مقالة منهجية

قياس بخاخ الرذاذ الحجم من الفوهات الزراعية عن طريق الليزر حيود

19K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/54533

⸱

سبتمبر 16, 2016

 , 
1Aerial Application Technology Research Unit, USDA ARS

في هذه المقالة

ملخص

نقدم بروتوكولات لاستخدامها في قياس حجم رذاذ قطرات من فوهات الزراعية المستخدمة في التطبيقات الكيميائية الزراعية استنادا الجوية والبرية. وقد وضعت هذه الأساليب تعرض لتوفير متسقة وقابلة للتكرار البيانات حجم القطيرات على حد سواء بين الدول وداخل المختبر، عند استخدام أنظمة الحيود ليزر.

الملخص

عند اتخاذ أي طلب من أي مواد حماية المحاصيل مثل مبيدات الحشائش أو المبيدات الحشرية، يستخدم قضيب مجموعة متنوعة من المهارات والمعلومات لجعل التطبيق بحيث تصل المواد إلى الموقع المستهدف (أي النبات). المعلومات الهامة في هذه العملية هو حجم القطيرات التي فوهة خاصة رذاذ، رذاذ الضغط، والجمع بين الحل رذاذ يولد، وحجم القطيرات يؤثر إلى حد كبير فعالية المنتج، وكيف يتحرك رذاذ من خلال البيئة. الباحثين ومصنعي المنتجات عادة ما تستخدم أجهزة حيود الليزر لقياس حجم رذاذ قطرات في أنفاق الرياح المختبر. العمل المقدم هنا يصف الأساليب المستخدمة في إجراء قياسات حجم رذاذ قطرات بمعدات حيود الليزر لسيناريوهات كلا الأرض وتطبيق الجوي التي يمكن استخدامها لضمان بين الدول وداخل المختبر الدقة مع التقليل من التحيز أخذ العينات المرتبطة بنظم حيود الليزر. الحفاظ على قياس النقدي ديمواقف وتدفق الهواء المتزامنة في جميع مراحل عملية الاختبار هو المفتاح لهذه الدقة. في الوقت الحقيقي تحليل نوعية البيانات أمر بالغ الأهمية لمنع الاختلاف الزائد في البيانات أو إدراج غريبة من بيانات خاطئة أيضا. وتشمل بعض القيود المفروضة على هذه الطريقة فوهات الرش غير نمطية، حلول رذاذ أو تطبيق الشروط التي تؤدي إلى تيارات الرش التي لا تفتيت بالكامل ضمن مسافات قياس مناقشتها. التكيف الناجح لهذه الطريقة يمكن أن يوفر طريقة فعالة للغاية لتقييم أداء الكيماويات الزراعية فوهات رش تحت مجموعة متنوعة من البيئات التشغيلية. كما ناقش محتملة لاعتبارات التصميم التجريبية التي يمكن تضمينها لتعزيز وظيفة من البيانات التي تم جمعها.

المقدمة

عند اتخاذ أي تطبيق المبيدات الزراعية، والاهتمامات الأساسية وضمان أقصى قدر من الفعالية البيولوجية مع تقليل أي حركة بعيدا عن الهدف وما يرتبط بها من الأثر البيئي الضار أو غيرها من الأضرار البيولوجية غير المستهدفة. واحدة من العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند إنشاء أي بخاخ، قبل تطبيق، هو حجم القطيرات، التي طالما تم الاعتراف بها باعتبارها واحدة من المعلمات الابتدائية التأثير الكلي رذاذ الترسيب، وفعالية، والانجراف. في حين أن هناك عددا من العوامل الأخرى التي يحتمل أن تؤثر ترسب الرش والانجراف، حجم القطيرات هي واحدة من أسهل لتغيير لتناسب احتياجات سيناريو تطبيق معين. ويتأثر حجم القطيرات من أي فوهة الرش الزراعية من قبل عدد من العوامل بما في ذلك، ولكن ليس على سبيل الحصر، نوع فوهة، فوهة حجم الفوهة، وضغط الرش وحل رذاذ الخصائص الفيزيائية. مع التطبيقات الجوية، وتأثير إضافي من القص الهواء الناتج عن السرعة الجوية للطائرة وتوجه فوهة نسبة إلى أن airshear، يسبب تفكك الثانوية من الرش ترك فتحات 1. مع كل هذه العوامل، تواجه تطبيقها مع المهمة الصعبة المتمثلة في إجراء التحديد فوهة المناسبة والقرارات الإعداد التشغيلية التي تؤمن أن يتم استيفاء جميع المبيدات التسميات وأن ينتج عن ذلك من حجم رذاذ قطرات هو من النوع الذي ترسب على هدف وفعالية بيولوجية تتم المحافظة مع التقليل بعيدا عن الهدف الحركة. والهدف من هذه الطريقة هو توفير معلومات واضحة وموجزة عن حجم القطيرات الناتجة عن مختلف مجموعات العوامل المؤثرة لدعم القرارات التنفيذية قضيب و.

