从农业喷嘴采用激光衍射测量喷雾的雾滴尺寸

当作出任何农药喷雾应用中，主要关注的是要确保最大生物学功效，同时尽量减少任何脱靶运动和相关的对环境的不利影响，或其他非目标生物的危害。之一的主要因素设定任何喷雾器时要考虑的，应用程序之前，是液滴尺寸，这一直被认为是影响整体喷射沉积，有效性和漂移的主要参数之一。虽然有一些其他的因素可能影响喷射沉积和漂移，液滴尺寸是最简单的一个，以改变，以适应一给定的应用场景的需求。从任何农业喷嘴的液滴大小由许多因素的影响，包括但不限于，喷嘴类型，喷嘴孔口尺寸，喷雾压力，喷雾液的物理性质。与天线的应用，空气剪的附加影响从飞机和的空速得到的喷嘴的方向相对于airshear，导致离开喷嘴¹的喷雾二次破碎。与所有的这些因素，施用器都面临着使合适的喷嘴的选择和操作的设置决定的困难任务，从而确保所有的农药产品标签被满足，而且得到的喷雾液滴尺寸是这样的，在靶沉积和生物效力被保持同时尽量减少脱靶运动。该方法的目标是提供对液滴大小从影响因素，以支持一个涂抹器的操作决定的各种组合产生的清晰，简明的信息。

虽然有许多可用于测量来自喷雾液滴尺寸的仪器，从农药喷雾喷嘴测量通常是激光衍射，图像，或基于²相多普勒。意象和相位多普勒为基础的方法是单粒子计数器方法，这意味着在喷雾云内更小的区域都集中在与单个颗粒被测量^3。而激光衍射方法采取合奏测量，这意味着一组颗粒的分布迅速测定^3。虽然这些方法在原则上不同，以适当的安装和使用，比较的结果可以得到^4。激光衍射方法已被广泛的农业应用的社区，由于使用的方便性，能够迅速地测量高数量密度喷雾和大的动态测量范围通过。作为合奏测量时，通过测量线的喷雾羽流的单个横动是所有需要对整个喷雾的复合液滴尺寸。这允许从大量的喷嘴和操作参数的组合的微滴大小的有效评估。通过比较，单粒计数器的方法不一定集中在更小的区域机智为了欣喷雾云捕获单个颗粒，这意味着多个测量位置必须进行评估，并组合以返回一个复合结果。这需要显著更多的时间，精力和喷雾溶液来评估单个喷雾缕比基于激光衍射的方法。所需增加的喷雾体积如实际农药产品被作为增加所用材料的成本和处理成本的结果，测试可呈现显著的问题。然而，单个颗粒计数器的方法提供提供的时间样品的优点，在于它们测量每单位时间通过的样品体积的液滴的数量，而激光衍射提供​​一个空间样品作为测量正比液滴的数量内给定体积^5。被给定的范围内的所有液滴的速度喷相同，该方法将提供相同的结果。然而，对于大多数的喷雾系统的液滴速度是相关的液滴尺寸，导致与空间抽样方法⁶偏压。

通过适当的测试方法克服由激光衍射测量该空间偏差是从农业喷雾喷嘴⁴评估喷雾液滴尺寸的一个重要组成部分。 13米/秒的并发气流并与位于从喷嘴适当距离的测量位置的测试喷嘴时，由于这两个参数的结果中的均质液滴速度在整个喷雾云⁴的组合的空间偏压减小。此外，空间偏差小（5％或更少），用于空中喷嘴检测由于评价^7,8的高并发空速。为了确定最佳的测试方法，以减少与我们目前的低速和高速风洞设施的空间偏差，用于确定农业喷雾大小分类中⁹系列的参考喷嘴，墨滴大小ü评价既唱激光衍射和成像方法^10。上浆评价是下并发空气流速和测量距离（从喷嘴出口到测量点的距离），代表的现有设施的运行范围的多种组合进行的。激光衍射测量进行比较，以图像的结果来确定潜在的空间偏差和测量距离的最佳组合和并发空速被选为标准操作程序。 30.5厘米的测量距离和用于地面喷雾喷嘴的评价6.7米/秒的低速风洞并发空速减少的空间偏压到5％或更少^10。在高速隧道天线喷嘴评价获得的3％或以下的空间偏差，对于所有的空速进行测试，以45.7厘米^×10的测量距离。使用这些标准方法，作者也能够证明，实验室，实验室variability可以被最小化，提供了一致的实验室间液滴尺寸数据^11。

