CN102621189A - 木材干燥过程中含水率梯度的测试方法及所用测试传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木材干燥过程中木材含水率梯度的测试方法及所用的测试传感器。本发明所述木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，包括以下步骤：在木材干燥过程中，通过将测试传感器插入木材中在线测定木材至少二个不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻，然后根据电阻计算出不同厚度层的木材含水率，再根据含水率差值与不同厚度层间的距离，计算出木材的含水率梯度。此方法使得木材在干燥过程中，操作人员能在操作简单、安全的基础上,通过在线测试木材二层或是多层的含水率来计算的含水率梯度及厚度上含水率偏差，并根据含水率梯度来判断干燥基准的软硬，及时调整干燥介质的温、湿度，从而达到提高干燥质量、缩短干燥周期的目的。

Description

木材干燥过程中含水率梯度的测试方法及所用测试传感器

技术领域

本发明涉及木材加工技术领域，特别是一种木材干燥过程中含水率梯度的测试方法及所用测试传感器。

背景技术

目前，木材干燥过程，特别是对于厚板材的干燥过程中，木材厚度上含水率偏差大的现象始终存在。在干燥结束后，虽然用含水率测定仪测试木材的含水率已经达到要求，但由于存在较大的木材厚度上的含水率偏差，木材芯层含水率高于木材表层含水率，使木材在使用过程中，由于木材含水率需要进一步平衡而使木材发生变形或木材表面出现塌陷现象，特别是对于采用“厚当宽”生产工艺下的集成材表面，这种现象尤为突出。为了防止这种现象的发生，常常控制木材厚度上的含水率偏差，使之不能超过某一值。但测试木材厚度上含水率偏差的方法，目前主要是通过测定木材厚度上的分层含水率的方法，来确定木材厚度上的含水率偏差，但这种方法需要再制作应力检验板，在应力检验板上制取分层含水率试片，通过对分层含水率试片进行称重法测试的含水率值分析木材厚度上的含水率偏差。测试时间需要近24小时才能出结果，具有滞后性；同时应力检验板的放置位置由于便于拿取一般位于干燥窑的小门处，这里干燥速度最快，此处的木材厚度上含水率偏差不能代表干燥窑内整堆木材厚度的含水率偏差，而且操作复杂；再加上干燥窑操作人员需要在干燥过程中进窑拿取检验板，对干燥窑操作人员人身安全造成威胁。如何解决木材厚度上含水率偏差的控制问题及如何使干燥操作员能在操作安全的基础下能根据木材厚度上含水率的分布情况来调整干燥窑的温度和湿度问题，一直是近几十年来国内外木材干燥领域的科学工作者的主要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能在干燥过程中在线测得木材含水率梯度的方法，该方法不仅操作方便、安全，而且在线测得的木材含水率梯度可准确表征木材厚度上含水率分布情况，操作人员可通过木材含水率梯度来分析木材厚度上的含水率偏差和判断干燥基准的软硬，及时判断干燥过程中木材干燥速度是否满足要求，及时调整干燥介质的温、湿度。同时在终了处理过程中，通过木材厚度上的含水率偏差，确定木材终了处理的温度和时间。

在此基础上，本发明进一步的目的是提供一种结构简单、操作方便的木材含水率梯度测试传感器。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，其特点是包括以下步骤：在木材干燥过程中，通过将测试传感器插入木材中在线测定木材至少二个不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻，然后根据电阻计算出不同厚度层的木材含水率，再根据含水率差值与不同厚度层间的距离，计算出木材的含水率梯度。

其中在线测定木材不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻的方法是：利用测试传感器上的至少两个高度不同并互相绝缘的电极作为与木材不同厚度层接触的测试点电极，并设定位于同一测试传感器上测试点电极之间的距离，然后将两个测试传感器上的测试点电极按一定宽度距离插入木材中，通过进入木材部分的不同测试点电极而在线测定木材不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻。

本发明还涉及一种木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特点是包括钉体、装置于该钉体上的至少两个高度不同并互相绝缘的用于检测不同厚度层电阻的金属电极，所述金属电极与来自于电脑的含水率测试点传感器的输入导线相连。

