Historie vlhkoměrů dřeva

Vlhkoměr dřeva s kolíkem

Ještě předtím, než byl vědecký základ vztahu dřeva a vlhkosti dobře pochopen, museli truhláři zohledňovat, jak vlhkost ovlivní jejich materiály.

Naštěstí dnes dobře rozumíme hygroskopickým vlastnostem dřeva. Díky tomu jsme byli schopni tyto znalosti využít k návrhu vlhkoměrů dřeva, které nám mohou poskytnout kvantifikovatelná data o stavu vlhkosti kusu dřeva. S rozvojem našeho kolektivního chápání se vyvíjely i testovací metody.

Dnes existují dva hlavní typy ručních vlhkoměrů dřeva: kolíkové a bezkolíkové. Každý z nich se spoléhá na jiné elektrické vlastnosti, které jsou ovlivněny množstvím vlhkosti obsažené v měřeném dřevě, což si podrobněji probereme dále v tomto článku.

Prozatím stačí říct, že jehlové měřiče používají dvě elektrody podobné hřebíkům, které se zapíchnou do dřeva a měří proud, který mezi nimi protéká. Bezjehlové měřiče používají senzorové destičky, které leží naplocho na povrchu dřeva a měří chování elektrické vlny, kterou vysílají skrz dřevo.

Aniž bychom se zabředávali do vědy o jednotlivých typech vlhkoměrů, nejzřetelnější rozdíly mezi nimi spočívají v tom, co dělají s měřeným dřevem a jak snadno se používají.

Kolíkové měřiče zanechávají v měřeném dřevě otvory. Díky tomu jsou užitečné pro vyhodnocení obsahu vlhkosti palivového dřeva nebo kusů dřeva, u kterých ponechání více otvorů negativně neovlivní strukturální integritu ani estetiku konečného produktu.

Naproti tomu bezkolíkové měřiče nezanechávají žádné fyzické značky. Lze je použít pouze na ploché dřevo a celá rovina senzoru musí během odečtu udržovat kontakt se dřevem.

Orion 950 Inteligentní bezkolíkový vlhkoměr dřeva

Pomalé tempo měření vlhkosti dřeva je dalším důsledkem nutnosti zatloukat kolíky při použití kolíkoměru. Zavedení kolíků do správné hloubky, jejich vyjmutí a zajištění jejich dobrého stavu pro odečtení vyžaduje čas.

V důsledku toho, když musíte posoudit vlhkostní stav velkého kusu nebo velké dávky dřeva, musíte investovat značné množství času. Pravděpodobnější scénář je, že jednoduše provedete méně měření. Jeden prodlužuje časové harmonogramy a náklady projektu, zatímco druhý znamená, že se budete rozhodovat na základě menšího počtu datových bodů.

S bezkolíkovými měřiči můžete pracovat mnohem efektivněji, protože jejich používání vyžaduje menší fyzickou námahu a nejsou tak náchylné k fyzickému poškození jako kolíkové elektrody.

Ale přesně v takovém stavu jsme dnes. Elektrické vlhkoměry mají téměř stoletou historii. Je zajímavé, že pro ověření své přesnosti stále využívají ještě starší metodu – sušení v peci. Abychom pochopili, jak dnešní ruční vlhkoměry dřeva fungují, stojí za to se ponořit do vývoje technologie, na které se spoléhají.

Metody sušení v peci jsou zlatým standardem pro měření vlhkosti dřeva

Nejstarší metodou sušení dřeva bylo sušení na vzduchu neboli „sušení vlivem počasí“. To vyžaduje čas. Dřevo se často nechávalo roky, než se dalo použít. První pokusy o urychlení procesu sušení vedly ke stavbě různých typů „suchých domů“. Jednalo se o jednoduché stavby umístěné nad vykopanými sklepy, v nichž se nacházela cihlová nebo kachlová pec.

Ve Spojených státech nebylo používání „suchých domů“ normou, částečně proto, že představovaly obrovské riziko požáru. V 1850. letech 1870. století probíhaly určité experimenty s parními trubkami, ale nedopadly dobře. Nakonec se v XNUMX. letech XNUMX. století na Středozápadě začaly objevovat první úspěšné sušárny dřeva, tedy sušárny s určitou tepelnou izolací.

