Электронные устройства для измерения физических параметров древостоя – влажность древесины. РефератЛукьяновАОАПП41з. Электронные устройства для измерения физических параметров древостоя влажность древесины
 Скачать 153.5 Kb.
|
|
Министерство образования и науки РФ Уральский государственный лесотехнический университет Институт заочного обучения Кафедра: “Управления в технических системах и инновационных технологий” Реферат на тему: «Электронные устройства для измерения физических параметров древостоя – влажность древесины.» Работу выполнил: студент группы АПП-41з Лукьянов А.О. Работу проверил: доцент Санников С.П. Екатеринбург 2022 Оглавление: 1.Влажность древесины 3 2.Влагомер для древесины 4 3.Методы измерения влажности 5 4.Виды приборов для измерения влажности 8 5.Описание приборов, плюсы и минусы использования 10 6.Литература. 14 Влажность древесины Дерево – это «живой» материал, меняющий свои свойства не только во время роста, но долгое время после сруба. Влажность – одна из важнейших характеристик древесины для ее применения. Данный материал очень восприимчив к изменениям окружающей среды. Одним из его свойств является «дыхание» - поглощение и выделение газов стенками клеток материала. По такому же принципу эти клетки всасывают и выделяют влагу. Что может влиять на содержание влаги в древесных тканях? Существует 3 основных фактора: Порода дерева Время года, в которое его спилили; Особенности климата. Рассмотрим понятия влажности древесины. Естественная влажность древесины Это уровень влаги, содержащийся в дереве на момент спила. Его еще называют «начальной влажностью». От этого значения отталкиваются при дальнейших действиях с партией материала: так, например, можно рассчитать время и условия сушки. Содержание влаги при разных условиях может варьироваться от 25 до 80%. При определении естественной влажности той или иной партии древесного материала мы всегда будем иметь в виду "влажность при конкретных условиях". Равновесная влажность Когда древесина долгое время находится в одной и той же воздушной среде, без значительных изменений влажности воздуха и температуры, материал достигает равновесной влажности. Это состояние, когда процесс усушки или насыщения влагой в данных условиях прекратился, и процент влажности стал постоянным. Стоит отметить, что разные породы дерева в одних и тех же условиях достигают практически равных показателей внутренней влаги. В зависимости от разных условий содержания различают 5 степеней влажности древесины: Мокрая – влажность более 100%, такое состояние достигается при длительном хранении дерева в воде. Свежесрубленная - уровень влаги от 50 до 100%. Воздушно сухая – от 15 до 20 %. Такие показатели достигаются при хранении на воздухе, они различаются в зависимости от температуры и выпадения атмосферных осадков. Комнатно-сухая – от 8-10%. Уровень влаги устанавливается при хранении в помещении. Абсолютно сухая – древесина с влажностью 0%. Влагомер для древесины 1 Назначение влагомеров 1.1 Преимущества 2 Виды влагомеров 2.1 Игольчатые влагомеры для измерения влажности древесины 2.2 Влагомеры для поверхностного анализа 2.3 Влагомеры древесины для глубинных измерений 2.4 Поверхностные или диэлькометрические влагомеры Содержание влаги в древесине – один из важнейших её параметров. Информация о том сколько воды содержит дерево, которое будет использовано. Влагомер для древесины – то устройство, применяя которое, можно быстро, точно и без повреждений изделия определить, сколько влаги содержит данный образец дерева. Назначение влагомеров Измеритель влажности древесины применяют на предприятиях лесозаготовки при изготовлении деревянных изделий. От содержания влаги зависит качество и ценность самого сырья и продукции, которую из этого сырья сделают. Принцип работы влагомера Принцип действия такого устройства является достаточно простым: контактные площадки плотно прижимают к исследуемому материалу, с усилием не более одного килограмма, и включают влагомер, который начинает производить замер. Токи высокой частоты проникают вглубь материала, а микропроцессор воспринимает данные переданные устройством и начинает перерасчет формулы, после чего выдается результат замера. Стоит отметить, что память микропроцессора устройства уже хранит данные о плотности тех веществ и материалов, которые будут подвергаться исследованию. Поэтому измерение таким устройством является процессом нетрудоемким и не занимает много времени. Основными достоинствами такого метода измерения можно назвать, прежде всего, высокую точность замеров. К тому же диапазон замеров влажности у данного приспособления очень высок. Немаловажным преимуществом является и то, что результаты влагомер диэлькометрический выдает очень быстро, что бывает просто необходимо на отдельных видах производства. Как уже было сказано выше, данный аппарат не нарушает целостности исследуемого сырья, что крайне важно при работе с ценными породами дерева. Единственным недостатком влагомера, применяемого для измерения влажности древесины, такого типа, является то, что при влажности ниже одного