木材干燥窯及其主要設備—木材干燥檢測控制設備
木材干燥檢測控制設備
鋸材干燥過程中介質的狀態（如溫度和濕度）、木材的含水率是基本的測控對象。為使干燥過程的正確實施，要借助一些儀表進行測量，以便加以控制。
1、手動控制檢測設備
目前，我國的木材干燥過程人工控制仍占有一定比例，尤其是中小型木材加工企業，人工控制的比例較大。
⑴溫度檢測儀表
a、玻璃溫度計
玻璃溫度計是利用玻璃管內（毛細管）的液體（水銀、酒精）受熱而均勻膨脹的原理測量溫度。下班溫度計按結構可分為棒式、內標式和外標式三種；按形狀分有直形、90°角形和135°角形。干燥窯通常采用有金屬保護的內標式90°角形玻璃溫度計。
玻璃溫度計的優點是：使用方便，穩定可靠，價格便宜。其缺點是：不能遙測，熱惰性較大，精度低，讀取時易產生誤差。
b、雙金屬溫度計
雙金屬溫度計屬固體膨脹式溫度計，具有一定的耐振性能，可用來測量氣體或液體的溫度。它采用疊焊在一起的雙金屬片測量元件。當溫度變化時，因兩種金屬的線膨脹系數不同，而使金屬片彎曲，彎曲的程度與溫度高低成比例。
這種溫度計的優點是：數值讀取方便、直觀。其缺點是：誤差較大。
c、電阻溫度計
電阻溫度計由熱電阻、導線和測量電阻值變化的儀表組成。它具有精度高，測量距離遠和容易實現多點測量等優點，應用很廣泛。這種儀表的測量范圍是-200℃—+500℃。其原理是導體或半導體材料的電阻值隨溫度不同而變化，因此，用電阻溫度計測量溫度，實際上就是測量熱電阻的電阻值。
d熱電高溫計
熱電高溫計是根據熱電效應制成的。它由熱電偶、測量儀表和導線組成，具有精度高、測量范圍廣，便于遠距離和多點測量的優點，應用十分廣泛。
⑵測量濕度的儀表
測定氣體介質濕度的方法很多，有露點法、溫差法、介質平衡含水率法等，在人工控制的鋸材干燥窯中使用最多的是溫差法，即使用最廣泛的測濕計是干濕球溫度計。這種干濕球溫度計是由兩支精度相同的溫度計組成（見圖8-46）其中一支溫度計的感溫部分用紗布套包上，紗布套的末端浸在水槽中。此溫度計稱濕球溫度計（簡稱濕球）。由于水分蒸發需要熱量，所以濕球溫度計的高度比相鄰的溫度計（干球溫度計，簡稱干球）低。而水分蒸發快慢與周圍介質的溫度有直接關系。若溫度計周圍介質越干燥（即濕度越低），則濕球紗布套上水分蒸發越快，由于蒸發消耗熱量，則使濕球溫度計的高度降低，即干、濕球的溫度差值越大。根據干、濕球溫度差值就可以從濕度表中查得介質的相對濕度。
圖8-46 干濕球溫度計
⑶木材含水率測定儀
鋸材干燥過程除了用烘干稱量法精確地測定木材含水率以外，為快速得到測量結果，常采用各種電測方法確定木材含水率。屬于這類儀表的有電阻式含水率、電容式含水率計、介電式含水量水率計、高頻含水及微波測濕儀等，其中尤以電阻式含水率計應用最廣。圖8-47為較典型的便攜式電阻式含水率儀，其特點是重量輕，攜帶方便，測定快捷，顯示直觀。其缺點是不能對干燥中的木材進行在線測量，基本上僅對干燥后出窯的木材進行含水率的測定，圖8-48為木材干燥窯用含水率在線測定儀。該儀器除能在檢測干燥窯內木材含水率外，可檢測干濕球溫度，且根據要求可打印出多時間段的干濕球溫度和木材的含水率。
這些儀表的特點是能快速測定木材的含水率，但由于木材的電學性能和木材的其它性能指標一樣，不僅取決于其含水率，而且與木材的密度、生物學構造及測量時環境條件等有關，所以測量尚不夠精確，而且常常要根據上述條件指標對儀表讀數加以修正。例如木材的電阻一般只在含水率25—35%以下時與含水率成明顯的線性關系，所以電阻式含水率計測定范圍一般只能在30%以下，有一定的局限性。盡管如此，由于其測量快速，準確度尚能滿足工業要求，在生產中仍得到廣泛應用。
便攜式電阻式含水率儀受結構等原因限制，只能測定距表面層一定濃度木材的含水率。當木材較厚時，較難測得木材的平均含水率。圖8-49為高頻含水率測定儀。該測定儀可不受木材厚度的影響，快速地測定木材的含水率。其缺點是無溫度修正檔。
圖8-47便攜式電阻式含水率儀
