Hvorfor én træfugtmåling kan vildlede

De fleste uenigheder om træfugt på en byggeplads handler ikke om, hvorvidt måleren virkede. De handler om, hvad tallet betød. Denne artikel gennemgår, hvad den uafhængige forskning siger om at måle træfugt med elektrisk modstand, og hvad der ændrer sig, når elektroderne bliver siddende og rapporterer kontinuerligt. Den handler om metoden, ikke om nogen bestemt måler.

Den korte version. En måler eller sensor måler elektrisk modstand; fugtindholdet estimeres ud fra den. Fire ting afgør, hvor meget estimatet kan bære: træets temperatur, dets art eller produkt, hvor elektroderne sidder, og tid - én måling holdt op imod historikken omkring den.

Modstanden er reel; fugtindholdet er et estimat

Et modstandsinstrument måler én ting direkte: den elektriske modstand mellem to elektroder. Fugtindholdet på displayet er et estimat, frembragt af en omregningskurve, der forudsætter en træart, en temperatur og en fugtfordeling. En måling kan derfor vildlede, uden at instrumentet har fejlet - målingen var gyldig, men en af forudsætningerne bag omregningen holdt ikke.

Når forudsætningerne holder, er estimatet godt. Modstanden stiger stejlt, når træet tørrer - så stejlt, at den praktiske nedre grænse for en modstandsmåler ligger omkring 6-7 % fugt, og at dens brugbare område rækker til cirka 30 %; under fibermætning falder logaritmen af modstanden næsten lineært, når fugten stiger. Alfred Stamm beskrev sammenhængen i 1927 og angav også nøjagtigheden: på træ med ensartet fugt og kendt temperatur inden for cirka ét procentpoint. Et spansk kalibreringsstudie af ti løvtræarter fra 2012 nåede samme plus/minus ét point og tilføjede den sætning, der betyder noget: den forventede fejl gælder kun, når træstykket er fuldt konditioneret, og dets temperatur er nøjagtigt kendt og kompenseret for. Fysikken tillader ét point. Det følgende er listen over de forudsætninger, der tager det fra én.

Temperatur

Varmt træ leder bedre end koldt træ ved samme fugt. Det finske forskningscenter VTT målte i den største uafhængige test af fugtmålere (22 instrumenter, cirka 2.700 prøver fra syv lande) korrektionen til cirka 0,1-0,15 procentpoint fugt pr. grad celsius. Forest Products Laboratorys tommelfingerregel er den samme i andre enheder: ledningsevnen fordobles groft sagt for hver 10 °C. Regnet igennem bærer en måling på et element ved 5 °C i februar sammenlignet med én ved 25 °C i juli en forskel på to til tre point, som intet har med vand at gøre. Det er mere end hele den nøjagtighed, metoden kan tilbyde, og det er grunden til, at en sensor, der ikke også måler temperaturen samme sted - Tectors sensorer måler den i luften umiddelbart over træet, som en stedfortræder for træets egen temperatur - ikke kan korrigere for den.

Træart, oprindelse og limtræ

Forskellige træarter leder forskelligt ved samme fugt. For nordamerikanske arter sætter Forest Products Laboratory korrektionen til normalt under to point; på tværs af et bredere udvalg viser en almindelig kalibreringstabel, der inddeler træarter i grupper, at den samme modstandsmåling svarer til fugtindhold cirka seks point fra hinanden mellem grupperne. Oprindelsen betyder også noget: VTT fandt, at kurverne for fyr fra Finland, Sverige, Norge og Tyskland lå tæt på hinanden, mens strandfyr fra Frankrig afveg tydeligt; et tidligere sydafrikansk studie fandt, at målere kalibreret til en europæisk fyrreart ikke gav den krævede nøjagtighed på radiatafyr og strandfyr dyrket dér. Limede produkter er deres eget tilfælde. En newzealandsk test af LVL-konstruktionstræ fandt, at en ukorrigeret modstandsmåler læste cirka seks til syv point for højt, idet en aflæsning på 20 svarede til reelle 13 %, og tilskrev afvigelsen limen. Læren for CLT og limtræ er ikke et tal; det er, at omregningskurven skal høre til det produkt, der måles.

Den samme modstand, aflæst på tre træartskurver, giver tre fugtindhold. Skematisk.