في حين أن هناك عددا من الأدوات المتاحة لقياس حجم القطيرات من البخاخات، والقياسات من فوهات رش الكيماويات الزراعية وعادة ما تكون إما حيود الليزر، والصور، أو مرحلة دوبلر استنادا 2. أساليب التصوير ومرحلة دوبلر المعتمدة على أساليب الجسيمات المضادة وحيدة،وهذا يعني أن المناطق الصغيرة في سحابة الرذاذ وتركز على، مع الجزيئات الفردية التي يجري قياسها 3. في حين طرق حيود الليزر تأخذ على قياس الفرقة، وهذا يعني توزيع مجموعة من الجسيمات تقاس بسرعة 3. في حين أن هذه الأساليب تختلف من حيث المبدأ، مع الإعداد السليم والاستخدام، نتائج مماثلة يمكن الحصول على 4. وقد تم اعتماد أساليب الليزر الحيود على نطاق واسع من قبل المجتمع التطبيقات الزراعية نظرا لسهولة الاستخدام، والقدرة على قياس سرعة ارتفاع عدد المرشات كثافة واسع نطاق القياس الحيوي. كما تم إجراء قياس الفرقة، واجتياز واحد من سحابة الرذاذ من خلال خط القياس هو كل ما هو مطلوب لحجم القطيرات مركب من رذاذ بأكمله. وهذا يسمح لتقييم كفاءة من حجم القطيرات من عدد كبير من فوهات الرش ومجموعات المعلمة التشغيلية. وبالمقارنة، فإن أساليب الجسيمات المضادة واحدة تركز بالضرورة على أصغر بكثير مناطق خفة دمهين سحابة الرذاذ من أجل التقاط الجزيئات الفردية، وهذا يعني أن مواقع القياس متعددة يجب تقييم والجمع للعودة مركب النتيجة. وهذا يتطلب مزيدا من الوقت والجهد وحل رذاذ لتقييم سحابة الرذاذ واحد من الطرق المعتمدة على حيود الليزر. زيادة حجم الرش المطلوب يمكن أن يمثل مشكلة كبيرة إذا كان يتم اختبار المبيدات الفعلية نتيجة لزيادة تكاليف المواد المستخدمة وتكاليف التخلص منها. ومع ذلك، فإن أساليب الجسيمات المضادة وحيدة تقدم ميزة توفير عينة الزمنية، وذلك لأنها قياس عدد قطرات في وحدة الزمن يمر حجم العينة، في حين حيود الليزر يوفر عينة المكاني قياس يتناسب عدد قطرات داخل حجم معين 5. وجميع السرعات قطرة داخل معين رذاذ نفسه، فإن طرق تقديم نتائج متطابقة. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم أنظمة الرش وترتبط السرعات قطرةلقطيرة الحجم، مما أدى إلى وجود تحيز مع طرق أخذ العينات المكانية 6.

التغلب على هذا التحيز المكاني من قياسات حيود الليزر من خلال منهجية اختبار المناسبة هو جزء هام من تقييم رذاذ حجم القطيرات من فوهات الرش الزراعية (4). يتم تقليل التحيز المكاني عند اختبار فتحات في تيار الهواء المتزامنة من 13 م / ثانية، ومع موقع قياس تقع على مسافة مناسبة من فوهة، كما ان الجمع بين هذه المعايير النتيجتين في السرعات قطيرة متجانسة في جميع أنحاء رش السحابة 4. وعلاوة على ذلك، فإن التحيز المكاني صغير (5٪ أو أقل) لاختبار فوهة الجوي بسبب السرعات العالية المتزامنة تقييم 7،8. لتحديد طريقة الاختبار الأمثل للحد من التحيز المكاني مع مرافق نفق الرياح المنخفضة والعالية السرعة الحالية لدينا، وسلسلة من فوهات المرجعية المستخدمة لتحديد التصنيفات حجم الرش الزراعي 9 تم تقييم لحجم القطيرات شالغناء كل من حيود الليزر وطرق التصوير 10. وأجريت تقييمات التحجيم تحت عدة مجموعات من سرعة الهواء المتزامنة وقياس المسافة (المسافة من فوهة خروج إلى نقطة القياس)، ممثل مجموعة التشغيلية للمرافق القائمة. وتمت مقارنة قياسات حيود الليزر إلى نتائج الصور لتحديد التحيز المكاني المحتملين والجمع الأمثل للقياس المسافة وتحديد السرعة الجوية المتزامنة لإجراءات التشغيل القياسية. وعلى مسافة قياس 30.5 سم والسرعة الجوية المتزامنة من 6.7 متر / ثانية لتقييم فوهات الرش الأرضي في نفق سرعة الرياح منخفضة خفض التحيز المكاني إلى 5٪ أو 10 أقل. تم الحصول على التحيزات المكانية من 3٪ أو أقل لتقييم فوهة الجوية في النفق بسرعة عالية، لجميع السرعات اختبار، وعلى مسافة قياس 45.7 سم (10). باستخدام هذه الأساليب القياسية، فإن الكتاب أيضا قادرة على إثبات أن المختبر إلى المختبر variabiيمكن أن يكون الحد الأدنى عنه lity، وتوفير لتتفق البيانات حجم القطيرات بين المختبرات 11.

وقد أجريت جميع التجارب حجم القطيرات أظهرت كجزء من هذا العمل في منشأة أبحاث رذاذ الانحلال وحدة USDA-ARS-جوي تطبيق تقنية البحوث. تم وضع نظام حيود الليزر المصب من فوهة في المسافات المحددة في قسم البروتوكول. لاختبار فوهة الأرض، وتكوين نظام حيود الليزر، باتباع إرشادات الشركة المصنعة، لدينا مجموعة حجم الديناميكي لل18-3،500 ميكرون عبر 31 صناديق 12. وعلى نحو مماثل للفوهة الجوية اختبار النظام تم تكوينها مع مجموعة حجم ديناميكية من 9 إلى 1750 ميكرون، كما عبر 31 صناديق 12. وأجريت تقييمات فوهة رذاذ مقرها الجوية في الهواء بسرعة عالية لمحاكاة الظروف الجوية التطبيق. تم اختبار فوهات الرش الأرضي في القسم الأكبر نفق الرياح مع سرعة الطيران المتزامنة واحدة للحد من سباللمحاكمة التحيز من حيود الليزر. الفوهات التي يجري اختبارها تمركزت المنبع من نظام حيود الليزر في المسافات المعطى في قسم البروتوكول. وقد شنت الفوهات على اجتياز خطي يسمح للعمود رذاذ يجب أن تجتاز عموديا من خلال منطقة القياس خلال دورة قياس معين. يصف بروتوكول لاختبار فوهة أرضية تجربة فحص ثلاث فوهات نموذجية في اثنين من الضغوط الرش بينما يصف اختبار فوهة الجوي تجربة فحص اثنين من فوهات الرش نموذجية في اثنين من الضغوط الرش وثلاثة السرعات. كلا السيناريوهين اختبار استخدام "نشطة على بياض" حل رذاذ، بدلا من الماء فقط، لتحاكي تأثير الحلول رذاذ العالم الحقيقي.