表现为这项工作的一部分，所有液滴尺寸测试是在美国农业部ARS-航空应用技术研究单位的喷射雾化研究机构进行的。激光衍射系统定位在协议部分中指定的距离的喷嘴的下游。对于地面喷嘴检测，激光衍射系统配置，按照制造商的说明，以具有18-3,500微米跨越31箱¹²上的动态大小范围。同样对于空中喷嘴测试系统配置了9至1750微米的动态范围的大小，也可以跨31箱^12。根据空中喷嘴评价是高速空气中进行，以模拟空战应用条件。地面喷雾器喷嘴在一个更大的风洞部分进行了测试与单个并发空速，以尽量减少水疗中心从TiAl合金激光衍射的偏差。被测试的喷嘴被定位在协议部分给定的距离的激光衍射系统的上游。喷嘴被安装在一个线性横动允许对喷雾缕要垂直通过该测量区的给定测量周期内运行。地面喷嘴检测该协议描述了一个实验研究三种典型的喷嘴在两喷压力，同时天线喷嘴测试描述了一个实验的两个喷雾压力和三个空速检查两个典型的喷嘴。两个测试情景使用"有效的空白"喷雾溶液，而不是只有水，以模仿真实世界喷雾溶液的影响。

1.初步设置和校准

1. 之前的任何测试，对齐按照制造商提供的准则的激光衍射系统组件，以确保系统的正常功能和数据质量。
2. 按照与使用IIIa级的激光，避免眼睛直接暴露相关的适当的安全防范措施。如果正在使用活性成分化学喷雾解决方案，使用适当的个人防护设备。

2.地面喷嘴雾滴大小调整

1. 通过加入47.5毫升制备"活性空白"（反映0.25％体积/体积的混合率）为90％的非离子表面活性剂的19升水中并充分混合以电钻使用搅拌棒。根据测试的要完成的量，可能需要更大的活性坯料卷。
2. 倒"活性空白"喷雾混合物放入不锈钢压力罐，密封所述罐和连接所述输入空气压力软管和传出液软管供给喷嘴。
3. 确认该喷嘴出口与该测量区之间的距离是使用卷尺30.5厘米（12）。如果是，则继续。如果不是这样，通过移动或激光衍射系统或喷嘴调整。
4. 与附连到横动系统的喷嘴体上的第05孔（注意到作为XRC11005喷嘴）安装一个标准的110度平面风扇喷嘴。调整喷嘴的取向，使得扁平扇形喷嘴的长轴在隧道垂直取向，但无论是旋转的单向阀安装环内，或通过改变单向阀的位置，如果在喷嘴不能转动到喷嘴正确的位置。
5. 打开风洞，通过调整风扇速度，并使用热线风速计确认在隧道内的空速空速设定至6.7米/秒。
6. 通过使用内联压力单组调整进入空气压力设定喷射压力至276千帕（40磅）荡器。确认使用喷雾喷嘴上游立即安装的电子压力计的压力。
7. 通过激活和运行线性横动到之前开始测定过程中的最上面的位置在通道的顶部的喷嘴的位置。
8. 确保所有的实验参数（喷嘴，压力，溶液等 ）适当地通过确认记录在用户参数界面窗口中的参数相匹配的检测条件记录在激光衍射系统数据记录的软件。
   注:此数据参数记录屏幕可以通过激光衍射仪有所不同。
9. 通过在操作软件选择所述参考测量图标以考虑任何灰尘或背景颗粒发起参考测量。
10. 开始测量周期的开始。根据激光衍射系统上使用，在几秒钟，通常需要着重之前initi传感器和使用本测量过程。
11. 一旦系统表明它已准备好开始测量过程中，激活通过在压力罐打开液体供给阀的喷雾。一旦喷雾开始时，使用横动机构，直到整个喷雾缕已经穿过测量区域通过降低通过激光束的喷嘴。通过关闭液体供给阀停用喷雾。
    注:在由作者使用的激光衍射系统，实际的测量过程不启动，直到通过该测量区的喷雾达到0.5％的光学浓度，并继续进行，直到10-12秒的经过时间是否已经过去。这些设置将通过激光衍射系统和用户设置而异。
12. 重复步骤2.7 - 2.11最少3次重复。确定是否通过计算对于D _{V0.1，D V0.5}的平均值和标准偏差所需的额外重复，和三次重复的d- _V0.9并确保标准偏差为10％或更小的平均的，。执行需要满足条件的其他重复。
13. 将喷雾压力为414千帕（60磅），并重复步骤2.7 - 2.12。
14. 重复步骤2.6 - 2.12为每个感兴趣的附加喷嘴和压力的组合。
15. 出口和使用操作软件中提供的方法保存液滴尺寸的数据。

