Mätning Spray droppstorlek från jordbruket munstycken Använda laserdiffraktion

Summary

Vi presenterar protokoll som skall användas vid mätningen av sprejdropparnas storlek från jordbruks munstycken som används i både flyg- och markbaserade agrokemiska applikationer. Dessa metoder som presenteras har utvecklats för att ge konsekvent och repeterbart droppstorlek uppgifter både inom och mellan laboratorier, vid användning av laser diffraktion system.

Abstract

Vid en tillämpning av grödor skyddsmaterial såsom en herbicid eller pesticid, använder applikatorn en mängd olika färdigheter och information för att göra ett program så att materialet når målplatsen (det vill säga, växt). Information kritisk i denna process är droppstorleken att en viss spraymunstycke, spraytryck, och sprutlösning kombination genererar, som droppstorleken påverkar i hög grad produkteffektivitet och hur de spray rör sig genom miljön. laserdiffraktion utrustning forskare och produkttillverkare använder ofta för att mäta spraydroppstorleken i laboratorievindtunnlar. Arbetet presenteras här beskriver metoder som används för att göra sprutdroppstorleksmätningar med laser diffraktion utrustning för både mark- och flygbesprutning scenarier som kan användas för att säkerställa inter- och intra-laboratoriet precision och samtidigt minimera provtagning partiskhet i samband med laserdiffraktion system. Upprätthålla kritisk mätning diställningstaganden och samtidigt luftflöde under hela testprocessen är nyckeln till denna precision. Realtidsdata kvalitetsanalys är också avgörande för att förhindra överskott variation i data eller ovidkommande införande av felaktiga uppgifter. Vissa begränsningar av denna metod inkluderar atypiska sprutmunstycken, sprutlösningar eller användningsförhållanden som resulterar i sprutströmmar som inte fullt ut finfördelar inom avstånden mätnings diskuteras. Lyckad anpassning av denna metod kan ge en mycket effektiv metod för utvärdering av hur jordbrukskemikalier sprutappliceringsmunstycken under olika operativa inställningar. diskuteras är också potentiella experimentell design överväganden som kan inkluderas för att förbättra funktionaliteten av de insamlade uppgifterna.

Introduction

Vid varje agrokemisk sprutning, är de primära oro garanterar maximal biologisk effekt samtidigt minimera eventuell off-target rörelse och tillhörande negativ miljöpåverkan eller andra icke-mål biologisk skada. En av de viktigaste faktorerna att tänka på när inrätta någon spruta före en ansökan, är droppstorlek, som länge har erkänts som en av de primära parametrar som påverkar den totala sprutavsättning, effektivitet och drift. Även om det finns ett antal andra faktorer som potentiellt påverkar sprutavsättning och drift, är droppstorleken en av de enklaste att ändra för att passa behoven hos en given tillämpning scenario. Droppstorleken från alla jordbrukssprutmunstycket påverkas av ett antal faktorer, bland annat, men inte begränsat till, munstyckstyp, munstycksöppningen storlek, spruttrycket och sprutlösning fysikaliska egenskaper. Med flygbesprutning, ytterligare påverkan av luft skjuvning till följd av fart av flygplanet ochmunstyckets orientering i förhållande till den airshear orsakar sekundär upplösningen av strålarna som lämnar munstyckena ^1. Med alla dessa faktorer är applikatorer inför den svåra uppgiften att göra en korrekt val av munstycke och operationella installations beslut som säkerställer att alla bekämpningsmedel etiketter är uppfyllda och att den resulterande sprutdroppstorleken är sådan att på mål nedfall och biologisk effekt bibehålls samtidigt minimera off-målets rörelse. Målet med denna metod är att ge tydlig, koncis information om droppstorleken till följd av de olika kombinationerna påverkande faktorer för att stödja en applikator operativa beslut.

