木材水分仪的历史

针式木材水分仪

甚至在人们充分了解木材与湿度的关系之前，木工就必须考虑湿度如何影响他们的材料。

幸运的是，如今我们对木材的吸湿特性有了深入的了解。因此，我们能够利用这些知识设计木材水分计，为我们提供关于木材水分状况的量化数据。随着我们集体认知的不断进步，测试方法也在不断发展。

目前，手持式木材水分仪主要有两种类型：针式和无针式。每种类型的测量原理都不同，而这些电特性会受到被测木材含水量的影响，我们将在本文后面详细探讨。

目前，我们只需了解针式电表使用两个钉状电极插入木材，测量它们之间流动的电流即可。无针式电表使用平放在木材表面的传感器板，测量它们通过木材发出的电波的行为。

无需了解每种湿度​​计的科学原理，它们之间最明显的区别在于它们对被测木材的作用以及它们的易用性。

针式测力计会在被测木材上留孔。这使得它们非常适合评估木柴或木块的含水量，因为留多个孔不会对最终产品的结构完整性或美观度造成负面影响。

相比之下，无针式测力计不会留下任何物理标记。它们只能在平坦的木材上使用，并且在读数过程中，传感器的整个平面需要与木材保持接触。

Orion 950 智能无针木材水分仪

使用针式测湿仪测量木材含水量时，需要插入或敲入针头，这也导致测量速度缓慢。将针头插入到合适的深度，然后将其拔出，并确保针头保持良好状态以便读数，这些步骤都需要时间。

因此，当需要评估大块或大批木材的含水量时，您必须投入大量时间。更可能的情况是，您只会读取更少的读数。一方面会延长项目工期和成本，另一方面则意味着您将在更少的数据点指导下做出决策。

使用无针仪表可以更高效地工作，因为它们需要较少的体力投入，并且不像针式电极那样容易受到物理损坏。

但这就是我们今天的处境。电子水分仪已有近百年的历史。有趣的是，它们仍然依赖一种更古老的方法——烘干——来验证其准确性。为了了解当今手持式木材水分仪的工作原理，有必要深入研究其所依赖的技术的演变。

烘干法是测量木材水分的黄金标准

最早用于干燥木材的方法是风干，或称“风干”。这种方法需要时间。木材通常要放置数年才能使用。早期为了加快干燥过程，人们建造了各种类型的“干燥房”。这些简单的结构建在地窖上，里面放置着砖或瓦制成的炉子。

在美国，“干燥房”的使用并不常见，部分原因是它们存在巨大的火灾风险。1850世纪1870年代，人们曾尝试使用蒸汽管道进行干燥，但效果不佳。最终，第一批成功的木材干燥窑——带有隔热功能的干燥室——于XNUMX世纪XNUMX年代在美国中西部地区涌现。

通过反复试验，窑炉操作员发现，低温循环风干燥木材比高温干燥效果更好。最终，企业寻求缩短干燥时间并最大化产量的反复试验方法得到了科学家和研究人员的帮助。通过科学探究，研究人员开始发现并验证木材的各种物理特性。他们的一些发现包括了解木材的细胞结构和化学特性。

反过来，这有助于了解木材种类之间，甚至生长在不同地点的同一种类之间的物理差异如何影响木材的干燥过程。

随着木材研究的兴起，木材科学家开发出了一种公式，用于将木材的含水量指定为其重量的函数，并以百分比表示。

水分含量（MC）=（起始重量-烘干重量）/烘干重量*100

因此，烘干法可以直接测量木材的含水量。如果您有木材干燥炉，您可以在木材进入干燥炉干燥循环前后称重。 ASTM D4442（木材和木质材料直接含水量测量的标准测试方法） 指出，烘干法可提供“最高的准确度或精确度”，并且是“确定木材和木质材料含水量的参考（主要）标准”。

因此，按照 ASTM D4442 标准对木材进行烘干可作为校准手持式湿度计的参考点。 ASTM D4444（手持式湿度计实验室标准化和校准的标准测试方法）.

