Измерение влажности пиломатериалов

Древесина является материалом органического происхождения и всегда содержит то или иное количество влаги. По своим свойствам она относится к ограниченно набухающим коллоидным капиллярно-пористым телам, которые обладают свойствами гигроскопичности, то есть способностью отдавать влагу в воздух или впитывать её из окружающего воздуха.

В древесине различают влагу свободную, или капиллярную, находящуюся в полостях клеток, и влагу связанную, или гигроскопическую, находящуюся в толще стенок клеток. Количество свободной влаги, имеющей только механическую связь с древесиной, зависит от объёма пустот в той или иной древесной породе и от её объёмного веса. Чем меньше объёмный вес, тем больше в древесине пустот — соответственно, тем больше свободной влаги она может вместить. Количество гигроскопической влаги в физико-механической связи мало зависит от породы древесины и составляет в среднем 30% при температуре 20 °С.

Где искать влагу в древесине?

Известно, что влажность служит показателем качества древесины и оказывает значительное влияние на её физико-механические свойства, а также на качество готовой продукции. Сложность измерения заключается в том, что на физическую величину, являющуюся источником информации о влажности, влияют многие другие параметры древесины. Это мешает получению точных результатов. Часть из этих параметров может быть измерена и учтена введением поправок. Измерение же других: плотности древесины в абсолютно сухом состоянии, температуры, ориентации волокон, структуры — задача не менее сложная, чем измерение самой влажности.

Существующие методы можно разделить на прямые, в которых производится непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу, и косвенные — они позволяют измерить другую величину, функционально связанную с влажностью материала.

Весовой метод

К прямым относится весовой метод измерения, или метод высушивания. Он считается наиболее точным в деревообрабатывающей промышленности. Суть его в непосредственном установлении количества удалённой из древесины влаги путём взвешивания образца до и после окончательной сушки в специальном сушильном шкафу при температуре 103±2 °С). Измерения проводятся в соответствии с ГОСТ 16483.7-71.

Влажность древесины — это процентное соотношение массы воды mв, содержащейся в образце, к его массе в абсолютно сухом состоянии m0. Выражается оно следующим соотношением:

При определённых условиях этот метод может обеспечивать очень высокую точность, однако на производстве не всегда получается их создать. Он может быть рекомендован при отсутствии влагомера древесины.
Наряду с достоинствами у этого метода имеются и недостатки. Главный из них — чрезмерная длительность процесса измерения, тогда как использование современных высокопроизводительных сушильных камер требует довольно оперативного управления процессом сушки. Другой недостаток заключается в невозможности непрерывного измерения влажности высушиваемого материала. Кроме того, после этого образцы древесины становятся практически непригодными для дальнейшего использования.

Для быстрого и непрерывного измерения влажности материала в технологическом потоке используются косвенные методы определения, основанные на измерении какого-либо физического параметра, зависимого от влажности. Наибольшее распространение получили электрические методы измерения.

Кондуктометрический метод

Древесина в сухом состоянии — диэлектрик, её электропроводность резко возрастает с увеличением влажности до предела гигроскопичности. При дальнейшем повышении влажности электропроводность увеличивается медленно, а при уровне 80-100% устанавливается постоянной (рис. 1).

Для измерения влажности древесины в производственных условиях обычно применяют электрические кондуктометрические влагомеры, в которых измерение строится на зависимости сопротивления древесины от её влажности. Они просты по конструкции, достаточно надёжны в работе, могут быть переносными (с автономным источником питания). Пределы измерения влажности для древесины сосны составляют 7-22% на первом диапазоне и 22-60% на втором. Общий вид кондуктометрического влагомера представлен на рис. 2.

При измерении влажности древесины электровлагомером ЭВ-2К необходимо учитывать, что на результат измерения оказывают влияние положения игл датчика в древесине и, самое главное, её температура. Поэтому, чтобы определить, например, текущую влажность пиломатериалов в процессе сушки, необходимо открыть камеру, взять из штабеля заранее уложенный контрольный образец и измерить влажность только после его охлаждения до комнатной температуры. Надо отметить, что в современных влагомерах учитывается поправка на температуру древесины.

В основном влагомер ЭВ-2К применяют при ручном измерении конечной влажности высушенных пиломатериалов, а также при подборе сортиментов примерно одной влажности, например, для склеивания. Кондуктометрический метод измерения влажности древесины широко используется системах управления процессом в сушильных камерах. Роль датчиков выполняют двухэлектродные зонды (рис. 3).

Их устанавливают непосредственно в древесину в разные места сушильного пространства камеры. Значения влажности со всех датчиков поступают в единый измерительный блок, где происходит анализ и дальнейшая выдача команд на центральный процессор управления процессом сушки.

Диэлькометрический метод

Принцип действия основан на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нём влаги при положительных температурах. Влагомер МГ4Д предназначен для измерений влажности пилопродукции и деревянных деталей диэлькометрическим методом по ГОСТ 21718-84 и ГОСТ 16588-91. Он имеет 15 градировочных зависимостей для следующих видов древесины: сосны, лиственницы, дуба, берёзы, бука, осины, ели, тополя, липы, ясеня, кедра.

Данная модель прекрасно подходит для ручного измерения влажности древесины, при этом устройство не разрушает её структуру (в отличие от игольчатых влагомеров). Его можно использовать для единичных измерений влажности, а также для проведения серий измерений с усреднением и для непрерывного измерения с целью обнаружения участков повышенного влагосодержания.

Текст: Николай Ладейщиков, директор ООО «Уралдрев-СКМ»