Även om det finns ett antal instrument för att mäta droppstorleken från sprayer, mätningar från jordbrukskemikalier sprutmunstycken är typiskt antingen laserdiffraktion, bildspråk, eller fas doppler baserad ^2. De bilder och fas dopplerbaserade metoder är enkla partikelräknare metoder,vilket innebär att mindre områden inom spraymoln är inriktade på, med enskilda partiklar som mäts ^tre. Medan laserdiffraktion metoder tar en ensemble mätning, vilket innebär att fördelningen av en grupp av partiklar snabbt mäts ^tre. Även om dessa metoder skiljer sig i princip med korrekt installation och användning, jämförbara resultat kan erhållas ^4. Laser diffraktionsmetoder har fått stor spridning av jordbruks ansökan samfundet på grund av användarvänlighet, förmåga att snabbt mätning stort antal densitet sprayer och stort dynamiskt mätområde. Som en ensemble mätning görs, är en enda förflyttning av en sprayplym genom raden av mätningen allt som krävs för en sammansatt droppstorlek av hela spray. Detta gör det möjligt för effektiva utvärderingar av droppstorlek från ett stort antal sprutmunstycken och operativa parameterkombinationer. Som jämförelse, de enskilda partikelräknare metoder nödvändigtvis fokusera på mycket mindre områden within en spraymolnet för att fånga enskilda partiklar, vilket innebär att flera mätställen måste utvärderas och kombineras för att returnera ett sammansatt resultat. Detta kräver betydligt mer tid, ansträngning och sprutlösning för att utvärdera en enda sprut plym än laser diffraktion baserade metoder. Den ökade sprayvolym krävs kan utgöra en betydande problem om den faktiska bekämpningsmedel testas som en följd av ökade kostnader för material som används och kostnaderna för bortskaffande. Emellertid de enskilda partikelräknare metoder erbjuder fördelen att tillhandahålla en temporal provet, i att de mäter antalet droppar per tidsenhet som passerar genom en provvolym, medan laserdiffraktion ger ett rumsligt prov som mätningen är proportionell antalet droppar inom en given volym ^5. Var alla dropphastigheter inom ett givet spraya samma, skulle metoderna ger samma resultat. Men för de flesta sprutsystemen dropphastigheter är korreleradeatt droppstorlek, vilket resulterar i en partiskhet med rumsliga provtagningsmetoder ^6.

Att övervinna denna rumsliga partiskhet från laserdiffraktion mätningar genom lämplig testmetod är en viktig del av att utvärdera sprejdroppstorlek från jordbrukssprutmunstycken ^4. Den rumsliga fördomar reduceras vid provning munstycken i en samtidig luftström av 13 m / sek och med mätningen plats ligger ett lämpligt avstånd från munstycket, eftersom kombinationen av dessa två parametrar resulterar i homogena dropphastigheter hela spraymoln ^4. Vidare är den rumsliga förspänningen liten (5% eller mindre) för flyg munstycke testning beroende på de höga samtidiga flyghastigheter utvärderade ^7,8. För att bestämma den optimala testmetoden för att minska den rumsliga partiskhet med våra nuvarande låga och höga hastigheter vindtunnel anläggningar, den serie av referensmunstycken används för att bestämma jordbrukssprutstorleksklassificeringen ⁹ utvärderades för droppstorlek usjunga både laserdiffraktion och avbildningsmetoder ^10. Limningsutvärderingar genomfördes under flera kombinationer av samtidig lufthastighet och mätavståndet (avstånd från munstycksutloppet till punkten för mätning), representativ för driftsområdet för de befintliga anläggningarna. Laserdiffraktion mätningar jämfördes med bildspråk resultat för att fastställa den potentiella rumsliga förspänningen och den optimala kombinationen av mätavståndet och samtidig lufthastighet valdes som standardoperationsproceduren. En mätning avstånd av 30,5 cm och en samtidig fart av 6,7 m / sek för utvärdering av marksprutmunstycken i låg hastighet vindtunnel reducerad rumslig partiskhet till 5% eller mindre ^10. Rumsliga fördomar av 3% eller mindre erhölls för flyg munstycke utvärderingar i hög hastighet tunneln, för alla farter testas, med ett mätavstånd på 45,7 cm ^10. Med hjälp av dessa standardmetoder, författarna kunde också visa att labb till labb variability skulle kunna minimeras, vilket ger för konsekventa provningsdroppstorleksdata ^11.

