FI110640B - Method for measuring the moisture distribution in the depth of the surface layer of a hygroscopic material - Google Patents
Method for measuring the moisture distribution in the depth of the surface layer of a hygroscopic material Download PDFInfo
- Publication number
- FI110640B FI110640B FI20001033A FI20001033A FI110640B FI 110640 B FI110640 B FI 110640B FI 20001033 A FI20001033 A FI 20001033A FI 20001033 A FI20001033 A FI 20001033A FI 110640 B FI110640 B FI 110640B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measuring
- moisture
- depth
- humidity
- surface layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
110640110640
MENETELMÄ HYGROSKOOPPISEN MATERIAALIN PINTAKERROKSENMETHOD FOR THE COATING OF HYGROSCOPIC MATERIAL
SYVYYSSUUNTAISEN KOSTEUSJAKAUMAN MITTAAMISEKSIFOR MEASURING THE DEPTH MOISTURE DISTRIBUTION
Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi.This invention relates to a method for measuring the depth distribution of the surface layer of hygroscopic material according to the preamble of claim 1.
Menetelmässä mittauskohteeseen kehitetään muuttuva sähkökenttä pintaelektrodien välityksellä ja materiaalin syvyyssuuntainen kosteusjakauma määritetään tutkittavan materiaalin a-dispersio -taajuusalueella vaikuttavien sähköisten ominaisuuksien vaikutuksesta kompleksiseen impedanssispektriin.In the method, a variable electric field is generated on the measuring object through surface electrodes and the depth distribution of the material is determined by the influence of the electrical properties of the material under investigation on the α-dispersion frequency spectrum on the complex impedance spectrum.
Sähköisten menetelmien käyttö hygroskooppisten materiaalien kosteuden mittauksessa perustuu siihen, että kosteuden vaikutus sähköisiin ominaisuuksiin on huomattava. Alhaisilla kosteuksilla esimerkiksi puun sähköiset ominaisuudet muuttuvat pikemminkin eksponentiaalisesti kuin lineaarisesti kosteuden funktiona. Kaksi yleisesti käytettyä menetelmää puun kosteuden mittaukseen ovat puun sähköisen vastuksen mittaus sekä puun dielektrisyyden mittaus. Vastusmittareissa elektrodit • · , *.· työnnetään puun sisään, jolloin materiaa joudutaan osittain I · · • * : rikkomaan. Dielektrisyyteen perustuvissa mittausmenetelmissä riittää yleensä pintakontakti, jolloin kyseessä on täysin ainetta rikkomaton menetelmä. Pintakontaktiin perustuvien .···. mittareiden luotettavuus on käytännössä huono, mikä johtuu ,···, erityisesti siitä, että menetelmä on erittäin herkkä pintakosteudelle.The use of electronic methods for measuring moisture in hygroscopic materials is based on the fact that the effect of moisture on electrical properties is significant. For example, at low humidity, the electrical properties of wood change exponentially rather than linearly as a function of humidity. Two commonly used methods for measuring moisture in wood are measurement of electrical resistance of wood and measurement of dielectricity of wood. In resistance meters, the electrodes • ·, *. · Are inserted into the wood, causing the material to partially break I · · • *. Surface contact is usually sufficient for dielectric measurement methods, which is a completely non-destructive method. Surface Contact Based ···. the reliability of the meters is practically poor due to ···, in particular the method is very sensitive to surface moisture.
• · ]"· Vastusmittareiden puun kosteuden mittausalueen maksimiarvot ··* ovat puun syiden kyllästymispisteessä. Syiden ··· kyllästymispistettä suuremmilla kosteuksilla puun soluontelot sisältävät vapaata vettä puun syihin sitoutuneen veden lisäksi / # ja näin ollen puun vastus ei enää juuri muutu kosteuden *; funktiona. Dielektrisyyteen perustuvilla menetelmillä on voitu • · » '· *: mitata puun kosteutta myös syiden kyllästymispistettä suuremmilla kosteuspitoisuuksilla yli 100%:iin saakka.• ·] "· The maximum values of the wood moisture measuring range of resistance meters ·· * are at the point of saturation of the causes of wood. Dielectric-based methods have been able to measure the moisture content of the wood even at concentrations above 100% of the saturation point of the wood.
Teoriassa puun dielektrisyysvakio kasvaa kunnes soluontelot ovat kokonaan täyttyneet vedellä. Käytännössä dielektrisyyttä 2 110640 mittaavien kosteusmittareiden tarkkuus heikkenee kun kosteus ylittää syiden kyllästymispisteen johtuen mm. siitä että tällöin kosteusjakauma on yleensä suuri ja yhdellä taajuudella mittaava menetelmä reagoi herkästi puun pinnan kosteuden muutoksiin.In theory, the dielectric constant of wood increases until the cellular cavities are completely filled with water. In practice, the accuracy of humidity meters measuring dielectricity 2 110640 decreases when the moisture exceeds the cause saturation point due to e.g. because the moisture distribution is then generally high and the single-frequency measurement method is sensitive to changes in wood surface moisture.
