Lịch sử của máy đo độ ẩm gỗ

Máy đo độ ẩm gỗ dạng ghim

Ngay cả trước khi khoa học về mối quan hệ giữa gỗ và độ ẩm được hiểu rõ, những người thợ mộc đã phải tính đến việc độ ẩm sẽ ảnh hưởng đến vật liệu của họ như thế nào.

May mắn thay, ngày nay chúng ta hiểu rõ đặc tính hút ẩm của gỗ. Do đó, chúng ta có thể sử dụng kiến ​​thức đó để thiết kế máy đo độ ẩm gỗ có thể cung cấp cho chúng ta dữ liệu định lượng về tình trạng độ ẩm của một miếng gỗ. Khi hiểu biết chung của chúng ta tiến bộ, các phương pháp thử nghiệm cũng phát triển theo.

Ngày nay, có hai loại máy đo độ ẩm gỗ cầm tay chính: có chốt và không có chốt. Mỗi loại dựa vào các đặc tính điện khác nhau bị ảnh hưởng bởi lượng độ ẩm có trong gỗ được đo, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn ở phần sau của bài viết này.

Hiện tại, chỉ cần nói rằng đồng hồ đo loại ghim sử dụng hai điện cực giống như đinh được cắm vào gỗ và đo dòng điện chạy giữa chúng. Đồng hồ đo không ghim sử dụng các tấm cảm biến nằm phẳng trên bề mặt gỗ và đo hành vi của sóng điện mà chúng truyền qua gỗ.

Nếu không đi sâu vào khoa học của từng loại máy đo độ ẩm, sự khác biệt rõ ràng nhất giữa chúng là tác động của chúng lên gỗ được đo và mức độ dễ sử dụng.

Đồng hồ đo ghim để lại các lỗ trên gỗ đang được đo. Điều này làm cho chúng hữu ích để đánh giá độ ẩm của củi hoặc các mảnh gỗ, nơi mà việc để lại nhiều lỗ sẽ không ảnh hưởng tiêu cực đến tính toàn vẹn về cấu trúc hoặc tính thẩm mỹ của sản phẩm cuối cùng.

Ngược lại, đồng hồ không có chốt không để lại bất kỳ dấu hiệu vật lý nào. Chúng chỉ có thể được sử dụng trên gỗ phẳng và toàn bộ mặt phẳng của cảm biến cần duy trì tiếp xúc với gỗ trong quá trình đọc.

Máy đo độ ẩm gỗ thông minh Orion 950

Tốc độ đo độ ẩm của gỗ chậm là một hậu quả khác của việc phải lắp hoặc đóng đinh khi sử dụng đồng hồ đo đinh. Việc lắp đinh vào đúng độ sâu, tháo đinh ra và đảm bảo đinh vẫn ở tình trạng tốt để đo độ ẩm mất nhiều thời gian.

Do đó, khi phải đánh giá tình trạng độ ẩm của một khối gỗ lớn hoặc một mẻ gỗ lớn, bạn phải đầu tư một lượng thời gian đáng kể. Kịch bản có nhiều khả năng xảy ra hơn là bạn sẽ chỉ cần ít lần đọc hơn. Một là kéo dài thời gian và chi phí của dự án, trong khi kịch bản còn lại có nghĩa là bạn sẽ đưa ra quyết định với ít điểm dữ liệu hướng dẫn hơn.

Bạn có thể làm việc hiệu quả hơn nhiều với đồng hồ đo không chân vì chúng ít tốn sức hơn khi sử dụng và không dễ bị hư hỏng vật lý như điện cực chân.

Nhưng đây là nơi chúng ta đang ở ngày hôm nay. Máy đo độ ẩm điện có lịch sử gần 100 năm. Điều thú vị là chúng vẫn dựa vào một phương pháp thậm chí còn cũ hơn – sấy khô trong lò – để xác nhận độ chính xác của chúng. Để đánh giá cách máy đo độ ẩm gỗ cầm tay ngày nay hoạt động, chúng ta nên tìm hiểu về sự phát triển của công nghệ mà chúng dựa vào.

