Summary
Vi præsenterer protokoller, der skal anvendes til måling af spray dråbestørrelse fra landbruget anvendte dyser i både fly og jordbaserede agrokemiske anvendelser. Disse metoder præsenteret blev udviklet til at give konsistent og gentagelig dråbestørrelse data både inter- og intra-laboratorium, ved brug af laser diffraktion systemer.
Abstract
Når du laver en ansøgning af enhver planteværn materiale såsom en herbicid eller pesticid, applikatoren anvender en række af færdigheder og information til at gøre et program, så materialet når målområdet (dvs. anlæg). Information kritisk i denne proces er dråbestørrelsen at en bestemt sprøjtedyse, sprøjtetryk, og sprøjteopløsning kombination frembringer, som dråbestørrelsen i høj grad påvirker produktets effektivitet og hvordan spray bevæger sig gennem miljøet. Forskere og fabrikanter almindeligt brug laser diffraktion udstyr til at måle størrelsen spray dråber i laboratoriet vindtunneler. Arbejdet præsenteres her beskriver metoder, der anvendes i at foretage målinger spray dråbestørrelse med laser diffraktion udstyr til både jorden og luften applikationsscenarier, der kan bruges til at sikre inter- og intra-laboratorium præcision samtidig minimere prøveudtagning partiskhed i forbindelse med laser diffraktion systemer. Fastholdelse kritisk måling distoffer og samtidig luftstrøm hele testprocessen er nøglen til denne præcision. Real time datakvalitet analyse er også kritisk at forhindre overskydende variation i data eller uvedkommende inddragelse af fejlagtige data. Nogle begrænsninger ved denne metode omfatter atypiske sprøjtedyser, spray løsninger eller anvendelsesbetingelser, der resulterer i spray vandløb, der ikke fuldt ud forstøve inden for måling afstande diskuteres. Vellykket tilpasning af denne metode kan give en meget effektiv metode til evaluering af ydeevne agrokemiske ansøgning spray dyser under en række forskellige operationelle indstillinger. Også diskuteret er potentielle eksperimentelle design overvejelser, der kan medregnes til at øge funktionaliteten af de indsamlede data.
Introduction
Ved enhver agrokemiske sprøjtepåføring, er de primære bekymringer sikrer maksimal biologisk effekt og samtidig minimere enhver off-target bevægelse og tilhørende negative miljøpåvirkninger eller anden ikke-target biologisk skade. En af de vigtigste faktorer til at overveje, når opsætning af enhver sprøjte, før en ansøgning, er dråbestørrelsen, som længe har været anerkendt som en af de primære parametre, der påvirker den samlede deposition spray, effekt og afdrift. Mens der er en række andre faktorer, der potentielt påvirker spray deposition og afdrift, dråbestørrelse er en af de letteste at skifte til passe til behovene i en given anvendelse scenario. Dråbestørrelsen af landbrugsprodukter sprøjtedyse påvirkes af en række faktorer, herunder, men ikke begrænset til, dysetype, dysemundingen størrelse, sprøjtetryk og sprøjteopløsning fysiske egenskaber. Med antenne applikationer, den ekstra indflydelse af luft shear følge af flyvehastighed af flyet ogdysens orientering i forhold til at airshear, forårsager sekundær opløsningen af de sprays forlader dyserne 1. Med alle disse faktorer, er applikatorer står over for den vanskelige opgave at gøre ordentlig dyse udvælgelse og operationelle beslutninger setup, der forsikrer, at alle pesticider produkter etiketter er opfyldt, og at den resulterende spray dråbestørrelse er sådan, at on target deposition og biologiske effekt opretholdes samtidig minimere off-target bevægelse. Målet med denne metode er at give klare, præcise oplysninger om dråbestørrelse som følge af de forskellige kombinationer påvirkende faktorer for at støtte en applikator operationelle beslutninger.