Hvor stifterne sidder

Stiftelektroder slås i fra den ene side, og Forest Products Laboratorys referenceværk om fugtmålere er præcist om, hvad de så måler: praktisk talt hele strømmen løber gennem det vådeste lag træ, der har kontakt med begge stifter, normalt lige ved spidserne, og er det vådeste træ ved den ene stift tørrere end ved den anden, begrænser det tørreste af de to steder strømmen og sætter aflæsningen. Afstanden mellem stifterne har ingen praktisk betydning. Målingen beskriver altså forholdene ved spidserne, i den dybde de blev slået til, ikke et gennemsnit af stykket - og det gør dybden til en beslutning, ikke en detalje. For træ, der har tørret jævnt, placerer laboratoriets regel stifterne i en fjerdedel til en femtedel af tykkelsen, hvor fugten ligger tæt på tværsnittets gennemsnit. Isolerede stifter, kun blottet ved spidsen, findes, fordi overflader vildleder: på træ, der er vådt af regn eller dug, læser uisolerede stifter overfladefilmen i stedet for træet, og selv isolerede stifter fejler, når frit vand følger med dem ned i hullet.

At måle hen over en gradient i stedet for i en valgt dybde opfører sig anderledes igen. Stamm tørrede et stykke sitkagran, til overfladen lå på 2,8 % fugt over en kerne på 25 %, og målte så gennem tykkelsen: stykket havde et gennemsnit på næsten 20 %, men læste 7,7 %, fordi lagene i den opstilling ligger i serie, og de tørreste dominerer. Det er en advarsel om overfladeelektroder hen over en tørregradient, ikke om stifter, og det er endnu en grund til, at modstandsmetoden bruger stifter i en defineret dybde. BYG-ERFA tilføjer resten af listen: mål flere steder, fordi fugten varierer inden for samme stykke; placer elektroderne på langs ad fibrene; hold afstand til endetræ, knaster og søm og skruer; og regn med, at salte vildleder. Bladets egne eksempler er brandimprægneret fyr, der læste 23 % på en modstandsmåler mod 16 % ved vejning og tørring, og tøsalt, der gav en aflæsning på 34 %.

Laboratorium mod byggeplads

Lægger man det sammen, er afstanden mellem metodens nøjagtighed og en målers nøjagtighed ingen overraskelse. VTTs resultat for modstandsmålere var plus/minus 1,5-2,5 point på velkonditioneret materiale i laboratoriet og plus/minus 2-5 point i industrien. I det typiske tilfælde lå 45-50 % af aflæsningerne inden for ét point fra ovntørringsværdien. Under cirka 10 % fugt havde alle modstandsmåleres aflæsninger tendens til at drive, og BYG-ERFA giver praktikerens version for håndholdte stiftmålere: nøjagtigheden er typisk op til 10 % afvigelse fra måleværdien. Forest Products Laboratorys liste over det, der begrænser nøjagtigheden, har elleve punkter, og de fleste handler om situationen og operatøren snarere end instrumentet: træart, densitet, fugtfordeling, tykkelse, temperatur, elektrodekontakt, fiberretning, kemikalier, vejr, prøvens størrelse og omhuen eller færdigheden hos den, der holder måleren.

Der gemmer sig to forskellige tal i det her, og begge er ærlige. Et instruments opgivne nøjagtighed beskriver apparatet under specificerede betingelser: konditioneret træ, kendt temperatur, den rigtige kalibreringskurve. Usikkerheden på et estimat på en byggeplads lægger alt det ovenstående oveni - træart, gradienter, montering og imprægnering. Når en specifikation og et feltstudie ser ud til at modsige hinanden, svarer de som regel på de to forskellige spørgsmål.

Hvad en tidsserie kan - og ikke kan

Fastgør nu elektroderne i træet i en kendt dybde, mål temperaturen samme sted, brug en kurve for det pågældende produkt, og mål kontinuerligt. De punkter på listen, der stammer fra selve målesituationen, bliver konstanter: samme position, samme dybde, samme fiberretning, samme kontakt, ingen operatør, intet vejr på stifterne. Det er det, en fast tidsserie udelukker - den variation, en håndholdt stikprøve tilføjer, hver gang nogen måler.

