RU2530983C1 - Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method - Google Patents
Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530983C1 RU2530983C1 RU2013130564/06A RU2013130564A RU2530983C1 RU 2530983 C1 RU2530983 C1 RU 2530983C1 RU 2013130564/06 A RU2013130564/06 A RU 2013130564/06A RU 2013130564 A RU2013130564 A RU 2013130564A RU 2530983 C1 RU2530983 C1 RU 2530983C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wood
- resonator
- drying
- temperature
- power
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для совершенствования процесс СВЧ-сушки древесины путем применения резонансного метода стоячей волны, контроля энергии, подводимой в резонатор лесосушильной камеры посредством первичного измерительного преобразователя (ПИП) резонатора СВЧ-сушильной камеры, и может быть использовано в деревообрабатывающей отрасли промышленности.The invention is intended to improve the microwave drying of wood by applying the standing wave resonance method, controlling the energy supplied to the resonator of the drying chamber by means of a primary measuring transducer (PIP) of the microwave drying chamber resonator, and can be used in the woodworking industry.
Известен СВЧ-способ определения влажности твердых и жидких материалов, основанный на методе свободного пространства [см. Берлинер М.А. Измерение влажности / М.А. Берлинер. - М.: Энергия, 1973. - 345 с.]. Данный способ можно разделить на две модификации:The known microwave method for determining the moisture content of solid and liquid materials, based on the method of free space [see Berliner M.A. Humidity measurement / M.A. Berliner. - M .: Energy, 1973. - 345 p.]. This method can be divided into two modifications:
- с использованием проходящей волны;- using a transmitted wave;
- с использованием отраженной волны.- using a reflected wave.
В обеих модификациях измеряемой характеристикой служит коэффициент передачи или коэффициент отраженной волны.In both versions, the measured characteristic is the transmission coefficient or the coefficient of the reflected wave.
Недостатком способа является невозможность контроля текущей влажности материала в процессе СВЧ-сушки древесины.The disadvantage of this method is the inability to control the current moisture content of the material in the process of microwave drying of wood.
Известен резонаторный способ контроля влажности материала [см. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. - М.: Машиностроение, 1995. - 487 с.], при котором исследуемый образец определенного размера помещают в полость объемного резонатора (ОР), возбуждают электромагнитное поле (ЭМП) определенной пространственной структуры. В ОР цилиндрической формы с волной типа Е010 образец в виде цилиндрического стержня малого диаметра помещают вдоль оси резонатора; в цилиндрическом ОР с колебанием Н011 образцы большего диаметра и с большими потерями, имеющими форму цилиндра, катушек, пучков нитей и т.п., устанавливают вдоль оси резонатора, а образцы в виде тонких плоских дисков располагают перпендикулярно оси. Выходными величинами первичного измерительного преобразователя (ПИП) служат вызванные введением в полость ОР исследуемого материала изменения параметров резонатора: резонансной частоты Δf=f-f0 и добротности ΔQ=Q-Q0, где f0 и Q0 - значения собственных (ненагруженных) параметров резонатора.A known resonator method for controlling the humidity of the material [see Klyuev V.V. Non-Destructive Testing and Diagnostics: A Guide. - M .: Mashinostroenie, 1995. - 487 p.], In which the test sample of a certain size is placed in the cavity of a cavity resonator (OR), an electromagnetic field (EMF) of a certain spatial structure is excited. In a cylindrical OP with a wave of type E 010, a sample in the form of a cylindrical rod of small diameter is placed along the axis of the resonator; in a cylindrical OR with an oscillation of H 011, samples of larger diameter and with large losses, in the form of a cylinder, spools, bundles of threads, etc., are installed along the axis of the resonator, and samples in the form of thin flat disks are placed perpendicular to the axis. The output values of the primary measuring transducer (PIP) are the changes in the resonator parameters caused by the introduction into the OR cavity of the material under study: resonance frequency Δf = ff 0 and Q factor ΔQ = QQ 0 , where f 0 and Q 0 are the values of the intrinsic (unloaded) resonator parameters.
