浅析木材含水率测量方法及影响因素

夏海燕

摘要 ：木材含水率是调控干燥过程的关键参数。其测量的准确性直接影响到木材干燥质量的好坏、干燥成本的高低、及其干燥周期的长短。木材干燥过程中，木材含水率的在线检测受多种因素影响，针对以上问题，通过对几种测量木材含水率方法的介绍 ，详细分析了各种测量方法中误差形成的影响因素 ，指出了各测量方法的优缺点 ，并对使用过程中应注意的问题提出建议

关键词 ：含水率 在线测量 影响因素 方法建议

正常状态下的木材及其制品，都会有一定數量的水分。我国把木材中所含水分的重量与绝干后木材重量的百分比，定义为木材含水率。测量木材含水率的方法很多 ，在木材加工企业中应用最多的是传统的称量法和电阻法 ，较新的方法是电磁波技术。本文就该种技术投入市场的时间以及引进国家不同，价格因素 ，目前国内企业应用不多等方面进行分析，由于仪器仪表的设计及制造过程中不可避免地存在一些误差及使用中操作熟练程度不等 ，可导致测量误差 ，笔者对此进行初步分析 ，与同行探讨。

一、引言

多年来，木材含水率的测试一直是各国木材科学者努力探索和解决的研究课题。为了更好地改善木材形体稳定和延长其使用寿命，提高木材的使用价值和利用率，人们对木材含水率的测试极为重视。一方面因为含水率是了解和使用木材的一个重要参数；另一方面也是因为木材含水率的检测受外界因素影响较大。在以木材含水率为基准的干燥过程中，含水量检测的精准度直接影响到木材干燥质量，尤其是噪声和突变信号的影响，使木材干燥的自动控制难以进行。

小波分析能同时在时域和频域中对信号进行分析，有效地区分信号中的突变部分和噪声，因此作为一种新型的信号处理方法在工程界得到越来越广泛的应用。但由于其时频分解尺度是按二进制变化，在高频段其频率分辨率较高，而在低频段其时间分辨率较差。小波包分析则是更加精细的信号处理方法，它能将频带进行多层次划分，对低频和高频部分同时进行分解，其突出之处在于能将细节部分回归地作为镜像滤波器的输入，产生一系列小波包的集合，然后应用某种代价函数来选择最佳自子集。小波包是小波函数的推广，具有更高的频率分辨率，能对信号在时域进行更为精细的分析处理。

二、木材含水率在线检测系统

1.1称量法

木材干燥过程中的木材含水率自动检测是木材干燥作业的一个重要方面，木材含水率作为被控质量，是干燥基准选取的指标之一，也是木材干燥阶段的评价指标。传统木材含水率的测量采用称量法。称量法是传统的、也是最基本的木材含水率测量方法。我国林业行业标准[1 ]及国家标准[2 ， 3]中都规定以称量法测量的含水率为准。其计算公式如下 ：木材含水率 =（湿木材质量 -绝干木材质量 ） /绝干木材质量× 1 0 0在实际测量过程中 ，按标准规定 ，从锯材上截取两个试片为代表。截取的试片立即称量 ，精确到 0 .0 1g，然后放入烘箱 ，在 （1 0 3± 2 ）℃下烘干 ，至最后两次称量之差 （2 h间隔 ）小于 0 .0 2 g，即认为该试片达到了恒定质量 ，再用上述公式计算每片试片的含水率及两试片的平均含水率 ，作为木材的含水率值。称量法测量结果准确，但在操作过程中不能实时在线监测木材含水率的变化值，而且测量周期长、操作复杂、易受人为因素影响。

从理论上讲 ，称量法是木材含水率测量最准确的方法，但在操作过程中也存在很多引起木材含水率测量误差的因素 ，使所测含水率值与实际值有偏差。

造成误差的原因有如下几点 ：

（1）气候条件指试验环境空气的温、湿度所对应的平衡含水率[5]与木材本身含水率不一致所引起的水分转移。首先在锯解时 ，高速旋转的锯片与木材磨擦生热 ，使试片两侧的温度高于空气的温度。由于试片的厚度仅为 1 0～ 1 2 mm，相对暴露面积达试片表面积的 70 %以上 ，当空气所对应的平衡含水率低于试片的含水率时 ，试片在截取及称量过程中都会释放出水分 ，造成试片的质量低于实际值 ；反之 ，又会使称量的试片质量高于实际值。另外 ，木材端面水分传递最快 ，由此表面传递的水分相对于试片的质量 （一般2 0～ 1 0 0 g）来说 ，误差已足够大。其次 ，在绝干材测量时 ，环境空气的平衡含水率高于木材含水率 ，试片由烘箱中取出到称量完毕 ，试片会从空气中吸收水分 ，环境空气越湿 ，造成的绝干材质量的误差越大 ，导致计算出的含水率出现偏差。