3.空中喷嘴雾滴大小调整

1. 准备了"活性空白"，加入47.5毫升90％的非离子表面活性剂的19升水中并充分混合以电钻使用搅拌棒。
   注:根据测试需要做的量，可能需要更大的积极空白卷。
2. 倒"活性空白"喷雾混合物放入不锈钢压力罐，密封所述罐和连接所述输入空气压力软管和流出液体软管供给喷嘴。
3. 确认距离Between喷嘴出口和所述测量区是使用卷尺45.7厘米（18）。如果是，则继续。如果不是这样，通过从喷嘴移动激光衍射系统所需的距离调整。
4. 在止回阀和喷嘴主体上的风洞出口处的悬臂横截面＃15孔（标注为2015年喷嘴）安装一个标准的20度扇形喷嘴。确保喷嘴正确定位以水平和定向成平行于气流的喷嘴主体。
5. 打开风洞风机，并在隧道出口处的空速设为53.6米/秒（120英里），并使用连接到一个空速表皮托管的速度确认。
6. 通过调整使用内联压力调节器的进气压力设定喷射压力至207千帕（30磅）。
7. 喷嘴在之前启动测量过程中导线的上方位置的位置。
8. 确保所有实验参数（喷嘴，压力，溶液等 ），通过确认记录在用户参数界面窗口中的参数相匹配的检测条件被正确记录在激光衍射系统数据记录的软件。
   注:此数据参数记录屏幕可以通过激光衍射仪有所不同。
9. 通过在操作软件选择所述参考测量图标以考虑任何灰尘或背景颗粒发起参考测量。
10. 开始测量周期的开始。根据激光衍射系统上使用，在几秒钟，通常需要对传感器聚焦开始测定处理之前。
11. 一旦系统表明它已准备好开始测量过程中，激活通过在压力罐打开液体供给阀的喷雾。一旦喷雾开始时，使用横动机构，直到整个喷雾缕已经穿过测量区域通过降低通过激光束的喷嘴。德通过关闭液体供给阀激活喷雾。
    注:在由作者使用的激光衍射系统，实际的测量过程不启动，直到通过该测量区的喷雾达到0.5％的光学浓度，并继续进行，直到5-7秒的经过时间是否已经过去。这些设置将通过激光衍射系统和用户设置而异。
12. 重复步骤3.7 - 3.11最少3次重复。确定是否通过计算平均值和标准差为对D _{V0.1，D V0.5}和三次重复的d- _V0.9和确保标准偏差所需的额外重复为10％，或更小，平均的。执行需要满足条件的其他重复。
13. 每增加喷嘴，压力喷嘴方向和兴趣结合空速3.12 - 重复步骤3.4。
14. 使用操作左右的时间内提供的方法导出并保存液滴尺寸数据ftware。

从这种方法得到的数据可以以各种格式来表示，这取决于用户的喜好和激光衍射系统的业务能力。通常该数据表示为体积加权液滴尺寸分布的曲线图（ 图1和2）或作为说明性液滴尺寸度量（ 表1和2）。然后，这些结果可以被用于检查改变在喷嘴或操作参数对得到的喷雾液滴尺寸的影响。