Mens der er en række instrumenter til at måle dråbestørrelse fra sprøjtemidler, målinger fra agrokemiske sprøjtedyser er typisk enten laser diffraktion, billedsprog, eller fase doppler baseret 2. De billedsprog og fase doppler baserede metoder er enkelt partikel counter metoder,hvilket betyder, at mindre områder inden sprøjteskyen er fokuseret på, med individuelle partikler, der måles 3. Henviser laserdiffraktion metoder tager et ensemble måling, hvilket betyder fordelingen af en gruppe af partikler er hurtigt måles 3. Mens disse metoder er forskellige i princippet med korrekt opsætning og brug, sammenlignelige resultater kan opnås 4. Laser diffraktion metoder er blevet bredt vedtaget af landbrugserhvervet ansøgning samfund på grund af brugervenlighed, evne til hurtigt måling høje antal tæthed sprays og det store dynamiske måleområde. Som et ensemble måling, en enkelt traverse af en spray plume gennem ledningen af måling er alt, der kræves for en sammensat dråbestørrelse af hele spray. Dette giver mulighed for effektive evalueringer af dråbestørrelse fra et stort antal sprøjtedyser og operationelle parameterkombinationer. Til sammenligning enkelt partikel counter metoder nødvendigvis fokusere på meget mindre områder within en spray sky for at fange individuelle partikler, hvilket betyder, at flere målesteder skal vurderes og kombineres til at returnere en sammensat resultat. Dette kræver betydeligt mere tid, kræfter og sprøjteopløsning til at evaluere et enkelt sprøjtefane end laserdiffraktion baserede metoder. Den øgede volumen spray kræves kan præsentere et stort problem, hvis faktiske pesticider produkter afprøves som følge af øgede udgifter til det anvendte materiale og omkostningerne til bortskaffelse. Men de enkelte partikel counter metoder tilbyder, den fordel, at en tidsmæssig prøve, idet de måle antallet af dråber pr tidsenhed passerer et prøvevolumen, mens laserdiffraktion tilvejebringer en rumlig prøve som målingen er proportional med antallet af dråber inden en given mængde 5. Blev alle dråbe hastigheder inden for en given spray det samme, ville de metoder giver identiske resultater. Men for de fleste sprøjtesystemer dråben hastigheder er korrelerettil dråbestørrelse, hvilket resulterer i en skævhed med rumlige prøveudtagningsmetoder 6.
At overvinde denne rumlige bias fra laser diffraktion målinger gennem passende testmetode er en kritisk del af at evaluere spray dråbestørrelse fra landbruget sprøjtedyser 4. Den rumlige skævhed reduceres ved prøvning dyser i en samtidig luftstrøm på 13 m / s og med målestedet placeret en passende afstand fra dysen, som kombinationen af disse to parametre resulterer i homogene dråbe hastigheder hele spray sky 4. Endvidere er den rumlige bias er lille (5% eller mindre) til sprøjtning dyse testning grund af de høje samtidige hastigheder evalueret 7,8. At bestemme den optimale test metode til at reducere den rumlige skævhed med vores nuværende lav og høj hastighed vindtunnel faciliteter, den række referenceværdier dyser anvendes til at bestemme land- spray klassifikationer størrelse 9 blev evalueret for dråbestørrelse usynge både laser diffraktion og billedbehandling metoder 10. Dimensionering evalueringer blev gennemført under flere kombinationer af samtidige lufthastighed og afstandsmåling (afstand fra dysen udgang til målepunktet), repræsentant for den operationelle vifte af de eksisterende faciliteter. Laserdiffraktion målinger blev sammenlignet med imagery resultater for at bestemme den potentielle stedlige bias og den optimale kombination af måleafstanden og samtidig flyvehastighed blev valgt som standard operationelle procedure. En måling afstand på 30,5 cm og en samtidig flyvehastighed på 6,7 m / sek til evaluering af formalet sprøjtedyser i lav hastighed vindtunnel reduceret rumlig forspænding til 5% eller mindre 10. Rumlige fordomme på 3% eller mindre blev opnået for aerial dyse evalueringer i den høje hastighed tunnel, for alle hastigheder testet, med en måling afstand på 45,7 cm 10. Ved hjælp af disse standardmetoder, forfatterne var også i stand til at dokumentere, at laboratoriet til lab variabiheden kunne minimeres, fastlæggelse af ensartede præstationsprøvninger dråbestørrelse data 11.