процента, точность может быть несколько снижена. Влагомер является высокоточным устройством, позволяющим более или менее успешно контролировать показатель влажности жидких, газообразных, твердых веществ, в том числе и сыпучих. Методы измерения влажности Принцип работы современных влагомеров может основываться на различных методах измерения количества воды, содержащейся в тех или иных материалах. Рассмотрим наиболее распространенные из них: Весовой метод. Это один из самых первых способов, получивший широкое распространение. Согласно ему берут фрагмент материала, в котором нужно определить процент содержания влаги, взвешивают его, затем сушат определенным образом и опять взвешивают. Основываясь на показателях веса до и после сушки, вычисляют количество влаги в процентах. Что же касается влажности воздуха, то ее определяют по-другому: в камеру, изолированную от внешней среды, помещают гигроскопический материал, который был предварительно взвешен, и закачивают воздух, подлежащий исследованию. Гигроскопический материал вбирает в себя жидкость, содержащуюся в воздухе, после чего его вновь взвешивают, и устанавливают искомый показатель. Весовой метод не сложен и дает точный результат, но применять его можно лишь в том случае, если в наличии имеется специальное дорогостоящее оборудование. Поэтому он не всегда приемлем, особенно в домашних условиях. Волосяной (гигроскопический) метод. Он подходит для измерения влажности атмосферы, но для твердых веществ его применить нельзя. Для проведения анализа используется человеческий волос, который имеет свойство изменять размер в зависимости от степени влажности воздуха. Этот способ, как и предыдущий, довольно старый. В наше время он был немного модернизирован – вместо волоса начали использовать искусственные материалы, также подверженные влиянию влаги. Психометрический метод. Чтобы измерить влажность используют два термометра. Один из них заворачивают в мокрую хлопчатобумажную ткань, и в связи с этим он показывает более низкую температуру, чем второй. Влажность вычисляется в соответствии со специально разработанной таблицей разницы температур. Такой метод позволяет контролировать уровень влажности более точно, чем предыдущий. За последнее время наука шагнула далеко вперед, и психометрические приборы были усовершенствованы: термометры заменили термические датчики, а сам прибор теперь оснащен цифровыми микросхемами, выводящими результаты анализа на дисплей. Кондуктометрический метод. Прибор, работающий по этому методу и называемый игольчатым влагомером, имеет две острые иглы, которые во время исследования погружаются в какой-либо материал. Между ними возникает электрическое сопротивление, которое замеряет влагомер. Далее, используя формулу, встроенную в его память, устройство подсчитывает содержание влаги. Такой способ имеет свои преимущества и недостатки. К первым можно отнести простоту и быстроту использования, а ко вторым – зависимость результата от степени контакта игл с материалом и невозможность проведения исследования, если влажность составляет меньше 5%. К тому же от игл, втыкаемых в материал, остаются заметные следы. При исследовании, например, элементов мебели или ценной древесины это не приемлемо. Диэлькометрический метод. Влагомеры, использующие такой способ измерения влажности, оснащены генератором радиочастот, измеряющим степень диэлектрической проницаемости изучаемого материала. Также конструкция прибора предусматривает наличие датчиков, которые нужно прижать небольшим усилием к материалу, чтобы произвести замер. Для обеспечения максимально точного результата исследования, перед его началом необходимо выбрать марку или породу материала, который будет подвергаться исследованию. К достоинствам данного метода можно отнести максимальную точность результатов анализа, быстрое получение данных, отсутствие повреждения на поверхности материала. К приборам, использующим данный метод измерения влажности, относится поточный влагомер. Химический метод. На фрагмент материала наносят специальное вещество, вступающее в реакцию только с водой. Влажность измеряется путем вычисления количества выделяемого газа и жидкости. На сегодняшний день для измерения влажности используются электронные устройства, имеющие различные возможности и характеристики, использующие для проведения анализа определенный способ, и оснащенные дополнительными функциями, свойственными данной модели. Чтобы исследовать газы и жидкости, лучше всего применять гигроскопические, психометрические, химические влагомеры. Для твердых материалов – кондуктометрические и диэлькометрические. Виды приборов для измерения влажности Для всех вышеперечисленных задач производители стали делать следующие приборы. Лабораторный Такие приборы используются для проверки содержания воды в измельченной древесине. Их точность довольно высокая, этому способствуют очень точные весы (до 0,001 г). Бесконтактные переносные Применяются для проверки влажности без повреждения древесины. Недостаток, довольно неустойчивы к измерению горячих материалов и большая погрешность в измерениях. Кроме этого