手持式水分计可以间接测量木材的水分含量。由于水具有导电性，手持式水分计可以收集木材中电流或波的行为数据。这些数据随后会与其他相关数据点一起用于计算木材的含水量。

电动木材水分仪的演变

人类早已知道木材含有水分；木材遇水会变干，并能重新吸收水分。事实上，科学家们几乎从电被发现的那一刻起就发现了水和电之间的关系。具体来说，他们知道 水导电，即使最近才有关于水中允许电荷通过的特定化学过程的记录。

1920世纪1927年代末，研究人员首次验证了利用木材电特性测量其含水量的想法。我们能找到文献记载的最早便携式电动木材水分计之一，是XNUMX年发明的一款“闪光灯式”水分计。该水分计将一盏氖灯连接到一个电容器上，电容器与木材接触。电容器会吸收流经木材的电荷。当电容器充满电时，氖灯会短暂亮起。电容器充电越快，氖灯闪烁的速度就越快。

电容器的充电速度取决于木材的电阻大小。由于水分导电，木材中的水分越多，电容器充满电的速度就越快。如果木材中的电阻较高（即水分含量较低），灯就会闪烁得较慢。

在接下来的十年里，一种新型电子湿度计应运而生：真空管湿度计。该湿度计使用真空管电压表作为惠斯通电桥电路的一部分，利用电阻对被测木材进行测量。真空管湿度计是当今使用的电阻式湿度计的直接前身。

到了1940世纪XNUMX年代中期，针式湿度计已开始商业化。它们的工作原理（至今仍在）是测​​量插入木材的探针之间的电流。与早期的闪光灯式湿度计类似，探针之间的电流越大，湿度越低。

由于缺乏高湿度下的导电性，干燥的木材会产生阻力，几乎阻碍电流的流动。一些早期的针式湿度计使用四个探针。而现代针式湿度计只需要两个探针。

在电阻计上市的这段时间里，研究人员也在探索如何利用介电特性测量木材中的水分。介电材料本身并非导体，却可以传输电流。这项研究最终催生了另外两种基于不同介电原理的木材水分测试方法。

无需深入探讨电气工程，这两种介电测量仪都使用无线电波来测量湿度。功率损耗型测量仪测量的是电磁能量的损耗，这与湿度水平相关。电容式湿度计则采用相反的方法，测量的是电能的储存量。从实用角度来看，它们的共同点是都不需要用探针刺穿木材表面。

相反，他们使用传感器板，通过木材发射射频。美国农业部森林产品实验室 (FPL) 开发了一种电容式仪器来测量木材的水分含量，但尚未实现商用。当时，许多制造商都在销售针式水分计。

电动木材水分仪的现代时代

到1960世纪XNUMX年代初，市场上只有一种常见的功率损耗型湿度计。当时，瓦格纳仪表公司的创始人德尔默·瓦格纳（Delmer Wagner）在俄勒冈州一家锯木厂担任电工。这家锯木厂使用了一种体积庞大、笨重的真空管在线湿度检测器。

为了制造出体积更小、更易于校准的湿度计，德尔默设计了第一台在线湿度计。这台在线湿度测量系统使用晶体管来测量湿度。德尔默最终离开了锯木厂，并于1965年创立了瓦格纳电子公司（现称瓦格纳仪表公司），该公司为木材行业制造在线湿度计。

到1980世纪XNUMX年代末，市场上几乎所有的手持式木材水分仪都是针式水分仪。然而，这些新型的无针式水分仪仍然体积庞大，难以校准，而且对环境条件过于敏感。因此，针式水分仪市场蓬勃发展，而无针式水分仪却寥寥无几。

1990世纪XNUMX年代，瓦格纳仪表公司着手研发无针木材水分仪，以解决当时市场上销售的无针式水分仪的诸多缺陷。瓦格纳仪表公司的首款手持式无针式水分仪采用了改进的电磁波电路，从而能够提供更精确的水分读数。

此外，电路对环境温度和木材温度的敏感度更低。与目前市面上的产品相比，Wagner Meters 还大幅缩小了手持式测量仪的尺寸。其他制造商的无针式测量仪通常至少重 10 磅。最初的湿度计是为锯木厂设计的，但 Wagner Meters 在 1990 世纪 XNUMX 年代中期推出了一款专为木工设计的测量仪。

瓦格纳无针式水分仪最初是模拟式的。2000世纪初，模拟式水分仪被数字无针式水分仪所取代。这些水分仪使用微处理器，因此瓦格纳手持式水分仪的尺寸不断缩小。到那时，大量研究已经证实 瓦格纳无针式仪表比针式湿度计提供更准确的读数.

