História vlhkomerov dreva

Špendlíkový merač vlhkosti dreva

Ešte predtým, ako bola veda o vzťahu dreva a vlhkosti dobre pochopená, museli stolári zohľadniť, ako vlhkosť ovplyvní ich materiály.

Našťastie dnes dobre rozumieme hygroskopickým vlastnostiam dreva. Tieto poznatky sme teda mohli využiť na návrh vlhkomerov dreva, ktoré nám dokážu poskytnúť kvantifikovateľné údaje o stave vlhkosti kusu dreva. S rozvojom nášho kolektívneho chápania sa vyvíjali aj testovacie metódy.

V súčasnosti existujú dva hlavné typy ručných vlhkomerov dreva: kolíkové a bezkolíkové. Každý z nich sa spolieha na iné elektrické vlastnosti, ktoré sú ovplyvnené množstvom vlhkosti v meranom dreve, ktoré podrobnejšie preskúmame neskôr v tomto článku.

Zatiaľ stačí povedať, že merače s kolíkmi používajú dve elektródy podobné klincom, ktoré sa zapichnú do dreva a merajú prúd, ktorý medzi nimi preteká. Bezkolíkové merače používajú snímacie dosky, ktoré ležia naplocho na povrchu dreva a merajú správanie elektrickej vlny, ktorú vysielajú cez drevo.

Bez toho, aby sme sa zabúdali na vedecké poznatky o každom type vlhkomeru, najzreteľnejšie rozdiely medzi nimi sú to, čo robia s meraným drevom a aké sú jednoduché na používanie.

Kolíkové merače zanechávajú v meranom dreve otvory. Vďaka tomu sú užitočné na hodnotenie obsahu vlhkosti palivového dreva alebo kusov dreva, kde ponechanie viacerých otvorov nebude mať negatívny vplyv na štrukturálnu integritu alebo estetiku konečného produktu.

Naproti tomu bezkolíkové merače nezanechávajú žiadne fyzické značky. Môžu sa používať iba na plochom dreve a celá rovina senzora musí počas merania udržiavať kontakt s drevom.

Orion 950 Inteligentný bezkolíkový merač vlhkosti dreva

Pomalé tempo merania vlhkosti dreva je ďalším dôsledkom nutnosti zatĺkať alebo zatĺkať kolíky pri použití kolíkového merača. Zasunutie kolíkov do správnej hĺbky, ich vybratie a zabezpečenie toho, aby kolíky zostali v dobrom stave na odčítanie, si vyžaduje čas.

V dôsledku toho, keď musíte posúdiť vlhkosť veľkého kusu alebo veľkej dávky dreva, musíte investovať značné množstvo času. Pravdepodobnejší scenár je, že jednoducho vykonáte menej meraní. Jeden predlžuje časové harmonogramy a náklady projektu, zatiaľ čo druhý znamená, že budete robiť rozhodnutia na základe menšieho počtu údajov.

S bezkolíkovými meračmi môžete pracovať oveľa efektívnejšie, pretože ich používanie vyžaduje menej fyzickej námahy a nie sú také náchylné na fyzické poškodenie ako kolíkové elektródy.

Ale takto sme dnes. Elektrické vlhkomery majú takmer 100-ročnú históriu. Je zaujímavé, že na overenie svojej presnosti sa stále spoliehajú na ešte staršiu metódu – sušenie v peci. Aby sme pochopili, ako fungujú dnešné ručné vlhkomery dreva, stojí za to pozrieť sa na vývoj technológie, na ktorej sú založené.

Metódy sušenia v peci sú zlatým štandardom na meranie vlhkosti dreva

Najstaršou metódou sušenia dreva bolo sušenie na vzduchu alebo „sušenie vplyvom počasia“. To si vyžaduje čas. Drevo sa často nechávalo roky pred použitím. Prvé pokusy o urýchlenie procesu sušenia viedli k výstavbe rôznych typov „suchých domov“. Boli to jednoduché stavby umiestnené nad vykopanými pivnicami, v ktorých sa nachádzala tehlová alebo kachľová pec.

V Spojených štátoch nebolo používanie „suchých domov“ normou, čiastočne preto, že predstavovali obrovské riziko požiaru. V 1850. rokoch 1870. storočia sa uskutočnili určité experimenty s parnými rúrami, ale nedopadli dobre. Prvé úspešné sušiarne dreva, sušiace komory s určitou tepelnou izoláciou, sa nakoniec začali objavovať na Stredozápade v XNUMX. rokoch XNUMX. storočia.