البروتوكول

1. الإعداد الأولي والمواءمة

  1. قبل أي اختبار، محاذاة مكونات النظام حيود الليزر باتباع الإرشادات المقدمة من قبل الشركة المصنعة لضمان وظائف النظام ونوعية البيانات المناسبة.
  2. اتبع احتياطات السلامة المناسبة المرتبطة استخدام الليزر من الفئة الثالث ألف تجنب التعرض المباشر وجها. الاستخدام السليم معدات الحماية الشخصية إذا كان يتم استخدام الحلول الفعالة رذاذ عنصر كيميائي.

2. الأرض فوهة الرذاذ تحجيم

  1. إعداد "على بياض النشط" من خلال إضافة 47.5 مل (يعكس معدل مزيج من 0.25٪ ت / ت) من غير أيوني السطحي 90٪ إلى 19 لتر من الماء ويمزج جيدا باستخدام قضيب ضجة في أجهزة اللاسلكي التدريبات. اعتمادا على كمية من الاختبار الذي يتعين القيام به، قد تكون هناك حاجة كميات أكبر من فارغة النشط.
  2. صب "نشط على بياض" رش الخليط في خزانات الضغط الفولاذ المقاوم للصدأ، وختم خزان وإرفاق خرطوم إدخال ضغط الهواء والمنتهية ولايتهخرطوم السائل تغذية فوهة الرذاذ.
  3. تأكد من أن المسافة بين منفذ فوهة ومنطقة القياس هي 30.5 سم (12 في) باستخدام شريط قياس. إذا كان كذلك، الاستمرار. إن لم يكن، وضبط عن طريق تحريك إما نظام حيود الليزر أو فوهة.
  4. تثبيت القياسية 110 درجة مروحة مسطحة فوهة مع # 05 فتحة (كما لاحظ فوهة XRC11005) في الجسم فوهة تعلق على نظام اجتياز. ضبط اتجاه فوهة بحيث محور طويل من فوهة مروحة مسطحة موجه عموديا في النفق ولكن إما الدورية فوهة ضمن حلقة متصاعدة على صمام الاختيار أو عن طريق تغيير موقف صمام الاختيار إذا لا يمكن أن تكون استدارة فوهة ل الموضع الصحيح.
  5. تشغيل نفق الرياح وضبط سرعة الطيران إلى 6.7 متر / ثانية عن طريق ضبط سرعة المروحة، والتأكيد على سرعة الطيران في النفق باستخدام مقياس شدة الريح السلك الساخن.
  6. ضبط ضغط الرش إلى 276 كيلو باسكال (40 رطل) عن طريق ضبط ضغط الهواء واردة باستخدام regu الضغط مضمنةlator. تأكيد الضغط باستخدام مقياس الضغط إلكتروني يتم تركيبه على الفور المنبع من فوهة الرذاذ.
  7. وضع فوهة في الجزء العلوي من النفق من خلال تفعيل وتشغيل اجتياز خطي إلى الأعلى الأكثر الموقف قبل البدء في عملية القياس.
  8. التأكد من أن جميع المعلمات التجريبية (فوهة، والضغط، حل، الخ) يتم تسجيلها بشكل صحيح في حيود الليزر برنامج تسجيل بيانات النظام عن طريق التأكد من المعايير المسجلة على النافذة واجهة معلمات العضو تطابق شروط الاختبار.
    ملاحظة: قد تختلف هذه البيانات المعلمة شاشة التسجيل عن طريق أداة حيود الليزر.
  9. الشروع في قياس إشارة عن طريق اختيار الرمز المرجعي القياس في برنامج التشغيل لحساب أي غبار أو الخلفية الجسيمات.
  10. الشروع في بدء دورة القياس. اعتمادا على نظام حيود الليزر المستخدمة، مطلوب بضع ثوان عادة إلى التركيز على استشعار قبل initiating عملية القياس.
  11. مرة واحدة يشير إلى نظام انها مستعدة لبدء عملية القياس، وتفعيل الرش عن طريق فتح صمام تغذية السائل على خزان الضغط. بمجرد بدأ رذاذ، وانخفاض فوهة من خلال شعاع الليزر باستخدام آلية اجتياز نحوه حتى يزول عنها سحابة الرذاذ بأكمله من خلال منطقة القياس. تنشيط الرش عن طريق إغلاق صمام تغذية السائل.
    ملاحظة: في نظام حيود الليزر المستخدمة من قبل المؤلفين، وعملية القياس الفعلية لا تبادر حتى رذاذ تمر عبر منطقة قياس يحقق تركيز بصري 0.5٪، واستمر حتى انقضاء الوقت المنقضي من 10-12 ثانية. وتختلف هذه الإعدادات عن طريق نظام حيود الليزر وإعدادات المستخدم.
  12. كرر الخطوات من 2،7-2،11 مدة لا تقل عن 3 مكررات. تحديد ما إذا كان هناك حاجة مكررات إضافية عن طريق حساب المتوسط ​​والانحراف المعياري للV0.1 D، D V0.5، وD v0.9 لمن مكررات ثلاثةوالتأكد من أن الانحراف المعياري هو 10٪، أو أقل من المتوسط. أداء مكررات إضافية حسب الحاجة لتلبية المعايير.
  13. ضبط ضغط الرش إلى 414 كيلو باسكال (60 رطل)، وكرر الخطوات 2،7-2،12.
  14. كرر الخطوات من 2،6 حتي 2،12 لكل تركيبة فوهة وضغطا إضافيا من الفائدة.
  15. تصدير وحفظ البيانات حجم القطيرات باستخدام طريقة المقدمة ضمن برنامج التشغيل.

