CN2695963Y - 木材干缩与含水率测量两用传感器 - Google Patents

Abstract

一种主要由刚性支架、弹性元件、电阻应变计、固定隔离块、活动隔离块、垫片和螺钉等元件组成的木材干缩与含水率测量两用传感器，其特征在于刚性支架和弹性元件的自由端设有可刺入被测物体的针刺；且刚性支架可绕固定隔离块的中心旋转安装。实测数据分析表明，传感器用于木材的干缩和含水率连续测量时，测量精度完全能够满足木材干燥工艺的要求。

Description

木材干缩与含水率测量两用传感器

一、技术领域

本实用新型属木材工业中的木材测量设备制造技术领域。

二、背景技术

木材干缩和含水率测量是木材物理性质研究的基础，同时也是木材干燥生产过程中的重要控制参数，准确、连续测量干燥过程中木材的干缩和含水率变化，对于提高木材科学的研究水平和木材干燥生产质量具有重要的意义。然而，由于木材的物理性质和特殊的干燥环境，无法应用一些常规的测量方法，更难实现木材干缩和含水率变化的连续测量。

现在广泛使用的木材干缩和含水率测量方法如下：

1.干缩率测量——在干燥过程中，定时从烘箱或干燥窑中取出试件然后采用游标卡尺、螺旋测微器等测量试件长度变化来计算干缩率。这种测量方法烦琐且人为误差大，不能实现连续测量，并且每次从烘箱或干燥窑中取出检验样板后，检验样板将经历一个降温、升温过程(约5min)，使得检验样板的干缩量和烘箱或干燥窑内的其它木材不一致，造成测量误差。

2.含水率测量——干燥过程中木材的含水率测量方法相对较多，目前常用的有检验板定时重量测量法、检验板连续重量测量法、电阻式含水率连续遥测法、介电式含水率连续遥测法等等，这些方法各有优劣。

电阻应变计测量法的原理是应变计中金属丝的电阻值与机械变形呈一定的函数关系，电阻应变计将被测构件的变形量转换为电阻的变化，测量电路将电阻值的变化转换为应变读数或转换为电压的变化，然后由记录器记录下来，经过换算得到实际的应变值。电阻应变测量方法具有测量方法简单，电阻应变计尺寸小、重量轻，测量应变的灵敏度高，测量应变范围大，可以在高温、低温、高压、强磁场、核辐射等特殊条件下使用的优点。电阻应变计电测法，是应力分析中的一种重要方法，在工程上广泛地用来测量构件的应变。随着科学技术的发展，电阻应变计电测法已经是一种比较成熟的测量方法。但目前尚无可直接用于木材干缩测量的电阻应变计传感器产品。

三、发明内容

本实用新型的设计目的是，根据木材的物理性质和特殊的干燥环境，设计制作一种特殊的电阻应变计传感器结构，并可分别满足木材干缩和含水率连续测量工作的需要。

木材干缩与含水率测量两用传感器的测量原理如附图1所示，弹性元件一端固定，自由端受到外力P时可以自由移动。

弹性元件自由端的位移f与距自由端x处的弹性元件表面应变ε有下列关系：

$f=\frac{2}{3}\frac{l^2}{\mathrm{hx}}\mathrm{\ϵ}$

式中：f——自由端位移

      x——电阻应变计距自由端距离

      l——弹性元件悬臂长

      h——弹性元件厚度

     ε——距自由端x处的弹性元件表面应变

当自由端受载荷P时，距自由端x处的弹性元件表面应变ε与P有下列关系：

$P=\frac{2\mathrm{EJ}}{\mathrm{hlx}}\mathrm{\ϵ}$

式中：P——弹性元件自由端所受载荷

      E——弹性元件弹性模量

      J——惯性矩

由此可知，当弹性元件的几何尺寸一定时，自由端位移f与距自由端x处的弹性元件表面应变ε成线性对应关系；所受载荷P与距自由端x处的弹性元件表面应变ε成线性对应关系。因此，可以通过改变弹性元件的几何尺寸，获得不同灵敏度和量程的位移和重量传感器。

