تاريخ أجهزة قياس رطوبة الخشب

حتى قبل أن يتم فهم علم العلاقة بين الخشب والرطوبة بشكل جيد، كان على عمال النجارة أن يأخذوا في الاعتبار كيفية تأثير الرطوبة على المواد التي يصنعونها.

اليوم، بتنا نفهم جيداً خصائص الخشب الاسترطابية، وقد مكّنتنا هذه المعرفة من تصميم أجهزة قياس رطوبة الخشب التي توفر لنا بيانات قابلة للقياس حول حالة رطوبة قطعة الخشب. ومع تطور فهمنا الجماعي، تطورت أساليب الاختبار أيضاً.

يوجد اليوم نوعان رئيسيان من أجهزة قياس رطوبة الخشب اليدوية: ذات دبوس ودون دبوس. يعتمد كل منهما على خصائص كهربائية مختلفة تتأثر بكمية الرطوبة الموجودة في الخشب المراد قياسه، والتي سنتناولها بالتفصيل لاحقًا في هذه المقالة.

يكفي أن نقول حاليًا أن أجهزة القياس ذات الدبابيس تستخدم قطبين كهربائيين يشبهان المسامير يُغرسان في الخشب لقياس التيار المتدفق بينهما. أما أجهزة القياس بدون دبابيس فتستخدم ألواح استشعار مسطحة توضع على سطح الخشب لقياس سلوك الموجة الكهرومغناطيسية التي تُرسلها إلى داخل الخشب.

دون الخوض في علم كل نوع من أنواع أجهزة قياس الرطوبة، فإن الاختلافات الأكثر وضوحًا بينها هي ما تفعله بالخشب الذي يتم قياسه، ومدى سهولة استخدامها.

تترك عدادات القياس ثقوبًا في الخشب المراد قياسه. هذا يجعلها مفيدة لتقييم محتوى الرطوبة في الحطب أو قطع الخشب، حيث لا يؤثر ترك ثقوب متعددة سلبًا على سلامة هيكل المنتج النهائي أو جماله.

على النقيض من ذلك، لا تترك أجهزة القياس بدون دبابيس أي علامات مادية. ولا يمكن استخدامها إلا على الخشب المسطح، ويجب أن يبقى المستشعر بأكمله ملامسًا للخشب أثناء القراءة.

إن الحاجة إلى إدخال أو تثبيت الدبابيس تجعل استخدام أجهزة قياس الدبابيس أبطأ. فإدخال الدبابيس إلى العمق المناسب، وإزالتها، والتأكد من بقائها في حالة جيدة لأخذ القراءة، كل ذلك يستغرق وقتًا.

نتيجةً لذلك، عند تقييم حالة رطوبة قطعة أو دفعة كبيرة من الخشب، يتطلب الأمر استثمارًا كبيرًا من الوقت. والاحتمال الأرجح هو أن تأخذ قراءات أقل. الأول يُطيل الجداول الزمنية للمشروع وتكاليفه، بينما يعني الثاني أنك ستتخذ قراراتك بناءً على بيانات أقل.

يمكنك العمل بكفاءة أكبر باستخدام أجهزة القياس بدون دبابيس، لأنها تتطلب جهدًا بدنيًا أقل وليست عرضة للتلف مثل أقطاب الدبابيس.

لكن هذا هو واقعنا اليوم. تتمتع أجهزة قياس الرطوبة الكهربائية بتاريخ يمتد لما يقارب مئة عام. ومن المثير للاهتمام أنها لا تزال تعتمد على طريقة أقدم، وهي التجفيف في الفرن، للتحقق من دقتها. لفهم كيفية عمل أجهزة قياس رطوبة الخشب المحمولة اليوم، يجدر بنا التعمق في تطور التكنولوجيا التي تعتمد عليها.

طرق التجفيف بالفرن هي المعيار الذهبي لقياس رطوبة الخشب

أقدم طريقة استُخدمت لتجفيف الخشب هي التجفيف بالهواء أو "التجفيف الجوي". وهذا يستغرق وقتًا. وكان الخشب يُترك غالبًا لسنوات قبل استخدامه. وقد أدت المحاولات الأولى لتسريع عملية التجفيف إلى بناء أنواع مختلفة من "البيوت الجافة". كانت هذه هياكل بسيطة تُبنى فوق أقبية محفورة تحتوي على فرن من الطوب أو البلاط.