Alle dråbestørrelse test demonstreret som en del af dette arbejde blev udført på USDA-ARS-Aerial Application Technology Research Unit s spray forstøvning forskning facilitet. En laser diffraktion system blev placeret nedstrøms for dysen ved afstandene angivet i afsnittet protokol. For jorden dyse test blev laserdiffraktion konfigureret, efter fabrikantens anvisninger, at have en dynamisk størrelse vifte af 18-3,500 um tværs 31 spande 12. Ligeledes for antennen dyse tester systemet blev konfigureret med en dynamisk størrelse vifte af 9 til 1750 um, også på tværs af 31 spande 12. Aerial baserede spray dyse evalueringer blev gennemført i høj hastighed luft til at simulere antenne anvendelsesbetingelser. Ground sprayer dyser blev testet i et større vindtunnel sektion med en enkelt samtidig flyvehastighed at minimere spatentielle bias fra laser diffraktion. Dyser, der testes, blev anbragt opstrøms for laserdiffraktion systemet på afstandene i afsnittet protokol. Dyser blev monteret på en lineær travers tillader sprøjtefanen, der skal gennemløbes lodret gennem målezonen i en given målecyklussen. Protokollen til jorden dyse test beskriver et eksperiment undersøger tre typiske dyser på to spray tryk, mens antennen dyse test beskriver et eksperiment undersøger to typiske sprøjtedyser på to spray tryk og tre hastigheder. Begge test scenarier bruge en "aktiv blank" sprøjteopløsning, snarere end kun vand, til at efterligne virkningerne af sprøjteopløsninger virkelige verden.
Protocol
1. Indledende opsætning og justering
- Forud for enhver test, justere laser diffraktion systemkomponenter efter de retningslinjer, som producenten for at sikre korrekt systemet funktionalitet og datakvalitet.
- Følg ordentlige sikkerhedsforanstaltninger i forbindelse med brug af en klasse IIIa laser undgå direkte eksponering øje. Brug korrekt Personlige værnemidler, hvis der anvendes aktive ingrediens kemiske spray løsninger.
2. Ground Dyse Droplet størrelsesguide
- Forbered "aktiv blank" ved tilsætning af 47,5 ml (afspejler en blanding på 0,25% v / v) af en 90% ikke-ionisk overfladeaktivt til 19 l vand og blande brønd med en røre stang i en ledningsfri boremaskine. Afhængigt af mængden af test, der skal gøres, kan kræves større mængder aktiv tomt.
- Hæld den "aktive blank" spray blandingen i rustfrit stål trykbeholdere, forsegle tanken og vedhæfte input lufttryk slange og den udgåendeflydende slange fodring sprøjtedysen.
- Bekræft at afstanden mellem dysemundingen og målezonen er 30,5 cm (12 in) ved hjælp af et målebånd. Hvis det er, fortsætter. Hvis ikke, justeres ved at flytte enten laserdiffraktion system eller dysen.
- Installer en standard 110 graders flad fan dyse med en # 05 åbning (noteret som en XRC11005 dyse) i dysen krop knyttet til travers system. Juster dysen orientering, således at den lange akse af flad vifte dysen er orienteret lodret i tunnelen men enten roterende dysen inden monteringsringen på checken ventil eller ved at ændre placeringen af kontraventilen, hvis dysen ikke kan drejes til den korrekte position.
- Tænd for vindtunnelen og indstil flyvehastighed til 6,7 m / sek ved at justere blæserhastigheden og stadfæstede flyvehastighed i tunnelen ved hjælp af en varm wire anemometer.
- Indstil sprøjtetrykket til 276 kPa (40 psi) ved at justere den indkommende luft tryk under anvendelse af en inline pressure regulator. Bekræft tryk under anvendelse af en elektronisk trykmåler monteret umiddelbart opstrøms sprøjtedysen.
- Placer dyse i toppen af tunnelen ved at aktivere og drive den lineære traversen til øverste position før påbegyndelse måleprocessen.
- Sørg for, at alle eksperimentelle parametre (dyse, tryk, opløsning, etc.) er korrekt registreret i laser diffraktion systemet dataregistrering software ved at bekræfte, at de parametre, der er optaget på Brugerparametre grænsefladen vindue matche testforhold.
BEMÆRK: Denne data parameter optagelse skærmbillede varierer med laserdiffraktion instrument. - Start en henvisning måling ved at vælge ikonet reference Måling i operativsystemet software til at redegøre for eventuelle støv eller baggrund partikler.
- Initiere start målecyklussen. Afhængig af laser diffraktion systemet, der anvendes, er et par sekunder typisk kræves for at fokusere sensoren før initiating måleprocessen.
- Når systemet angiver det er klar til at starte måleprocessen, aktivere spray ved at åbne vådfoder ventil på tryktanken. Når sprayen er startet, sænke dysen gennem laserstrålen ved hjælp af traversen mekanisme indtil hele sprøjtefanen har passeret gennem målezonen. Deaktiver spray ved at lukke vådfoder ventil.