некачественно измеряют участки с повышенной смолянистостью досок после сушки. Применяются в производстве погонажных изделий и сращенной продукции, в местах где повреждение материала недопустимо. Игольчатые переносные Переносные влагомеры могут быть нескольких видов: Для досок компактные карманные с короткой иглой. Их преимущество мобильность, мастер может носить его постоянно в кармане. Недостаток, проверки влажности на поверхности доски и небольшие следы остающиеся на готовой продукции. Если судить по отзывам, и учитывать свой опыт, можно сказать что это оптимальные приборы для измерения досок. Они компактны и точны; Менее компактные и более громоздкие приборы глубинного измерения с механизмом для вбивания игл в толстые доски. На мой взгляд именно такие приборы наиболее точные, так как ими можно измерять влажность именно в центральной части доски. Недостаток, это частые поломки игл в доске, это неприятно особенно в случаях недобросовестного использования прибора. К примеру померили влажность, сломали иглу и не вытащили ее из доски. Потом на четырехстороннем станке выходит из строя очень дорогостоящие инструменты. Игольчатые стационарные Такие приборы используются в сушильных камерах. Отличаются они от переносных тем, что используются в постоянном режиме. По их показаниям переключаются стадии процесса сушки в сушильной камере. Игольчатый влагомер Используется кондуктометрический метод измерения – прибор измеряет силу тока, протекающего между иглами-электродами, внедренными в древесину. Схема прибора простая, включает: источник питания, заостренные электроды, величина тока в цепи измеряется микроамперметром. Иглы-электроды имеют размер от 15 до 25 мм, изготавливаются из твердого металла, в нерабочем положении закрыты защитной крышкой. Расстояние между электродами определяют разработчики приборов. Игольчатые влагомеры для древесины применяются, как правило, для сосны или ели. Датчики во всех конфигурациях используются диэлектрического типа. Если говорить про параметры, то точность измерения в основном колеблется в районе 0.2 %. Максимальный порог влажности устройств не превышает 35 %. Минимальная допустимая температура для моделей составляет 0 градусов. Микропроцессоры во многих приборах используются с усилителями. Стоит в среднем влагомер для древесины (игольчатый) в районе 1200 руб. До изобретения данных устройств, влажность пиломатериалов вычисляли по Гост. Но это занимало довольно продолжительное время и требовало предельно точного соблюдения всех инструкций.При помощи влагомера определить содержание влаги в дереве можно почти мгновенно. Принцип работы прибора базируется на проведении ряда измерений удельного электрического сопротивления древесины.Значение данного показателя при каждом уровне влажности разное. Устройства высчитывают влажность с некоторой погрешностью. Обычно ее величина варьируется от 0,5 до 4%. Неточность измерений объясняется следующими факторами: Замеры проводятся локально. Влажность бревна на различных участках может отличаться. Для снижения погрешности измерения стараются проводить в нескольких точках. Различные сорта древесины имеют разную плотность. Сегодня современные универсальные влагомеры оснащены опцией определения вида дерева. Точное определение влажности древесины возможно лишь с помощью лабораторного анализа. Для этого из партии пиломатериала отбирают «средний» образец, в лаборатории кусочки дерева помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы. По разнице между начальной и конечной массой определяется процент содержания влаги в данном образце. Плюсом этого способа является высочайшая точность. Минусов определения влажности по ГОСТу гораздо больше. В первую очередь, это продолжительность выполнения анализа. Процесс может затянуться на несколько суток. Кроме того, для замера влажности древесины согласно методике, нужно отделять Влагомер для древесиныкусок дерева, поэтому для готовых изделий этот способ неприемлем. Заменить продолжительный анализ в лаборатории можно простым и быстрым измерением с помощью электронного влагомера. Небольшой прибор мгновенно выдает достоверные результаты. В основе принципа работы и оценки содержания воды влагомером лежит замер удельного электросопротивления древесины,напрямую зависящего от влажности материала. Влагомер определяет влажность дерева в процентах. Замер этим методом имеет небольшую погрешность 2-10%. Такое отклонение от истинного значения может возникнуть по нескольким причинам: Локальное измерение. Эту погрешность снижают путем увеличения количество точек замера с последующим вычислением среднего результата. Природа древесины. Древесина разных пород деревьев обладают различной электропроводностью, что так же вносит погрешность в замер. Преимущества Влагомер, используемый для древесины,обладает многими преимуществами: Неразрушающий метод измерения. Не нужно отпиливать кусок пиломатериала или изделия. Прост в использовании. Замер не требует приложения физической силы. Температура объекта измерения и окружающего воздуха не влияют на работу прибора. Удобен в применении, что