Metodou pokusů a omylů provozovatelé pecí zjistili, že sušení dřeva při nižších teplotách s cirkulujícím vzduchem přináší lepší výsledky než zapnutí vysokého výkonu. Nakonec se metodě pokusů a omylů, kterou podniky používaly k minimalizaci doby sušení a zároveň k maximalizaci výkonu, dostalo podpory od vědců a výzkumníků. Prostřednictvím vědeckého bádání začali výzkumníci objevovat a ověřovat širokou škálu fyzikálních vlastností dřeva. Mezi jejich objevy patřilo pochopení buněčné struktury a chemických vlastností dřeva.

To následně vedlo k pochopení toho, jak fyzikální rozdíly mezi druhy dřeva, a dokonce i mezi stejnými druhy pěstovanými na různých místech, ovlivňují proces sušení dřeva.

S rozvojem výzkumu dřeva vyvinuli vědci zabývající se dřevem vzorec pro určení obsahu vlhkosti v kusu dřeva jako funkce jeho hmotnosti, vyjádřeného v procentech.

Obsah vlhkosti (MC) = (Počáteční hmotnost – hmotnost po vysušení) / hmotnost po vysušení * 100

Metoda sušení v peci tak umožňuje přímé měření obsahu vlhkosti v kusu dřeva. Pokud máte sušárnu na dřevo, můžete dřevo zvážit před i po sušení v peci. ASTM D4442 (standardní zkušební metoda pro přímé měření vlhkosti dřeva a materiálů na bázi dřeva) uvádí, že sušení v peci poskytuje „nejvyšší přesnost nebo stupeň preciznosti“ a je „referenčním (primárním) standardem pro stanovení obsahu vlhkosti dřeva a materiálů na bázi dřeva“.

V důsledku toho se jako referenční bod pro kalibraci ručních vlhkoměrů používá sušení dřeva v peci v souladu s normou ASTM D4442. ASTM D4444 (standardní zkušební metoda pro laboratorní standardizaci a kalibraci ručních vlhkoměrů).

Ruční vlhkoměry poskytují nepřímé měření vlhkosti. Protože voda vede elektřinu, shromažďují ruční vlhkoměry data o chování elektrických proudů nebo vln v kusu dřeva. Tato data se pak spolu s dalšími relevantními údaji používají k výpočtu obsahu vlhkosti ve dřevě.

Vývoj elektrických vlhkoměrů dřeva

Lidstvo už dlouho chápe, že dřevo obsahuje vlhkost; že při kontaktu s vodou vysychá a může vlhkost znovu absorbovat. Vědci ve skutečnosti znali vztah mezi vodou a elektřinou téměř od okamžiku jejího objevení. Konkrétně věděli, že voda vede elektřinu, i když specifický chemický proces, který probíhá ve vodě, když jí umožňuje průchod elektrických nábojů, byl zdokumentován v poslední době.

Vědci poprvé potvrdili myšlenku, že bychom mohli použít elektrické vlastnosti dřeva jako měřítko jeho obsahu vlhkosti, na konci 1920. let 1927. století. Jedním z prvních přenosných elektrických vlhkoměrů dřeva, o kterém nacházíme dokumentaci, je měřič „blikajícího typu“ z roku XNUMX. Tento měřič měl neonovou lampu připojenou ke kondenzátoru, který byl v kontaktu se dřevem. Kondenzátor absorboval náboj protékající dřevem. Když byl kondenzátor plně nabit, neonová lampa se krátce rozsvítila. Čím rychleji se kondenzátor dokázal nabít, tím rychleji lampa blikala.

Rychlost nabití kondenzátoru závisela na velikosti odporu dřeva. Protože vlhkost vede elektřinu, čím více vlhkosti je ve dřevě, tím rychleji se kondenzátor plně nabije. Pokud je ve dřevě vysoký odpor (tj. nízká vlhkost), lampa bliká pomalu.