Prevádzkovatelia pecí metódou pokus-omyl zistili, že sušenie dreva pri nižších teplotách s cirkulujúcim vzduchom prináša lepšie výsledky ako zapnutie vysokého výkonu. Vedci a výskumníci nakoniec pomohli vedcom a výskumníkom metódou pokus-omyl. Prostredníctvom vedeckého skúmania začali výskumníci objavovať a overovať širokú škálu fyzikálnych vlastností dreva. Medzi ich objavy patrilo pochopenie bunkovej štruktúry a chemických vlastností dreva.

To následne viedlo k pochopeniu toho, ako fyzikálne rozdiely medzi druhmi dreva a dokonca aj medzi rovnakými druhmi pestovanými na rôznych miestach ovplyvňujú proces sušenia dreva.

Vďaka rozvoju výskumu dreva vyvinuli vedci zaoberajúci sa drevom vzorec na určenie obsahu vlhkosti v kuse dreva ako funkcie jeho hmotnosti, vyjadreného v percentách.

Obsah vlhkosti (MC) = (Východná hmotnosť – hmotnosť po vysušení v peci) / hmotnosť po vysušení v peci * 100

Metóda sušenia v peci teda umožňuje priame meranie obsahu vlhkosti v kuse dreva. Ak máte sušiareň na drevo, môžete drevo odvážiť pred aj po sušení v peci. ASTM D4442 (štandardná testovacia metóda na priame meranie vlhkosti dreva a materiálov na báze dreva) uvádza, že sušenie v peci poskytuje „najvyššiu presnosť alebo stupeň precíznosti“ a je „referenčným (primárnym) štandardom na stanovenie obsahu vlhkosti dreva a materiálov na báze dreva“.

V dôsledku toho sa sušenie dreva v peci v súlade s normou ASTM D4442 používa ako referenčný bod pre kalibráciu ručných vlhkomerov. ASTM D4444 (štandardná testovacia metóda pre laboratórnu normalizáciu a kalibráciu ručných vlhkomerov).

Ručné vlhkomery poskytujú nepriame meranie vlhkosti. Keďže voda vedie elektrinu, ručné vlhkomery zhromažďujú údaje o správaní elektrických prúdov alebo vĺn v kuse dreva. Tieto údaje sa potom spolu s ďalšími relevantnými údajmi použijú na výpočet obsahu vlhkosti v dreve.

Vývoj elektrických vlhkomerov dreva

Ľudstvo už dlho chápe, že drevo obsahuje vlhkosť; že pri kontakte s vodou vysychá a dokáže ju znova absorbovať. V skutočnosti vedci poznali vzťah medzi vodou a elektrinou takmer od okamihu jej objavenia. Konkrétne vedeli, že voda vedie elektrinu, aj keď špecifický chemický proces, ktorý prebieha vo vode, keď umožňuje prechod elektrických nábojov, bol zdokumentovaný len nedávno.

Výskumníci prvýkrát potvrdili myšlienku, že by sme mohli použiť elektrické vlastnosti dreva ako mieru jeho obsahu vlhkosti, koncom 1920. rokov 1927. storočia. Jeden z prvých prenosných elektrických vlhkomerov dreva, o ktorom nachádzame dokumentáciu, je merač „blikajúceho typu“ z roku XNUMX. Tento merač mal neónovú lampu pripojenú ku kondenzátoru, ktorý bol v kontakte s drevom. Kondenzátor absorboval náboj pretekajúci drevom. Keď bol kondenzátor úplne nabitý, neónová lampa sa krátko rozsvietila. Čím rýchlejšie sa kondenzátor dokázal nabiť, tým rýchlejšie lampa blikala.

Rýchlosť nabitia kondenzátora závisela od odporu dreva. Keďže vlhkosť vedie elektrinu, čím viac vlhkosti je v dreve, tým rýchlejšie sa kondenzátor úplne nabije. Ak má drevo vysoký odpor (t. j. nízku vlhkosť), lampa pomaly bliká.