في الولايات المتحدة، لم يكن استخدام "البيوت الجافة" شائعًا، ويعود ذلك جزئيًا إلى مخاطر الحرائق الكبيرة التي كانت تُشكلها. أُجريت بعض التجارب باستخدام أنابيب البخار في خمسينيات القرن التاسع عشر، لكنها لم تُكتب لها النجاح. وفي نهاية المطاف، ظهرت أولى أفران تجفيف الأخشاب الناجحة، وهي غرف تجفيف مزودة ببعض العزل الحراري، في أنحاء الغرب الأوسط الأمريكي في سبعينيات القرن التاسع عشر.

من خلال التجربة والخطأ، اكتشف مشغلو الأفران أن تجفيف الخشب على درجات حرارة منخفضة مع دوران الهواء يُعطي نتائج أفضل من رفع درجة الحرارة. وفي نهاية المطاف، حظي نهج التجربة والخطأ الذي تتبعه الشركات الساعية إلى تقليل أوقات التجفيف مع تعظيم الإنتاج بدعم من العلماء والباحثين. ومن خلال البحث العلمي، بدأ الباحثون في اكتشاف مجموعة واسعة من الخصائص الفيزيائية للخشب والتحقق من صحتها. ومن بين اكتشافاتهم فهم البنية الخلوية والخصائص الكيميائية للخشب.

وبدوره، أدى هذا إلى فهم كيفية تأثير الاختلافات المادية بين أنواع الخشب، وحتى بين نفس الأنواع المزروعة في مواقع مختلفة، على عملية تجفيف الخشب.

ومن خلال تطور أبحاث الأخشاب، تمكن علماء الأخشاب من تطوير صيغة لتحديد محتوى الرطوبة في قطعة من الخشب كدالة لوزنها ويتم التعبير عنها كنسبة مئوية.

نسبة الرطوبة (MC) = (الوزن الرطب - الوزن الجاف) ÷ الوزن الجاف × 100

وبالتالي، توفر طريقة التجفيف بالفرن قياسًا مباشرًا لرطوبة قطعة الخشب. إذا كان لديك فرن لتجفيف الخشب، يمكنك وزن الخشب قبل وبعد دورة التجفيف فيه. ASTM D4442 (طريقة الاختبار القياسية لقياس محتوى الرطوبة المباشر للخشب والمواد القائمة على الخشب) تنص على أن التجفيف بالفرن يوفر "أعلى درجة من الدقة" وهو "المعيار المرجعي (الأساسي) لتحديد محتوى الرطوبة في الخشب والمواد القائمة على الخشب".

ونتيجة لذلك، يتم استخدام تجفيف الخشب بالفرن وفقًا لمعيار ASTM D4442 كنقطة مرجعية لمعايرة أجهزة قياس الرطوبة المحمولة لكل ASTM D4444 (طريقة الاختبار القياسية لتوحيد ومعايرة أجهزة قياس الرطوبة المحمولة في المختبر).

توفر مقاييس الرطوبة المحمولة قياسًا غير مباشر للرطوبة. ولأن الماء موصل للكهرباء، تجمع هذه المقاييس بيانات حول سلوك التيارات أو الموجات الكهربائية في قطعة خشب. تُستخدم هذه البيانات، إلى جانب بيانات أخرى ذات صلة، لحساب محتوى الرطوبة في الخشب.

تطور أجهزة قياس رطوبة الخشب الكهربائية

لقد أدركت البشرية منذ زمن طويل أن الخشب يحتوي على رطوبة؛ وأنه يجف ويعيد امتصاصه عند ملامسته للماء. في الواقع، عرف العلماء أيضًا العلاقة بين الماء والكهرباء منذ اللحظة التي تم فيها اكتشاف الكهرباء تقريبًا. وتحديدًا، عرفوا أن الماء يوصل الكهرباء، حتى لو كانت العملية الكيميائية المحددة التي تحدث في الماء حيث تسمح للشحنات الكهربائية بالمرور من خلاله قد تم توثيقها مؤخرًا.

أظهر الباحثون لأول مرة في أواخر عشرينيات القرن الماضي إمكانية استخدام الخصائص الكهربائية للخشب لقياس نسبة رطوبته. وكان من أوائل أجهزة قياس رطوبة الخشب الكهربائية المحمولة الموثقة جهازٌ من نوع "الوميض" ظهر عام ١٩٢٧. يحتوي هذا الجهاز على مصباح نيون موصول بمكثف كهربائي، ملامس للخشب. يمتص المكثف الشحنة الكهربائية المارة عبر الخشب، وعندما يكتمل شحنه، يضيء مصباح النيون لفترة وجيزة. وكلما زادت سرعة إعادة شحن المكثف، زادت سرعة وميض المصباح.

