АНАЛИЗ СУШИЛЬНО-ВЕСОВОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

 

ANALYSIS OF DRYING-WEIGHT METHOD MOISTURE DETERMINATION OF WOOD

 

Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е., Удачина О.А. (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)

Gorokhovsky A.G., Shishkina E.E., Udachina O.A. (The Ural state forest university)

 

Рассмотрен вопрос о точности определения влажности сушильно-весовым методом при её контроле в процессе и после сушки пиломатериалов.

The question of the accuracy of the moisture drying-weigh method for its control during and after drying of lumber.

 

Ключевые слова: древесина, влажность,  точность взвешивания.

Keywords:  wood, moisture, accuracy of weighing.

 

При реализации сушильно-весового метода, согласно ГОСТ 16588-91 [1] рекомендуемая точность взвешивания образцов составляет 0,1 г, хотя в более ранней редакции этого ГОСТа [2] точность взвешивания составляла 0,01 г. Чем объяснить изменение точности взвешивания на порядок, неясно.

Оценим приблизительно точность сушильно-весового метода. Согласно физико-техническому определению [3], абсолютная влажность древесины определяется по формуле, %:

                                           (1)

где mв – масса влажной древесины, г; mс – масса абсолютно сухой древесины, г.

По теории ошибок из (1) получим:

,          (2)

где  ΔW, Δmв, Δmc – предельные погрешности определения влажности, массы влаги и массы сухой части материала.

При определении mв и mc c одинаковой точностью из (2) получаем:

.                                            (3)

В большинстве случаев первоначально известна масса влажной древесины (до сушки) mw, поэтому нам необходимо получить зависимость Δm от mw:

при  .                                                                                     (4)

Используя (1) и (3) после несложных преобразований получим аналитическую зависимость предельной погрешности определения массы влаги и массы сухого древесного вещества от массы влажной древесины, ее влажности и от предельной погрешности определения влажности:

.                                       (5)

 

При равных доверительных вероятностях результатов определения влажности, масс влаги и сухого древесного вещества из (5) получаем:

,                                      (6)

где  Sm – допустимая среднеквадратическая  погрешность определения  массы влаги и массы сухого древесного вещества;

       Sw – допустимая среднеквадратическая погрешность определения  влажности W образца влажной древесины массой mw.

Согласно требованиям ГОСТ 16588 – 91 [1] и РТМ [4] секции влажности получают поперечным распиливанием доски, причем толщина их должна находиться в пределах 10 – 12 мм. В табл. 1 приведены расчетные значения массы секций влажности для различных сечений пиломатериалов. Из данных табл. 1 следует, что масса образцов может колебаться в очень широких пределах: от 5 до 120 г для различных сечений пиломатериалов при, соответственно, различной влажности.

 

Таблица 1 - Расчетные значения массы секций влажности (порода – сосна, ρб = 400 кг/м3, толщина образца h = 10 мм)

№ п/п

Сечение пиломатериала, мм

Объем образца, см3

Масса образца (г) при  влажности, %

0

10

20

30

60

1

16 × 75

12,0

4,8

5,28

5,76

6,24

7,68

2

19 × 100

19,0

7,6

8,36

9,12

9,88

12,16

3

22 × 125

27,5

11,0

12,1

13,2

14,3

17,6

4

25 × 150

31,25

12,5

13,75

15,0

16,25

20,0

5

32 × 150

48,0

19,2

21,12

23,04

24,96

30,72

6

40 × 150

60,0

24,0

26,4

28,8

31,2

38,4

7

50 × 200

100,0

40,0

44,0

48,0

52,0

64,0

8

60 × 225

135,0

54,0

59,4

64,8

70,2

86,4

9

75 × 250

187,5

75,0

82,5

90,0

97,5

120,0

При этом совершенно очевидно, требуемая точность определения массы также будет различной. На рис. 1 приведены зависимости требуемой точности определения массы (при взвешивании секций влажности), из которых следует, что требуемая точность взвешивания в значительной степени зависит от массы образца. Так при изменении массы от 5 до 100 грамм (т.е. в 20 раз) требуемая точность изменяется в 40 раз. При этом следует отметить, что увеличение влажности образца при фиксированной массе существенно повышает требования к точности определения последней.

 

Рисунок 1 - Требуемая точность определения массы при взвешивании секций влажности (Sw = 0,125 %)

при влажности:  1 – 0 %; 2 – 10 %; 3- 20 %; 4 – 30 %; 5 – 60 %.

 

В табл. 2 приведены ожидаемые значения точности определения влажности древесины сушильно-весовым методом.