Phương pháp sấy khô bằng lò là tiêu chuẩn vàng để đo độ ẩm của gỗ

Phương pháp đầu tiên được sử dụng để làm khô gỗ là phơi khô bằng không khí hoặc “phơi khô do thời tiết”. Phương pháp này mất thời gian. Gỗ thường được để trong nhiều năm trước khi sử dụng. Những nỗ lực ban đầu nhằm đẩy nhanh quá trình làm khô đã dẫn đến việc xây dựng nhiều loại “nhà khô”. Đây là những cấu trúc đơn giản được đặt trên các hầm đào sâu chứa lò gạch hoặc ngói.

Ở Hoa Kỳ, việc sử dụng "nhà sấy" không phải là chuẩn mực, một phần vì chúng có nguy cơ cháy nổ rất lớn. Có một số thử nghiệm sử dụng ống hơi vào những năm 1850, nhưng không thành công. Cuối cùng, những lò sấy gỗ thành công đầu tiên, buồng sấy có một số lớp cách nhiệt, đã xuất hiện ở vùng Trung Tây vào những năm 1870.

Thông qua thử nghiệm và sai sót, người vận hành lò nung phát hiện ra rằng sấy gỗ ở nhiệt độ thấp hơn với luồng không khí lưu thông tạo ra kết quả tốt hơn so với việc bật nhiệt độ cao. Cuối cùng, phương pháp thử nghiệm và sai sót của các doanh nghiệp tìm cách giảm thiểu thời gian sấy trong khi tối đa hóa sản lượng đã nhận được sự hỗ trợ từ các nhà khoa học và nhà nghiên cứu. Thông qua quá trình nghiên cứu khoa học, các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá và xác nhận nhiều đặc tính vật lý của gỗ. Một số khám phá của họ bao gồm việc hiểu cấu trúc tế bào và đặc tính hóa học của gỗ.

Đổi lại, điều này giúp hiểu được cách những khác biệt vật lý giữa các loài gỗ, thậm chí giữa các loài cùng loại được trồng ở những địa điểm khác nhau, tác động đến quá trình làm khô gỗ.

Nhờ sự phát triển của nghiên cứu về gỗ, các nhà khoa học nghiên cứu về gỗ đã phát triển một công thức để xác định độ ẩm của một miếng gỗ theo trọng lượng của nó và được biểu thị dưới dạng phần trăm.

Độ ẩm (MC) = (Trọng lượng ban đầu – trọng lượng sấy khô)/trọng lượng sấy khô * 100

Như vậy, phương pháp sấy lò cung cấp phép đo trực tiếp độ ẩm của một miếng gỗ. Nếu bạn có lò sấy gỗ, bạn có thể cân gỗ trước và sau khi chạy qua chu trình sấy trong lò. ASTM D4442 (phương pháp thử tiêu chuẩn để đo độ ẩm trực tiếp của gỗ và vật liệu từ gỗ) nêu rằng sấy khô trong lò cung cấp “độ chính xác hoặc mức độ chính xác cao nhất” và là “tiêu chuẩn tham chiếu (chính) để xác định hàm lượng ẩm của gỗ và vật liệu từ gỗ”.

Do đó, gỗ sấy khô trong lò theo tiêu chuẩn ASTM D4442 được sử dụng làm điểm tham chiếu để hiệu chuẩn máy đo độ ẩm cầm tay theo ASTM D4444 (phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để chuẩn hóa và hiệu chuẩn phòng thí nghiệm máy đo độ ẩm cầm tay).

Máy đo độ ẩm cầm tay cung cấp phép đo độ ẩm gián tiếp. Vì nước dẫn điện, máy đo cầm tay thu thập dữ liệu về hành vi của dòng điện hoặc sóng trong một miếng gỗ. Dữ liệu này sau đó được sử dụng, cùng với các điểm dữ liệu có liên quan khác, để tính toán hàm lượng độ ẩm của gỗ.