Tarkastellun tyyppisissä yleisesti käytetyissä pintakosteusmittareissa mittaus tapahtuu yhdellä taajuudella, jolloin mittarit ovat herkkiä pintakosteudelle. Herkkyys pintakosteudelle muuttuu taajuuden funktiona, mutta on taajuudesta riippumatta huomattava. Mikäli mitattavassa näytteessä on kosteusjakauma, ei tarkkaa arviota koko näytteen syvemmälle kosteusjakaumalle tai keskimääräiselle kosteudelle voida tehdä pintakosteusmittarin lukemaan perustuen.In commonly used surface moisture meters, the measurement is made at a single frequency, with the meters being sensitive to surface moisture. The sensitivity to surface humidity varies as a function of frequency but is significant regardless of frequency. If the sample to be measured has a moisture distribution, an accurate estimate of the deeper moisture distribution or average humidity of the entire sample cannot be made based on the surface humidity meter reading.
Keksinnön tarkoituksena on parantaa edellä mainittua herkkyyttä pintakosteudelle ja saada aikaan menetelmä, joka toimii siten, että sekä pinnan, että syvemmän kerroksen kosteus arvioidaan, jolloin materiaalin pinnan alainen kosteusjakauma ja keskimääräinen kosteus määritetään huomattavasti aiempaa tarkemmin.The object of the invention is to improve the aforementioned sensitivity to surface moisture and to provide a method which functions to evaluate the moisture content of both the surface and the deeper layer, whereby the moisture distribution under the surface and the average humidity of the material are determined much more accurately.
• · V. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisesti mittaamalla ···. näytteestä pintaelektrodeilla sähköinen impedanssispektri.This purpose is achieved by measuring ··· according to the invention. electric impedance spectrum of sample from surface electrodes.
Spektrianalyysillä voidaan selvittää mittauskohteen rakennetta * · sekä elektrodien ja mittauskohteen vuorovaikutuksia. Mittauskohteesta muodostetaan fysikaalisella ja matemaattisella * ···’ mallintamisella mittauskohdetta kuvaava sähköinen malli, jonka parametrit kuvaavat näytteen rakennetta.Spectral analysis can be used to determine the structure of the object * · and the interactions between the electrodes and the object. By physical and mathematical * ··· 'modeling, the object is transformed into an electrical model, the parameters of which represent the structure of the sample.
* · ·* · ·
Kehitetty menetelmä perustuu siihen että mitattavalla materiaalilla on voimakas α-dispersio, joka riippuu materiaalin kosteudesta ja erityisesti syvyyssuuntaisesta _· ^ kosteusjakaumasta. Menetelmässä tarkka arvio pintakerroksen * » · ’· ’· kosteus jakaumalle saavutetaan käyttämällä spektristä » · *: määritettyjä parametrejä eri taajuusalueilta eli valitsemalla parametrit niiden efektiivisen mittaussyvyyden perusteella.The developed method is based on the fact that the material to be measured has a strong α-dispersion which depends on the moisture content of the material and especially on the depth distribution. In the method, an accurate estimation of the moisture content of the surface layer * »· '·' · is achieved by using parameters defined in the spectrum» · *: from different frequency ranges, i.e. by selecting the parameters based on their effective measurement depth.
Näin muodostuva jatkuva funktio kuvaa kosteutta eri syvyyksillä, jolloin saadaan arvio tutkittavan materiaalin 3 110640 syvyyssuuntaisesta kosteusprofiilista. Käyttämällä hyväksi tietoa mitattavan materiaalin paksuudesta, voidaan kosteuden desorptio- ja absorptiomalleilla arvioida mitatun materiaalin keskimääräistä kosteutta.The continuous function thus formed depicts humidity at various depths, thereby providing an estimate of the depth profile of the material under investigation 3 110640. Using information on the thickness of the material to be measured, moisture desorption and absorption models can be used to estimate the average moisture content of the material being measured.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle puun kosteusjakauman mittaamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the method for measuring the moisture distribution of wood according to the invention is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1.
Seuraavassa kuvataan keksintöä lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen (kuvio 1), joka esittää yhtä keksinnön mukaista mittaussysteemiä.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing (Fig. 1), which shows one measuring system according to the invention.