3. الجوي فوهة الرذاذ تحجيم

  1. إعداد "نشطة على بياض" من خلال إضافة 47.5 مل من غير أيوني السطحي 90٪ إلى 19 لتر من الماء ويمزج جيدا باستخدام قضيب ضجة في أجهزة اللاسلكي التدريبات.
    ملاحظة: اعتمادا على كمية من الاختبار الذي يتعين القيام به، قد تكون هناك حاجة كميات أكبر من فارغة النشط.
  2. صب "نشط على بياض" مزيج الرش في خزانات الضغط الفولاذ المقاوم للصدأ، وختم خزان وإرفاق إدخال خرطوم ضغط الهواء وخرطوم السائل المنتهية ولايته تغذية فوهة الرذاذ.
  3. تأكد من أن المسافة بإلى صف منفذ فوهة ومنطقة القياس هو 45.7 سم (18 بوصة) باستخدام شريط قياس. إذا كان كذلك، الاستمرار. إن لم يكن، وضبط عن طريق تحريك نظام حيود الليزر المسافة المطلوبة من فوهة.
  4. تثبيت القياسية 20 درجة مروحة مسطحة فوهة مع فتحة رقم 15 (كما لاحظ فوهة 2015) في صمام الاختيار والجسم فوهة قسم اجتياز الطفرة عند مخرج نفق الرياح. تأكد من أن فوهة وضعه بشكل صحيح مع الجسم فوهة الموجهة أفقيا وموازية لتيار الهواء.
  5. تشغيل نفق منفاخ الرياح وضبط سرعة الطيران عند مخرج النفق إلى 53.6 متر / ثانية (120 ميلا في الساعة) وتأكيد سرعة باستخدام pitot أنبوب تعلق على مؤشر السرعة.
  6. ضبط ضغط الرش إلى 207 كيلو باسكال (30 رطل) عن طريق ضبط ضغط الهواء واردة باستخدام منظم ضغط المضمنة.
  7. وضع فوهة في المرتبة الأولى من اجتياز قبل الشروع في عملية القياس.
  8. التأكد من أن جميع المعلمات التجريبية (فوهة، والضغط،وتسجل حل، الخ) بشكل صحيح في حيود الليزر برنامج تسجيل بيانات النظام عن طريق التأكد من المعايير المسجلة على النافذة واجهة معلمات العضو تطابق شروط الاختبار.
    ملاحظة: قد تختلف هذه البيانات المعلمة شاشة التسجيل عن طريق أداة حيود الليزر.
  9. الشروع في قياس إشارة عن طريق اختيار الرمز المرجعي القياس في برنامج التشغيل لحساب أي غبار أو الخلفية الجسيمات.
  10. الشروع في بدء دورة القياس. اعتمادا على نظام حيود الليزر المستخدمة، مطلوب بضع ثوان عادة إلى التركيز على استشعار قبل الشروع في عملية القياس.
  11. مرة واحدة يشير إلى نظام انها مستعدة لبدء عملية القياس، وتفعيل الرش عن طريق فتح صمام تغذية السائل على خزان الضغط. بمجرد بدأ رذاذ، وانخفاض فوهة من خلال شعاع الليزر باستخدام آلية اجتياز نحوه حتى يزول عنها سحابة الرذاذ بأكمله من خلال منطقة القياس. ديتفعيل الرش عن طريق إغلاق صمام تغذية السائل.
    ملاحظة: في نظام حيود الليزر المستخدمة من قبل المؤلفين، وعملية القياس الفعلية لا تبادر حتى رذاذ تمر عبر منطقة قياس يحقق تركيز بصري 0.5٪، واستمر حتى انقضاء الوقت المنقضي من 5-7 ثانية. وتختلف هذه الإعدادات عن طريق نظام حيود الليزر وإعدادات المستخدم.
  12. كرر الخطوات من 3،7-3،11 مدة لا تقل عن 3 مكررات. تحديد ما إذا كان هناك حاجة مكررات إضافية عن طريق حساب المتوسط ​​والانحراف المعياري للV0.1 D، D V0.5، وD v0.9 لمن مكررات ثلاثة والتأكد من أن الانحراف المعياري هو 10٪، أو أقل من المتوسط. أداء مكررات إضافية حسب الحاجة لتلبية المعايير.
  13. كرر الخطوات من 3،4 حتي 3،12 لكل فوهة إضافية، وضغط، والتوجه فوهة والجمع بين السرعة الجوية من الفائدة.
  14. تصدير وحفظ البيانات حجم القطيرات باستخدام طريقة المقدمة داخل العاملة بهاftware.

النتائج

ويمكن التعبير عن البيانات الناتجة من هذا الأسلوب في مجموعة متنوعة من الأشكال، اعتمادا على تفضيل المستخدم والقدرات التشغيلية للنظام حيود الليزر. وعادة ما يتم تقديم هذه البيانات على أنها مؤامرة من حجم المرجحة توزيع حجم القطيرات (الشكلان 1 و 2) مقاييس أو الوصفي، وحجم القطيرات (الجدولين 1 و 2). ويمكن بعد هذه النتائج أن تستخدم لدراسة تأثير التغيرات في فوهة أو المعلمات التشغيلية لديها على ينجم عن ذلك من حجم رذاذ قطرات.