其中上述测试传感器上的具体金属电极的个数可根据不同木材厚度和测试需要来设定。为使测试传感器在使用方便的基础上,又结构简单,上述钉体上的金属电极一般有深层金属电极和浅层金属电极，各金属电极包括外套于钉体上的用于接触木材测试点的管式电极、下端与相应管式电极电连接而上端向外伸出的电极导线, 且深层电极导线和浅层电极导线在钉体尾部分开，所述深层金属电极和浅层金属电极之间设有绝缘组件。

为使测试传感器的结构更可靠，上述钉体包括锥形金属钉头及与所述金属钉头一体成型且直径小于金属钉头上端面直径的钉尾长杆，上述深层金属电极、浅层金属电极依序装置于所述钉尾长杆上，且所述钉尾长杆上设有与两金属电极保持绝缘的绝缘层。

为使测试传感器的结构更可靠，上述钉尾长杆的尾部装有压紧螺母及防止电极导线与所述压紧螺母短路的绝缘垫圈。

本发明由于采用通过测试传感器在线测定木材至少二个不同厚度层的电阻, 然后根据电阻计算出不同厚度层的木材含水率，再根据含水率差值与不同厚度层间的距离，计算出木材的含水率梯度的方法，使得木材在干燥过程中，操作人员能在操作简单、安全的基础上, 通过在线测试木材二层或是多层的含水率来计算的含水率梯度及厚度上含水率偏差，并根据含水率梯度来判断干燥基准的软硬，间接判断含水率应力的大小，以及时调整干燥介质的温、湿度。同时在终了处理过程中，通过木材厚度上的含水率偏差，确定木材终了处理的温度和时间，使干燥完了后的木材的厚度含水率偏差满足木材干燥质量要求，从而提高木材的干燥质量及保证有效的干燥周期，达到提高干燥质量缩短干燥周期的目的。并且由于是直接在线作的测试，所以测试结果准确，具有整体代表性，有效地解决了现有测试木材厚度上含水率偏差存在操作不安全及测得的含水率偏差具有滞后性、整理代表性差等问题。由于本发明还采用由钉体、装置于该钉体上的至少两个高度不同并互相绝缘的金属电极等组成的测试传感器结构，使其在使用方便的基础上，又结构简单。本发明所述测试方法可广泛地应用于各种木材测试中，尤其适用于厚度50mm以上的板材的干燥程度测试，对提高厚板材干燥后的应用质量，特别是厚板材在应用中出现材面局部塌陷问题的防治非常有效。

 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明所述测试传感器的结构示意图。

图2为本发明所述测试传感器在电极钉入到木材中后的透视结构示意图。

图3为本发明中的两测试传感器在电极钉入到木材中位置后的立体结构示意图。

图4为本发明中各个点木材内深层含水率和浅层含水率的采集方式、信号传递及数值显示流程图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明所述木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，包括以下步骤：在木材干燥过程中，通过将测试传感器插入木材中在线测定木材至少二个不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻，然后根据电阻计算出不同厚度层的木材含水率，再根据含水率差值与不同厚度层间的距离，计算出木材的含水率梯度。使得木材在干燥过程中，操作人员能在操作简单、安全的基础上, 通过在线测试木材二层或是多层的电阻转换的含水率来计算的含水率梯度及厚度上含水率偏差，并根据含水率梯度来判断干燥基准的软硬，间接判断含水率应力的大小，以及时调整干燥介质的温、湿度。同时在终了处理过程中，通过木材厚度上的含水率偏差，确定木材终了处理的温度和时间，使干燥完了后的木材的厚度含水率偏差满足木材干燥质量要求，从而提高木材的干燥质量及保证有效的干燥周期，达到提高干燥质量缩短干燥周期的目的。由于本发明是直接在线作的测试，所以测试结果准确，具有整体代表性，有效地解决了现有测试木材厚度上含水率偏差存在操作不安全及测得的含水率偏差具有滞后性、代表性差等问题。所述干燥基准的软硬度，是说明在一定状态下的干燥介质中，从木材内蒸发水分的强度。当木材的树种、规格和其它条件相同时，干湿球温度差较大和气流循环速度较快的干燥基准是硬基准。反之是软基准。同一干燥基准，对于较薄的针叶材适用时，对于较厚的硬阔叶树材可能造成较硬的条件，而使木材受到损伤。在使用某一干燥基准过程中，当执行基准中某一含水率阶段的温湿度条件时，如果木材的含水率下降速度过快，而且出现了干燥质量问题，说明干燥基准的这个阶段的温湿度条件过硬。反之较软。灵活掌握木材干燥基准的软硬度，对保证干燥质量和缩短干燥周期十分有利。比如在干燥过程中根据木材的实际情况，某种状态下可以适当将某一阶段的温湿度条件调整的软一些以保证干燥质量，也可以适当将某一阶段的温湿度条件调整的硬一些以缩短干燥周期，并且可以合理确定本企业的较佳干燥工艺条件。