BEMÆRK: På laserdiffraktion, som anvendes af forfatterne, er det faktiske måleprocessen ikke starte, før sprayen passerer gennem målezonen opnår en optisk koncentration på 0,5%, og fortsætter, indtil der er forløbet en forløbet tid på 10-12 sek. Disse indstillinger vil variere med laserdiffraktion systemet og brugerindstillinger. - Gentag trin 2.7 - 2.11 Hvad angår mindst 3 replikater. Undersøg, om yderligere gentagelser er nødvendige ved at beregne middelværdi og standardafvigelse for D v0.1, D V0.5, og D v0.9 af de tre gentagelserog sikre, at standardafvigelsen er 10%, eller mindre, af middelværdien. Udfør yderligere gentagelser som er nødvendige for at opfylde kriterierne.
- Indstil spray trykket til 414 kPa (60 psi) og gentage trin 2,7-2,12.
- Gentag trin 2,6-2,12 for hver ekstra dyse og tryk kombination af interesse.
- Eksport og gemme størrelse data dråbe efter metoden i operativsystemet software.
3. Aerial Dyse Droplet størrelsesguide
- Forbered "aktiv blank" ved tilsætning af 47,5 ml af en 90% ikke-ionisk overfladeaktivt til 19 l vand og blande brønd med en røre stang i en ledningsfri boremaskine.
BEMÆRK: afhængigt af mængden af test, der skal gøres, kan kræves større mængder aktivt tom. - Hæld den "aktive blank" blanding spray i rustfrit stål trykbeholdere, forsegle tanken og vedhæfte input lufttryk slange og den udgående væske slange fodring sprøjtedysen.
- Bekræft, at afstanden between dysen stikkontakt og målingen zonen er 45,7 cm (18 in) ved hjælp af et målebånd. Hvis det er, fortsætter. Hvis ikke, justeres ved at bevæge laserdiffraktion systemet den krævede afstand fra dysen.
- Installer en standard 20 graders flad fan dyse med en # 15 åbning (noteret som en 2015 dyse) i en kontraventil og dyse krop på bommen travers sektion i vindtunnelen stikkontakt. Sikre, at dysen er korrekt placeret med dyselegemet orienteret vandret og parallelt med luftstrømmen.
- Tænd vindtunnelen blæser og sæt flyvehastighed ved tunnelen udtag til 53,6 m / sek (120 mph) og bekræft hastighed ved hjælp pitotrør fastgjort til en flyvehastighedsmåler.
- Indstil sprøjtetrykket til 207 kPa (30 psi) ved at justere den indkommende luft tryk under anvendelse af en inline trykregulator.
- Placer dysen øverst position før påbegyndelse måleprocessen traversen.
- Sørg for, at alle eksperimentelle parametre (dyse, tryk,løsning, etc.) er korrekt registreret i laser diffraktion systemet dataregistrering software ved at bekræfte, at de parametre, der er optaget på Brugerparametre grænsefladen vindue matche testforhold.
BEMÆRK: Denne data parameter optagelse skærmbillede varierer med laserdiffraktion instrument. - Start en henvisning måling ved at vælge ikonet reference Måling i operativsystemet software til at redegøre for eventuelle støv eller baggrund partikler.
- Initiere start målecyklussen. Afhængig af laser diffraktion systemet, der anvendes, er et par sekunder typisk kræves for at fokusere sensoren før påbegyndelse måleprocessen.
- Når systemet angiver det er klar til at starte måleprocessen, aktivere spray ved at åbne vådfoder ventil på tryktanken. Når sprayen er startet, sænke dysen gennem laserstrålen ved hjælp af traversen mekanisme indtil hele sprøjtefanen har passeret gennem målezonen. deaktivere spray ved at lukke vådfoder ventil.
BEMÆRK: På laserdiffraktion, som anvendes af forfatterne, er det faktiske måleprocessen ikke starte, før sprayen passerer gennem målezonen opnår en optisk koncentration på 0,5%, og fortsætter, indtil der er forløbet en forløbet tid på 5-7 sek. Disse indstillinger vil variere med laserdiffraktion systemet og brugerindstillinger. - Gentag trin 3.7 - 3.11 i minimum 3 replikater. Undersøg, om yderligere gentagelser er nødvendige ved at beregne middelværdi og standardafvigelse for D v0.1, D V0.5, og D v0.9 af de tre gentagelser og sikre, at standardafvigelsen er 10%, eller mindre, af middelværdien. Udfør yderligere gentagelser som er nødvendige for at opfylde kriterierne.
- Gentag trin 3,4-3,12 for hver ekstra dyse, tryk, dyse orientering og flyvehastighed kombination af interesse.
- Eksport og gemme dråbestørrelse data ved hjælp af metoden i drift såftware.