Den gør ikke det absolutte tal rigtigt. Kalibreringen skal stadig passe til træarten eller produktet, en fugtgradient gennem elementet betyder, at målingen beskriver den dybde, elektroderne sidder i, snarere end hele tværsnittet, imprægnering og salte forskyder stadig aflæsningen, og træ ved samme luftfugtighed indeholder stadig lidt mere fugt under udtørring end under opfugtning. Det ligger i den absolutte værdi, uanset om sensoren er fast eller håndholdt. Det, en tidsserie ændrer, er, hvilket spørgsmål data kan besvare pålideligt.

To fund forklarer hvorfor. Forskere ved Lunds Universitet, som byggede små modstandssensorer til permanent montering i trækonstruktioner, fandt, at ændringer i fugtindholdet i den enkelte prøve blev fulgt mere præcist end den absolutte værdi, og at metoden var brugbar op til cirka 50 % fugt, selv om den absolutte fejl voksede over 20 %. Et dansk studie fra DTU i 1990 af fugtmåledybler af træ, efterladt i konstruktioner i årevis, pegede samme vej: en faldende fugtmåling blev regnet som det pålidelige tegn på, at en konstruktion er under udtørring. Ingen af fundene gør tendensen ufejlbarlig - modstanden flytter sig også med temperatur, elektrodekontakt og kemi, så en tendens er kun så troværdig som temperaturkorrektionen og monteringens stabilitet bag den. Er de på plads, kan ændringer over tid som regel læses med større sikkerhed end det absolutte estimat.

Entreprenøren på Færøernes første CLT-bygning opdagede det i praksis. Teamet begyndte med stikprøver med håndmåler ved siden af de monterede sensorer og droppede dem så: sensorerne gav det samme svar kontinuerligt, og de daglige målinger gik direkte ind i det kvalitetssikringssystem, der afgjorde, hvornår det var sikkert at isolere eller male.

Standarderne bag metoden

Intet af dette er eksotisk, men standarderne er smallere, end de ofte citeres. DS/EN 13183-2 standardiserer modstandsmetoden til at estimere fugtindholdet i savet træ, i groft sagt området 7-30 %, med ovntørringsreferencen i DS/EN 13183-1 og kapacitetsmetoden i DS/EN 13183-3. EN 14081-1 dækker styrkesorteret konstruktionstræ med rektangulært tværsnit og kræver, at producentens fugtmålere kalibreres årligt. Ingen af standarderne dækker permanent monitorering, CLT eller andre limede produkter som sådan - dér gælder den samme fysik, men kalibreringen skal høre til produktet. En beskrivelse kan stadig nævne standarderne for det, de dækker, og stille de spørgsmål, der betyder noget for ethvert produkt: hvordan der korrigeres for temperatur og træart, i hvilken dybde elektroderne sidder, og hvor ofte der måles. Hvordan Tectors sensorer er specificeret, herunder deres måleområde og de betingelser, tallene gælder under, står på sensorsiden; forskellen på en punktmåling og et overvåget element er beskrevet i Tector mod fugtmålere.

Kilder

• Stamm, A. J. (1927). The Electrical Resistance of Wood as a Measure of Its Moisture Content. Industrial and Engineering Chemistry 19(9), 1021-1025.
• James, W. L. (1988). Electric Moisture Meters for Wood. USDA Forest Products Laboratory, General Technical Report FPL-GTR-6.
• Forsén, H. og Tarvainen, V. (2000). Accuracy and Functionality of Hand Held Wood Moisture Content Meters. VTT Publications 420.
• Fernández-Golfín, J. I. m.fl. (2012). Curves for the estimation of the moisture content of ten hardwoods by means of electrical resistance measurements. Forest Systems 21(1), 121-127.
• Simpson, I. (2015). Moisture Meter Correction Factors. Scion, New Zealand Forest Research Institute.
• BYG-ERFA (99) 21 06 17, Fugtmåling i træ og tagkonstruktioner.
• Fredriksson, M. m.fl. (2013). Small resistive wood moisture sensors: a method for moisture content determination in wood structures. European Journal of Wood and Wood Products 71, 515-524.
• Fugtmåledybler (1990). Instituttet for Husbygning, Danmarks tekniske Højskole.
• EN 13183-1/-2/-3 og EN 14081-1 (i Danmark DS/EN).