我们研究了两种不同的空中喷雾喷嘴，两者具有相同的孔尺寸，但具有不同的喷雾扇角。与这两个天线的喷嘴，我们还检查了喷射压力的影响，并空速​​上液滴尺寸。检查2015年喷嘴在207千帕的喷雾压力下操作，并比较所述量weig从相同的喷嘴产生hted分布在53.6米/秒被操作与71.5米/秒空速，它是立即明显的是，较高的空速导致在增量和累积分布朝向更小的液滴直径的巨大转变（ 图1和2）这是在较高的空速喷雾液滴的增加破裂的结果。虽然结果的图形表示提供的结果的一个非常视觉表示，从这些分布衍生定量值是更大的数据集更实用。在农业喷雾研究采用典型的液滴尺寸度量包括喷雾量的D- V0.1，D V0.5和D V0.9值，其对应于液滴直径，使得10，50和90（分别）％载在等于或较小直径的液滴。这些数据是一样的，在图形分布所示的那些，而是提供一个更方便的FO表达数据的rmat。数据同时为2015年和4015在两个压力喷雾喷嘴和所有三种空速比较，总的趋势可以观察（ 表1）。在4015扁平扇形喷嘴导致更小的液滴尺寸比2015年在相同压力和空速，由较小的体积加权粒径（D V0.1，D V0.5和D V0.9），并在增加所指示由100微米或更小的液滴的喷射的总体积。 ðV0.1，D V0.5和D V0.9是液滴的直径，使得10，50和90％，分别的总喷雾体积是由等于或较小直径的液滴。这是在增加喷射扇形角在液体扇形角的外边缘看到更大的分裂的结果。在相同的喷嘴类型，喷雾压力，所有的液滴尺寸的度量降低与提高的空速，如再次在解释第1条增加液滴破裂的结果- [R空速。随着空中喷雾喷嘴一个有趣的现象看喷射压力，每个喷嘴和空速组合中的作用时看到。其他保持平等的，当压力增加时，也是如此液滴尺寸11。这是通过在离开喷嘴的液体和周围气流之间的相对速度差的降低引起的，作为液体出口速度随着压力的增加（ 表1）13。

看着从测试地面喷嘴和喷射压力的结果，喷嘴型的对液滴大小的影响是导致液滴尺寸是一倍以上的TTI11003该XRC11003和AI11003液滴尺寸落在其它的中间显著两（ 表2）。内的每个喷嘴型，可以与液滴尺寸与增加喷射压力减小可观察的压力的影响。

图2. 为一个40度的扇形天线喷嘴与207千帕和71.5米/秒的空速操作的＃15孔增量液滴尺寸分布。如在图1中 ，蓝色曲线表示增量体积加权分布和红色曲线是累积分布。相比于图1所示的结果，增量分布显示朝向更小的液滴直径a显著转变为增加的空速的结果，因此，二次液滴破裂。确定为D V0.5体积直径表明此喷雾体积的50％为c直径为350微米或更小的液滴ontained。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 假峰示例性绘图 3. 增量液滴尺寸分布。在右侧的二次，较小的峰，朝向液滴尺寸比例的较大端典型地是振动或系统中的其他噪声或韧带的关联的存在的结果与喷雾云内不完全雾化。作为典型的农业喷雾喷嘴和溶液的液滴尺寸分布，通常数正态分布，次级峰的分布中的存在可能是从非典型的喷雾溶液和/或喷嘴组合的有效的结果，但更可能的籼稻在测量过程中的一些混杂问题器。 请点击此处查看该图的放大版本。

表1.成交量加权的直径（平均值±跨越三个重复测量标准偏差）在207和414千帕的压力喷操作2015年和4015平风扇式喷嘴，并在53.6，62.6 71.5米/秒的空速。

表2.成交量加权的直径（平均值±跨越三个重复测量标准偏差）三地喷雾器喷嘴（XRC11005，AI11005和TTI11005）在276和414千帕的压力喷操作。

作者没有什么可透露的。