圖8-48干燥窯用含水率在線測定儀 圖8-49高頻含水率測定儀
2、自動控制設備
人工控制不僅工人的勞動強度大，勞動條件差，而且，由于某些工人知識水平和責任心的限制，木材干燥質量也往往得不到保證，為了把工人從枯燥繁瑣的手工操作中解放出來，為確保木材的干燥質量，提高經濟效益，節約寶貴的木材，木材干燥過程實行自動控制非常必要。
⑴控制儀
目前，木材干燥自動控制儀分為兩大類，一類為儀表控制，另一類為程序控制，這兩類的性能差別較大，后一類的性能較好，使用也較廣泛。
a、儀表自動控制儀
圖8-50為意大利INCOMAC公司生產的儀表自動控制儀外觀圖。儀表控制儀由于沒有微處理器硬件軟件支持，而只作簡單的顯示和簡單的開關量輸出。其主要特點是：電路復雜，體積大，控制簡單；執行工藝簡單，無法實現模糊工藝控制。
圖8-50 Incomac儀表自動控制儀
b、程序自動控制儀
木材干燥程序自動控制儀是一種選用當今先進的微處理器及外圍電路，根據實際采集到的窯內干球溫度介質濕度，木材含水率的數據。實時地自動控制多種執行器件（如加熱電動閥、噴蒸或噴霧電磁閥、進排氣電機等）的動作。程序自動控制儀可根據事先設定的工藝基準進行控制，控制精度高，從而保證木材的干燥質量，最大限度地降低干燥成本。
圖8-51為南京林業大學干燥技術研究所研制的半自動控制程序控制儀面板圖。根據干燥窯內的含水率，人工設定多含水率階段的干燥基準，控制儀即可將干燥窯內的介質狀態維持在設定的水準。
圖8-51 半自動程序控制儀面板圖
圖8-52全自動程序控制儀
圖8-52為INCOMAC公司生產的全自動程序控制儀外觀圖。該控制儀內存貯了上百個干燥基準。操作工只要根據被干燥樹種、厚度等要素選擇基準號，則控制儀即會自動地根據被干木料的含水率狀態調整干燥介質的參數，直至干燥結束。在整個干燥過程中，無需人工干預。該控制儀的優點是：自動化程度高，最大限度地減少了人工消耗。其缺點是：木材的性質千差萬別，即使是同一種樹種的木材，材性差異及含水率等差異依然存在，由于無需人工干預，因此，為了保證被干木材的干燥質量，干燥基準勢必較軟，故干燥周期相應較長。
⑵介質溫度測量裝置
在木材干燥作業中使用的干燥介質濕度測量方法有兩種，一種為前述的干濕球溫度計法，另一種平衡含水率法。圖8-53為平衡含水率法測介質濕度的裝置，該裝置由平衡含水率試片（木片或紙片）。試片夾持架，導線及轉換儀表等組成。其測量原理是系統平衡含水率試片的含水率來了解介質的平衡含水率，即用平衡含水率試片的含水率來代表干燥介質的平衡含水率。該套裝置中，平衡含水率試片是核心，試片的濕敏度將直接影響到整個裝置測量介質溫度的準確度。
圖8-53 用平衡含水率法測介質濕度的裝置
平衡含水率法與干濕球溫度計法相比，具有以下優點：
A安裝方便。不需水槽及其它自來水設施。
B反映直觀。顯示讀數直接反映了介質濕度狀況。
其缺點是：
A精度低。因其本質是用電測法測量試片的含水率，再用試片的含水率來代表介質的溫度。電測法測量含水率存在一定的誤差，再加上試片的濕敏性也存在一定的誤差，因此平衡含水率測量法的精度較低。
B平衡含水率試片為專用試片，一旦缺貨，將影響工廠的生產。
3、執行元件
a、電磁閥
電磁閥靠電磁鐵的動作控制閥門。當線圈接通電源時，產生勵磁作用，鐵芯被吸引，通過閥桿拉動閥芯，開啟閥門，電磁閥有常開型和常閉型之分。電磁閥主要用于噴蒸管的控制。
b、電動閥
電動閥靠微型電機的動作控制閥門。它由微型電機、減速機構、轉換機構和閥門等主要部分組成。接通電源時，電機旋轉，經減速后，通過轉換機構和聯接器把電機出軸的轉動變成為閥桿的直線運動。電機旋轉方向不同，閥心的動作方向也不同，從而可自動打開或關閉閥門。電動閥可實現比例調節，電動閥主要用于加熱器的控制。
c、電動執行機構
電動執行機構（伺服電機、排濕電機）由微型電機和減速機構組成，電動執行機構主要用于進排氣道的控制。
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