Alla droppstorlek tester visat som en del av detta arbete genomfördes vid USDA-ARS-antenn Application Technology Research Enhetens sprut atomisering forskningsanläggning. En laser diffraktion systemet var placerad nedströms om munstycket vid de avstånd som anges i protokollet avsnitt. För mark munstycke test, var laser diffraktion system konfigurerat, enligt tillverkarens instruktioner, att ha ett dynamiskt storleksintervall av 18-3,500 um över 31 fack ^12. Likaså för antenn munstycke testa systemet har konfigurerats med en dynamisk storleksintervall av 9 till 1750 um, även över 31 fack ^12. Aerial baserade sprutmunstycken utvärderingar genomfördes i hög hastighet luft för att simulera antenn användningsförhållanden. Botten sprutmunstyckena testades i en större vindtunnel sektion med en enda samtidig lufthastighet för att minimera spatial partiskhet från laserdiffraktion. Munstycken som testas var placerad uppströms om laserdiffraktion systemet vid de avstånd som anges i protokollet avsnitt. Munstycken monterades på en linjär travers möjliggör sprut plymen som ska förflyttas vertikalt genom mätningszonen under en given mätningscykel. Protokollet för mark munstycke test beskriver ett experiment undersöker tre typiska munstycken på två spruttryck medan antennen munstycket testning beskriver ett experiment undersöker två typiska sprutmunstycken på två spruttryck och tre flyghastigheter. Båda testscenarier använder en "aktiv blank" spray lösning, snarare än bara vatten, för att efterlikna effekterna av verkliga spraylösningar.

Protocol

1. Inledande Setup och Alignment

1. Före varje provning, rikta laser diffraktion systemkomponenter enligt de riktlinjer som tillhandahålls av tillverkaren för att säkerställa korrekt systemfunktionalitet och datakvalitet.
2. Följ lämpliga säkerhetsåtgärder i samband med användning av en klass IIIa laser undvika direkt ögonkontakt. Använd korrekt personlig skyddsutrustning om aktiva ingrediensen kemiska spraylösningar används.