درسنا نوعين مختلفين من فوهات الرش الجوي، سواء مع نفس حجم فتحة ولكن مع زوايا مروحة رذاذ مختلفة. مع هذه الفتحات الهوائية اثنين، ونحن أيضا بفحص تأثيرات ضغط الرش والسرعة الجوية على حجم القطيرات. دراسة فوهة 2015 تعمل عند ضغط رذاذ من 207 كيلو باسكال ومقارنة weig حجمتوزيعات hted الناتجة من نفس فوهة يجري تشغيلها في 53.6 متر / ثانية مقابل 71.5 متر / ثانية السرعة، ويبدو واضحا على الفور أن أعلى السرعات النتائج في تحول دراماتيكي في التوزيعات الإضافية والمتراكمة نحو أقطار قطرة صغيرة (الشكلان 1 و 2) وهو نتيجة لزيادة تفكك قطرات الرذاذ على سرعة أعلى. في حين أن تمثيل رسومي للنتائج توفير التمثيل المرئي للغاية من نتائج، والقيم الكمية المستمدة من هذه التوزيعات هي أكثر عملية لمجموعات البيانات الكبيرة. وتشمل مقاييس نموذجية حجم القطيرات المستخدمة في البحوث الرش الزراعي V0.1 D، D V0.5 وD القيم v0.9 ل، والتي تتوافق مع أقطار قطرة مثل أن 10 و 50 و 90٪ (على التوالي) من حجم الرش ويرد في قطرات من قطرها ما يساوي أو أقل. هذه البيانات هي نفسها تلك التي تظهر في التوزيعات الرسومية، ولكن توفر أكثر ملاءمة FOrmat للتعبير عن البيانات. وبمقارنة البيانات لكل من فوهات الرش 2015 و 4015 في كل الضغوط وجميع السرعات الثلاث، الاتجاهات العامة ويمكن ملاحظة (الجدول 1). في 4015 النتائج مسطحة فوهة المروحة في أحجام قطرات أصغر من عام 2015 على نفس الضغط والسرعة، وكما يتضح من أقطار أصغر حجم بالوزن (V0.1 D، D V0.5، وD v0.9 ل) والزيادة في الحجم الكلي للرذاذ تتكون من قطرات من 100 ميكرون أو أقل. D V0.1، V0.5 D و D v0.9 لهي أقطار قطرة مثل أن 10 و 50 و 90٪، على التوالي، من وتتألف حجم الرش الكلي للقطرات من قطرها ما يساوي أو أقل. هذا هو نتيجة لزاوية زيادة مروحة رذاذ رؤية المزيد من تفكك في الحواف الخارجية للزاوية مروحة السائلة. ضمن نفس نوع فوهة ورذاذ الضغط، انخفاض جميع مؤشرات حجم القطيرات مع زيادة السرعات، ومرة ​​أخرى نتيجة لزيادة تفكك قطرات في highe السرعات ص. وينظر إلى ظاهرة مثيرة للاهتمام مع فوهات الرش الجوي عند النظر في آثار ضغط الرش داخل كل مجموعة فوهة وسرعة الطيران. كل شيء المتبقية على قدم المساواة، كما يزيد من الضغط، لذلك لا حجم القطيرات 11. يحدث هذا بسبب انخفاض في الفرق السرعة النسبية بين السائل الخروج من فوهة وتيار الهواء المحيطة بها، كما يزيد خروج سرعة السائل مع تزايد الضغط (الجدول 1) 13.

وعند النظر إلى النتائج من فتحات الأرض والضغوط رذاذ اختبار، وأثر من نوع فوهة على حجم القطيرات مهم مع TTI11003 مما أدى إلى احجام التي هي أكثر من ضعف أن XRC11003 وأحجام AI11003 قطرة الوقوع في منتصف الآخر اثنين (الجدول 2). داخل كل نوع فوهة، وآثار الضغط ويمكن ملاحظة مع أحجام قطرات تناقص مع زيادة الضغط رذاذ.

معشوقة = "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> figure-results-1
الشكل 1. توزيع تزايدي حجم القطيرات ل20 درجة مروحة رذاذ مسطحة الجوي فوهة مع فتحة # 15 تعمل في 207 كيلو باسكال وفي سرعة الطيران من 53.6 متر / ثانية. ويمثل المنحنى الأزرق توزيع المرجحة حجم التدريجي الذي يوفر النسبة المئوية لل اجمالى حجم رذاذ الواردة في قطرات الوقوع مع مجموعة من كل بن قياس مقاسا نظام حيود الليزر. المنحنى الأحمر هو نفس البيانات، ولكن ممثلة على النحو البيانات التراكمية. يسمح البيانات التراكمي للأقطار الحجم المرجح محددة لنسبة معينة من إجمالي حجم الرش يتم تحديدها. كما هو موضح في الشكل، لحصلت قطر D حجم V0.5، وتحديد مكان نقطة 50٪ على منحنى التراكمي وقطر قطرات المرتبطة يدل على أن يرد 50٪ من إجمالي حجم الرش في dropl رذاذخدمات الاختبارات التربوية قطرها 551 ميكرون أو أصغر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2. توزيع تزايدي حجم القطيرات ل40 درجة مروحة رذاذ مسطحة الجوي فوهة مع فتحة # 15 تعمل في 207 كيلو باسكال وفي سرعة الطيران من 71.5 متر / ثانية. وكما في الشكل رقم 1، يمثل المنحنى الأزرق حجم المرجحة توزيع تدريجي و المنحنى الأحمر هو التوزيع التراكمي. مقارنة بنتائج هو مبين في الشكل 1، يبين توزيع تدريجي تحولا كبيرا نحو أقطار قطرات أصغر نتيجة لزيادة سرعة الطيران وتفكك قطرة بالتالي الثانوي. تحديد قطرها D حجم V0.5 تبين أن 50٪ من هذا الحجم رذاذ هي جontained في قطرات من قطر 350 ميكرون أو أصغر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الرقم 3. توزيع تزايدي حجم القطيرات مع كاذبة الذروة سبيل المثال المؤامرة. والثانوية، ذروة صغيرة على اليمين، نحو نهاية أكبر من حجم حجم القطيرات هو عادة نتيجة إما الاهتزازات أو الضجيج الأخرى في النظام أو وجود الأربطة المرتبطة مع الانحلال ناقصة داخل سحابة الرذاذ. كما يتم توزيع توزيعات حجم القطيرات لفوهات الرش و حلول نموذجية الزراعية عادة تسجيل-عادة، وجود ذروة الثانوية في التوزيع قد يكون نتيجة صحيحة من الحل رذاذ غير نمطية و / أو مزيج فوهة، ولكن من المحتمل جدا ومؤشر علىتور من بعض مسألة التباس في عملية القياس. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فوهة الضغط (باسكال) سرعة الطيران (م / ث) حجم مرجح أقطار (ميكرون) [يعني ± سانت ديف.] في المئة بخاخ حجم أقل من 100 ميكرون
D V0.1 D V0.5 D v0.9 ل
2015 207 53.6 243.5 ± 2.5 551.8 ± 4.6 903.0 ± 25.4 1.4 ± 0.05
62.6 192.1 ± 0.5 444.5 ± 1.5 781.7 ± 7.0 2.4 ± 0.04
71.5 147.0 ± 2.8 350.6 ± 6.1 673.3 ± 14.6 4.5 ± 0.18
414 53.6 289.1 ± 3.1 655.6 ± 2.1 1208.7 ± 11.6 0.8 ± 0.03
62.6 237.6 ± 0.1 542.7 ± 1.7 1072.5 ± 13.7 1.3 ± 0.01
71.5 170.8 ± 1.1 400.6 ± 3.3 732.1 ± 6.4 3.2 ± 0.05
4015 207 53.6 230.2 ± 1.3 514.9 ± 1.9 863.3 ± 1.2 1.5 ± 0.03
62.6 175.1 ± 2.0 404.5 ± 2.6 714.2 ± 3. 0 3.1 ± 0.10
71.5 146.6 ± 0.8 344.5 ± 2.4 656.4 ± 9.5 4.6 ± 0.05
414 53.6 255.2 ± 2.4 557.3 ± 2.3 994.9 ± 8.1 1 ± 0.04
62.6 200.1 ± 2.6 449.4 ± 7.0 774.9 ± 10.7 2.1 ± 0.06
71.5 165.5 ± 1.4 383.5 ± 2.6 696.8 ± 4.9 3.4 ± 0.08