Během následujících deseti let byl vyvinut nový typ elektrického vlhkoměru: vakuový vlhkoměr. Tento měřič používal vakuový voltmetr jako součást Wheatstoneova můstkového obvodu, který k měření vlhkosti vůči měřenému dřevu používá rezistor. Vakuový vlhkoměr je přímým předchůdcem odporových vlhkoměrů používaných dnes.

V polovině 1940. let XNUMX. století byly komerčně dostupné jehlové měřiče. Fungovaly (a stále fungují) na principu měření toku elektrického proudu mezi sondami zasunutými do dřeva. Stejně jako u raných blikajících měřičů, čím větší byl proud procházející mezi sondami, tím nižší byla vlhkost dřeva.

Bez vodivosti vysoké vlhkosti suché dřevo kladlo odpor, který téměř eliminoval průtok proudu. Některé rané jehlové vlhkoměry používaly čtyři sondy. Moderní jehlové vlhkoměry vyžadují pouze dvě sondy.

Během tohoto období, kdy se na trhu objevovaly měřiče odporu, vědci také zkoumali, jak by dielektrické vlastnosti mohly být využity k měření vlhkosti ve dřevě. Dielektrické materiály mohou přenášet elektrické proudy, aniž by samy byly vodiči. Tento výzkum nakonec vedl ke dvěma dalším typům metod testování vlhkosti dřeva, které fungují na dvou různých dielektrických principech.

Aniž bychom se příliš hlouběji ponořovali do elektrotechniky, tyto dva typy dielektrických vlhkoměrů používaly k měření hladiny vlhkosti rádiové vlny. Typ měřiče s výkonovými ztrátami zkoumá, kolik elektromagnetické energie se ztrácí, což koreluje s hladinou vlhkosti. Kapacitní vlhkoměr zvolí opačný přístup. Zkoumá, kolik elektrické energie lze uložit. V praxi mají společné to, že ani jeden z nich nevyžaduje kolíky k proražení povrchu dřeva.

Místo toho používají senzorové desky, které vyzařují rádiovou frekvenci skrz dřevo. Laboratoř lesních produktů (FPL) amerického ministerstva zemědělství vyvinula kapacitní přístroj pro měření vlhkosti dřeva, ale nebyl komerčně dostupný. V této době mnoho výrobců prodávalo vlhkoměry s kolíkovou strukturou.

Moderní éra elektrických vlhkoměrů dřeva

Na začátku 1960. let XNUMX. století byl na trhu jeden běžně dostupný vlhkoměr s měřením ztráty energie. V tomto období pracoval Delmer Wagner, zakladatel společnosti Wagner Meters, jako elektrikář na pile v Oregonu. Pila používala velký a nepraktický detektor vlhkosti s elektronkou.

Aby společnost Delmer postavila menší a snadněji kalibrovatelný vlhkoměr, navrhla první inline vlhkoměr. Tento systém pro měření vlhkosti používal k měření vlhkosti tranzistory. Delmer nakonec pilu opustil a v roce 1965 založil společnost Wagner Electronics (dnes známou jako Wagner Meters), která vyráběla inline vlhkoměry pro dřevařský průmysl.

Téměř všechny ruční vlhkoměry dřeva na trhu do konce 1980. let XNUMX. století byly jehlové vlhkoměry. Tyto nové bezjehlové vlhkoměry však byly stále poměrně velké, obtížně kalibrovatelné a příliš citlivé na okolní podmínky. V důsledku toho trh s jehlovými vlhkoměry vzkvétal, zatímco bezjehlových měřičů bylo jen velmi málo.

V 1990. letech XNUMX. století se společnost Wagner Meters pustila do vývoje bezkolíkového vlhkoměru dřeva, který by řešil nedostatky tehdy prodávaných bezkolíkových vlhkoměrů. První řada ručních bezkolíkových vlhkoměrů společnosti Wagner Meters měla vylepšený obvod využívající elektromagnetické vlny, což vedlo k přesnějšímu měření vlhkosti.