تعتمد سرعة إعادة شحن المكثف على مقدار المقاومة الموجودة في الخشب. وبما أن الرطوبة موصلة للكهرباء، فكلما زادت الرطوبة في الخشب، زادت سرعة شحن المكثف. أما إذا كانت مقاومة الخشب عالية (رطوبة منخفضة)، فإن المصباح سيومض ببطء.

خلال السنوات العشر التالية، طُوِّر نوع جديد من أجهزة قياس الرطوبة الكهربائية: جهاز قياس الأنبوب المفرغ. استخدم هذا الجهاز فولتميتر أنبوبي مفرغ كجزء من دائرة جسر ويتستون، التي تستخدم مقاومة لقياس الرطوبة على الخشب المراد قياسه. يُعدّ جهاز قياس الأنبوب المفرغ السلف المباشر لأجهزة قياس الرطوبة المقاومة المستخدمة اليوم.

بحلول منتصف أربعينيات القرن العشرين، أصبحت أجهزة قياس الرطوبة من نوع الدبابيس متوفرة تجارياً. وكانت تعمل (ولا تزال تعمل) عن طريق قياس تدفق التيار الكهربائي بين مجسات مغروسة في الخشب. وكما هو الحال مع أجهزة القياس القديمة من نوع الوميض، فإن زيادة التيار المتدفق بين المجسات تعني زيادة الرطوبة في الخشب.

يتميز الخشب الجاف، الذي يفتقر إلى الرطوبة اللازمة لتوصيل الكهرباء، بمقاومة عالية جدًا، مما يؤدي إلى مرور تيار كهربائي ضئيل للغاية. وقد استخدمت بعض أجهزة قياس الرطوبة القديمة ذات الدبابيس أربعة مجسات، بينما لا تتطلب أجهزة قياس الرطوبة الحديثة ذات الدبابيس سوى مجسين.

خلال هذه الفترة التي بدأت فيها أجهزة قياس المقاومة الكهربائية بالانتشار في الأسواق، كان الباحثون يستكشفون أيضًا كيفية استخدام الخصائص العازلة لقياس رطوبة الخشب. فالمواد العازلة هي مواد عازلة، لكن المجال الكهربائي قادر على المرور عبرها واستقطابها. وقد أسفر هذا البحث في نهاية المطاف عن نوعين آخرين من طرق اختبار رطوبة الخشب، يعتمدان على مبدأين عازلين مختلفين.

دون الخوض في تفاصيل الهندسة الكهربائية، يستخدم هذان النوعان من أجهزة قياس العزل الكهربائي موجات الراديو لقياس مستويات الرطوبة. يقيس جهاز قياس فقد الطاقة مقدار الطاقة الكهرومغناطيسية المفقودة، والتي ترتبط بمستويات الرطوبة. أما جهاز قياس الرطوبة السعوي، فيقيس مقدار الطاقة الكهربائية التي يمكن للخشب تخزينها. والقاسم المشترك بينهما عمليًا هو أنهما لا يتطلبان دبابيس لاختراق سطح الخشب.

بدلاً من ذلك، يستخدمون ألواح استشعار تُصدر ترددات لاسلكية عبر الخشب. كان مختبر منتجات الغابات التابع لدائرة الغابات بوزارة الزراعة الأمريكية قد طوّر جهازًا لقياس رطوبة الخشب يعمل بتقنية السعة الكهربائية، لكنه لم يكن متوفرًا تجاريًا. في ذلك الوقت، كان العديد من المصنّعين يبيعون أجهزة قياس الرطوبة ذات الدبابيس.

العصر الحديث لأجهزة قياس رطوبة الخشب الكهربائية

بحلول أوائل الستينيات، كان هناك نوع واحد شائع من أجهزة قياس الرطوبة يعتمد على فقد الطاقة في السوق. خلال هذه الفترة، كان ديلمر فاغنر، مؤسس شركة فاغنر ميترز، يعمل في منشرة أخشاب في ريدموند، أوريغون. ومثل غيرها من المناشر، كانت تستخدم جهازًا كبيرًا وغير عملي لكشف الرطوبة مصنوعًا من أنابيب مفرغة من الهواء.

في عام 1963، طوّر ديلمر أول جهاز كشف رطوبة مدمج يستخدم الترانزستورات، مما جعله أصغر حجماً وأكثر موثوقية وأسهل في المعايرة. وفي عام 1965، أسس شركة فاغنر للإلكترونيات (المعروفة اليوم باسم فاغنر ميترز)، والتي صنعت أجهزة قياس الرطوبة المدمجة لصناعة الأخشاب.