Недостатком данного способа является то, что для измерения влажности материала необходимо применять образец строго определенной формы и размера; образец необходимо помещать точно в определенное место ОР, так как структура поля определенного типа строго определена и неравномерна в пространственной полости резонатора, возможно перепутывание основного типа колебаний с другими, что вызывает дополнительную погрешность измерения, а применение фильтров снижает добротность основного типа колебаний и усложняет конструкцию первичного измерительного преобразователя; аппаратная реализация способа достаточно сложна из-за наличия вентилей, циркуляторов, детектора, смесителя, измерителя добротности, частотомера, управляемого по частоте генератора СВЧ для изменения Δf. Рассматриваемое решение не может быть применено для оперативного контроля текущей влажности состояния штабеля пиломатериалов в микроволновой сушильной камере в процессе сушки.The disadvantage of this method is that to measure the moisture content of the material, it is necessary to use a sample of a strictly defined shape and size; the sample must be placed exactly in a specific place in the OP, since the field structure of a certain type is strictly defined and uneven in the spatial cavity of the resonator, it is possible to mix up the main type of vibrations with others, which causes additional measurement error, and the use of filters reduces the quality factor of the main type of vibrations and complicates the design of the primary measuring transducer; the hardware implementation of the method is quite complicated due to the presence of valves, circulators, a detector, a mixer, a quality factor meter, a frequency meter controlled by the frequency of the microwave generator to change Δf. The considered solution cannot be applied for the operational control of the current humidity of the state of a stack of lumber in a microwave drying chamber during the drying process.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ сушки дубовых заготовок в СВЧ-лесосушильной камере [патент RU №2125691, МПК F26B 3/347], включающий укладку заготовок в штабель, СВЧ-нагрев с одновременным обдувом воздухом, поступающим из системы охлаждения СВЧ-генераторов, перед началом сушки штабель укрывают влагонепроницаемой пленкой и при мощности СВЧ-генераторов 15 кВт осуществляют прогрев заготовок до температуры сушки, равной 58-60°C, затем удаляют пленку и при мощности СВЧ-генератора 5 кВт сушат заготовки до влажности 30%, при мощности СВЧ-генератора 4 кВт сушат до влажности 20%, при мощности СВЧ-генератора 3 кВт сушат до влажности 12% и при мощности СВЧ-генератора 2 кВт сушат заготовки до требуемой влажности. Этот способ принят за прототип.The closest in technical essence to the claimed solution is a method of drying oak billets in a microwave drying chamber [patent RU No. 2125691, IPC F26B 3/347], including stacking the blanks in a stack, microwave heating with simultaneous air blowing from the microwave cooling system -generators, before drying begins, the stack is covered with a moisture-proof film and, with a microwave generator power of 15 kW, the blanks are heated to a drying temperature of 58-60 ° C, then the film is removed and the blanks are dried to a moisture of 5
Недостатком способа является отсутствие возможности постоянного непрерывного измерения текущей влажности древесины в микроволновой камере для осуществления контроля технологического процесса сушки посредством оперативного изменения градиентов влажности и температуры, отсутствие измерителя влажности, основанного на первичном измерительном преобразователе (ПИЛ) СВЧ-резонатора сушильной камеры древесины, а ступенчатое осуществление выбора выходной мощности генератора не обосновано и не способствует поддержанию равномерного изменения режима сушки по функциональной зависимости.The disadvantage of this method is the inability to continuously measure the current moisture content of wood in the microwave chamber to control the drying process by quickly changing the humidity and temperature gradients, the absence of a moisture meter based on the primary measuring transducer (PIL) of the microwave cavity of the wood drying chamber, and stepwise implementation the choice of the generator output power is not justified and does not contribute to maintaining a uniform drying mode according to the functional dependence.
Решаемой задачей изобретения является совершенствование процесса СВЧ-сушки путем непрерывного измерения и контроля влажности древесины в СВЧ-камере при одновременном непрерывном контроле параметров процесса сушки, градиентов температуры и влажности, на основе энергетических характеристик резонатора лесосушильной камеры - добротности Q и затухания d - по функциональной зависимости этих параметров резонатора и упрощение аппаратной реализации способа.The solved problem of the invention is to improve the microwave drying process by continuously measuring and controlling wood moisture in the microwave chamber while simultaneously monitoring the drying process parameters, temperature and humidity gradients, based on the energy characteristics of the cavity of the drying chamber - Q factor and attenuation d - according to the functional dependence these parameters of the resonator and the simplification of the hardware implementation of the method.
Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе контроль влажности древесины осуществляется постоянно в течение процесса сушки. Высушиваемые пиломатериалы, уложенные в сушильный штабель, помещаются в замкнутую металлическую полость - резонатор, которым является лесосушильная камера. Генератором возбуждается СВЧ электромагнитное поле, размеры замкнутой металлической полости выбирают много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ, так что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний разной пространственной структуры при постоянной мощности питающего генератора и фиксированном времени взаимодействия исследуемого влажного материала с полем многих мод (мода - наибольшее значение функции распределения случайной величины); измеряют температуру подвергающегося воздействию электромагнитной энергии материала до помещения в замкнутую металлическую полость и температуру после воздействия электромагнитного поля многих мод, по разности температур определяют калориметрическим способом поглощаемую мощность Рпогл.The essence of the invention lies in the fact that in the proposed method, the humidity control of the wood is carried out continuously during the drying process. The dried lumber laid in a drying stack is placed in a closed metal cavity - a resonator, which is a forest drying chamber. A microwave electromagnetic field is excited by the generator, the dimensions of the closed metal cavity are chosen to be much larger than the wavelength λ of the microwave supply generator, so that it is possible to excite in the unloaded state many vibrations of different spatial structures with a constant power of the supply generator and a fixed interaction time of the studied wet material with many fields mode (mode is the largest value of the distribution function of a random variable); measure the temperature of the material exposed to electromagnetic energy before being placed in a closed metal cavity and the temperature after exposure to the electromagnetic field of many modes, determine the absorbed power P damp by the calorimetric method.
Основываясь на энергетических параметрах резонатора, добротности Q и затухания d, величине обратной добротности d=1/Q, находим затухание резонатора, исходя из энергетического соотношенияBased on the energy parameters of the resonator, the Q factor and attenuation d, the reciprocal of the Q factor d = 1 / Q, we find the attenuation of the resonator based on the energy ratio
где ωр - резонансная угловая частота; W - энергия, запасенная в колебательной системе; РПΣ - мощность потерь холостого хода в резонаторе; Q - добротность ненагруженного резонатора (холостого хода), при этом нагрузкой является влага, содержащаяся в древесине.where ω p is the resonant angular frequency; W is the energy stored in the oscillatory system; P PΣ is the idle loss power in the resonator; Q is the quality factor of an unloaded resonator (idle), while the load is the moisture contained in the wood.
Если резонатор нагружен, то к средней мощности потерь в резонаторе РПΣ=PГ следует прибавить среднюю мощность, отдаваемую резонатором в нагрузку РН=Рпогл. Выражение для добротности нагруженного резонатора можно записать:If the resonator is loaded, then the average power given by the resonator to the load P N = P damp should be added to the average power of losses in the resonator Р ПΣ = P Г The expression for the Q factor of a loaded resonator can be written:
соответственно для затухания нагруженного резонатора:
Величина влажности древесины W устанавливается по функции затухания нагруженного резонатора dН калибровкой измерителя, учитывая, чтоThe value of wood moisture W is determined by the damping function of the loaded resonator d N by the calibration of the meter, given that
W%=(М-М0)/М0·100%,W% = (M-M 0 ) / M 0 · 100%,
где М - масса влажной древесины; М0 - масса абсолютно сухой древесины.where M is the mass of wet wood; M 0 - the mass of absolutely dry wood.
Поскольку особенностью сушки древесины резонансным методом стоячей волны является рассогласование нагрузки с генератором вследствие уменьшения мощности удельных потерь нагрузки в технологическом процессе сушки и, как следствие, увеличение добротности резонатора сушильной камеры, необходимо с заданной дискретностью времени уменьшать мощность генератора Рг в соответствии с соотношением для затухания нагруженного резонатора dН.Since the feature of drying wood by the standing-wave resonance method is the load mismatch with the generator due to a decrease in the power of specific load losses in the drying process and, as a result, an increase in the quality factor of the drying chamber resonator, it is necessary to reduce the generator power R g with a given time resolution in accordance with the attenuation relation loaded resonator d N.