Representative Results
De resulterende data fra denne metode kan udtrykkes i en række forskellige formater, afhængigt af brugerens præferencer og de operationelle kapaciteter af laserdiffraktion systemet. Typisk disse data præsenteres som en afbildning af den volumenvægtede dråbestørrelsesfordeling (figur 1 og 2) eller som beskrivende dråbestørrelse metrics (tabel 1 og 2). Disse resultater kan derefter anvendes til at undersøge virkningen, at ændringer i dyse eller operationelle parametre har på den resulterende spray dråbestørrelse.
Vi undersøgte to forskellige antenne sprøjtedyser, begge med samme blænde størrelse men med forskellige spray fan vinkler. Med disse to luftfotos dyser, vi også undersøgt virkningerne af spray tryk og flyvehastighed på dråbestørrelse. Undersøgelse 2015 dyse drives ved et sprøjtetryk på 207 kPa og sammenligning af mængden Weighted distributioner følger af samme dyse drives i 53,6 m / sek versus 71,5 m / sek flyvehastighed, er det umiddelbart indlysende, at de højere hastigheder resulterer i et dramatisk skift i de inkrementelle og kumulative fordelinger i retning af mindre dråbediametre (Figur 1 og 2) som er et resultat af øget opløsningen af sprøjtedråberne ved den højere flyvehastighed. Mens den grafiske gengivelse af resultaterne giver en meget visuel repræsentation af resultaterne, kvantitative værdier afledt af disse fordelinger er mere praktisk for større datasæt. Typiske dråbestørrelse metrics anvendt til forskning landbrugs spray omfatter D v0.1, D V0.5 og D v0.9 værdier, som svarer til de dråbediametre, således at 10, 50 og 90% (henholdsvis) af volumenet spray er indeholdt i dråber af samme eller mindre diameter. Disse data er de samme som dem, der vises i de grafiske distributioner, men giver en mere bekvem format udtrykke dataene. Sammenligning af data for både 2015 og 4015 dyser i begge pres og alle tre hastigheder, kan generelle tendenser iagttages (tabel 1). De 4015 flad vifte dyse resulterer i mindre dråbestørrelser end i 2015 ved samme tryk og hastighed, som angivet ved de mindre volumen vægtet diametre (D v0.1, D v0.5, og D v0.9) og stigningen i samlede volumen af spray bestående af dråbe af 100 um eller mindre. D v0.1, D V0.5, og D v0.9 er dråbediametre, således at 10, 50 og 90%, henholdsvis af det totale volumen spray består af dråber af samme eller mindre diameter. Dette er resultatet af stigningen sprøjtevifte vinkel se større breakup ved de ydre kanter af den flydende fan vinkel. Inden for samme dyse type og sprøjtetryk, alle dråbestørrelse målinger falder med stigende hastigheder, igen som følge af stigende opløsning af dråber på higher hastigheder. Et interessant fænomen med antennen sprøjtedyser ses, når man ser på virkningerne af sprøjtetryk inden for hver dyse og flyvehastighed kombination. Alt andet lige er, som trykket stiger, så gør dråbestørrelsen 11. Dette er forårsaget af et fald i den relative hastighed forskellen mellem væsken forlader dysen og den omgivende luftstrøm, som de flydende udgangshastighed stiger som trykket stiger (tabel 1) 13.
Ser man på resultaterne fra jorden dyser og sprøjtetryk testede effekten af dysetype på dråbestørrelsen er signifikant med TTI11003 resulterer i dråbestørrelser, der er mere end dobbelt så den XRC11003 og AI11003 dråbestørrelser falder i midten af den anden to (tabel 2). Inden for hver dyse type, kan virkningerne af tryk iagttages med dråbe størrelser faldende med øget sprøjtetryk.