V priebehu nasledujúcich desiatich rokov bol vyvinutý nový typ elektrického vlhkomera: vákuový merač s trubicou. Tento merač používal voltmeter s trubicou ako súčasť Wheatstonovho mostíkového obvodu, ktorý na meranie vlhkosti voči meranému drevu používal rezistor. Vákuový merač s trubicou je priamym predchodcom odporových vlhkomerov používaných dnes.

V polovici 1940. rokov XNUMX. storočia boli komerčne dostupné merače s kolíkovým typom. Fungovali (a stále fungujú) na princípe merania toku elektrického prúdu medzi sondami zasunutými do dreva. Podobne ako pri skorých meračoch s blikajúcim senzorom, čím viac prúdu prechádzalo medzi sondami, tým viac ukazovalo nižšiu úroveň vlhkosti.

Bez vodivosti vysokej úrovne vlhkosti suché drevo predstavovalo odpor, ktorý takmer eliminoval tok prúdu. Niektoré skoré ihlové vlhkomery používali štyri sondy. Moderné ihlové vlhkomery vyžadujú iba dve sondy.

Počas tohto obdobia, keď sa na trhu objavili rezistory, výskumníci skúmali aj to, ako by sa dielektrické vlastnosti dali využiť na meranie vlhkosti v dreve. Dielektrické materiály dokážu prenášať elektrické prúdy bez toho, aby boli samy o sebe vodičmi. Tento výskum nakoniec viedol k dvom ďalším typom metód testovania vlhkosti dreva, ktoré fungujú na dvoch rôznych dielektrických princípoch.

Bez toho, aby sme sa príliš ponárali do elektrotechniky, tieto dva typy dielektrických meračov používali na meranie úrovne vlhkosti rádiové vlny. Typ merača straty výkonu skúma, koľko elektromagnetickej energie sa stráca, čo koreluje s úrovňou vlhkosti. Kapacitný vlhkomer používa opačný prístup. Skúma, koľko elektrickej energie sa dá uložiť. V praxi majú spoločné to, že ani jeden z nich nevyžaduje špendlíky na prerazenie povrchu dreva.

Namiesto toho používajú senzorové dosky, ktoré vysielajú rádiofrekvenciu cez drevo. Laboratórium lesných produktov (FPL) amerického ministerstva poľnohospodárstva vyvinulo kapacitné zariadenie na meranie vlhkosti dreva, ale nebolo komerčne dostupné. V tom čase mnoho výrobcov predávalo vlhkomery s kolíkmi.

Moderná éra elektrických vlhkomerov dreva

Začiatkom 1960. rokov XNUMX. storočia bol na trhu jeden bežný vlhkomer s meraním výpadku energie. V tomto období pracoval Delmer Wagner, zakladateľ spoločnosti Wagner Meters, ako elektrikár pre pílu v Oregone. Píla používala veľký a nepraktický detektor vlhkosti s vákuovou trubicou.

Aby spoločnosť Delmer zostrojila menší a zároveň ľahšie kalibrovateľný vlhkomer, navrhol prvý zabudovaný vlhkomer. Tento systém merania vlhkosti používal na meranie vlhkosti tranzistory. Delmer nakoniec opustil pílu a v roku 1965 založil spoločnosť Wagner Electronics (dnes známu ako Wagner Meters), ktorá vyrábala zabudované vlhkomery pre drevársky priemysel.

Takmer všetky ručné vlhkomery dreva na trhu koncom 1980. rokov XNUMX. storočia boli ihličkové vlhkomery. Tieto nové bezihličkové vlhkomery však boli stále dosť veľké, ťažko sa kalibrovali a boli príliš citlivé na okolité podmienky. V dôsledku toho trh s ihličkovými vlhkomermi prosperoval, zatiaľ čo bezihličkových meračov bolo veľmi málo.

V 1990. rokoch XNUMX. storočia sa spoločnosť Wagner Meters rozhodla vyvinúť bezkolíkový vlhkomer dreva, ktorý by riešil nedostatky bezkolíkových vlhkomerov, ktoré sa vtedy predávali na trhu. Prvá rada ručných bezkolíkových vlhkomerov od spoločnosti Wagner Meters mala vylepšený obvod využívajúci elektromagnetické vlny, čo viedlo k presnejšiemu meraniu vlhkosti.