Для осуществления контроля процесса сушки древесины необходимо выполнить алгоритм процесса сушки для функции затухания ПИП, вычисляя мощность СВЧ-генератора Рг и влажность материала на каждом дискретном шаге с соответствующей регулировкой мощности.To control the drying process of wood, it is necessary to carry out the drying process algorithm for the PIP attenuation function by calculating the power of the microwave generator Pr and the moisture content of the material at each discrete step with the corresponding power adjustment.
Примеры реализации предлагаемого способаExamples of the implementation of the proposed method
Пример 1. При фиксированной мощности питающего генератора СВЧ (PВЫХ=15 кВт) задается время взаимодействия t высушиваемой древесины с полем многих мод в резонансной камере. Измеряя температуру исследуемого материала перед помещением в замкнутый объем Т1°C, а затем температуру Т2°C материала после взаимодействия по разности температур ΔТ=Т2-Т1, используя калориметрический способ измерения поглощенной мощностиExample 1. For a fixed power of the microwave supply generator (P OUT = 15 kW), the interaction time t of the dried wood with the field of many modes in the resonance chamber is set. By measuring the temperature of the test material before being placed in a closed volume T 1 ° C, and then the temperature T 2 ° C of the material after interaction by the temperature difference ΔT = T 2 -T 1 , using the calorimetric method of measuring absorbed power
где ν - объем жидкости, с - удельная теплоемкость, t -время.where ν is the volume of the liquid, s is the specific heat, t is the time.
Для энергетического параметра - затухания нагруженного резонатора dН - получаем график зависимости затухания, откалиброванного в единицах влажности древесины.For the energy parameter - attenuation of the loaded resonator d N - we obtain a graph of the attenuation calibrated in units of wood moisture.
В функцию подставляются значения: добротность нагруженного резонатора Q=1/d сушильной камеры на холостом ходу, можно принять Q=Qxx≈100 (точное значение можно получить методом экстраполяции функции dн), поэтому для подведенной мощности магнетрона, равной 15кВтThe values are substituted into the function: the Q factor of the loaded resonator Q = 1 / d of the drying chamber at idle, we can take Q = Q xx ≈100 (the exact value can be obtained by extrapolating the function d n ), therefore, for the supplied magnetron power equal to 15 kW
Здесь (РН=Рпогл) - переменная, а РГ - параметр, который в процессе высушивания материала уменьшается в соответствии с изменением влажности.Here (P N = P sweep ) is a variable, and R G is a parameter that decreases during the drying of the material in accordance with a change in humidity.
Градуировочная характеристика (ПИП) для измерителя влажности после калибровки затухания резонатора сушильной камеры по формулеCalibration characteristic (PIP) for the moisture meter after calibrating the attenuation of the cavity of the drying chamber according to the formula
W%=(М-М0)/М0·100% приведена на Фиг.1.W% = (M-M 0 ) / M 0 · 100% is shown in Figure 1.
Например, при шаге измерения влажности 10% получим характеристику при регулировке мощности в процессе контроля технологического процесса сушки, Фиг.2.For example, with a step of measuring humidity of 10%, we obtain a characteristic when adjusting power in the process of monitoring the drying process, FIG. 2.
Пример 2. При подведенной мощности генератора Р1=1 кВт при начальной влажности древесины 100%, применяя колориметрический способ измерения поглощенной мощности, для энергетического параметра - затухания нагруженного резонатора dН - получаем график зависимости затухания, откалиброванного в единицах влажности, Фиг.3. Процесс идет идентично примеру 1.Example 2. With the summed up power of the generator P 1 = 1 kW at an initial wood moisture content of 100%, using the colorimetric method for measuring the absorbed power, for the energy parameter - attenuation of the loaded resonator d N - we obtain a graph of the attenuation calibrated in units of humidity, Fig.3. The process is identical to example 1.
Тогда в процессе сушки при шаге измерения влажности 10% параметр, которым является подведенная мощность генератора Р1, принимает соответственно значения 1,0; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1. Получим характеристику процесса сушки древесины для выходной мощности сушильной установки один киловатт, откалиброванную на 100% влажности при максимальной поглощаемой мощности, Фиг.4.Then, in the drying process at a step of measuring humidity of 10%, the parameter, which is the summed up power of the generator P 1 , takes values of 1.0, respectively; 0.9; 0.8; 0.7; 0.6; 0.5; 0.4; 0.3; 0.2; 0.1. We obtain a characteristic of the wood drying process for the output power of the drying unit one kilowatt, calibrated at 100% humidity at maximum absorbed power, Figure 4.