2. Mark Munstycke Droplet Storleks

1. Förbereda den "aktiva blank" genom tillsats av 47,5 ml (återspeglar en blandning hastighet av 0,25% v / v) av en 90% icke-joniskt ytaktivt medel till 19 liter vatten och blanda väl med användning av en omrörningsstav i en skruvdragare. Beroende på mängden av tester göras, kan större volymer av aktiva ämnet krävas.
2. Häll den "aktiva ämnet" sprayblandning i rostfritt stål trycktankar, täta tanken och fästa den inkommande luften tryckslangen och utgåendeflytande slang matar sprutmunstycket.
3. Bekräfta att avståndet mellan munstycksutloppet och mätningszonen är 30,5 cm (12 tum) med användning av ett måttband. Om det är, fortsätter. Om inte, justera genom att flytta antingen laser diffraktion systemet eller munstycket.
4. Installera en standard 110 graders platt fläkt munstycke med en # 05 öppning (noteras som en XRC11005 munstycke) i munstyckskroppen ansluten till traverssystem. Justera munstyckets orientering så att den långa axeln av den platta fläktmunstycket är orienterad vertikalt i tunneln men antingen roterande munstycket inuti monteringsringen på backventilen eller genom att ändra läget av backventilen om munstycket inte kan vridas till rätt position.
5. Slå på vindtunneln och ställ in fart till 6,7 m / s genom att justera fläkthastigheten och bekräftar fart i tunneln med hjälp av en varm tråd vindmätare.
6. Ställa in spruttrycket till 276 kPa (40 psi) genom justering av den inkommande lufttrycket med hjälp av en inline-tryck förordlator. Bekräfta tryck med användning av en elektronisk manometer installeras omedelbart uppströms om sprutmunstycket.
7. Placera munstycket på toppen av tunneln genom att aktivera och köra linjära transport till den översta positionen före initiering av mätningsprocessen.
8. Se till att alla experimentella parametrar (munstycke, tryck,, etc.) föreligger i laser diffraktion mjukvarusystem datainspelning genom att bekräfta att de parametrar som spelats in på användarparametrarna gränssnitt fönstret matchar testförhållanden.
   OBS: Detta dataparameterinspelningsskärmen kan variera med laser diffraktion instrument.
9. Initiera en referensmätning genom att välja ikonen Referensmätning i operativprogrammet att ta hänsyn till eventuella damm eller bakgrundspartiklar.
10. Initiera starten av mätningscykeln. Beroende på laserdiffraktion system som används, är några sekunder typiskt krävs för att fokusera sensorn före initirande mätningen.
11. När systemet indikerar att den är redo att starta mätningsprocessen, aktiverar sprayen genom att öppna matningsventilen vätska på trycktanken. När sprayen startas, sänka munstycke genom laserstrålen med hjälp av traversmekanismen tills hela sprut plymen har passerat genom mätningszonen. Deaktivera sprayen genom att stänga matningsventilen vätska.
    OBS: På laserdiffraktion system som används av författarna, inte den faktiska mätningsprocessen inte initiera tills sprayen passerar genom mätningszonen uppnår en optisk koncentration av 0,5%, och fortsätter tills en förfluten tid av 10 till 12 sek har förflutit. Dessa inställningar kommer att variera med laser diffraktion systemet och användarinställningar.
12. Upprepa steg från 2,7 till 2,11 för minst 3 replikat. Bestämma om ytterligare replikat erfordras genom att beräkna medelvärdet och standardavvikelsen för D _V0.1, D _v0.5, och D _v0.9 av de tre replikatoch se till att standardavvikelse är 10%, eller mindre, av medelvärdet. Utföra ytterligare replikat som krävs för att uppfylla kriterierna.
13. Ställ in spruttrycket till 414 kPa (60 psi) och upprepa steg från 2,7 till 2,12.
14. Upprepa steg från 2,6 till 2,12 för varje ytterligare munstycke och tryck kombination av intresse.
15. Export och spara droppstorlek data med den metod som anges i operativprogrammet.