（2）操作熟练程度操作者动作不熟练 ，易造成试片在空气中暴露时间过长 ，引起称量误差增大 ，故应尽量使用电子天平称量 ，并要求操作者动作熟练。

1 .2电阻法

电阻法测量木材含水率时 ，只需将探针钉入木板中 ，就可直接读出含水率数值。正是其这一便捷的特性 ，使得众多企业选用电阻法测量木材含水率。材性的影响电阻法测含水率值与木材本身材性有很大关系 ，一般电阻法仪表上都按不同木材树种、密度等分成几个档次 （一般分为 4档 ，有的称为组 ） ，此外还需温度校正装置 ，以补偿电阻随温度的变化而改变。但对于因树木生长立地的土质不同 ，使木材中的矿物质含量存在差异而造成的木材性质差别 ，电阻法则无能为力 ，这时就会产生同种木材由于电阻不同 ，即使含水率相同 ，测量值却不同的结果。木材纹理方向对其含水率值有影响。木材弦向电导率比径向电导率小 1 0 %～ 1 2 % [6 ]，检测同样含水率的弦向板和径向板时 ，结果会显示不同的数值2仪表使用误差 电阻法测湿仪在使用过程中也会由于操作方法不同而造成结果的差异。一般电阻法测量仪探针的后部都涂有绝缘材料 ，只有最前端的露出部分 ，用以测量两点间的电阻值 ，所测含水率即为两探针端点间的含水率 ，而不是木材的平均含水率值。木材在干燥后一般都存在中间高、表层低的含水率分布 ，探针刺入的深度不同 ，所显示的含水率值亦不同 ，即使同一操作者 ，两次测量的结果也会有差异。此外 ，木材表面受潮、雨淋、带有湿心、经化学处理或有表面涂层者也会影响读数的准确性。电阻法测量木材含水率还存在局限性 ，当木材含水率在纤维饱和点以下时所测值准确 ，当木材含水率低于 7%时 ，其电阻值约为 2 0 0亿 Ω，又很难准确测量其含水率值[7]。这对于在木材干燥过程中控制含水率变化极为不便 ，特别是某些硬阔叶树材 ，因无法准确测量木材在干燥过程各阶段的含水率 ，使干燥材产生很大的缺陷 （如早期开裂等 ）。

1 .3电磁法

电磁法木材含水率仪在 90年代开始出现 ，是利用木材水分对电磁波吸收程度的不同来测量木材的含水率 ，具有不破坏木材表面、方便快捷、读数稳定可靠等特点。测量的含水率值为仪表传感器所覆盖部分木材含水率的平均值 ，不受温度影响 ，但一定程度上受木材材性的影响 ，对于不同树种的木材所测量的含水率值需有不同的补偿值。但对于未列出树种的含水率值的测定就只能用密度相近的方式近似求出 ，此类测湿仪还要求其传感面与木材表面贴紧才能保证测量精度 ，对于表面粗糙的板材的含水率测定会有一定误差 ，人为误差小。其局限性与电阻法相同 ，即无法准确测量纤维饱和点以上时木材的含水率值。

三、讨论与建议

当用户了解主要几种含水率测量方法的优缺点，就可依不同需要确定使用方法，以避免或减少误差。测量高含水率木材时尽量使用称量法，而木材加工企业测量加工木材的含水率时，使用电阻法或电磁法测量仪表就可满足要求；研究过程中或在比较精密的场合中，还应尽可能使用称量法测量，以期得到一个比较准确的结果，随着电子技术及相关学科的技术进步，相信会有更准确、适用范围更广、实时性又好的仪表被开发出来，以满足不同要求的木材含水率测量？？

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参考文献：

1.王立昌，常建民，司慧2006 - 2006年全国博士生学术论坛——林业及生态建设领域相关学科.

2.马晓春， 梁芳 - 《计量与测试技术》 2010年4期