Таким образом, заявленное техническое решение позволяет осуществлять способ контроля процесса сушки древесины в микроволновой лесосушильной камере резонаторного типа резонансным методом стоячей волны и обеспечить высокое качество высушиваемой древесины разных пород.Thus, the claimed technical solution allows a method of controlling the drying of wood in a microwave resonator-type microwave forest drying chamber by the resonant standing wave method and to ensure high quality of dried wood of different species.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013130564/06A RU2530983C1 (en) | 2013-07-02 | 2013-07-02 | Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013130564/06A RU2530983C1 (en) | 2013-07-02 | 2013-07-02 | Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2530983C1 true RU2530983C1 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=53381853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013130564/06A RU2530983C1 (en) | 2013-07-02 | 2013-07-02 | Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530983C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596082C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Plant for drying wood in microwave field |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2111631C1 (en) * | 1995-08-09 | 1998-05-20 | Анатолий Анатольевич Вергасов | Universal microwave drier |
RU2125691C1 (en) * | 1997-02-13 | 1999-01-27 | Воронежская государственная лесотехническая академия | Method of drying oak blanks |
RU2138747C1 (en) * | 1997-10-06 | 1999-09-27 | Одельский Александр Борисович | Method of drying dielectric materials and device for realization of this method |
-
2013
- 2013-07-02 RU RU2013130564/06A patent/RU2530983C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2111631C1 (en) * | 1995-08-09 | 1998-05-20 | Анатолий Анатольевич Вергасов | Universal microwave drier |
RU2125691C1 (en) * | 1997-02-13 | 1999-01-27 | Воронежская государственная лесотехническая академия | Method of drying oak blanks |
RU2138747C1 (en) * | 1997-10-06 | 1999-09-27 | Одельский Александр Борисович | Method of drying dielectric materials and device for realization of this method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596082C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Plant for drying wood in microwave field |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100458424C (en) | Method and device for measuring grammage | |
WO2011092889A1 (en) | Method and device for measuring basis weight and water content amount | |
JP5357975B2 (en) | Method and apparatus for microwave drying ceramic dough | |
RU2530983C1 (en) | Method of drying wood in microwave wood drying kiln with resonance method | |
Kraszewski et al. | Microwave resonator technique for moisture content determination in single soybean seeds | |
Mojrzisch et al. | Phase-controlled frequency response measurement of a piezoelectric ring at high vibration amplitude | |
RU2451928C1 (en) | Microwave technique for determining moisture content of liquid hydrocarbons and fuel | |
Aloyan et al. | Acoustic resonance spectroscopy of piezoelectric crystals under non-uniform heating | |
RU2358261C1 (en) | Microwave method of determining moisture of organic substances | |
JP6176332B2 (en) | Measuring method and apparatus for basis weight and moisture content | |
RU2650713C1 (en) | Method of measuring small factors of optical absorption of nonlinear optic crystals | |
RU2332659C1 (en) | Method of measurement of fluid physical properties | |
RU2192646C1 (en) | Device determining dielectric permittivity of liquid | |
Zhang et al. | Moisture content measurement for green tea using phase shifts at two microwave frequencies | |
Zhang et al. | A density-independent method for high moisture content measurement using a microstrip transmission line | |
RU2287806C2 (en) | Microwave method of determination of volume percentage of moisture-containing additives in liquid hydrocarbons and fuels | |
Moschler et al. | Microwave moisture measurement system for lumber drying. | |
RU2096768C1 (en) | Shf method of measurement of moisture content and sensitive element in the form of open waveguide resonator for its implementation | |
RU2334217C1 (en) | Microwave-resonator method for determination of moisture volume fraction in liquid mediums | |
RU2596082C2 (en) | Plant for drying wood in microwave field | |
RU2723295C1 (en) | Radio-frequency moisture measuring device | |
Szałatkiewicz et al. | Investigation of newly developed microwave heated moisture analyzer measurements of ketchup and milk samples in climatic chamber | |
Khelifa et al. | Sensitivity of miniaturized photo-elastic transducer for small force sensing | |
RU2786527C1 (en) | Method for measurement of physical properties of liquid | |
RU2034276C1 (en) | Device for testing characteristics of dielectric materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160703 |