Sự phát triển của máy đo độ ẩm gỗ điện

Nhân loại từ lâu đã hiểu rằng gỗ chứa độ ẩm; rằng nó khô đi và có thể hấp thụ lại độ ẩm khi tiếp xúc với nước. Trên thực tế, các nhà khoa học cũng đã biết về mối quan hệ giữa nước và điện ngay từ khi điện được phát hiện. Cụ thể, họ biết rằng nước dẫn điện, ngay cả khi quá trình hóa học cụ thể xảy ra trong nước khi nó cho phép các điện tích đi qua nó đã được ghi chép lại gần đây.

Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên xác nhận ý tưởng rằng chúng ta có thể sử dụng các đặc tính điện của gỗ làm thước đo độ ẩm của nó vào cuối những năm 1920. Một trong những máy đo độ ẩm gỗ điện cầm tay đầu tiên mà chúng ta tìm thấy tài liệu là máy đo "kiểu đèn nháy", vào năm 1927. Máy đo này có một đèn neon gắn vào một tụ điện, tiếp xúc với gỗ. Tụ điện sẽ hấp thụ điện tích chạy qua gỗ. Khi tụ điện được sạc đầy, đèn neon sẽ sáng lên trong giây lát. Tụ điện sạc lại càng nhanh thì đèn sẽ nhấp nháy càng nhanh.

Tốc độ tụ điện có thể sạc lại phụ thuộc vào mức độ điện trở trong gỗ. Vì độ ẩm dẫn điện, độ ẩm trong gỗ càng cao thì tụ điện sẽ sạc đầy càng nhanh. Nếu có điện trở cao trong gỗ (tức là độ ẩm thấp), thì đèn sẽ nhấp nháy chậm.

Trong mười năm tiếp theo, một loại máy đo độ ẩm điện mới đã được phát triển: máy đo ống chân không. Máy đo này sử dụng vôn kế ống chân không như một phần của mạch cầu Wheatstone, sử dụng điện trở để đo so với gỗ đang được đo. Máy đo ống chân không là tiền thân trực tiếp của máy đo độ ẩm điện trở được sử dụng ngày nay.

Vào giữa những năm 1940, đồng hồ đo kiểu ghim đã có mặt trên thị trường. Chúng hoạt động (và vẫn hoạt động) bằng cách đo dòng điện giữa các đầu dò được đưa vào gỗ. Giống như đồng hồ đo kiểu chớp sáng ban đầu, dòng điện chạy giữa các đầu dò càng nhiều thì độ ẩm càng thấp.

Nếu không có độ dẫn điện của độ ẩm ở mức cao, gỗ khô sẽ tạo ra điện trở gần như loại bỏ dòng điện. Một số máy đo độ ẩm dạng ghim đầu tiên sử dụng bốn đầu dò. Máy đo độ ẩm dạng ghim hiện đại chỉ cần hai đầu dò.

Trong giai đoạn này khi máy đo điện trở đang xuất hiện trên thị trường, các nhà nghiên cứu cũng đang khám phá cách các đặc tính điện môi có thể được sử dụng để đo độ ẩm trong gỗ. Vật liệu điện môi có thể truyền dòng điện mà không phải là chất dẫn điện. Nghiên cứu này cuối cùng đã đưa đến hai loại phương pháp kiểm tra độ ẩm gỗ khác hoạt động trên hai nguyên lý điện môi khác nhau.

Không đi sâu vào kỹ thuật điện, hai loại đồng hồ đo điện môi này sử dụng sóng vô tuyến để đo độ ẩm. Loại đồng hồ đo mất điện xem xét lượng năng lượng điện từ bị mất, tương quan với độ ẩm. Đồng hồ đo độ ẩm điện dung có cách tiếp cận ngược lại. Nó xem xét lượng năng lượng điện có thể được lưu trữ. Điểm chung của chúng, ở cấp độ thực tế, là không loại nào yêu cầu chốt phải xuyên qua bề mặt gỗ.