لعقود طويلة، كانت جميع أجهزة قياس رطوبة الخشب المحمولة تقريبًا من نوع المقاييس ذات الدبابيس. أما المقاييس عديمة الدبابيس المتوفرة آنذاك فكانت كبيرة الحجم، ويصعب معايرتها، وحساسة للغاية للظروف المحيطة، لذا ازدهر سوق المقاييس ذات الدبابيس في حين كان عدد المقاييس عديمة الدبابيس قليلًا جدًا.

طرحت شركة فاغنر أول جهاز قياس رطوبة الخشب بدون دبابيس، وهو جهاز L600، عام 1980. تستخدم أجهزة القياس هذه تقنية الموجات الكهرومغناطيسية، وهي أقل حساسية لدرجة حرارة المحيط والخشب. في أوائل التسعينيات، طورت فاغنر أجهزة قياس يدوية أصغر حجماً بدون دبابيس، مصممة خصيصاً لعملاء الأرضيات الخشبية وأعمال النجارة الذين يحتاجون إلى فحص الأخشاب بسرعة.

أضافت عدادات فاغنر في وقت لاحق شاشات عرض رقمية ومعالجات دقيقة، واستمرت العدادات في التصغير. دراسات الدقة وقد وجدوا أن أجهزة القياس بدون دبابيس من Wagner يمكنها تقديم قراءات أكثر دقة من أجهزة القياس ذات الدبابيس، مما يتحدى الافتراض الشائع بأن أجهزة القياس ذات الدبابيس أكثر دقة.

لم تتغير التقنيات الأساسية المستخدمة في كل من أجهزة قياس رطوبة الخشب ذات الدبابيس وتلك التي لا تحتوي عليها. واليوم، تركز معظم التطورات في أجهزة قياس رطوبة الخشب على الميزات ذات القيمة المضافة المدمجة في هذه الأجهزة والخدمات ذات الصلة.

فاغنر أوريون^® صف من أجهزة قياس رطوبة الخشب يتضمن ميزات تجعل حياة النجارين أسهل.

على سبيل المثال، يمكن معايرة أجهزة قياس أوريون في الموقع باستخدام جهاز المعايرة عند الطلب الذي يأتي مع كل جهاز قياس، بدلاً من إرسالها مرة أخرى إلى المصنع لإعادة المعايرة، الأمر الذي يكلف وقتًا ومالًا.

تُحسّن بعض الميزات ذات القيمة المضافة الأكثر فائدة من عملية جمع البيانات وإدارة العداد. معرفة محتوى الرطوبة المتوازن (EMC) للموقع الذي سيتم فيه استخدام الخشب أمر حيوي لمنع تلف الرطوبة، لذلك يقوم جهاز Orion 950 بحساب EMC نيابة عنك.

يقيس الجهاز درجة الحرارة المحيطة والرطوبة النسبية، ويستخدمهما لحساب محتوى الرطوبة المتوازن (EMC). ويمكن استخدام هذا المحتوى كقيمة مستهدفة للرطوبة في المشروع الذي تعمل عليه، أو للتنبؤ بأنماط التجفيف. تُغني حسابات محتوى الرطوبة المتوازن باستخدام جهاز قياس الرطوبة المستخدمين عن عناء حساب محتوى الرطوبة المتوازن بأنفسهم وما يصاحبه من عدم يقين.

أثبتت أجهزة القياس بدون دبابيس أنها أكثر دقة وموثوقية من أجهزة قياس الرطوبة من النوع الدبوسي

يعتمد كل من مقياس الرطوبة ذي الدبابيس والمقياس بدون دبابيس على الخصائص الكهربائية للخشب، لكنهما يقيسان خصائص مختلفة. ببساطة، تتأثر قراءات مقياس الرطوبة ذي الدبابيس بالتركيب الكيميائي للخشب، بينما تتأثر قراءات المقياس بدون دبابيس بكثافته (وزنه النوعي).

يختلف كل من التركيب الكيميائي والكثافة باختلاف الأنواع. ولهذا السبب، يتطلب كلا الجهازين معايرةً وفقًا للنوع المراد قياسه للحصول على قراءة دقيقة للرطوبة.

بحسب شركة FPL، تشمل بعض العوامل المؤثرة على دقة قراءة العداد: الأحوال الجوية، وتلامس الأقطاب الكهربائية، ودرجة حرارة الخشب، ومهارة المشغل. وتؤثر هذه العوامل بشكل أكبر على عدادات الرطوبة ذات الأقطاب مقارنةً بالعدادات عديمة الأقطاب. وقد أظهرت الدراسات أن العدادات عديمة الأقطاب غالبًا ما تكون أكثر دقة وموثوقية من عدادات المقاومة (ذات الأقطاب).