木材干缩与含水率测量两用传感器的结构如附图2所示，主要由刚性支架(1)、弹性元件(2)、电阻应变计(3)、固定隔离块(4)、活动隔离块(5)、垫片和螺钉等元件组成，其特征在于：

a.刚性支架(1)和弹性元件(2)的自由端设有可刺入被测物体的针刺；

b.刚性支架(1)可绕固定隔离块(4)的中心旋转安装。

四、附图说明

图1为木材干缩与含水率测量两用传感器的测量原理示意图，图中(2)为弹性元件，(3)为电阻应变计；

       f——自由端位移

       P——弹性元件自由端所受载荷

       x——电阻应变计距自由端距离

       l——弹性元件悬臂长

       h——弹性元件厚度

图2为木材干缩与含水率测量两用传感器的结构示意图。图中(1)为刚性支架，底平面上加工出若干个脚刺；(2)为弹性元件，自由端加工出两个脚刺；(3)为电阻应变计，(4)为固定隔离块，(5)为活动隔离块，(6)为垫片，(7)、(8)、(9)、(10)为螺钉。松开螺钉(9)，弹性元件(2)即可绕固定隔离块(4)的中心旋转。

活动隔离块(5)的长度保证了传感器安装时的脚刺间距；它在传感器保存状态和安装时，还起保护传感器弹性元件(2)的作用，安装完成或在用于含水率测量时应将其移除。

图3为木材干缩与含水率测量两用传感器的木材干缩测量状态安装示意图。图中(11)为电阻应变测量仪，(12)为被测试件。工作状态的传感器上，已去除活动隔离块(5)和螺钉(8)、(10)；

图4为木材干缩与含水率测量两用传感器的木材含水率测量状态安装示意图。图中(12)为被测试件、(13)为秤盘，(14)为工作平台。工作状态的传感器上，已去除活动隔离块(5)和螺钉(10)，刚性支架(1)绕固定隔离块(4)的中心旋转180°安装固定，并用螺钉将刚性支架(1)固定于干燥窑内的工作平台(14)上，被测试件用挂钩悬置在弹性元件(2)的自由端端部。

五、具体实施方式

木材干缩与含水率测量两用传感器的设计指标：

外形尺寸：长×宽×高＝45×35×53mm；

位移测量范围：0～3mm；

重量测量范围：0～350g；

适用温度范围：0～150℃；

适用湿度范围：0～100％。

刚性支架(1)采用45号钢淬火，底面设3个高3mm、楔形角为27°的楔形脚刺；支架底部两个直径为3mm的小孔，用于干缩测量安装时，用小螺钉把传感器的脚刺压入到试件(12)中，传感器安装完成后应去除该螺钉(参见附图3)。

弹性元件(2)采用0.6mm厚的65Mn钢。弹性元件(2)的自由端设计有两个针刺，针刺角度为21°，高为3mm。

电阻应变计(3)选用中原电测仪器股份有限公司制造的BB120-4AA(11)250型应变计。电阻应变计(3)的几何中心与弹性元件(2)的距离x取35mm，电阻应变计(3)对称贴于弹性元件的两侧，采用半桥接入奉化大桥精密仪器厂生产的YJR-5A静态电阻应变仪(11)中标定后使用。

传感器用于木材干缩的连续测量时，其安装方法参见附图3；

传感器用于木材含水率的连续测量时，其安装方法参见附图4。

实测数据分析表明，传感器用于木材的干缩和含水率连续测量时，测量精度完全能够满足木材干燥工艺的要求。

Claims (1)

1.一种由刚性支架(1)、弹性元件(2)、电阻应变计(3)、固定隔离块(4)、活动隔离块(5)、垫片和螺钉等元件组成的木材干缩与含水率测量两用传感器，其特征在于：

a.刚性支架(1)和弹性元件(2)的自由端设有可刺入被测物体的针刺；

b.刚性支架(1)可绕固定隔离块(4)的中心旋转安装。

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