الجدول 1. حجم المرجحة بأقطار (متوسط ​​± الانحراف المعياري عبر ثلاثة قياسات مكرر) لعام 2015 و4015 مروحة مسطحة فوهات الرش الجوي تعمل في الضغوط رذاذ من 207 و 414 كيلو باسكال وفي السرعات من 53.6، 62.6 و 71.5 متر / ثانية.

فوهة الضغط (باسكال) حجم مرجح أقطار (ميكرون) [يعني ± سانت ديف.] في المئة بخاخ حجم أقل من 100 ميكرون
D V0.1 D V0.5 D v0.9 ل
XRC11005 276 115.1 ± 2.1 268.2 ± 5.6 451.0 ± 18.0 7.2 ± 0.28
414 101.0 ± 0.0 244.2 ± 0.7 424.3 ± 4.3 9.8 ± 0.01
AI11005 276 227.6 ± 1.9 468.9 ± 4.1 763.0 ± 22.0 1.1 ± 0.03
414 183.4 & #177؛ 0.6 399.6 ± 0.9 668.6 ± 2.5 2.2 ± 0.05
TTI11005 276 365.3 ± 5.3 711.9 ± 16.9 1013.8 ± 26.1 0.1 ± 0.00
414 311.5 ± 4.0 645.7 ± 12.3 992.7 ± 24.7 0.2 ± 0.01
EP-together.within الصفحات = "1" FO: المحافظة على مع next.within صفحة = "دائما">

الجدول 2. حجم المرجحة بأقطار (متوسط ​​± الانحراف المعياري عبر ثلاثة قياسات تكرار) لمدة ثلاث فوهات الرش الأرضي (XRC11005، AI11005 وTTI11005) تعمل في الضغوط رذاذ من 276 و 414 كيلو باسكال.

المناقشة

وهناك عدد من الخطوات الهامة التي ينبغي اتباعها عند تطبيق هذه الطريقة. مع كل التقييمات فوهة الجوية والبرية، والمسافة من الخروج من فوهة إلى خط القياس يجب التأكد من صحتها قبل أي القياس. أي تباين في هذه المسافة يمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتائج. وبالمثل، فإن السرعة الجوية المتزامنة المستخدمة في اختبار فوهة الأرض يجب التأكد من صحتها وتعديلها إلى 6.7 متر / ثانية الموصى بها. والاختلافات في سرعة الطيران من تلك الموصى بها تؤثر بشكل كبير على النتائج بسبب أخذ العينات قضايا التحيز في السرعات المنخفضة، ويحتمل أن تزيد من تفكك الثانوي في السرعات العالية. أيضا، المحاذاة الصحيحة من مكونات نظام حيود الليزر أمر بالغ الأهمية من أجل ضمان النظام يعمل على دقة ودقة المواصفات المعتمدة من قبل الشركة المصنعة. الإعداد السليم والمواءمة بين فوهات النسبي لتدفق الهواء المتزامنة أمر بالغ الأهمية لضمان جودة البيانات، حتى طفيفاختلالات من بضع درجات في المواقع فوهات يمكن أن يؤدي إلى تأثيرات هامة على بيانات حجم القطيرات الناتجة عن ذلك.

الأساليب المقدمة يمكن تطبيقها على أي تكوين فوهة الرذاذ أو حل الرش لكل من الأرض والنظام الجوي. مع رشاشات الأرض، والتغيرات في رش حجم القطيرات وعادة ما تكون وظيفة من نوع فوهة وحجم وضغط الرش ونوع الحل رذاذ. مع الرش الجوي بدور إضافي في التغييرات في السرعة الجوية وتوجيه فوهة المحيطة بها تيار الهواء حاسمة لينتج عن ذلك من حجم القطيرات. هذه الطريقة يمكن استخدامها لتقييم التأثير المشترك لهذه العوامل على حجم القطيرات النهائي. ولكن هناك حالات نادرة عندما يتطلب الأمر بعض التعديلات على الطرق الموصى بها. على وجه التحديد، فإن الحلول الرش أو الرشاشات التي تتطلب مسافات أبعد من فوهة لانهيار كامل للرذاذ في الجسيمات المنفصلة تتطلب ضبط المسافة بين فوهة وبوين قياست. حتى الآن، كانت العلاجات حل فوهة / الرش الوحيدة التي كان يتطلب هذا النوع من التكيف فوهات تيار مستقيم في جميع الظروف التشغيلية وزاوية ضيقة الفتحات مروحة مسطحة مع إضافات رذاذ أن زيادة اللزوجة الحلول، عند قياسها في ظل ظروف تطبيق الاختبار الجوي. سيقوم النظام حيود الليزر لا يزال بإرجاع بيانات حجم القطيرات في حال تفكك غير كامل من سحابة الرذاذ، ولكن عادة ما يكون متحيزا البيانات الناتجة نحو أحجام قطرات أكبر من ذلك بكثير نتيجة لالأربطة رذاذ يتم قياسه من قبل النظام. في حين أن هذه الأربطة ليست جلية واضحة للعين المجردة، فإن وجودها عادة، تظهر بصريا في المؤامرة توزيع باعتباره ذروة الثانوية في نهاية أكبر من حجم حجم القطيرات (الشكل 3). على الرغم من نصح بتوخي الحذر في افتراض أن هذه الذروة الثانوية هي نتيجة وجود الأربطة، والاهتزازات الخارجية أو تدخل آخر في نظام حيود الليزر قد يتسبباستجابة مماثلة. كما يزيد من مستوى خبرة المستخدم، مما يجعل التمييز بينهما على أساس الأخطاء يصبح أسهل. في الحالة التي يكون فيها رذاذ الانحلال غير مكتمل، وجدنا أن تمديد المسافة أخذ العينات إلى 1.8 متر (لفوهات الرش الجوي) حل البيانات قضية الجودة والعوائد. هذه المسافة 1.8 متر هو في الواقع المسافة القياسية التي مجموعتنا بتقييم كل فوهات تيار مستقيم في ظل ظروف تطبيق الجوية. عند العمل مع فوهات الرش الأرضي، وهناك فئة من التصاميم فوهة التي تستخدم التوأم، شقة منفذ مروحة فتحة لقد يتطلب تعديل على فوهة تصاعد الإعداد لضمان عمود رذاذ بأكمله يمر عبر منطقة أخذ العينات دون قاذورات العدسات نظام حيود الليزر .