فعلى سبيل المثال، تُعد أجهزة قياس درجة حرارة الخشب حساسة للغاية لدرجة حرارة الخشب. فعندما تكون درجة حرارة الخشب أعلى أو أقل بكثير من حوالي 70 درجة فهرنهايت، يتعين على المشغل تصحيح القراءات وفقًا لدرجة حرارة الخشب.

يُعدّ ضبط درجة حرارة الخشب أحد العوامل التي تؤثر فيها مهارة مُشغّل جهاز القياس على دقة قياسه. كما تتطلب أجهزة القياس مهارة مُشغّل دقيقة لضمان إدخال كلا القطبين في الخشب بشكل صحيح وبالعمق المطلوب. فبدون ضبط المحاذاة أو العمق المناسبين، قد لا يقيس القطبان الرطوبة بدقة في تلك البقعة.

إن أهم مهارة يجب أن يمتلكها المشغل عند تركيب مقياس الرطوبة بدون دبابيس هي ببساطة التأكد من أن لوحات المستشعر موضوعة بشكل مسطح على سطح الخشب.

لهذا السبب، لا تُستخدم أجهزة قياس الرطوبة بدون دبابيس عادةً مع الحطب أو أنواع الخشب الخشنة وغير المستوية. إضافةً إلى ذلك، ولأن هذه الأجهزة سريعة وسهلة الاستخدام، فإن النجارين عادةً ما يأخذون قراءات أكثر بها مقارنةً بأجهزة قياس الرطوبة ذات الدبابيس، مما يُعطي صورةً أدقّ لحالة رطوبة الخشب.

تاريخ أجهزة قياس رطوبة الخشب: من التجربة والخطأ إلى أداة أساسية في النجارة

مع نمو صناعة الأخشاب بوتيرة متسارعة مع الثورة الصناعية خلال القرن التاسع عشر، كان من المنطقي أن تسعى مصانع الأخشاب إلى إيجاد طرق لتسريع عملية التجفيف بطرق لا تُتلف الخشب. وقد ساعدتهم منهجيتهم القائمة على التجربة والخطأ، إلى جانب معرفتهم المتناقلة بالتجفيف الجوي، على الابتكار.

أدركوا كيف يُسهم دوران الهواء في تعظيم الإنتاج من خلال السماح باستخدام درجات حرارة منخفضة لتجفيف الأخشاب. ولاحظوا كيف تتفاعل أنواع مختلفة من الأخشاب في ظروف متشابهة. وشكلت استكشافاتهم العملية أساسًا لعلم الأخشاب الرسمي.

بفضل البحث العلمي والأكاديمي الدقيق، توسّع فهمنا للخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخشب بشكل ملحوظ خلال القرن العشرين. ومن خلال هذا البحث، تمكّنت الصناعة من تحديد كيفية انتقال الرطوبة عبر الخشب، وكيف تؤثر الرطوبة الزائدة سلبًا عليه.

وفي إطار استكمال الدائرة، استخدمت صناعة الأخشاب مساهمات علم الخشب لتطوير الأدوات اللازمة لقياس نسبة الرطوبة في الخشب، بشكل مباشر وغير مباشر، بدرجة عالية من الدقة.

مع تطور علم الأخشاب واكتشاف المزيد عن التفاعل بين الرطوبة والكهرباء في الخشب، استخدم مصنعو أجهزة القياس هذه التطورات لبناء أجهزة قياس رطوبة قابلة للتطبيق تجارياً، وخاصة أجهزة القياس المحمولة باليد.

بفضل أجهزة قياس رطوبة الخشب المحمولة الموثوقة والدقيقة، أصبح بإمكان كل نجار، من صاحب مصنع الأخشاب إلى الهاوي في عطلة نهاية الأسبوع، اتخاذ قرارات مدروسة بشأن الوقت المناسب لاستخدام الخشب في المرحلة التالية من رحلته نحو الاستخدام المقصود. لقد أصبحت أجهزة قياس رطوبة الخشب أداة أساسية للعديد من النجارين، والآن بعد أن أصبح الحصول على معلومات دقيقة عن الرطوبة بهذه السهولة، لم يعد هناك سبب يُذكر للعمل بدونها.

تسوق أجهزة قياس الرطوبة من أوريون

آخر تحديث في 9 أكتوبر 2026