 

Таблица 2 - Точность определения влажности древесины сушильно- весовым методом  в зависимости от точности взвешивания

№ п/п

Сечение, мм

Требуемая точность взвешивания (при Sw =            = 0,125 %)

Точность определения влажности   древесины, %, при

Sm = 0,1 г

Sm = 0,01 г

Sw, %

ΔW, %

Sw, %

ΔW, %

1

16 × 75

0,00375

3,33

± 40,0

0,333

± 4,0

2

19 × 100

0,0059

2,12

± 25,0

0,212

± 2,5

3

22 × 125

0,0086

1,45

± 17,5

0,145

± 1,75

4

25 × 150

0,01

1,25

± 15,0

0,125

± 1,5

5

32 × 150

0,0156

0,8

± 9,63

0,08

< ± 1,5

6

40 × 150

0,019

0,66

± 7,95

0,066

< ± 1,5

7

50 × 200

0,032

0,39

± 4,7

0,039

< ± 1,5

8

60 × 225

0,0432

0,29

± 3,49

0,029

< ± 1,5

9

75 × 250

0,06

0,21

± 2,53

0,021

< ± 1,5

 

Анализируя данные табл. 2 можно констатировать следующее:

- точность взвешивания 0,1 г, которая регламентирована ГОСТ 16588 – 91 [1] позволяет получить в какой-то степени приемлемую точность определения влажности древесины только для секций влажности крупных сечений пиломатериалов. При этом точность оказывается приемлемой только для IIIII категории качества сушки;

- точность взвешивания 0,01 г, которая была регламентирована                   ГОСТ 16588 – 79 [2], позволяет получить требуемую I категорией качества сушки точность определения влажности для большинства сечений пиломатериалов. Исключение составляют достаточно мелкие сечения при толщинах пиломатериалов 16, 19 и 22 мм;

- точность определения влажности для пиломатериалов мелких сечений возможна за счет повышения массы секций влажности указанных сечений. Этого можно добиться за счет увеличения толщины секций. Пример реализации такого подхода приведен в табл. 3. Из данных табл. 3. следует, что достигаемое увеличение массы образцов (секций влажности) позволяет ограничить точность взвешивания 0,01 г для всех сечений пиломатериалов.

 

Таблица 3 - Возможное повышение точности определения влажности древесины сушильно-весовым методом

№ п/п

Сечение пиломатериалов, мм

Толщина секции, мм

Объем секции, см3

Масса

секции, г

(при W=60%)

Требуемая точность взвешивания, г,         (при Sw  =  0,125%)

1

16 × 75

30

36

23,04

0,011

2

19 × 100

20

38

24,3

0,012

3

22 × 125

15

41,25

26,4

0,0132

 

Необходимо также отметить, что величина Sm также должна быть принята 0,01 г. Регламентированная ГОСТ 16588 – 91 [1] допускаемая разница двух последних взвешиваний 1 % ничем не обоснована, т.к. даже при массе образца 20 г она составляет 0,2 г. При такой ее величине точность определения влажности будет многократно превышать сами ее абсолютные значения.

При определении влажности древесины партии (обычно штабеля) пиломатериалов важнейшим является вопрос о количестве образцов (секций влажности) по которым эта влажность будет определяться. РТМ [4] рекомендует брать 9 досок из различных по скорости просыхания зон штабеля и выпиливать из них 18 секций влажности.

При известном количестве наблюдений, доверительный интервал измеряемой величины определяется по формуле [5]:

                                                        (7)

где  S – среднеквадратическое отклонение; t – критерий Стьюдента; n – количество наблюдений.

В табл. 4 приведены значения доверительных интервалов для контролируемой влажности.

 

Таблица 4 - Доверительный интервал для контролируемой влажности (количество наблюдений – 18)

Категория качества сушки

S, %

Уровень значимости

Доверительный интервал, %

Уровень значимости

Доверительный интервал, %

I

II

III

I*

II*

1,0

1,5

2,0

0,5

0,67

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

± 0,49

± 0,74

± 0,99

± 0,25

± 0,33

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

± 0,68

± 1,02

± 1,35

± 0,34

± 0,45

Примечание:  I* и II* - категории качества сушки с учетом рекомендаций, приведенных в [6, 7]

 

Данные табл. 4 позволяют заключить, что:

- даже при 1 % - ном уровне значимости доверительный интервал очень невелик – он составляет для всех случаев приблизительно

- рекомендуемое РТМ [4] количество наблюдений (секций влажности) при метрологических характеристиках применяемых методов является достаточным.

Список использованных источников

1. ГОСТ 16588-91 (ИСО 4470-81). Пилопродукция и деревянные детали. Методы определения влажности. –  М.: Изд-во стандартов, 1992.

2. ГОСТ 16588-79. Пиломатериалы и заготовки. Методы определения влажности. –  М.: Изд-во стандартов, 1979.

3. Уголев Б.Н. Древесиноведение с  основами лесного товароведения. – М.: Лесн. пром-сть, 1975. -384 с.

4. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины // ЦНИИМОД, Изд-во «Правда Севера», Архангельск, 1985. -143 с.

5. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки. – М.: Лесн. пром-сть, 1984. -232 с.

6. Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е., Удачина О.А. Повышение качества сушки пиломатериалов. – Екатеринбург: УГЛТУ, 2010. -136 с.

7. Гороховский А.Г. Технология сушки пиломатериалов на основе моделирования и оптимизации процессов тепломассопереноса в древесине: автореф. дисс. … докт. техн. наук. -СПб: СПбГЛТА, 2008.- 40 с.