Esimerkkitapauksessa mitta-anturissa on käytetty 40 x 50 mm levyelektrodeja (3), jotka on sijoitettu 5 mm:n päähän toisistaan. Ohjausyksiköstä (6) syötetään sinimuotoista jännitesignaalia mitta-anturiin, jossa signaali johdetaan elektrodeille. Anturi muuntaa ohjausyksiköstä tulevan jännitesignaalin virtasignaaliksi sekä jännitesignaaliksi, joita vertaamalla kompleksinen impedanssi määritetään kullekin mitattavalle taajuudelle mittaamalla signaalien välinen amplitudien suhde sekä vaihe-ero. Laitteisto kalibroidaan < « V. suorittamalla avoimen ja suljetun piirin mittaus.In the example case, the measuring probe uses 40 x 50 mm plate electrodes (3) spaced 5 mm apart. From the control unit (6), a sinusoidal voltage signal is applied to a measuring sensor, where the signal is applied to the electrodes. The sensor converts the voltage signal from the control unit into a current signal as well as a voltage signal, which compares the complex impedance for each frequency to be measured by measuring the amplitude ratio and phase difference between the signals. The apparatus is calibrated <«V. by performing open and closed loop measurement.
", Esimerkkitapauksessa on mitattu impedanssin itseisarvo sekä ... vaihekulma taajuusalueella 10 kHz - 1 MHz. Tasakosteita näytteitä käyttäen mitatuille parametreille on saatu > kosteusfunktiot. Käyttämällä erilaisen absorptio- ja desorptiojakauman omaavia kalibrointinäytteitä joiden ’’/·* kosteus jakauma tunnetaan on määritetty kullekin parametrille ' ' efektiivinen mittaussyvyys, jossa kosteusfunktion keskimääräinen virhe on minimoitu suhteessa kalibrointiaineistoon. Käyttämällä useita erilaisen ‘1’ efektiivisen mi t taus syvyyden omaavia parametrejä sekä monimuuttuja-analyysiä on muodostettu funktiot kosteudelle eri : syvyyksillä minimoimalla kosteusfunktion virhe mitattujen parametrien ja kalibrointi-näytteiden todellisten kosteuksien välillä.", In the example case, the absolute value of the impedance and the phase angle ... in the frequency range 10 kHz to 1 MHz are measured. For the parameters measured using straight damp samples,> moisture functions are obtained. Using calibration samples with different absorption and desorption distributions Effective measurement depth where the average error in the humidity function is minimized relative to the calibration data. Using a number of parameters with different effective measurement depths, and multivariate analysis, the functions for humidity are formed: with depths, minimizing the error in the humidity function .
4 1106404, 110640
Yksinkertaisimmillaan menetelmää käytetään mittaamalla kaksi erilaisen efektiivisen mittaussyvyyden omaavaa parametriä, esimerkiksi vaihekulma taajuudella 10 kHz ja impedanssin itseisarvo taajuudella 1 MHz. Mittaamalla kalibrointinäytteet muodostetaan monimuuttujamatriisi, joka sisältää sarakkeittain jokaisesta kalibrointinäytteestä mitatun todellisen kosteuden (määritys esim. punnitus/kuivaus -menetelmällä) eri syvyyksillä sekä määritetyt impedanssi-parametrien arvot. Esimerkiksi Nelder-Mead -algoritmia sekä euklidista virhenormia käyttäen kosteusfunktio-sovituksen ja todellisen kosteuden välinen virhe minimoidaan. Näin saadaan monimuuttujamatriisi joka sisältää kertoimet molemmille parametreille sekä vakiotekijät. Syvyyssuuntainen kosteusjakauma määritetään mittaamalla impedanssiparametrit näytteestä ja käyttämällä matriisikertoimiin perustuvia kosteusfunktioita.At its simplest, the method is used by measuring two parameters having different effective measurement depths, for example, phase angle at 10 kHz and absolute value of impedance at 1 MHz. By measuring the calibration samples, a multivariate matrix is formed which contains, by column, the actual humidity (determined eg by weighing / drying method) of each calibration sample at different depths and the values of the impedance parameters determined. For example, using the Nelder-Mead algorithm and the Euclidean error rate, the error between the humidity function fit and the actual humidity is minimized. This yields a multivariate matrix containing the coefficients for both parameters and the constant factors. The depth humidity distribution is determined by measuring the impedance parameters of the sample and using humidity functions based on matrix coefficients.
Keksinnön puitteissa voidaan ajatella edellä kuvatusta poikkeaviakin ratkaisuja. Voidaan esimerkiksi käyttää muita kompleksisen impedanssin mittaus- ja määritysmenetelmiä.Within the scope of the invention, solutions other than those described above may be contemplated. For example, other methods for measuring and determining complex impedance can be used.
• · • · • ·’ Herkkyyttä pintakosteudelle voidaan vähentää asettamalla : .* dielektrinen kalvo elektrodien ja mitattavan kohteen välille.The sensitivity to surface moisture can be reduced by placing:. * A dielectric film between the electrodes and the object to be measured.
