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 II – III 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.