Thay vào đó, họ sử dụng các tấm cảm biến phát ra tần số vô tuyến qua gỗ. Phòng thí nghiệm sản phẩm rừng (FPL) của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã phát triển một máy loại điện dung để đo độ ẩm của gỗ, nhưng nó không có sẵn trên thị trường. Vào thời điểm này, nhiều nhà sản xuất đã bán máy đo độ ẩm kiểu ghim.

Thời đại hiện đại của máy đo độ ẩm gỗ điện

Vào đầu những năm 1960, có một máy đo độ ẩm loại mất điện phổ biến trên thị trường. Trong thời gian này, Delmer Wagner, người sáng lập Wagner Meters, làm thợ điện cho một xưởng cưa ở Oregon. Xưởng cưa sử dụng máy dò độ ẩm ống chân không lớn, cồng kềnh.

Để chế tạo máy đo độ ẩm vừa nhỏ hơn vừa dễ hiệu chuẩn hơn, Delmer đã thiết kế máy đo độ ẩm trực tuyến đầu tiên. Hệ thống đo độ ẩm trực tuyến này sử dụng bóng bán dẫn để đo độ ẩm. Delmer cuối cùng đã rời khỏi xưởng cưa và vào năm 1965, thành lập Wagner Electronics (ngày nay được gọi là Wagner Meters), chuyên chế tạo máy đo độ ẩm trực tuyến cho ngành công nghiệp gỗ.

Hầu như tất cả các máy đo độ ẩm gỗ cầm tay trên thị trường cho đến cuối những năm 1980 đều là máy đo độ ẩm dạng chốt. Tuy nhiên, những máy đo độ ẩm không có chốt mới này vẫn khá lớn, khó hiệu chuẩn và quá nhạy cảm với điều kiện xung quanh. Do đó, thị trường máy đo độ ẩm dạng chốt phát triển mạnh, trong khi có rất ít máy đo không có chốt.

Vào những năm 1990, Wagner Meters đã bắt đầu phát triển máy đo độ ẩm gỗ không có chốt, khắc phục được những nhược điểm của máy đo không có chốt đang được bán trên thị trường. Dòng máy đo độ ẩm cầm tay không có chốt đầu tiên của Wagner Meters có mạch điện cải tiến sử dụng sóng điện từ, cho kết quả đo độ ẩm chính xác hơn.

Ngoài ra, mạch điện ít nhạy cảm hơn với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ gỗ. Wagner Meters cũng có thể giảm đáng kể kích thước của máy đo cầm tay so với những máy hiện có trên thị trường. Máy đo không có chốt từ các nhà sản xuất khác thường nặng ít nhất 10 pound. Máy đo độ ẩm ban đầu được thiết kế cho các xưởng cưa, nhưng Wagner Meters đã bổ sung thêm một máy được thiết kế riêng cho thợ mộc vào giữa những năm 1990.

Dòng máy đo độ ẩm Wagner không có chân ban đầu là loại analog. Dòng analog đã được thay thế bằng dòng máy đo độ ẩm kỹ thuật số không có chân vào đầu những năm 2000. Các máy đo này sử dụng bộ vi xử lý, do đó kích thước của máy đo cầm tay Wagner tiếp tục thu nhỏ. Vào thời điểm này, nhiều nghiên cứu đã xác nhận rằng Máy đo độ ẩm không chốt Wagner cung cấp số đo chính xác hơn máy đo độ ẩm có chốt.

Những nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng vì chúng bác bỏ giả định phổ biến rằng đồng hồ đo dạng chốt chính xác hơn đồng hồ đo không chốt. Các công nghệ cơ bản được sử dụng trong cả đồng hồ đo dạng chốt và không chốt vẫn không thay đổi. Ngày nay, hầu hết các tiến bộ trong đồng hồ đo độ ẩm gỗ đều tập trung vào các tính năng có giá trị gia tăng được nhúng trong đồng hồ đo và các dịch vụ liên quan.

Dòng máy đo độ ẩm gỗ kỹ thuật số không cần chốt Orion.

Kết quả là, Wagner dòng máy đo độ ẩm gỗ mới nhất, Orion®, bao gồm các tính năng mới, tinh vi giúp cuộc sống của người thợ mộc trở nên dễ dàng hơn.