• * · ·...· Muuttamalla elektrodien kokoa tai etäisyyttä toisiinsa nähden ν\· voidaan myös vaikuttaa efektiiviseen mittaussyvyyteen.• * · · ... · By changing the size or distance of the electrodes ν \ ·, the effective measuring depth can also be affected.
i · ·i · ·
Menetelmällä voidaan myös parantaa pinnan kosteuden mittaustarkkuutta koska pinnan kosteuden mittaukseen ,·. ; vaikuttavan syvemmän kosteuskerroksen vaikutus voidaan mitata ..." tarkemmin.The method can also improve surface moisture measurement accuracy because surface moisture measurement, ·. ; the effect of an effective deeper moisture layer can be measured ... ".
Menetelmällä voidaan mitata myös muun kuin hygroskooppisen • · · kerroksellisen aineen syvyys suuntaista impedanssi j akaumaa : mikäli kohteessa esiintyy a-dispersio.The method can also be used to measure the depth of a non-hygroscopic layered material in the direction of impedance: if there is an α-dispersion in the object.
* · ·* · ·
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20001033A FI110640B (en) | 2000-05-04 | 2000-05-04 | Method for measuring the moisture distribution in the depth of the surface layer of a hygroscopic material |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20001033A FI110640B (en) | 2000-05-04 | 2000-05-04 | Method for measuring the moisture distribution in the depth of the surface layer of a hygroscopic material |
FI20001033 | 2000-05-04 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20001033A FI20001033A (en) | 2001-11-05 |
FI110640B true FI110640B (en) | 2003-02-28 |
Family
ID=8558325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20001033A FI110640B (en) | 2000-05-04 | 2000-05-04 | Method for measuring the moisture distribution in the depth of the surface layer of a hygroscopic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI110640B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007028856A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Korwensuun Konetehdas Oy | Method for the determination of the stresses occurring in wood when drying |
-
2000
- 2000-05-04 FI FI20001033A patent/FI110640B/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007028856A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Korwensuun Konetehdas Oy | Method for the determination of the stresses occurring in wood when drying |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20001033A (en) | 2001-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wyseure et al. | Measurement of volumetric water content by TDR in saline soils | |
Mamishev et al. | Evaluation of diffusion-driven material property profiles using three-wavelength interdigital sensor | |
Olmi et al. | Diagnostics and monitoring of frescoes using evanescent-field dielectrometry | |
Western et al. | A calibration and temperature correction procedure for the water‐content reflectometer | |
JP4194179B2 (en) | Characteristic measuring device | |
Dai et al. | Long-term monitoring of timber moisture content below the fiber saturation point using wood resistance sensors | |
US5872454A (en) | Calibration procedure that improves accuracy of electrolytic conductivity measurement systems | |
JP2001215203A (en) | Instrument for measuring electric conductivity, method of measuring electric conductivity of soil, and instrument for measuring electric conductivity of soil solution | |
FI110640B (en) | Method for measuring the moisture distribution in the depth of the surface layer of a hygroscopic material | |
RU2003101403A (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING, AT LEAST, ONE MIXTURE PARAMETER CONTAINING A FILLER, WATER AND GAS | |
Skierucha et al. | Comparison of Open-Ended Coax and TDR sensors for the measurement of soil dielectric permittivity in microwave frequencies | |
US6168707B1 (en) | Ion measurement apparatus and methods for improving the accuracy thereof | |
US8305091B2 (en) | Method for determining the moisture content of wood | |
CN112098502B (en) | Detection method for calibrating ion mobility spectrometer by utilizing multiple ion peaks | |
US11408835B2 (en) | Microwave soil moisture sensor based on phase shift method and independent of electrical conductivity of the soil | |
CN103454336A (en) | Calibration device and calibration method used for measuring soil water content | |
Thakur et al. | Development of multi-grain capacitive sensor for determination of moisture content in grains | |
Ramos et al. | Development and characterization of a conductivity cell for water quality monitoring | |
TenWolde et al. | Instrumentation for measuring moisture in building envelopes | |
RU2187098C2 (en) | Method of determination of moisture content of capillary porous materials | |
Futa et al. | Improving the Calibration of Surface Time Domain Reflectometry Sensors for Moisture Evaluation of Building Materials Using the Analysis of Covariance Method | |
Breiner et al. | Performance of in-line moisture meters | |
Cappelli et al. | Low-Cost Sensors for Soil Moisture Measurement: Modeling and Characterization | |
SU1728764A1 (en) | Method of calibrator of moisture meters | |
Bodasingi et al. | Laboratory Evaluation of a Low-Cost Soil Moisture and EC Sensor in Different Soil Types |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: PUUMIT OY |
|
MM | Patent lapsed |