في حين تم تصميم هذا الأسلوب للحد من التحيز أخذ العينات بسبب التحيز المكانية المرتبطة بنظم حيود الليزر، فإنه لا يلغي تماما لهم، وهذا يعني أن القيم حجم القطيرات RETUلا يمكن أن تؤخذ آر ب "مطلق". الليزر الحيود لا توفر وسيلة لقياس وضبط، مما أدى البيانات حجم القطيرات للسرعات قطرة غير متجانسة بين احجام مختلفة في سحابة الرذاذ المركبة. هذا يصبح حاسما عندما تتم مقارنة مجموعات البيانات بين المختبرات، وخاصة فيما يتعلق فوهات الرش الأرضي. يستخدم الطريقة المقبولة حاليا لتوحيد النتائج والسماح بإجراء مقارنات بين المختبرات سلسلة من معايرة للغاية فوهات الرش المرجعية والبيانات التي تستخدم لوضع مجموعة من فئات تصنيف حجم القطيرات. وينبغي إجراء تقييم هذه الفتحات كجزء من كل تقييم التحجيم بالقطيرات. مزيد من التفاصيل حول الفتحات وتعريفات تصنيف يمكن العثور عليها في الجمعية الأمريكية للمهندسين الزراعية والبيولوجية (ASABE) "رذاذ فوهة التصنيف حسب القطرة الأطياف" معيار الدولي (ASAE / ANSI، 2009).

كما نوقش في فيtroduction، هناك أنظمة قطرة التحجيم أخرى إلى جانب حيود الليزر. حيث يوفر حيود الليزر مقياس مركب من حجم القطيرات عبر عمود رذاذ بأكمله، وهذه الأساليب الأخرى تركز في على مساحة صغيرة مع سحابة الرذاذ، وأخذ العينات سوى جزء صغير من سحابة الرذاذ الشاملة. الحصول على عينة تمثيلية من عمود كامل مع هذه الأساليب الآخرين يتطلب، تعبر أكثر من ذلك بكثير صارم، وتستغرق وقتا طويلا متعددة حبلي من منطقة المقطع العرضي للعمود رذاذ، مما أدى في عدد كبير من العينات الفرعية التي يجب أن تكون مجتمعة لتوليد نتيجة المركبة. وهذا يتطلب مزيدا من الوقت من استخدام حيود الليزر.