особенно важно в условиях, приближенных к полевым (лесопилка, строительная площадка). Невысокая стоимость при высокой чувствительности и точности выполнения замера. Сейчас разработаны и имеются в продаже следующие типы: игольчатый влагомер; влагомер для поверхностного анализа; влагомер для глубинных измерений; диэлькометрический влагомер для анализа с поверхности. Рассмотрим подробнее каждый вариант исполнения прибора. Игольчатые влагомеры для измерения влажности древесины Диэлектрическая проводимость древесины влагомером игольчатого типа измеряется путем введения в лесоматериал специальных щупов (иголок). На иголках образуется электрический импульс, по величине которого определяется влажность объекта. Измеренное значение появляется на дисплее. Процесс измерения прост, единственное правило: иглы должны входить в древесину перпендикулярно поверхности.  Игольчатый влагомер древесины имеет свои особенности. Плюсы: высокая точность результатов; измеритель прост в использовании. Минусы: иглы повреждают древесину, если нужно определить влажность готового предмета, придётся делать это в незаметном месте и крайне аккуратно; предел определения данным типом прибора – 4%, если дерево суше, то анализ не будет достоверным. Влагомеры для поверхностного анализа Прибор, которым определяют влажность, отличающийся малой длиной щупа называют влагомером поверхностного типа. Это компактный определитель влаги удобного формата. Пользуясь карманным прибором просто определить влажность, например, паркетной дощечки. Влагомеры древесины для глубинных измерений Используя такое устройство,проводят определение влажности крупного пиломатериала (брус, бревно). Также этот тип применяют, чтобы измерить количество влаги в опиле, щепе. Этот тип гигрометра используют профессионалы, он требует осторожного обращения при работе, длинный щуп-игла весьма хрупок. Бесконтактный Более современный вариант прибора. Использует для исследования дерева ультразвук, который может самостоятельно генерировать. Под действием звуковых вол материал начинает вибрировать. При этом частота колебаний дерева зависит от степени его намокания. Колебания считываются и обрабатываются. На основе полученных данных рассчитывается степень влажности материала. В отличие от игольчатого прибора, ультразвуковой не требует повреждать древесину – достаточно поднести к ней сканер. Погрешность в показаниях очень низкая – не более 1 % — 2 %. Возможно исследование почти сухого материала. Допускается работа на морозе до – 5 о — 7 о С. Поверхностные или диэлькометрические влагомеры Диэлькометрический гигрометр создан на основе радиочастотного генератора. Этот способ измерения позволяет получать высокоточный результат без повреждения изделия. Влагомеры древесины такого вида позволяют учитывать вид материала, породу дерева из которого её изготовили, значительно упрощая работу оператора. После установления исходных параметров, достаточно просто коснуться щупом поверхности древесины. Результат будет выведен на дисплей прибора в одно мгновение. Работа с бесконтактным влагомером — процедура простая и высокоточная. Порядок таков: С помощью меню на дисплее выбираем породу дерева, послужившего для изготовления исследуемой древесины. Контактный элемент прибора прикладываем к поверхности изделия. Нажимая на кнопку, активируем процесс измерения. Снимаем значение влажности с дисплея прибора. Повторяем замеры 3-5 раз. Количество измерений зависит от размера изделия. Среднее арифметическое всех результатов дает показание влажности древесины данного изделия. Гигрометр поверхностного типа имеет свои особенности. Плюсы: точные измерения; используется для исходного сырья и готовых деревянных изделий; замер без нарушения целостности изделий, это становится важно, при использовании ценной древесины, или проверке дорогостоящих изделий; программное обеспечение прибора позволяет запоминать значения прошлых измерений; Минусы: высокая цена; дорогое сервисное обслуживание и ремонт. Выбор влагомера для древесины 6.Литература: Мониторинг леса электронными средствами. С.П. Санников; В.В. Побединский; А.В. Мехренцев. Владов М.Л., Судакова М.С. Георадиолокация: от физических основ до перспективных направлений. М.: Геос, 2017. 240 с. Давыдов А.В. Продуктивность и естественный отпад ельников // Лесн. журн. 1969. № 1. С. 20–22. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды и пути их решения. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 96 с. Изюмов С.В., Дручинин С.В., Вознесенский А.С. Теория и методы георадиолокации: Учеб. пособие. М.: Горная книга, 2008. 196 с. Мельничук И.А., Йассин М.Й.С., Черданцев О.А. Диагностика внутреннего состояния деревьев Tilia Cordata Mill. с использованием комплекса аппаратуры акустической ультразвуковой томографии «Арботом» // Вестн. РУДН. Сер. Агрономия и животноводство. 2012. № 55. С. 25–32. Силкин П.П., Екимова Н.В. Теоретическая оценка влияния содержания кальция в клеточных стенках годичных колец хвойных на результаты рентгеновской денситометрии // Лесн. журн. 2012. № 3. С. 25–30. (Изв. высш. учеб. заведений). |