夏海燕

摘要 ：木材含水率是調(diào)控干燥過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)。其測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響到木材干燥質(zhì)量的好壞、干燥成本的高低、及其干燥周期的長(zhǎng)短。木材干燥過(guò)程中，木材含水率的在線檢測(cè)受多種因素影響，針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)幾種測(cè)量木材含水率方法的介紹 ，詳細(xì)分析了各種測(cè)量方法中誤差形成的影響因素 ，指出了各測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn) ，并對(duì)使用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題提出建議

關(guān)鍵詞 ：含水率 在線測(cè)量 影響因素 方法建議

正常狀態(tài)下的木材及其制品，都會(huì)有一定數(shù)量的水分。我國(guó)把木材中所含水分的重量與絕干后木材重量的百分比，定義為木材含水率。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)。本文就該種技術(shù)投入市場(chǎng)的時(shí)間以及引進(jìn)國(guó)家不同，價(jià)格因素 ，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用不多等方面進(jìn)行分析，由于儀器儀表的設(shè)計(jì)及制造過(guò)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。

一、引言

多年來(lái)，木材含水率的測(cè)試一直是各國(guó)木材科學(xué)者努力探索和解決的研究課題。為了更好地改善木材形體穩(wěn)定和延長(zhǎng)其使用壽命，提高木材的使用價(jià)值和利用率，人們對(duì)木材含水率的測(cè)試極為重視。一方面因?yàn)楹适橇私夂褪褂媚静牡囊粋€(gè)重要參數(shù)；另一方面也是因?yàn)槟静暮实臋z測(cè)受外界因素影響較大。在以木材含水率為基準(zhǔn)的干燥過(guò)程中，含水量檢測(cè)的精準(zhǔn)度直接影響到木材干燥質(zhì)量，尤其是噪聲和突變信號(hào)的影響，使木材干燥的自動(dòng)控制難以進(jìn)行。

小波分析能同時(shí)在時(shí)域和頻域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，有效地區(qū)分信號(hào)中的突變部分和噪聲，因此作為一種新型的信號(hào)處理方法在工程界得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但由于其時(shí)頻分解尺度是按二進(jìn)制變化，在高頻段其頻率分辨率較高，而在低頻段其時(shí)間分辨率較差。小波包分析則是更加精細(xì)的信號(hào)處理方法，它能將頻帶進(jìn)行多層次劃分，對(duì)低頻和高頻部分同時(shí)進(jìn)行分解，其突出之處在于能將細(xì)節(jié)部分回歸地作為鏡像濾波器的輸入，產(chǎn)生一系列小波包的集合，然后應(yīng)用某種代價(jià)函數(shù)來(lái)選擇最佳自子集。小波包是小波函數(shù)的推廣，具有更高的頻率分辨率，能對(duì)信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行更為精細(xì)的分析處理。

二、木材含水率在線檢測(cè)系統(tǒng)

1.1稱量法

木材干燥過(guò)程中的木材含水率自動(dòng)檢測(cè)是木材干燥作業(yè)的一個(gè)重要方面，木材含水率作為被控質(zhì)量，是干燥基準(zhǔn)選取的指標(biāo)之一，也是木材干燥階段的評(píng)價(jià)指標(biāo)。傳統(tǒng)木材含水率的測(cè)量采用稱量法。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(guò)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。稱量法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，但在操作過(guò)程中不能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)木材含水率的變化值，而且測(cè)量周期長(zhǎng)、操作復(fù)雜、易受人為因素影響。

從理論上講 ，稱量法是木材含水率測(cè)量最準(zhǔn)確的方法，但在操作過(guò)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(guò)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(guò)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。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?。木材弦向電?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(guò)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(guò)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(guò)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。

三、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(guò)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(lái)，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。

參考文獻(xiàn)：

1.王立昌，常建民，司慧2006 - 2006年全國(guó)博士生學(xué)術(shù)論壇——林業(yè)及生態(tài)建設(shè)領(lǐng)域相關(guān)學(xué)科.

2.馬曉春， 梁芳 - 《計(jì)量與測(cè)試技術(shù)》 2010年4期