Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЕЕ СУШКИ

Макартичян С В, Шилин А Н, Стрижиченко А В,

5.4.1. Общие понятия о комбинированных методах контроля влажности

Для ценных пород древесины разрушающие методы контроля влажности неприемлемы, для них и для крупных партий после проведения процесса камерной сушки выборочный контроль нецелесообразен, и необходим стопроцентный контроль влажности.

Оценить качество сушки можно по средней величине конечной влажности древесины и по перепаду влажности по толщине материала. Определение средней величины влажности, которая может быть получена, например, с помощью весового способа, не вызывает существенных трудностей. Особое внимание следует уделить оценке неравномерности влажности по глубине образца, поскольку неравномерное содержание влаги в материале может привести к необратимым механическим изменениям в материале (коробление, растрескивание) вследствие сезонных изменений температура и влажности окружающего воздуха.

Большинство методов контроля влажности материала не позволяют оценивать неравномерность влажности по сечению материала или же связаны с разрушающим воздействием.

Для решения задачи быстродействующего неразрушающего контроля влажности древесины с оценкой неравномерности по глубине целесообразна разработка и внедрение комбинированных методов контроля влажности.

Точность однопараметровых методов контроля влажности древесины зачастую не удовлетворяет требованиям производства. Это объясняется значительным разбросом параметров контролируемого материала и сложностью их контроля с целью компенсации вызываемых ими погрешностей. Так, например, при контроле влажности массивной древесины наибольшую погрешность вызывает анизотропия ее свойств и нестабильность качества поверхности. Кроме того, на электрические свойства всех древесных материалов заметное влияние оказывает температура древесины. Поэтому для увеличения точности влагомеров необходимо вводить поправку на ее изменения.

Перечисленные выше мешающие параметры измерять очень трудно, в связи, с чем применение систем их компенсации ведет к значительному усложнению конструкций и измерительных схем влагомеров древесины. При разработке таких влагомеров лучше применять методы контроля влажности, при которых обеспечивается наибольшая чувствительность измеряемого физического параметра к массе воды. Это позволяет уменьшить число компенсируемых погрешностей и упростить конструкцию влагомера. В то же время такой подход к выбору метода не совсем обоснован [66]: если предположить, что имеется однопараметровый метод идеально точного измерения массы воды mв в образце и проанализировать его погрешность в соответствии с выражением (5.2), представленным в виде

(5.16)

где ρ0 – плотность, a v0 – объем абсолютно сухого образца, то источниками погрешности такого метода будут колебания объема v0 и плотности ρ0. Влияние колебаний объема легко устранить его измерением или соответствующей подготовкой образцов, а влияние колебаний плотности при данном методе неустранимы, так как в результатах измерения отсутствует информация о них. Вследствие этого и возникает погрешность, которая определяется следующим выражением:

(5.17)

Для иллюстрации этого факта можно представить ряд образцов с одинаковыми размерами и равными количествами воды, но с различными плотностями, а, следовательно, и различными влажностями. Поскольку этот метод позволяет иметь для всех образцов одинаковые результаты контроля, он дает методическую погрешность ΔWρ. Кроме этой, у реальных методов имеется еще погрешность, обусловленная чувствительностью K1 используемого в качестве меры влажности электрического параметра Z к изменению плотности древесины. Эта погрешность определяется выражением

(5.18)

где K1 = ∂Z/∂ρ0 – чувствительность электрического параметра к изменению плотности ρ0; K2 = ∂ψ/∂W – чувствительность влагомера к влажности древесины; Z = ψ(W) – статическая характеристика влагомера.

Поскольку изменение плотности вызывает однозначные погрешности ΔWρ и ΔWZ, суммарная погрешность ΔW, вызываемая колебанием плотности древесины, равна

(5.19)

Таким образом, критерий оценки метода контроля влажности должен учитывать не только его чувствительность к массе воды, но и к другой равноценно определяющей влажность величине – плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Наилучшим в этом смысле будет метод, который наиболее точно измеряет отношение массы воды к массе абсолютно сухой древесины в образце. Такая постановка вопроса требует для определения влажности контроля как минимум двух электрофизических параметров древесины, и если это существенно различные физические параметры, то они каждый по-своему зависят от масс воды mв и древесины m0. Для упрощения можно предположить, что колебания других мешающих параметров устранены или они несущественны, тогда результаты контроля влажности двумя различными методами определяют по следующим выражениям: Z1 = f1(mв, ρ0); Z2 = f2(mв, ρ0). Поскольку f1 ≠ f2, возможно решение этой системы уравнений относительно величины mв/ρ0 и колебания плотности будут полностью скомпенсированы.

К недостаткам комбинированных методов относится некоторое усложнение электронной измерительной схемы влагомера. Однако применение современных средств полупроводниковой техники и микроэлектроники [27] позволяет сделать эту схему малогабаритной и высоконадежной. В то же время отпадает необходимость применения дополнительных преобразователей для контроля мешающих параметров и значительно упрощается конструкция основного преобразователя влажности.

В разработке комбинированных методов возможны два пути выявления комбинирующей функции – детерминированный и вероятностный. Первый путь – детерминированный основан на использовании функциональных теоретических или экспериментальных зависимостей между влажностью и мешающими параметрами древесины для различных методов контроля влажности и вычислении по ним комбинирующей функции в соответствии с выбранным критерием. Второй путь – вероятностный – основан на представлении влажности и мешающих сигналов в виде случайных величин при периодическом контроле и случайных функций при непрерывном контроле. Если для них определены многомерные законы распределения, а также авто- и взаимнокорреляционные функции, то комбинирующая функция может быть найдена из условия получения максимальной информации о влажности.

Первый путь целесообразно использовать при нелинейных зависимостях между полезным и мешающими параметрами и при наличии в контролируемом материале одного наиболее сильно мешающего параметра.

Второй путь – вероятностный дает более высокую точность и целесообразен при наличии большого числа примерно равнозначных мешающих параметров, которые учесть в отдельности довольно затруднительно из-за их очень малых колебаний относительно их математических ожиданий. Этот путь разработки комбинированных методов может быть также полезен при компенсации динамических погрешностей автоматически действующих влагомеров, так как появляется возможность фильтрации мешающих сигналов, т.е. частичной их компенсации без измерения и введения поправок.