大,故應(yīng)盡量使用電子天平稱量,并要求操作者動(dòng)作熟練。
1.2電阻法
電阻法測(cè)量木材含水率時(shí),只需將探針釘入木板中,就可直接讀出含水率數(shù)值。正是其這一便捷的特性,使得眾多企業(yè)選用電阻法測(cè)量木材含水率。
1材性的影響電阻法測(cè)含水率值與木材本身材性有很大關(guān)系,一般電阻法儀表上都按不同木材樹種、密度等分成幾個(gè)檔次(一般分為4檔,有的稱為組),此外還需溫度校正裝置,以補(bǔ)償電阻隨溫度的變化而改變。但對(duì)于因樹木生長(zhǎng)立地的土質(zhì)不同,使木材中的礦物質(zhì)含量存在差異而造成的木材性質(zhì)差別,電阻法則無能為力,這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生同種木材由于電阻不同,即使含水率相同,測(cè)量值卻不同的結(jié)果。
木材紋理方向?qū)ζ浜手涤杏绊憽D静南蚁螂妼?dǎo)率比徑向電導(dǎo)率小10%~12%[6],檢測(cè)同樣含水率的弦向板和徑向板時(shí),結(jié)果會(huì)顯示不同的數(shù)值2儀表使用誤差電阻法測(cè)濕儀在使用過程中也會(huì)由于操作方法不同而造成結(jié)果的差異。一般電阻法測(cè)量?jī)x探針的后部都涂有絕緣材料,只有前端的露出部分,用以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的電阻值,所測(cè)含水率即為兩探針端點(diǎn)間的含水率,而不是木材的平均含水率值。木材在干燥后一般都存在中間高、表層低的含水率分布,探針刺入的深度不同,所顯示的含水率值亦不同,即使同一操作者,兩次測(cè)量的結(jié)果也會(huì)有差異。此外,木材表面受潮、雨淋、帶有濕心、經(jīng)化學(xué)處理或有表面涂層者也會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。
電阻法測(cè)量木材含水率還存在局限性,當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)所測(cè)值準(zhǔn)確,當(dāng)木材含水率低于7%時(shí),其電阻值約為200億Ω,又很難準(zhǔn)確測(cè)量其含水率值[7]。這對(duì)于在木材干燥過程中控制含水率變化極為不便,特別是某些硬闊葉樹材,因無法準(zhǔn)確測(cè)量木材在干燥過程各階段的含水率,使干燥材產(chǎn)生很大的缺陷(如早期開裂等)。
1.3電磁法
電磁法木材含水率儀在90年代開始出現(xiàn),是利用木材水分對(duì)電磁波吸收程度的不同來測(cè)量木材的含水率,具有不破壞木材表面、方便快捷、讀數(shù)穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。測(cè)量的含水率值為儀表傳感器所覆蓋部分木材含水率的平均值,不受溫度影響,但一定程度上受木材材性的影響,對(duì)于不同樹種的木材所測(cè)量的含水率值需有不同的補(bǔ)償值。但對(duì)于未列出樹種的含水率值的測(cè)定就只能用密度相近的方式近似求出,此類測(cè)濕儀還要求其傳感面與木材表面貼緊才能保證測(cè)量精度,對(duì)于表面粗糙的板材的含水率測(cè)定會(huì)有一定誤差,人為誤差小。其局限性與電阻法相同,即無法準(zhǔn)確測(cè)量纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)木材的含水率值。
2、各種含水率測(cè)量方法對(duì)比
綜上所述,幾種測(cè)量含水率方法的主要優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。
3、討論與建議
當(dāng)用戶了解主要幾種含水率測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn),就可依不同需要確定使用方法,以避免或減少誤差。測(cè)量高含水率木材時(shí)盡量使用稱量法,而木材加工企業(yè)測(cè)量加工木材的含水率時(shí),使用電阻法或電磁法測(cè)量?jī)x表就可滿足要求;研究過程中或在比較精密的場(chǎng)合中,還應(yīng)盡可能使用稱量法測(cè)量,以期得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的結(jié)果,隨著電子技術(shù)及相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步,相信會(huì)有更準(zhǔn)確、適用范圍更廣、實(shí)時(shí)性又好的儀表被開發(fā)出來,以滿足不同要求的木材含水率測(cè)量
專業(yè)提供:水分測(cè)量?jī)x,顆粒水分儀,木材水分儀,紡織原料水分儀,糧食水分儀,紙張水分儀等產(chǎn)品。