本发明采用的在线测定木材不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻的方法是：利用测试传感器上的至少两个高度不同并互相绝缘的电极作为与木材不同厚度层接触的测试点电极，并设定位于同一测试传感器上测试点电极之间的距离，然后将两个测试传感器上的测试点电极按一定宽度距离插入木材中，通过进入木材部分的不同测试点电极而在线测定木材不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻。本发明可以根据木材的厚度情况来调整各测试点电极之间的距离，以测试木材厚度上不同间距之间的木材含水率梯度及含水率偏差，深层电极和浅层电极之间的距离调整可以通过改变两层电极之间的电极绝缘管的个数来实现。

上述测试传感器上的测试点电极插入木材中的测试点的位置一般是：在被干木材上距离材端500mm或木材长度方向的中间位置且宽度方向的中间位置处，横纤维方向间距为30mm钉入2个测试点电极，钉入深度为木材厚度的1/3-1/2。本发明在线测定木材不同厚度层的电阻后,由与测试传感器连接的电脑中的程序分别计算出各个测试点含水率梯度和将梯度显示出来，并同步计算出各个测试点不同深度的含水率差值和分别显示出来；同时计算出各个测试点含水率梯度平均值及深层含水率和浅层含水率差值的平均值和显示出来，根据含水率梯度调整干燥窑的温湿度。

上述测试传感器测试木材含水率梯度实例：测试传感器深层电极测得木材深层含水率为17%，浅层电极测得的木材浅层含水率为15%，深层电极和浅层电极间距为4mm，则此时深层电极和浅层电极所在木材部位的含水率梯度为（17-15）/4=0.5(%/mm)。

本发明还涉及一种所述木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，该测试传感器包括钉体1、装置于该钉体1上的至少两个高度不同并互相绝缘的用于检测不同厚度层电阻的金属电极，所述金属电极与来自于电脑的含水率测试点传感器的输入导线相连。其中，上述钉体1上的金属电极的个数可根据木材的厚度及测试需要来定，如当钉体 1上的金属电极有深层金属电极3和浅层金属电极2时，各金属电极2、3包括外套于钉体1上的用于接触木材测试点的管式电极21、31、下端与相应管式电极21、31电连接而上端向外伸出的电极导线22、32, 且深层电极导线32和浅层电极导线22在钉体1尾部分开，所述深层金属电极3和浅层金属电极2之间设有绝缘组件。深层金属电极3和浅层金属电极2通过各电极导线31、21与来自于电脑的含水率测试点传感器的输入导线相连。当然还可以在钉体1上安装多于2个的金属电极，对木材厚度方向进行多层含水率测试，分析木材厚度上含水率分布情况。为使所述测试传感器能在使用方便的基础上，又操作省力，结构可靠，上述钉体1包括锥形金属钉头11及与所述金属钉头11一体成型且直径小于金属钉头11上端面直径的钉尾长杆12，上述深层金属电极3、浅层金属电极2依序装置于所述钉尾长杆12上，且上述钉尾长杆12上设有使上述钉体1与两金属电极2、3保持绝缘的绝缘层4。上述绝缘层4一般采用外套上述钉尾长杆12上的绝缘套管，上述深层金属电极3中的管式电极31套置于所述绝缘套管的下部位置，并通过绝缘套管的底端与钉头11隔开，其电极导线32位于绝缘套管的外壁上且其上端从绝缘套管的上端伸出。并且上述绝缘层4的具体结构可根据需要来定，如可以是一体成型的中空倒T型管体；也可以是由下端的用于隔开深层管式电极与钉头11的绝缘套管41及套置于钉尾长杆12上的中心套管42组成等。上述绝缘组件包括装置于上述浅层金属电极2与深层的电极导线32之间的中间绝缘管6及装置于两管式电极21、31之间使两管式电极21、31保持绝缘的分隔电极绝缘管5，且上述钉尾长杆12上还设有保护上述浅层电极导线22的绝缘保护外套7。为使测试传感器的结构更可靠,上述钉尾长杆12的尾部装有压紧螺母8及防止电极导线与所述压紧螺母短路的绝缘垫圈9。如图1所示，上述钉尾长杆12上面先安装有绝缘套管41，绝缘套管41上面安装数个中心套管42，中心套管42外面附有深层电极导线32，深层电极导线32外面套有深层管式电极31；在深层电极导线32外面、深层管式电极31上面安装的分隔电极绝缘管5；在深层电极导线32外面、分隔电极绝缘管5上面安装有数个中间绝缘管6，中间绝缘管6外面附有浅层电极导线22，浅层电极导线22外面安装浅层管式电极21；在浅层电极导线22外面、浅层管式电极21上面安装数个绝缘保护外套7；将深层电极导线32和浅层电极导线21在钉尾两侧分开，然后在其上安装上绝缘垫圈9；在绝缘垫圈9上采用压紧螺母8旋紧。在本发明中，钉体1材料是不锈钢，绝缘层材料是聚四氟乙烯，深层管式电极31材料是不锈钢，浅层管式电极21材料是不锈钢，浅层电极导线22材料是表面镀银铜丝编织的网带，绝缘垫圈9材料是聚四氟乙烯，压紧螺母8材料是不锈钢，深层电极导线31材料是表面镀银铜丝编织的网带，绝缘保护外套7材料是聚四氟乙烯。

