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木材含水率測量方法及影響因素分析
木材含水率測量方法及影響因素分析
測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)投入市場時(shí)間不長,且多為國外的產(chǎn)品 ,還有價(jià)格等方面的因素 ,目前國內(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)致測量誤差 ,筆者對此進(jìn)行初步分析,與同行探討。

1　木材含水率測量方法

1 .1　稱量法

稱量法是傳統(tǒng)的、也是*基本的木材含水率測量方法。我國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1 ]及國家標(biāo)準(zhǔn)[2 ,3]中都規(guī)定以稱量法測量的含水率為準(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× 1 0 0,在實(shí)際測量過程中 ,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 .0 1g,然后放入烘箱 ,在 (10 3± 2 )℃下烘干 ,至*后兩次稱量之差 (2 h間隔 )小于 0 .0 2 g,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量誤差的因素,使所測含水率值與實(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???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 1 0～ 1 2mm,相對暴露面積達(dá)試片表面積的 70 %以上 ,當(dāng)空氣所對應(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釋放出水分,造成試片的質(zhì)量低于實(shí)際值 ;反之 ,又會使稱量的試片質(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的水分相對于試片的質(zhì)量 (一般2 0～ 1 0 0 g)來說 ,誤差已足夠大。其次 ,在絕干材測量時(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 ,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)選用電阻法測量木材含水率。

1材性的影響　電阻法測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。但對于因樹木生長立地的土質(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)就會產(chǎn)生同種木材由于電阻不同 ,即使含水率相同,測量值卻不同的結(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 1 0 %～ 1 2 % [6 ],檢測同樣含水率的弦向板和徑向板時(shí),結(jié)果會顯示不同的數(shù)值2儀表使用誤差　電阻法測濕儀在使用過程中也會由于操作方法不同而造成結(jié)果的差異。一般電阻法測量儀探針的后部都涂有絕緣材料,只有*前端的露出部分 ,用以測量兩點(diǎn)間的電阻值 ,所測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 ,兩次測量的結(jié)果也會有差異。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影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

電阻法測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)所測值準(zhǔn)確 ,當(dāng)木材含水率低于 7%時(shí) ,其電阻值約為 2 0 0億Ω,又很難準(zhǔn)確測量其含水率值[7]。這對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) ,是利用木材水分對電磁波吸收程度的不同來測量木材的含水率,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,對于不同樹種的木材所測量的含水率值需有不同的補(bǔ)償值。但對于未列出樹種的含水率值的測定就只能用密度相近的方式近似求出,此類測濕儀還要求其傳感面與木材表面貼緊才能保證測量精度 ,對于表面粗糙的板材的含水率測定會有一定誤差,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　各種含水率測量方法對比

綜上所述 ,幾種測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)測量加工木材的含水率時(shí) ,使用電阻法或電磁法測量儀表就可滿足要求 ;研究過程中或在比較精密的場合中,還應(yīng)盡可能使用稱量法測量 ,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量