Obvody byly navíc méně citlivé na teplotu okolí a dřeva. Společnost Wagner Meters také dokázala výrazně zmenšit velikost ručního měřiče oproti tomu, co bylo v té době na trhu k dispozici. Bezkolíkové měřiče od jiných výrobců obvykle vážily nejméně 10 liber. Původní vlhkoměry byly navrženy pro pily, ale Wagner Meters v polovině 1990. let přidal jeden, který byl výslovně určen pro truhláře.

Původní řada bezkolíkových vlhkoměrů Wagner byla analogová. Analogová řada byla na začátku roku 2000 nahrazena řadou digitálních bezkolíkových vlhkoměrů. Tyto měřiče používaly mikroprocesory, takže velikost ručních vlhkoměrů Wagner se nadále zmenšovala. Do této doby četné studie potvrdily, že Bezkolíkové vlhkoměry Wagner poskytovaly přesnější údaje než kolíkové vlhkoměry.

Tyto studie jsou významné, protože vyvrátily rozšířený předpoklad, že kolíkové měřiče vlhkosti jsou přesnější než bezkolíkové. Základní technologie používané v kolíkových i bezkolíkových měřičích vlhkosti zůstávají nezměněny. Většina pokroků ve vlhkoměrech dřeva se dnes zaměřuje na funkce s přidanou hodnotou, které jsou v měřičích obsaženy, a související služby.

Řada digitálních bezkolíkových vlhkoměrů dřeva Orion.

V důsledku toho Wagnerův nejnovější řada vlhkoměrů dřevaOrion® obsahuje nové, sofistikované funkce, které usnadňují život truhlářům.

Například měřiče Orion jsou jediné na trhu, které lze kalibrovat na místě pomocí kalibrátoru na vyžádání, který je součástí každého měřiče Orion. Všechny ostatní ruční měřiče je nutné zaslat výrobci k tovární kalibraci, což stojí čas a peníze.

Některé z nejužitečnějších funkcí s přidanou hodnotou vylepšují sběr a správu dat měřiče. Od té doby znalost bodu rovnovážného obsahu vlhkosti (EMC) v místě použití je tak zásadní pro ochranu dřeva před budoucím poškozením způsobeným vlhkostí, že funkce Orion 950 zahrnuje i výpočet elektromagnetické kompatibility (EMC) pro uživatele.

Bezkolíkový měřič shromažďuje údaje o okolní teplotě a relativní vlhkosti, které používá k výpočtu elektromagnetické kompatibility (EMC). Tuto hodnotu EMC pak lze použít jako „cílový obsah vlhkosti“ pro projekt, na kterém pracujete, nebo k predikci vzorců sušení. Výpočty EMC založené na vlhkoměru zbavují uživatele potíží a nejistoty spojených s vlastním výpočtem EMC.

Bezkolíkové měřiče vlhkosti se ukázaly jako přesnější a spolehlivější než kolíkové vlhkoměry

I když jehlové i bezjehlové vlhkoměry fungují na principu elektrických vlastností dřeva, každý z nich zkoumá jiné vlastnosti. Jednoduše řečeno, jehlové vlhkoměry reagují na chemické vlastnosti dřeva a bezjehlové vlhkoměry reagují na jeho specifickou hmotnost.

Chemické složení i hustota dřeva se liší podle druhu dřeva. To je důvod, proč oba měřiče vyžadují seřízení pro měřený druh dřeva, aby se dosáhlo přesného měření vlhkosti.

Podle FPL jsou některé z faktorů, které ovlivňují přesnost odečtu měřidla, povětrnostní podmínky, kontakt elektrod, teplota dřeva a dovednosti obsluhy. Mnoho z těchto faktorů ovlivňuje vlhkoměry s kolíkem snáze než bezkolíkové vlhkoměry. Studie ukázaly, že bezkolíkové vlhkoměry jsou často přesnější a spolehlivější než odporové měřiče.

Například kolíkové měřiče jsou velmi citlivé na teplotu dřeva, což může ovlivnit přesné měření. Pokud se teplota vzduchu v některém ze směrů výrazně liší od této teploty, musí obsluha upravit údaje měřiče na základě přesné teploty vzduchu v místě, kde byly naměřeny.