Figur 1. Fordelingen for en 20 graders flad vifte antenne sprøjtedyse med en # 15 åbning drives ved 207 kPa og i en flyvehastighed på 53,6 m / sek Trinvis dråbestørrelse. Den blå kurve repræsenterer den trinvise volumenvægtede fordeling, som giver den procentdel af totalvolumen spray indeholdt i dråber, der falder med den række af hver måling bin som målt ved laserdiffraktion systemet. Den røde kurve er de samme data, men repræsenteret kumulative data. Den kumulative data giver mulighed for volumen-vægtede diametre specifikke til en vis procentdel af den samlede volumen spray, der skal fastlægges. Som illustreret i figuren, at opnået D V0.5 volumendiameter, lokalisere 50% punkt på den kumulative kurve og den tilknyttede dråbediameteren viser, at 50% af det samlede volumen spray er indeholdt i spray droplETS med diameter 551 um eller mindre. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Trinvis dråbestørrelsesfordeling til en 40 graders flad vifte antenne sprøjtedyse med en # 15 åbning drives ved 207 kPa og i en flyvehastighed på 71,5 m / sek. Som i figur 1, den blå kurve repræsenterer den trinvise volumenvægtede distribution og den røde kurve er den kumulative fordeling. Sammenlignet med resultaterne vist i figur 1, viser den trinvise fordeling et betydeligt skift i retning af mindre dråbediametre som følge af den øgede flyvehastighed og derfor sekundær dråbe breakup. Bestemmelse af D V0.5 volumen diameter viser, at 50% af denne spray volumen er contained i dråber med en diameter på 350 um eller mindre. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Trinvis dråbestørrelsesfordeling med falsk peak eksempel plot. Det sekundære, mindre top til højre, mod den større ende af dråbestørrelse skalaen er typisk resultatet af enten vibrationer eller anden støj i systemet eller tilstedeværelsen af ledbånd i forbindelse med ufuldstændig forstøvning inden sprøjteskyen. Som dråbe størrelsesfordelinger for typiske landbrugs- sprøjtedyser og løsninger er typisk log-normalfordelt, kan tilstedeværelsen af en sekundær top i fordelingen være et gyldigt resultat fra en atypisk sprøjteopløsning og / eller dysekombination, men er mere sandsynligt en indicator af nogle confounding spørgsmål i målingen proces. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Dyse | Tryk (kPa) | Flyvehastighed (m / sek) | Volumenvægtede diametre (um) [Middelværdi ± St. Dev.] | Procent Spray Volume Mindre end 100 um | ||
| D v0.1 | D V0.5 | D v0.9 | ||||
| 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 | ||
Tabel 1. volumenvægtede diametre (gennemsnit ± standardafvigelser på tværs tre gentagne målinger) for 2015 og 4015 flad fan antenne sprøjtedyser drives på spray tryk på 207 og 414 kPa, og i hastigheder på 53,6, 62,6 og 71,5 m / sek.
| Dyse | Tryk (kPa) | Volumenvægtede diametre (um) [Middelværdi ± St. Dev.] | Procent Spray Volume Mindre end 100 um | ||
| D v0.1 | D V0.5 | D v0.9 | |||
| 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 | |
Tabel 2. volumenvægtede diametre (gennemsnit ± standardafvigelser på tværs tre gentagne målinger) for tre jorden sprøjte dyser (XRC11005, AI11005 og TTI11005) drives på spray tryk på 276 og 414 kPa.
Discussion
Der er en række kritiske skridt, der skal følges ved anvendelsen af denne metode. Med både luften og jorden dyse evalueringer, bør afstanden fra afgangen af dysen til den linje af målingen verificeres før en måling. Enhver varians i denne afstand kan have en betydelig indvirkning på resultaterne. Ligeledes bør den samtidige flyvehastighed anvendes i jorden dyse test verificeres og justeres til 6,7 m / sek anbefales. Forskelle i flyvehastighed fra den anbefalede væsentlig grad vil påvirke resultatet på grund af prøveudtagning skævhed spørgsmål ved lavere hastigheder, og potentielt øge sekundær opløsning ved højere hastigheder. Også korrekt justering af laser diffraktion systemkomponenter er kritisk for at sikre, at systemet fungerer på nøjagtighed og præcision specifikation, som producenten. Korrekt opsætning og tilpasning af dyserne i forhold til den samtidige luftstrømmen er afgørende for at sikre datakvalitet, som selv mindreforskydninger af et par grader i dyserne positionering kan resultere i en betydelig indvirkning på de resulterende dråbestørrelse data.