参见图3，本发明所述测试传感器电极钉入到木材10中位置透视图的实施例，将本发明中的测试传感器2个钉入到如图3所示位置，即在木材长度方向距端头500mm左右或木材中间的位置，在木材宽度的中部，间距30mm钉入，钉入深度根据希望在厚度方向上测试的位置而定，图中21和121是浅层电极，通过21和121之间木材的电阻值转换成含水率，即为浅层电极位置处木材的含水率；图中31和131是深层电极，通过31和131之间的木材的电阻值转换成含水率，即为深层电极位置处木材的含水率；通过深层含水率与浅层含水率之差和深层电极与浅层电极之间的距离计算出深层电极和浅层电极之间木材的含水率梯度。将含水率梯度显示在控制器面板上，或通过含水率梯度控制干燥窑介质的温湿度。

参见图4 干燥过程中木材含水率梯度的测试方法中，干燥窑内各个点木材内深层含水率和浅层含水率的采集方式、信号传递及数值显示流程图，图中采集1-采集6是干燥窑内材堆上6个位置的含水率梯度传感器信号线接入含水率数模转换器的6个点，每个采集点传递2个信号，分别为木材深层含水率和浅层含水率模拟信号，共12个含水率模拟信号传入数模转换器，通过数模转换器转换将12个含水率的模拟信号转换为12个含水率的数字信号。数模转换器将12个含水率数字信号输入到计算模块，计算模块首先将12个含水率电阻的数字信号对照相应的木材含水率与木材电阻之间的关系转化为相应的含水率数值，再计算相应每个测试点上深层含水率和浅层含水率的差及其平均值，再计算每个测试点上深层含水率和浅层含水率差值与人工输入的如图1中深层管式电极与浅层管式电极之间的距离之比，结合木材厚度上含水率分布规律，计算每个测点木材的含水率梯度及其平均值，然后将每个测试点的木材厚度含水率偏差及其平均值和木材厚度上含水率梯度值及其平均值通过数据线分别传输到面板上的含水率偏差视窗、含水率偏差平均值视窗、含水率梯度视窗和含水率梯度平均值视窗上，图中a、b、c、d、e和f即为6个测点上的木材厚度上的含水率偏差值，g为6个测点上木材厚度上含水率偏差的平均值，①②③④⑤和⑥即为6个测点上的木材厚度上含水率梯度值，⑦为6个测点上的木材厚度上含水率梯度平均值。在木材干燥过程中，根据含水率梯度平均值判断木材的干燥速度，进而调整干燥窑内干燥介质温度和湿度，使干燥窑内的干燥介质的状态适合被干木材的干燥速度。在木材干燥终了处理过程中，根据含水率偏差平均值判断终了处理的程度，进而调整终了处理的温度、湿度和时间，使干燥完了后的木材的厚度含水率偏差满足木材干燥质量要求，从而提高木材的干燥质量及保证有效的干燥周期，达到提高干燥质量缩短干燥周期的目的。 