مرة واحدة وقد تم دمج هذه الطريقة بنجاح في برنامج أبحاث وتقنيات يتقن من قبل المستخدمين، والتحدي المقبل بإجراء تجارب جيدة التنظيم التي تهدف إلى فهم دور كل من العوامل تأثير يضطلع به فيما يتعلق بتشكيل حجم القطيرات. هذا هو بيكالتحدي إيه مما يبدو يعطى مزيج لا تبدو لها نهاية من نوع فوهة، فوهة الإعداد والعوامل التشغيلية، من السرعة وموقف فوهة (الرش الجوي) ويمزج دبابة في العالم الحقيقي المستخدمة في صناعة تطبيق الزراعية. أكثر من التحدي هو إيجاد وسيلة ليجعل هذه المعلومات متاحة لتطبيقها في شكل غير صالحة للاستعمال بسهولة. خيار واحد وقد استخدمت مجموعتنا مع نجاحا كبيرا هو فئة من تصاميم تجريبية تسمى السطوح الاستجابة التي تسمح لتطوير نماذج التنبؤ حجم القطيرات بناء على عدد محدود من العلاجات التجريبية يسمح لتقييم فعالة للغاية من فوهات الرش متعددة وحلول 14، 15. وقد استخدم هذا الأسلوب تصميم منظم لتطوير سلسلة من نماذج حجم القطيرات للالأكثر شيوعا الجوي 11 و الأرض فوهات 16 المستخدمة من قبل تطبيقها الزراعية.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذه الدراسة جزئيا من خلال منحة من برنامج أبحاث حماية المقاتلين المنتشرين (DWFP) ، بتمويل من وزارة الدفاع الأمريكية من خلال مجلس إدارة الآفات في القوات المسلحة (AFPMB). إن ذكر الأسماء التجارية أو المنتجات التجارية في هذا المنشور هو فقط لغرض توفير معلومات محددة ولا يعني توصية أو تأييد من قبل وزارة الزراعة الأمريكية. وزارة الزراعة الأمريكية هي صاحب عمل تكافؤ الفرص.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
90٪ خافض للتوتر السطحي غير أيونيWilbur-EllisR11 R11هو الاسم التجاري للفاعل بالسطح غير الأيوني Wilbur-Ellis.
HELOS-VARIO / KRSympatec GmbH System-Partikel-TechnikHELOS-VARIO / KRيتوفر هذا النظام مع العديد من خيارات العدسات المختلفة التي تغير نطاق حجم القياس الفعال.  
نفق الرياح / أنظمة المنفاخالمخصصلنظام السرعة المنخفضة هو 0-7 م / ثانية وسرعة عالية من 18-98 م / ثانية
ضاغطيوجد ضاغط هواء محدد مطلوب لتغذية النظام. ومع ذلك ، كلما زاد حجم الخزان وكلما زاد معدل التدفق الحجمي العامل ، كان ذلك أفضل في مواكبة الاختبار.
2015 و 4015 فوهات هوائية CPProductsCP11TT و CP05 دوارة مع نصائح 2015 و 4015كانت هذه هي الفوهات الهوائية المفصلة في الطرق ، ومع ذلك ، يمكن تقييم أي عدد من فوهات الرش بهذه الطريقة.
11005 ، أنظمة رش الفوهات الأرضية AI11005 و TTI11005XR11005 و AI11005 و TTI11005كما هو الحال مع فوهات الرش الهوائية ، كانت هذه هي الفوهات المفصلة في البروتوكول ، ولكن هذه الطريقة لا تقتصر على هذه الفوهات
200 رطل لكل بوصة مربعة خزان ضغط الفولاذ المقاومAlloy Products Corp.B501-0328-00-E-Rهناك عدد من الموردين الذين لديهم أوعية ضغط مماثلة يمكن استخدامها. كان لدى هؤلاء الموردين أعلى خزانات مصنفة للضغط في السوق مختلف
تجهيزات وخراطيمتجهيزات وخراطيم السباكة السائلة والهواء حسب الحاجة لتوصيل النظام بأكمله
200 رطل لكل بوصة مربعة منظم الضغطCoilhose بالهواء المضغوط8803GHسيعمل أي منظم ضغط ، وكان هذا الحجم لتلبية احتياجات الضغط العالي بالإضافة إلى السباكة المستخدمة
محول الضغطأوميغا PX419-150GVتم اختيار محول الضغط هذا ليناسب أحمال الضغط العالي التي نستخدمها. هناك نطاقات ضغط أخرى متاحة من الشركة المصنعة
مؤشر السرعةالجوية للطائرات SpruceSkysports مؤشر السرعة الجوية المزدوج 30-250 ميلا في الساعة.يمكن استخدام أي مؤشر للسرعة الجوية. تم اختيار هذا واحد ليناسب نطاق السرعة لنفق اختبار الفوهة الهوائية عالية السرعة.
 
مقياس شدة الريح الأسلاك الساخنةExtech407119هناك أيضا مجموعة متنوعة من الخيارات لقياس السرعة الجوية في نفق الرياح منخفض السرعة المستخدم لاختبار الفوهات الأرضية.
نطاق السرعة الجوية هواء لا للصدأ السباكة والهواء

المراجع

  1. Bouse, L. F. Effect of nozzle type and operation on spray droplet size. Trans. ASAE. 37 (5), 1389-1400 (1994).
  2. Hewitt, A. Droplet size and agricultural spraying, Part I: Atomization, spray transport, deposition, drift and droplet size measurement techniques. Atomization Spray. 7 (3), 235-244 (1997).
  3. Black, D. L., McQuay, M. Q., Bonin, M. P. Laser-based techniques for particle-size measurement: A review of sizing methods and their industrial applications. Prog. Energy Combust. Sci. 22 (3), 267-306 (1996).
  4. SDTF (Spray Drift Task Force). Study No A95-010, Miscellaneous Nozzle Study. EPA MRID, No. 44310401. , (1997).
  5. Dodge, L. G. Comparison of performance of drop-sizing instruments. Appl. Optics. 26 (7), 1328-1341 (1987).
  6. Arnold, A. C. A comparative study of drop sizing equipment for agricultural fan-spray atomizers. Aeronaut. Sci. Tech. 12 (2), 431-445 (1990).
  7. Teske, M. E., Thistle, H. W., Hewitt, A. J., Kirk, I. W. Conversion of droplet size distributions from PMS optical array probe to Malvern laser diffraction. Atomization Spray. 12 (1-3), 267-281 (2002).
  8. Fritz, B. K., et al. Measuring droplet size of agricultural spray nozzles - Measurement distance and airspeed effects. Atomization Spray. 24 (9), 747-760 (2014).
  9. ANSI. ASAE S572.1 Spray Nozzle Classification by Droplet Spectra. 4, American Society of Agricultural Engineers. St. Joseph, MI. 1-3 (2009).
  10. Fritz, B. K., et al. Comparison of drop size data from ground and aerial nozzles at three testing laboratories. Atomization Spray. 24 (2), 181-192 (2014).
  11. Fritz, B. K., Hoffmann, W. C. Update to the USDA-ARS fixed-wing spray nozzle models. Trans ASABE. 58 (2), 281-295 (2015).
  12. Sympatec Inc. HELOS Central Unit Operating Instructions. , Sympatec GmbH. Clausthal-Zellerfeld, Germany. (2002).
  13. Elbanna, H., Rashed, M. I., Ghazi, M. A. Droplets from liquid sheets in an airstream. Trans ASAE. 27 (3), 677-679 (1984).
  14. Box, G. E. P., Behnken, D. W. Some new three-level designs for the study of quantitative variables. Technometrics. 2 (4), 455-475 (1960).
  15. Myers, R. H., Montgomery, D. C., Anderson-Cook, C. M. Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. , 3rd, Wiley Press. 704(2009).
  16. Fritz, B. K., Hoffmann, W. C., Anderson, J. Response surface method for evaluation of the performance of agricultural application spray nozzles. Pesticide Formulation and Delivery Systems: 35th Volume, ASTM STP1587. Goss, G. R. , ASTM International. West Conshohocken, PA. 61-76 (2016).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

قياس بخاخ الرذاذ الحجم من الفوهات الزراعية عن طريق الليزر حيود
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.