Comparative testing of two alternating current methods for determining wood moisture content in kiln conditions

Abstract

Abstract Research into the possibility of applying the electric impedance spectrometry (EIS) method and the dielectric capacitance method (DECM) simultaneously above fibre saturation point (FSP) and in harsh kiln conditions has been relatively scarce. In the framework of this research, tests were carried out on the operational reliability of the measuring capacitor (MEC) prototype used for calibrating the DECM in the harsh internal climate (50°C and 98% RH) of the kiln. Condensation of water vapor on MEC plates, leakage of MEC insulators and the emergence of static electric charges on MEC plates were studied. Quantitative ranges were found for MEC performance-disrupting effects on the parasitic capacities induced by each effect. The DECM was found to be less reliable than the EIS method for application in harsh kiln conditions. Secondly, under the same test conditions and for the same wood species (birch), the possibilities of the DECM method and the EIS method were comparatively modeled with the predetermined Rozema quality criterion of ±1.75% MC for predicting the moisture content (MC) of birch wood above FSP. It was found that, under the same test conditions, the DECM method proved more accurate than the EIS method for predicting birch wood MC above FSP. Based on the tests, it was concluded that DECM can be used in practice by applying a non-destructive method to reliably determine the average moisture content of a wood batch immediately prior to commencing the wood-drying process. Kokkuvõte Selles artiklis uuriti kahte erinevat vahelduvvoolu meetodit puidu niiskussisalduse määramiseks. Dielektrilise mahtuvusmeetodi (lühidalt mahtuvusmeetod) korral asetatakse puit, mille niiskussisaldust määratakse, omavahel, ja ühtlasi uuritavast puidust elektriliselt isoleeritud metallplaatide vahele. Moodustub nn. mõõtekondensaator, milles puit täidab dielektriku rolli. Plaatide vahelise elektrimahtuvuse mõõtmiseks rakendatakse plaatidele vahelduvpinge. Puidu niiskussisaldus muudab dielektriku (antud juhul puidu) elektrilisi omadusi, ning seetõttu muutub ka mõõtekondensaatori elektrimahtuvus, mis mõõdetakse ja seostatakse mõõtemudelis ehk kalibreerimismudelis puidu niiskussisaldusega. Teise vahelduvvoolu meetodi, elektrilise impedantsi spektromeetria meetodi korral antakse vahelduvpinge otseselt puitu sisestatud roostevabast terasest või süsinikkiust nõelelektroodidele, ja mõõdetakse puidu elektrilist kogutakistust (impedantsi), seejärel koostatakse vastav mõõtemudel puidu niiskussisalduse määramiseks. Elektrilise impedantsi spektromeetria ja mahtuvusmeetodi kasutamise võimalusi on üheaegselt üle kiu küllastuspunkti puidu niiskussisaldustel ja puidukuivati karmides kliimatingimustes suhteliselt vähe uuritud. Selle uurimuse raames tehti mahtuvusmeetodi kalibreerimiseks kasutatud mõõtekondensaatori prototüübi töökindluse katsetused puidukuivati karmi sisekliima (50°C ja 98% RH) tingimustes. Uuriti veeauru kondenseerumist mõõtekondensaatori plaatidel, plaatide isolaatorite lekkimist ja staatiliste elektrilaengute tekkimist plaatidel. Mõõtekondensaatori töökindlust häirivate efektide jaoks leiti iga efekti poolt esile kutsutud parasiitmahtuvustele kvantitatiivsed vahemikud. Leiti, et mahtuvusmeetod on puidukuivati karmides kliimatingimustes kasutamiseks vähem töökindel kui elektrilise impedantsi meetod. Samuti modelleeriti võrdlevalt samades katsetingimustes ja sama puuliigi (kask) korral mahtuvusmeetodi ja elektrilise impedantsimeetodi võimalusi etteantud Rozema kvaliteedikriteeriumiga ±1.75% kasepuidu niiskussisalduse ennustamiseks üle puidu kiu küllastuspunkti niiskussisaldustel. Samades katsetingimustes osutus kasepuidu niiskussisalduse ennustamisel üle kiu küllastuspunkti puidu niiskussisalduste piirkonnas mahtuvusmeetod täpsemaks kui elektrilise impedantsi meetod.