Úprava teploty dřeva je pouze jedním ze způsobů, jak subjektivní dovednosti obsluhy měřiče mohou ovlivnit přesnost jehlového měřiče. Jehlové měřiče také vyžadují přesnou zručnost obsluhy, aby se zajistilo, že obě elektrody jsou správně zaraženy do dřeva a do správné hloubky. Bez správného zarovnání nebo hloubky nemusí elektrody měřit vlhkost v daném místě přesně.

Nejdůležitější dovedností obsluhy při instalaci bezkolíkového vlhkoměru je jednoduše zajistit, aby desky senzoru ležely rovně na povrchu dřeva.

Z tohoto důvodu se bezkolíkové měřiče vlhkosti obvykle nepoužijí na palivové dřevo. Rychlé a snadné ovládání bezkolíkového měřiče jinak znamená, že truhláři s ním obvykle odečítají více údajů než s bezkolíkovými měřiči. Více údajů o vlhkosti poskytuje přesnější obraz o stavu vlhkosti dané šarže dřeva.

Stažení zdarma – Je pro vás nejlepší vlhkoměr s kolíkem nebo bez kolíku?

Historie vlhkoměrů dřeva: Od pokusů a omylů k nezbytnému nástroji pro zpracování dřeva

Vzhledem k tomu, že dřevařský průmysl v 19. století s průmyslovou revolucí rychle rostl, je logické, že pily hledaly způsoby, jak urychlit proces sušení tak, aby se dřevo nezničilo. Jejich metodologie pokusů a omylů spolu s neoficiálními znalostmi sušení za vlivů počasí jim pomohla inovovat.

Uvědomili si, jak cirkulující vzduch pomáhá maximalizovat výkon tím, že umožňuje sušení řeziva při nižších teplotách. Viděli, jak různé druhy dřeva reagují za podobných okolností. Jejich praktické výzkumy byly základem formalizované vědy o dřevě.

Vlhkoměry Orion od společnosti Wagner Meters jsou jediné bezkolíkové vlhkoměry dřeva, které lze skutečně kalibrovat v terénu, místo aby byly zasílány zpět do továrny k rekalibraci.

Díky náročnému vědeckému a akademickému bádání se naše chápání fyzikálních a mechanických vlastností dřeva v průběhu 20. století výrazně rozšířilo. Díky tomuto výzkumu bylo odvětví schopno specifikovat, jak se vlhkost dřevem pohybuje a jak nadměrná vlhkost dřevo negativně ovlivňuje.

Kruh se tak uzavřel a dřevařský průmysl využil příspěvky dřevařské vědy k vývoji nástrojů potřebných k měření vlhkosti dřeva, a to jak přímo, tak nepřímo, s vysokou mírou přesnosti.

Jak věda o dřevě odhalovala více o vzájemném působení vlhkosti a elektřiny ve dřevě, výrobci vlhkoměrů využili tento pokrok k návrhu a výrobě komerčně životaschopných vlhkoměrů – zejména ručních vlhkoměrů.

Díky spolehlivým a přesným ručním vlhkoměrům dřeva má každý truhlář, od obsluhy pily až po víkendového hobbyistu, možnost informovaně se rozhodnout, kdy je dřevo připraveno k dalšímu kroku na cestě k zamýšlenému využití. Jako takový mocný nástroj jsou vlhkoměry dřeva nyní základním nástrojem téměř všech truhlářů, což jen vyvolává otázku, proč je nepoužívají všichni truhláři.

Nyní, když má kdokoli přístup k přesným informacím o vlhkosti dřeva pomocí ručního vlhkoměru, má za to zodpovědnost.

Tony Morgan

Tony Morgan je vedoucí technik ve společnosti Wagner Meters, kde pracuje v týmu pro testování produktů, vývoj a také zákaznický servis a školení v oblasti produktů pro měření vlhkosti. Tony má 19 let praxe v řadě elektronických společností, bakalářský titul v managementu a titul AAS v elektronické technologii.

Naposledy aktualizováno 10. ledna 2025