Ví dụ, đồng hồ Orion là đồng hồ duy nhất trên thị trường có thể hiệu chuẩn tại chỗ bằng Bộ hiệu chuẩn theo yêu cầu được gửi kèm với mỗi đồng hồ Orion. Tất cả các đồng hồ cầm tay khác cần được gửi đến nhà sản xuất để hiệu chuẩn tại nhà máy, tốn thời gian và tiền bạc.

Một số tính năng giá trị gia tăng hữu ích nhất cải thiện việc thu thập và quản lý dữ liệu của đồng hồ đo. Kể từ khi biết điểm cân bằng độ ẩm (EMC) của vị trí đang sử dụng rất quan trọng trong việc bảo vệ gỗ khỏi những hư hại liên quan đến độ ẩm trong tương lai, chức năng của Orion 950 bao gồm tính toán EMC cho người dùng.

Đồng hồ đo không có chân sẽ thu thập nhiệt độ môi trường và độ ẩm tương đối mà nó sử dụng để tính toán EMC. Sau đó, EMC đó có thể được sử dụng làm "hàm lượng độ ẩm mục tiêu" cho dự án bạn đang thực hiện hoặc được sử dụng để dự đoán các kiểu sấy. Các phép tính EMC dựa trên đồng hồ đo độ ẩm giúp người dùng thoát khỏi sự phiền phức và không chắc chắn khi tự tính toán EMC.

Máy đo độ ẩm không có chân chính xác và đáng tin cậy hơn máy đo độ ẩm có chân

Trong khi máy đo độ ẩm dạng ghim và không ghim đều hoạt động dựa trên cách các đặc tính điện hoạt động trên gỗ, thì mỗi loại lại xem xét các đặc tính khác nhau. Nói một cách đơn giản, máy đo dạng ghim phản ứng với các đặc tính hóa học của gỗ, còn máy đo dạng không ghim phản ứng với trọng lượng riêng của gỗ.

Cả thành phần hóa học và mật độ của một mảnh gỗ đều khác nhau tùy theo loài gỗ. Đây là lý do tại sao cả hai máy đo đều cần điều chỉnh cho loài gỗ đang được đo để có được kết quả đo độ ẩm chính xác.

Theo FPL, một số vấn đề ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo là điều kiện thời tiết, tiếp xúc điện cực, nhiệt độ gỗ và kỹ năng của người vận hành. Nhiều vấn đề trong số này ảnh hưởng đến máy đo độ ẩm loại có chốt dễ dàng hơn so với máy đo không có chốt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng máy đo không có chốt thường chính xác và đáng tin cậy hơn máy đo điện trở.

Ví dụ, đồng hồ đo pin rất nhạy cảm với nhiệt độ gỗ, điều này có thể ảnh hưởng đến việc có được số đọc chính xác. Nếu nhiệt độ không khí lệch xa mốc đó theo bất kỳ hướng nào, người vận hành phải điều chỉnh số đọc của đồng hồ đo dựa trên nhiệt độ không khí chính xác tại nơi đo.

Điều chỉnh nhiệt độ gỗ chỉ là một cách mà kỹ năng chủ quan của người vận hành máy đo có thể tác động đến độ chính xác của máy đo ghim. Máy đo ghim cũng yêu cầu kỹ năng vận hành chính xác để đảm bảo cả hai điện cực được đóng đúng cách vào gỗ và đúng độ sâu. Nếu không căn chỉnh hoặc độ sâu thích hợp, các điện cực có thể không đo độ ẩm chính xác cho mức độ ẩm của điểm đó.

Kỹ năng quan trọng nhất của người vận hành khi lắp đặt máy đo độ ẩm không chốt là đảm bảo các tấm cảm biến nằm phẳng trên bề mặt gỗ.

Vì lý do này, đồng hồ đo không có chốt thường không sử dụng được trên củi. Mặt khác, trải nghiệm người dùng nhanh chóng và dễ dàng của đồng hồ đo chốt có nghĩa là thợ mộc thường lấy nhiều số đọc hơn so với đồng hồ đo không có chốt. Có nhiều dữ liệu về mức độ ẩm hơn cung cấp hình ảnh chính xác hơn về tình trạng độ ẩm của một lô gỗ.