Okrem toho bol obvod menej citlivý na teplotu okolia a dreva. Spoločnosť Wagner Meters dokázala tiež výrazne zmenšiť veľkosť ručného merača v porovnaní s tým, čo bolo v súčasnosti dostupné na trhu. Bezkolíkové merače od iných výrobcov zvyčajne vážili najmenej 10 libier. Pôvodné vlhkomery boli určené pre píly, ale spoločnosť Wagner Meters v polovici 1990. rokov pridala jeden, ktorý bol výslovne určený pre pracovníkov s drevom.

Pôvodný rad bezkolíkových vlhkomerov Wagner bol analógový. Analógový rad bol nahradený radom digitálnych bezkolíkových vlhkomerov začiatkom 2000. storočia. Tieto merače používali mikroprocesory, takže veľkosť ručného vlhkomera Wagner sa naďalej zmenšovala. Dovtedy početné štúdie potvrdili, že Bezkolíkové vlhkomery Wagner poskytovali presnejšie údaje ako kolíkové vlhkomery.

Tieto štúdie sú významné, pretože vyvrátili rozšírený predpoklad, že kolíkové merače sú presnejšie ako bezkolíkové. Základné technológie používané v kolíkových aj bezkolíkových meračoch zostávajú nezmenené. V súčasnosti sa väčšina pokrokov vo vlhkomeroch dreva zameriava na funkcie s pridanou hodnotou, ktoré sú súčasťou meračov a súvisiacich služieb.

Rad digitálnych bezkolíkových vlhkomerov dreva Orion.

V dôsledku toho Wagnerov najnovšia rada vlhkomerov drevaOrion® obsahuje nové, sofistikované funkcie, ktoré uľahčujú život stolárom.

Napríklad merače Orion sú jediné na trhu, ktoré je možné kalibrovať na mieste pomocou kalibrátora na požiadanie, ktorý sa dodáva s každým meračom Orion. Všetky ostatné ručné merače je potrebné zaslať výrobcovi na kalibráciu v továrni, čo stojí čas a peniaze.

Niektoré z najužitočnejších funkcií s pridanou hodnotou zlepšujú zber a správu údajov merača. Odkedy znalosť bodu rovnovážneho obsahu vlhkosti (EMC) v mieste používania je taká dôležitá pre ochranu dreva pred budúcim poškodením súvisiacim s vlhkosťou, že funkcie Orion 950 zahŕňajú aj výpočet EMC pre používateľov.

Bezkolíkový merač zhromažďuje údaje o okolitej teplote a relatívnej vlhkosti, ktoré používa na výpočet elektromagnetickej kompatibility (EMC). Túto hodnotu EMC potom možno použiť ako „cieľový obsah vlhkosti“ pre projekt, na ktorom pracujete, alebo na predpovedanie vzorcov sušenia. Výpočty EMC založené na merači vlhkosti zbavujú používateľov starostí a neistoty pri vlastnom výpočte EMC.

Bezkolíkové merače vlhkosti sú presnejšie a spoľahlivejšie ako kolíkové vlhkomery

Hoci kolíkové aj bezkolíkové vlhkomery pracujú na tom, ako elektrické vlastnosti dreva pôsobia, každý z nich sleduje iné vlastnosti. Jednoducho povedané, kolíkové vlhkomery reagujú na chemické vlastnosti dreva a bezkolíkové vlhkomery reagujú na jeho špecifickú hmotnosť.

Chemické zloženie aj hustota dreva sa líšia v závislosti od druhu dreva. To je dôvod, prečo je potrebné oba merače nastaviť podľa meraného druhu, aby sa dosiahol presný údaj o vlhkosti.

Podľa FPL sú niektoré z faktorov, ktoré ovplyvňujú presnosť odčítania údajov z merača, poveternostné podmienky, kontakt elektródy, teplota dreva a zručnosť obsluhy. Mnohé z týchto faktorov ovplyvňujú vlhkomery s hrotmi rýchlejšie ako bezhrotové vlhkomery. Štúdie ukázali, že bezhrotové vlhkomery sú často presnejšie a spoľahlivejšie ako odporové merače.

Napríklad, merače teploty dreva sú veľmi citlivé na teplotu dreva, čo môže ovplyvniť presné meranie. Ak je teplota vzduchu v ktoromkoľvek smere ďaleko od tejto hodnoty, obsluha musí upraviť údaje merača na základe presnej teploty vzduchu v mieste, kde boli namerané.