本发明所述测试方法可广泛地应用于各种木材测试中，尤其适用于厚度50mm以上的板材的干燥，对提高厚板材干燥后的应用质量，特别是厚板材在应用中出现材面局部塌陷问题的防治非常有效。

尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，其特征在于包括以下步骤：在木材干燥过程中，通过将测试传感器插入木材中在线测定木材至少二个不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻，然后根据电阻计算出不同厚度层的木材含水率，再根据含水率差值与不同厚度层间的距离，计算出木材的含水率梯度。

2.根据权利要求1所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，其特征在于在线测定木材不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻的方法是：利用测试传感器上的至少两个高度不同并互相绝缘的金属电极作为与木材不同厚度层接触的测试点电极，并设定位于同一传感器上测试点电极之间的距离，然后将两个测试传感器上的测试点电极按一定宽度距离插入木材中，通过进入木材部分的不同测试点电极而在线测定木材不同厚度层在宽度方向上一定距离内的电阻。

3.根据权利要求2所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，其特征在于上述测试传感器上的测试点电极插入木材中测试点的位置是：在被干木材上距离材端450-500mm或木材长度方向的中间位置且宽度方向的中间位置处，横纤维方向间距为30mm钉入2个测试点电极，钉入深度为木材厚度的1/3-1/2。

4.根据权利要求1所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法，其特征在于：在线测定木材不同厚度层的电阻后,由与测试传感器连接的电脑中的程序分别计算出各个测试点含水率梯度，将梯度显示出来，并可同步计算出各个测试点不同深度的含水率差值和分别显示出来；同时计算出各个测试点含水率梯度平均值及深层含水率和浅层含水率差值的平均值和显示出来，以方便操作者根据含水率梯度调整干燥窑的温度和湿度。

5.一种如上述任意权利要求所述木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特征在于：包括钉体（1）、装置于该钉体（1）上的至少两个高度不同并互相绝缘的用于检测木材不同厚度层电阻的金属电极，所述金属电极与来自于电脑的含水率测试点传感器的输入导线相连。

6.根据权利要求5所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特征在于：上述钉体（1）上的金属电极有深层金属电极（3）和浅层金属电极（2），所述金属电极（2、3）包括按一定间距外套于钉体（1）上的用于接触木材测试点的管式电极（21、31）、下端与相应管式电极（21、31）相连接而上端向外伸出的电极导线（22、32）, 且深层电极导线（32）和浅层电极导线（22）在钉体（1）尾部分开，所述深层金属电极（3）和浅层金属电极（2）之间设有绝缘组件。

7.根据权利要求6所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特征在于：上述钉体（1）包括锥形金属钉头（11）及与所述金属钉头（11）一体成型且直径小于金属钉头（11）上端面直径的钉尾长杆（12），上述深层金属电极（3）、浅层金属电极（2）依序装置于所述钉尾长杆（12）上，且所述钉尾长杆（12）上设有与两金属电极（2、3）保持绝缘的绝缘层（4）。

8.根据权利要求7所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特征在于：上述绝缘层（4）为外套于上述钉尾长杆（12）上的绝缘套管，上述深层金属电极（3）中的管式电极（31）套置于所述绝缘套管的下部位置，并通过绝缘套管的底端与钉头（11）隔开，其电极导线（32）位于绝缘套管的外壁上且其上端从绝缘套管的上端伸出。

9.根据权利要求6所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特征在于：上述绝缘组件包括装置于上述浅层金属电极（2）与深层的电极导线（32）之间的中间绝缘管（6）及装置于两管式电极（21、31）之间使两管式电极（21、31）保持绝缘的分隔电极绝缘管（5），且上述钉尾长杆（12）上还设有保护上述浅层电极导线（22）的绝缘保护外套（7）。

10.根据权利要求6所述的木材干燥过程中含水率梯度的测试方法中所用的测试传感器，其特征在于上述钉尾长杆（12）的尾部装有压紧螺母（8）及防止金属电极导线与所述压紧螺母（8）短路的绝缘垫圈（9）。

Images