Tải xuống miễn phí – Máy đo độ ẩm dạng ghim hay không ghim phù hợp hơn với bạn?

Lịch sử của máy đo độ ẩm gỗ: Từ thử nghiệm và sai sót đến một công cụ chế biến gỗ thiết yếu

Khi ngành công nghiệp gỗ phát triển nhanh chóng cùng với cuộc cách mạng công nghiệp trong thế kỷ 19, thì việc các nhà máy gỗ tìm cách đẩy nhanh quá trình sấy theo cách không phá hủy gỗ là điều hợp lý. Phương pháp thử và sai của họ, cùng với kiến ​​thức giai thoại về quá trình sấy khô theo thời tiết, đã giúp họ đổi mới.

Họ nhận ra cách lưu thông không khí giúp tối đa hóa sản lượng bằng cách cho phép sử dụng nhiệt độ thấp hơn để sấy gỗ. Họ thấy các loài gỗ khác nhau phản ứng như thế nào trong những hoàn cảnh tương tự. Những khám phá thực tế của họ là nền tảng của khoa học gỗ chính thức.

Máy đo Orion của Wagner Meters là máy đo độ ẩm gỗ không có chốt duy nhất có thể được hiệu chuẩn thực sự tại hiện trường thay vì phải gửi về nhà máy để hiệu chuẩn lại.

Nhờ sự nghiêm ngặt của quá trình nghiên cứu khoa học và học thuật, hiểu biết của chúng ta về các đặc tính vật lý và cơ học của gỗ đã được mở rộng đáng kể trong suốt thế kỷ 20. Thông qua nghiên cứu này, ngành công nghiệp đã có thể xác định được độ ẩm di chuyển qua gỗ như thế nào và độ ẩm quá mức ảnh hưởng tiêu cực đến gỗ ra sao.

Để hoàn thiện hơn, ngành công nghiệp gỗ đã sử dụng những đóng góp của khoa học về gỗ để phát triển các công cụ cần thiết để đo độ ẩm của gỗ, cả trực tiếp và gián tiếp, với độ chính xác cao.

Khi khoa học về gỗ tiết lộ nhiều hơn về sự tương tác giữa độ ẩm và điện bên trong gỗ, các nhà sản xuất máy đo đã sử dụng những tiến bộ này để thiết kế và chế tạo các máy đo độ ẩm có giá trị thương mại, đặc biệt là máy đo độ ẩm cầm tay.

Với máy đo độ ẩm gỗ cầm tay đáng tin cậy và chính xác, mọi thợ mộc, từ người vận hành xưởng gỗ đến người đam mê cuối tuần, đều có khả năng đưa ra quyết định sáng suốt về thời điểm gỗ sẵn sàng để thực hiện bước tiếp theo trong hành trình hướng tới mục đích sử dụng dự kiến. Là một công cụ mạnh mẽ như vậy, máy đo độ ẩm gỗ hiện là thiết bị chủ lực đối với hầu hết tất cả thợ mộc, điều này chỉ đặt ra câu hỏi tại sao chúng không được tất cả thợ mộc sử dụng.

Thật vậy, hiện nay bất kỳ ai cũng có thể truy cập thông tin chính xác về tình trạng độ ẩm của gỗ thông qua máy đo độ ẩm cầm tay, nên họ có trách nhiệm phải làm như vậy.

Tony Morgan

Tony Morgan là kỹ thuật viên cao cấp của Wagner Meters, nơi anh làm việc trong nhóm thử nghiệm sản phẩm, phát triển và dịch vụ khách hàng cũng như đào tạo về các sản phẩm đo độ ẩm. Cùng với 19 năm kinh nghiệm thực tế cho một số công ty điện tử, Tony có bằng Cử nhân Quản lý và bằng AAS về Công nghệ Điện tử.

Cập nhật lần cuối vào ngày 10 tháng 2025 năm XNUMX