这些研究意义重大，因为它们推翻了“针式测温仪比无针式测温仪更精确”这一普遍存在的假设。针式和无针式测温仪所使用的基本技术保持不变。如今，木材水分仪的大部分进步都集中在测温仪及其相关服务的增值功能上。

Orion 系列数字无针木材水分计。

因此，瓦格纳的 最新系列木材水分仪Orion® 包含全新、先进的功能，可让木工的工作更加轻松。

例如，Orion 仪表是市面上唯一一款可以使用随附的按需校准器进行现场校准的仪表。所有其他手持式仪表都需要送至制造商进行工厂校准，这既费时又费钱。

一些最有用的增值功能改善了仪表的数据收集和管理。由于 了解使用地点的水分含量平衡点 (EMC) 对于保护木材免受未来与湿气相关的损害至关重要，Orion 950 的功能包括为用户计算 EMC。

无针式湿度计收集环境温度和相对湿度读数，并据此计算 EMC。该 EMC 值可用作您正在进行项目的“目标含水量”，或用于预测干燥模式。基于湿度计的 EMC 计算可减轻用户自行计算 EMC 的麻烦和不确定性。

无针式湿度计比针式湿度计更准确、更可靠

虽然针式和无针式水分仪都是利用木材的电特性来测定的，但它们分别测量的是不同的特性。简​​而言之，针式水分仪测量的是木材的化学特性，而无针式水分仪则测量的是木材的比重。

木材的化学成分和密度会因木材种类而异。因此，两种测量仪都需要根据被测木材种类进行调整，才能获得准确的水分读数。

根据联邦木材实验室 (FPL) 的说法，影响仪表读数准确性的因素包括天气条件、电极接触、木材温度以及操作员的技能。其中许多因素对针式湿度计的影响比对无针式湿度计的影响更大。研究表明，无针式湿度计通常比电阻式湿度计更准确、更可靠。

例如，针式测温仪对木材温度高度敏感，这可能会影响读数的准确性。如果空气温度在任何方向上偏离该值较远，操作员必须根据测量地点的准确空气温度来调整测温仪读数。

调整木材温度只是测量仪操作员主观技能影响针式测量仪精度的因素之一。针式测量仪还需要操作员的精准技能，以确保两个电极正确地插入木材并达到正确的深度。如果对准度或深度不正确，电极可能无法准确测量该点的湿度。

放置无针湿度计时最关键的操作技巧就是确保传感器板平放在木材表面。

因此，无针式测力计通常不适用于木柴。此外，针式测力计快速便捷的用户体验意味着木工通常用它比无针式测力计测量更多数据。拥有更多的水分数据可以更准确地反映一批木材的水分状况。

免费下载 – 针式或无针式湿度计最适合您吗？

木材水分仪的历史：从反复试验到必备的木工工具

随着19世纪工业革命的到来，木材行业蓬勃发展，木材厂自然而然地开始寻求既能加快干燥过程又不损坏木材的方法。他们不断尝试，并积累了丰富的经验，最终实现了创新。

他们意识到，循环空气可以通过降低木材干燥温度来提高产量。他们观察了不同木材品种在类似环境下的反应。他们的实践探索为木材科学的规范化奠定了基础。

Wagner Meters 的 Orion 仪表是唯一可以在现场进行真正校准的无针木材水分计，无需送回工厂重新校准。

通过严谨的科学和学术研究，我们对木材物理和机械特性的理解在整个20世纪得到了显著扩展。通过这些研究，业界能够明确水分在木材中的移动方式，以及过多的水分如何对木材产生负面影响。

木材行业利用木材科学的贡献开发出直接和间接测量木材含水量所需的工具，并且测量精度极高。

随着木材科学越来越多地揭示木材内部水分和电的相互作用，仪表制造商利用这些进步来设计和制造具有商业可行性的水分计，特别是手持式水分计。

有了可靠精准的手持式木材水分仪，从木材厂操作员到周末爱好者，每一位木工都能做出明智的判断，判断木材何时可以进入下一步，实现其预期用途。木材水分仪如此强大的工具，如今已成为几乎所有木工的必备工具，这不禁让人思考，为什么并非所有木工都使用它们呢？

事实上，既然任何人都可以通过手持式湿度计获取有关木材的准确湿度状况信息，他们就有责任这样做。

托尼·摩根

Tony Morgan是Wagner Meters的高级技术员，他所在的团队负责水分测量产品的测试、开发以及客户服务和培训。Tony拥有19年在多家电子公司工作的现场经验，并拥有管理学学士学位和电子技术副学士学位。

最后更新时间：10 年 2025 月 XNUMX 日