Fremlagte metoder kan anvendes på enhver sprøjtedyse konfiguration eller spray løsning for både jorden og antennesystemet. Med jorden sprøjter, ændringer i spray dråbestørrelse er typisk en funktion af dyse type og størrelse, sprøjtetryk og spray løsning type. Med antenne sprøjten supplerende funktion af ændringer i flyvehastighed og orienteringen af dysen til omgivende luftstrøm er kritiske til den resulterende dråbestørrelse. Denne metode kan anvendes til at vurdere den samlede virkning af disse faktorer på den endelige dråbestørrelse. Men der er sjældne tilfælde, hvor nogle ændringer af de anbefalede metoder er nødvendige. Specifikt vil sprayopløsninger eller dyser, der kræver yderligere afstande fra dyse til fuldstændig opløsning af spray i diskrete partikler kræver at justere afstanden mellem dysen og måling point. Til dato har de eneste dyse / spray løsning behandlinger, der har krævet denne form for tilpasning været lige stream dyser på alle operationelle indstillinger og smal vinkel fladsprededyser med spray tilsætningsstoffer, der øger løsninger viskositet, målt under luftfotos ansøgning testbetingelser. Den laserdiffraktion systemet vil stadig vende tilbage dråbestørrelse data i tilfælde af ufuldstændig opbrydning af sprøjteskyen, men de resulterende data vil typisk blive forspændt mod meget større dråbestørrelser som følge af spray ledbånd, der måles af systemet. Mens disse ledbånd er ikke indlysende for det blotte øje, vil deres tilstedeværelse typisk vises visuelt i fordelingen plottet som en sekundær top ved den større ende af dråbestørrelse-skala (figur 3). Selvom forsigtighed tilrådes i at antage, at denne sekundære højdepunkt er resultatet af tilstedeværelsen af ledbånd, som eksterne vibrationer eller andre indgreb i laser diffraktion systemet kan forårsageen lignende reaktion. Som en brugers erfaring niveau stiger, hvilket gør sondringen mellem de to er baseret på fejl bliver lettere. I det tilfælde, hvor spray forstøvning er ufuldstændig, har vi fundet, at en udvidelse af afstanden prøvetagning til 1,8 m (antennetætning sprøjtedyser) løser kvalitetsdata udstedelses- og afkast. Dette 1,8 m afstand er i virkeligheden den standard afstand, hvor vores gruppe evaluerer alle lige stream dyser under luftfotos anvendelsesbetingelser. Når man arbejder med jorden sprøjte dyser, der er en klasse af dyser designs, der bruger en tvilling, flad stikkontakt fan blænde den kan kræve ændring af dysen montering setup til at forsikre hele spray røgfanen passerer gennem sampling område uden begroning laser diffraktion systemets objektiver .
Selv om denne fremgangsmåde er designet til at minimere prøveudtagning skævhed som følge af rumlige bias forbundet med laserdiffraktion systemer, er det ikke helt fjerne dem, hvilket betyder, at dråbestørrelsen værdier Return kan ikke tages som "absolut". Laser diffraktion giver ikke et middel til at måle og justere de resulterende data dråbestørrelse for de ikke-homogene dråbe hastigheder blandt de forskellige dråbestørrelser i den sammensatte sprøjteskyen. Dette bliver kritisk, når mellem laboratorier datasæt sammenlignes, navnlig i forhold til jord sprøjtedyser. Metoden øjeblikket accepteret at standardisere resultaterne og tillade sammenligninger mellem laboratorier bruger en række højt kalibrerede henvisning sprøjtedyser, hvis dråbestørrelse data anvendes til at etablere et sæt af klassifikationskategorier. Evaluering af disse dyser bør gennemføres som en del af hver dråbe dimensionering evaluering. Yderligere oplysninger om dyserne og klassificering definitioner kan findes i American Society of Agricultural og Biological Engineers (ASABE) "Spray Nozzle Klassifikation af Droplet Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009).
Som diskuteret i Iing, er der andre dråber dimensionering systemer udover laserdiffraktion. Hvor laserdiffraktion tilvejebringer et sammensat mål for dråbestørrelse over hele sprøjtefanen, disse andre metoder fokuserer på et lille område med sprøjteskyen, prøveudtagning kun en lille del af den samlede sprøjteskyen. Opnåelsen af et repræsentativt udsnit af hele røgfanen med disse andre metoder kræver en langt mere stringent og tidskrævende, multi-chordal travers af spray røgfanen s tværsnit område, hvilket resulterer i et stort antal delprøver, der skal kombineres til at generere en sammensatte resultat. Det kræver betydeligt mere tid end at bruge laser diffraktion.
