FI110640B - Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi - Google Patents
Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi 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
110640
MENETELMÄ HYGROSKOOPPISEN MATERIAALIN PINTAKERROKSEN
SYVYYSSUUNTAISEN KOSTEUSJAKAUMAN MITTAAMISEKSI
Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi.
Menetelmässä mittauskohteeseen kehitetään muuttuva sähkökenttä pintaelektrodien välityksellä ja materiaalin syvyyssuuntainen kosteusjakauma määritetään tutkittavan materiaalin a-dispersio -taajuusalueella vaikuttavien sähköisten ominaisuuksien vaikutuksesta kompleksiseen impedanssispektriin.
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.
• · ]"· 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.
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.
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.
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.
• · V. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisesti mittaamalla ···. näytteestä pintaelektrodeilla sähköinen impedanssispektri.
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.
* · ·
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.
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.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle puun kosteusjakauman mittaamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Seuraavassa kuvataan keksintöä lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen (kuvio 1), joka esittää yhtä keksinnön mukaista mittaussysteemiä.
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.
", 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.
4 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.
Keksinnön puitteissa voidaan ajatella edellä kuvatusta poikkeaviakin ratkaisuja. Voidaan esimerkiksi käyttää muita kompleksisen impedanssin mittaus- ja määritysmenetelmiä.
• · • · • ·’ Herkkyyttä pintakosteudelle voidaan vähentää asettamalla : .* dielektrinen kalvo elektrodien ja mitattavan kohteen välille.
• * · ·...· Muuttamalla elektrodien kokoa tai etäisyyttä toisiinsa nähden ν\· voidaan myös vaikuttaa efektiiviseen mittaussyvyyteen.
i · ·
Menetelmällä voidaan myös parantaa pinnan kosteuden mittaustarkkuutta koska pinnan kosteuden mittaukseen ,·. ; vaikuttavan syvemmän kosteuskerroksen vaikutus voidaan mitata ..." tarkemmin.
Menetelmällä voidaan mitata myös muun kuin hygroskooppisen • · · kerroksellisen aineen syvyys suuntaista impedanssi j akaumaa : mikäli kohteessa esiintyy a-dispersio.
* · ·
Claims (4)
1. Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman määrittämiseksi, jossa menetelmässä pintaelektrodeilla muodostetaan sähkökenttä tutkittavan materiaalin pintakerrokseen, tunnettu siitä, että mitataan kompleksinen impedanssi vähintään kahdella eri taajuudella ja määritetään pintakerroksen syvyyssuuntainen kosteusjakauma käyttämällä hyväksi tietoa impedanssiparametrien efektiivisistä mittaussyvyyksistä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompleksinen impedanssi mitataan tutkittavan materiaalin α-dispersion taajuusalueella.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattavien impedanssiparametrien herkkyydet ovat erilaisia pintakosteudelle.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnan alaisen syvemmän kerroksen kosteuden määritys perustuu pintakerroksen kosteusjakauman mukaan tehtävään korjaukseen, joka on riippuvainen jakauman muodosta , ja suuruudesta. 6 110640
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20001033A FI110640B (fi) | 2000-05-04 | 2000-05-04 | Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20001033 | 2000-05-04 | ||
| FI20001033A FI110640B (fi) | 2000-05-04 | 2000-05-04 | Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20001033A FI20001033A (fi) | 2001-11-05 |
| FI110640B true FI110640B (fi) | 2003-02-28 |
Family
ID=8558325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20001033A FI110640B (fi) | 2000-05-04 | 2000-05-04 | Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI110640B (fi) |
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/fi 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 (fi) | 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 | |
| JP2017534064A5 (fi) | ||
| Tan et al. | Design of a new TDR probe to measure water content and electrical conductivity in highly saline soils | |
| Western et al. | A calibration and temperature correction procedure for the water‐content reflectometer | |
| Dai et al. | Long-term monitoring of timber moisture content below the fiber saturation point using wood resistance sensors | |
| JP4194179B2 (ja) | 特性測定装置 | |
| US5872454A (en) | Calibration procedure that improves accuracy of electrolytic conductivity measurement systems | |
| JP2001215203A (ja) | 電気伝導度測定装置、土壌導電率測定方法及び土壌溶液導電率測定装置 | |
| FI110640B (fi) | Menetelmä hygroskooppisen materiaalin pintakerroksen syvyyssuuntaisen kosteusjakauman mittaamiseksi | |
| CN112098502B (zh) | 利用多离子峰标定离子迁移谱仪的检测方法 | |
| RU2003101403A (ru) | Способ и устройство для определения, по меньшей мере, одного параметра смеси, содержащей наполнитель, воду и газ | |
| Skierucha et al. | Comparison of Open-Ended Coax and TDR sensors for the measurement of soil dielectric permittivity in microwave frequencies | |
| Futa et al. | Improving the Calibration of Surface Time Domain Reflectometry Sensors for Moisture Evaluation of Building Materials Using the Analysis of Covariance Method | |
| US6168707B1 (en) | Ion measurement apparatus and methods for improving the accuracy thereof | |
| Placidi et al. | Soil Water Content Sensor in the IoT Precision Agriculture | |
| US8305091B2 (en) | Method for determining the moisture content of wood | |
| US11408835B2 (en) | Microwave soil moisture sensor based on phase shift method and independent of electrical conductivity of the soil | |
| CN103454336A (zh) | 一种用于测量土壤含水量的标定装置及方法 | |
| 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 | |
| Breiner et al. | Performance of in-line moisture meters | |
| Cappelli et al. | Low-Cost Sensors for Soil Moisture Measurement: Modeling and Characterization | |
| RU2720035C1 (ru) | Измеритель локальной коррозии промысловых нефтегазопроводов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: PUUMIT OY |
|
| MM | Patent lapsed |