Как измерить влажность древесины?

Древесина – это органический материал, который  обладает способностью впитывать влагу из окружающей среды, т.е. гигроскопичностью. Благодаря своей   пористой структуре даже хорошо просушенная древесина всегда содержит определенное количество влаги. Перед тем, как использовать древесину для строительных работ, отделки или изготовления мебели, в обязательном порядке следует определить степень ее влажности. Если пренебречь этим этапом, в последствии можно столкнуться с такими досадными последствиями, как деформирование готовых изделий вплоть до приведения их в негодность.

Влагу, распределенную в древесине, подразделяют на две основные категории:

• Свободная (капиллярная) влага – находится в полостях клеток древесины. Эта влага имеет только механическую связь с древесиной. Ее количество зависит от объема пустот, который различается у разных древесных пород и определяется замером объемного веса. Чем меньше этот показатель, тем больше пустот в древесине – следовательно, тем больше свободной влаги такая древесина может вместить.

• Связанная (гигроскопическая) влага – в толще клеточных стенок. Ее количество практически одинаково для всех пород древесины и при комнатной температуре составляет около 30%. Вся влага выше этого значения уже относится к свободной.

Когда влажная древесина подвергается процессу сушки, в первую очередь из материала удаляется свободная влага. И уже после того, как влажность древесины достигает 30% (нижний предел насыщения клеточных оболочек) происходит испарение связанной влаги.

Как мы уже писали в одной из предыдущих статей, влажность является одной из качественных характеристик при определении сорта пиломатериалов. Поскольку именно этот параметр в значительной степени влияет на физико-механические свойства и прочность готового пиломатериала. Но при замерах влажности бывает сложно получить точные результаты, поскольку  физическая величина, которая может дать информацию об уровне влажности, находится в зависимости от многих других параметров древесины. Таких, к примеру, как плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, температура, ориентация волокон, структура.  

Существующие способы измерения влажности можно разделить на две основные группы:

• прямые методы – замер влажности производится путем непосредственного разделения образца материала на сухое вещество и влагу. Примером такой методики является весовой метод измерения, или метод высушивания
• косвенные методы – определение степени влажности происходит за счет измерения других параметров, функционально связанных с влажностью материала (напрмер, электрические методы измерения - диэлькометрический, кондуктометрический)

Традиционно распространен в деревообрабатывающей промышленности, поскольку дает возможность получить наиболее точные результаты.   Суть метода заключается в следующем: производится взвешивание образца материала до и после сушки, разница в значениях говорит о количестве удаленной влаги из древесины. Согласно ГОСТу 16483.7-71 опытная сушка производится в сушильном шкафу  при температуре около 100 °С.

Влажность древесины выражается в процентах и рассчитывается по формуле:

Где мв – это масса воды, содержащаяся в образце, м0 – масса в абсолютно сухом состоянии.

При помощи этого метода действительно можно получить высокую точность результата, но на производстве не всегда получается создать необходимые условия для замеров. В числе недостатков метода также является довольно большая продолжительность процесса измерения. Измерение влажности высушиваемого в сушильных шкафах материала невозможно проводить непрерывно. К слову, опытные образцы после измерений становятся практически непригодными для использования по назначению.

Для быстрого и непрерывного измерения влажности материала используются косвенные методы определения. Наибольшее распространение получили электрические методы измерения с использование кондуктометрических и диэлькометрических влагомеров.

Использование влагомера значительно упрощает измерение влажности древесины в производственных условиях. В электрическом кондуктометрическом влагомере измерение основывается на зависимости сопротивления древесины от её влажности. Такие приборы имеют довольно простую конструкцию, они мобильны и надежны в работе.  

Древесина в сухом состоянии представляет собой диэлектрик. С увеличением влажности её электропроводность возрастает. До предела гигроскопичности этот рост происходит довольно резко, по достижении предела гигроскопичности электропроводность увеличивается медленно, а при  80-100% влажности останавливается на постоянном значении.

Важно учитывать, что при измерении влажности древесины кондуктометрическим влагомером (например,  ЭВ-2К ) на результат оказывают влияние температура древесины и положение игл датчика. Поэтому при определении влажности образца, находящегося в процессе сушки, перед измерениями необходимо достать заготовку из камеры и произвести замеры только после того, как контрольный образец охладится до комнатной температуры. Впрочем, влагомеры нового поколения автоматически производят поправку на температуру древесины.

Кондуктометрические влагомеры используются в основном для ручного измерения конечной влажности пиломатериалов, уже полностью прошедших сушку. Также они хорошо подходят для выбора сортиментов одинаковой влажности. Кроме того, этот метод помогает управлять процессом камерной сушки. Кондуктометрический метод довольно часто применяется в сушильных камерах для контроля и управления процессом сушки.  

Принцип действия диэлькометрического влагомера основан на корелляционной зависимости двух параметров -  диэлектрической проницаемости древесины и количества содержащейся в ней влаги при положительных температурах. В качестве примера прибора такого типа можно привести влагомер МГ4Д. В своих настройках он имеет пятнадцать градировочных зависимостей для различных пород древесины (лиственница, кедр, сосна, ель, береза, осина, дуб, ясень, липа, тополь, бук и др.)

Эта модель широко распространена среди деревообработчиков, проста и интуитивно понятна в применении. Главным преимуществом перед влагомером кондуктометрическим является то, что прибор не нарушает структуру древесины (иглы в данной конструкции отсутствуют).   Прибор диэлькометрического принципа действия оптимален для   для единичных измерений влажности, но и отлично справляется с серией измерений (например, если нужно обнаружить участки повышенного влагосодержания).