測(cè)量木材含水率的方法很多 ,在木材加工企業(yè)中應(yīng)用最多的是傳統(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、也是最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× 1 0 0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 ,精確到 0 .0 1g,然后放入烘箱 ,在 (1 0 3± 2 )℃下烘干 ,至最后兩次稱量之差 (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(cè)量最準(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 1 0～ 1 2 mm,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 ,木材端面水分傳遞最快 ,由此表面?zhèn)鬟f的水分相對(duì)于試片的質(zhì)量 (一般2 0～ 1 0 0 g)來(lái)說(shuō) ,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(wú)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 1 0 %～ 1 2 % [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 ,只有最前端的露出部分 ,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 2 0 0億 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(wú)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(lái)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(wú)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。
表 1 幾種測(cè)量木材含水率方法優(yōu)缺點(diǎn)列表
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