Når denne metode er blevet integreret i et forskningsprogram og de teknikker, mestrer af brugerne, er den næste udfordring at gennemføre velstrukturerede eksperimenter der sigter mod at forstå, hvilken rolle hver af indflydelse faktorer spiller med hensyn til dannelsen af dråbestørrelse. Dette er en biggis udfordring end det synes givet den tilsyneladende endeløse kombination af dyse type, dyse opsætning og operationelle faktorer, flyvehastighed og dyse position (sprøjtning fra luften) og den virkelige verden tankblandinger anvendes af landbrugserhvervet ansøgning industrien. Endnu mere af en udfordring er at finde en måde gør denne information til rådighed for de applikatorer i et format, der er let anvendelig. En mulighed vores gruppe har brugt med stor succes er en klasse af forsøgsdesign kaldet respons overflader, der giver mulighed for udvikling af dråbestørrelse prognosemodeller baseret på et begrænset antal eksperimentelle behandlinger der giver mulighed for en yderst effektiv evaluering af flere sprøjtedyser og løsninger 14, 15. Denne strukturerede design fremgangsmåde er blevet anvendt til at udvikle en række dråbestørrelse modeller for de mest almindeligt anvendte antenne 11 og formalede dyser 16 anvendes af landbrugs- applikatorer.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 90% Non-ionic surfactant | Wilbur-Ellis | R11 | R11 is the trade name of Wilbur-Ellis non-ionic surfactant. |
| HELOS-VARIO/KR | Sympatec GmbH System-Partikel-Technik | HELOS-VARIO/KR | This system is available with several different lens options that change the effective measurement size range. |
| Wind Tunnel/Blower systems | Custom built | Airspeed range of Low speed system is 0-7 m/sec and high speed from 18-98 m/sec | |
| Air Compressor | There is no specific air compressor needed to feed the system. However, the larger the tank volume and the higher the working volumetric flow rating, the better it will keep up with the testing. | ||
| 2015 and 4015 Aerial Nozzles | CP Products | CP11TT and CP05 swivel with 2015 and 4015 tips | These were the aerial nozzles detailed in the methods, however, any number of spray nozzles can be evaluated by this method. |
| 11005, AI11005 and TTI11005 Ground Nozzles | Spraying Systems | XR11005, AI11005 and TTI11005 | As with the aerial spray nozzles, these were the nozzles detailed in the Protocol, but this method is not limited to these nozzles |
| 200 psi Stainless Steel pressure tank | Alloy Products Corp. | B501-0328-00-E-R | There are a number of suppliers with similar pressure vessels that can be used. This suppliers had the highest pressure rated tanks on the market |
| Various plumbing and air fittings and hoses | Liquid and air plumbing fittings and hoses as needed to plumb the entire system | ||
| 200 psi Pressure regulator | Coilhose Pneumatics | 8803GH | Any pressure regulator will work, this one was size to meet the high pressure needs as well as the plumbing used |
| Pressure transducer | Omega | PX419-150GV | This pressure transducer was selected to fit the higher pressure loads we use. There are other pressure ranges available from the manufacturer |
| Airspeed Indicator | Aircraft Spruce | Skysports dual dial airspeed indicator 30-250 mph. | Any airspeed indicator can be used. This one was selected to fit the speed range of our high speed aerial nozzle testing tunnel. |
| Hot Wire anemometer | Extech | 407119 | There are also a variety of options for measureing the airspeed in the low speed wind tunnel used for testing ground nozzles. |
References
- Bouse, L. F. Effect of nozzle type and operation on spray droplet size. Trans. ASAE. 37 (5), 1389-1400 (1994).
- 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).
- 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).
- SDTF (Spray Drift Task Force). Study No A95-010, Miscellaneous Nozzle Study. EPA MRID, No. 44310401. , (1997).
- Dodge, L. G.
- Arnold, A. C. A comparative study of drop sizing equipment for agricultural fan-spray atomizers. Aeronaut. Sci. Tech. 12 (2), 431-445 (1990).
- 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).
- Fritz, B. K., et al. Measuring droplet size of agricultural spray nozzles - Measurement distance and airspeed effects. Atomization Spray. 24 (9), 747-760 (2014).
- ANSI. ASAE S572.1 Spray Nozzle Classification by Droplet Spectra. 4, American Society of Agricultural Engineers. St. Joseph, MI. 1-3 (2009).
- 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).
- Fritz, B. K., Hoffmann, W. C. Update to the USDA-ARS fixed-wing spray nozzle models. Trans ASABE. 58 (2), 281-295 (2015).
- Sympatec Inc. HELOS Central Unit Operating Instructions. , Sympatec GmbH. Clausthal-Zellerfeld, Germany. (2002).
- Elbanna, H., Rashed, M. I., Ghazi, M. A. Droplets from liquid sheets in an airstream. Trans ASAE. 27 (3), 677-679 (1984).
- Box, G. E. P., Behnken, D. W. Some new three-level designs for the study of quantitative variables. Technometrics. 2 (4), 455-475 (1960).
- 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).
- 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).