Úprava teploty dreva je len jedným zo spôsobov, ako subjektívne zručnosti obsluhy merača môžu ovplyvniť presnosť merača. Merače teploty vyžadujú aj presnú zručnosť obsluhy, aby sa zabezpečilo, že obe elektródy sú správne zapichnuté do dreva a do správnej hĺbky. Bez správneho zarovnania alebo hĺbky nemusia elektródy presne merať vlhkosť daného miesta.

Najdôležitejšou zručnosťou operátora pri umiestnení bezkolíkového vlhkomeru je jednoducho zabezpečiť, aby snímacie dosky ležali rovno na povrchu dreva.

Z tohto dôvodu nie sú bezkolíkové merače zvyčajne použiteľné na palivové drevo. Rýchle a jednoduché používanie kolíkového merača inak znamená, že stolári s ním zvyčajne odčítajú viac údajov ako s bezkolíkovými meračmi. Viac údajov o úrovni vlhkosti poskytuje presnejší obraz o stave vlhkosti v dávke dreva.

Bezplatné stiahnutie – Je pre vás najlepší vlhkomer s kolíkom alebo bez kolíka?

História vlhkomerov dreva: Od pokusov a omylov k nevyhnutnému nástroju na spracovanie dreva

Keďže drevársky priemysel v 19. storočí s priemyselnou revolúciou rýchlo rástol, je logické, že píly hľadali spôsoby, ako urýchliť proces sušenia tak, aby sa drevo nezničilo. Ich metóda pokus-omyl spolu s ich neoficiálnymi znalosťami sušenia vplyvom počasia im pomohla inovovať.

Uvedomili si, ako cirkulujúci vzduch pomáha maximalizovať výkon tým, že umožňuje sušenie reziva pri nižších teplotách. Videli, ako rôzne druhy dreva reagujú za podobných okolností. Ich praktické skúmania boli základom formalizovanej vedy o dreve.

Vlhkomery Orion od spoločnosti Wagner Meters sú jediné bezkolíkové vlhkomery dreva, ktoré je možné skutočne kalibrovať v teréne, namiesto toho, aby sa museli posielať späť do továrne na rekalibráciu.

Vďaka náročnému vedeckému a akademickému skúmaniu sa naše chápanie fyzikálnych a mechanických vlastností dreva v priebehu 20. storočia výrazne rozšírilo. Vďaka tomuto výskumu dokázal priemysel špecifikovať, ako sa vlhkosť pohybuje drevom a ako nadmerná vlhkosť drevo negatívne ovplyvňuje.

Kruh sa uzavrel a drevársky priemysel využil príspevky drevárskej vedy na vývoj nástrojov potrebných na meranie obsahu vlhkosti dreva, a to priame aj nepriame, s vysokou mierou presnosti.

Ako veda o dreve odhaľovala viac o vzájomnom pôsobení vlhkosti a elektriny v dreve, výrobcovia vlhkomerov využili tento pokrok na navrhovanie a výrobu komerčne životaschopných vlhkomerov – najmä ručných vlhkomerov.

Vďaka spoľahlivým a presným ručným vlhkomerom dreva má každý pracovník s drevom, od prevádzkovateľa píly až po víkendového hobbyistu, možnosť robiť informované rozhodnutia o tom, kedy je drevo pripravené na ďalší krok na svojej ceste k zamýšľanému použitiu. Ako takýto mocný nástroj sú vlhkomery dreva teraz základnou súčasťou takmer všetkých pracovníkov s drevom, čo len vyvoláva otázku, prečo ich nepoužívajú všetci pracovníci s drevom.

Teraz, keď má ktokoľvek prístup k presným informáciám o vlhkosti dreva pomocou ručného vlhkomera, má za to zodpovednosť.

Tony Morgan

Tony Morgan je vedúci technik v spoločnosti Wagner Meters, kde pôsobí v tíme pre testovanie produktov, vývoj a tiež zákaznícky servis a školenia v oblasti produktov na meranie vlhkosti. Okrem 19-ročných skúseností v teréne pre viacero elektronických spoločností má Tony bakalársky titul v odbore manažment a titul AAS v odbore elektronická technológia.

Posledná aktualizácia 10. januára 2025