3. Antenn Munstycke Droplet Storleks

1. Förbered "aktiv blank" genom att tillsätta 47,5 ml av en 90% icke-jonisk surfaktant till 19 liter vatten och blanda väl med hjälp av en uppståndelse stav i en skruvdragare.
   OBS: beroende på mängden av tester göras, kan större volymer av aktiva ämnet krävas.
2. Häll den "aktiva ämnet" sprayblandning i rostfritt stål trycktankar, täta tanken och fästa den inkommande luften tryckslangen och det utgående vätskeslangen som matar sprutmunstycket.
3. Kontrollera att avståndet bindexets munstycksutloppet och mätningszonen är 45,7 cm (18 tum) med hjälp av ett måttband. Om det är, fortsätter. Om inte, justera genom att flytta laserdiffraktion systemet det nödvändiga avståndet från munstycket.
4. Installera en standard 20 graders platt fläkt munstycke med en # 15 öppning (noteras som en 2015 munstycke) i en backventil och munstyckskroppen på bommen förflyttningssektionen vid vindtunneln utlopp. Se till att munstycket är rätt placerad med munstyckskroppen orienterad horisontellt och parallellt med luftströmmen.
5. Slå på vindtunnel fläkt och ställ in fart vid tunnelutloppet till 53,6 m / sek (120 mph) och bekräfta hastighet med pitotrör fäst vid en fartmätare.
6. Ställa in spruttrycket till 207 kPa (30 psi) genom justering av den inkommande lufttrycket med hjälp av en inline tryckregulatorn.
7. Placera munstycket på toppositionen av travers före initiering av mätningsprocessen.
8. Se till att alla experimentella parametrar (munstycke, tryck,lösning, etc.) föreligger i laser diffraktion mjukvarusystem datainspelning genom att bekräfta att de parametrar som spelats in på användarparametrarna gränssnitt fönstret matchar testförhållanden.
   OBS: Detta dataparameterinspelningsskärmen kan variera med laser diffraktion instrument.
9. Initiera en referensmätning genom att välja ikonen Referensmätning i operativprogrammet att ta hänsyn till eventuella damm eller bakgrundspartiklar.
10. Initiera starten av mätningscykeln. Beroende på laserdiffraktion system som används, är några sekunder typiskt krävs för att fokusera sensorn före initiering av mätningsprocessen.
11. När systemet indikerar att den är redo att starta mätningsprocessen, aktiverar sprayen genom att öppna matningsventilen vätska på trycktanken. När sprayen startas, sänka munstycke genom laserstrålen med hjälp av traversmekanismen tills hela sprut plymen har passerat genom mätningszonen. deaktivera sprayen genom att stänga matningsventilen vätska.
    OBS: På laserdiffraktion system som används av författarna, inte den faktiska mätningsprocessen inte initiera tills sprayen passerar genom mätningszonen uppnår en optisk koncentration av 0,5%, och fortsätter tills en förfluten tid av 5-7 sek har förflutit. Dessa inställningar kommer att variera med laser diffraktion systemet och användarinställningar.
12. Upprepa steg från 3,7 till 3,11 för minst 3 replikat. Bestämma om ytterligare replikat erfordras genom att beräkna medelvärdet och standardavvikelsen för D _V0.1, D _v0.5, och D _v0.9 av de tre replikaten och säkerställa att standardavvikelse är 10%, eller mindre, av medelvärdet. Utföra ytterligare replikat som krävs för att uppfylla kriterierna.
13. Upprepa steg från 3,4 till 3,12 för varje extra munstycke, tryck, munstycke orientering och fart kombination av intresse.
14. Exportera och spara droppstorleken data med den metod som anges i bruks såftware.

Representative Results

De resulterande data från denna metod kan uttryckas i en mängd olika format, beroende på användarens preferenser och den operativa kapaciteten vid laser diffraktion systemet. Typiskt dessa data presenteras som en plot av volymviktade droppstorleksfördelning (figur 1 och 2) eller som beskrivande droppstorleks mätvärden (Tabell 1 och 2). Dessa resultat kan sedan användas för att undersöka den inverkan som förändringar i munstycket eller driftsparametrar har på den resulterande sprutdroppstorleken.

Vi undersökte två olika flygsprutmunstycken, båda med samma öppningsstorlek men med olika sprutfläkt vinklar. Med dessa två flyg munstycken, också undersökte vi effekterna av spruttrycket och fart på droppstorleken. Undersöker 2015 munstycke drivs vid ett spraytryck av 207 kPa och jämföra volymen Weighted distributioner som härrör från samma munstycke körs på 53,6 m / sek kontra 71,5 m / sek flyghastighet, är det omedelbart uppenbart att de högre flyghastigheter resulterar i en dramatisk förändring i de inkrementella och kumulativa fördelningar mot mindre droppdiametrar (figurerna 1 och 2) som är resultatet av ökad upplösning av spraydroppar vid den högre lufthastighet. Medan den grafiska representationen av resultaten ger en mycket visuell representation av resultaten, kvantitativa värden som härrör från dessa fördelningar är mer praktiskt för större datauppsättningar. Typisk droppstorleksmått som används i jordbrukssprut forskningen inkluderar D _V0.1, D _v0.5 och D _v0.9 värden, som motsvarar de droppdiametrar sådana att 10, 50 och 90% (respektive) av sprutvolymen är innesluten i droppar med lika eller mindre diameter. Dessa data är desamma som de som visas i de grafiska distributioner, men ger en mer bekväm format att uttrycka data. Jämföra data för både 2015 och 4015 sprutmunstycken i båda tryck och alla tre farter, kan observeras (tabell 1) generella trender. De 4015 platt fläkt munstycke resulterar i mindre droppstorlekar än 2015 vid samma tryck och fart, vilket framgår av de mindre volymviktade diametrarna (D _v0.1, D _v0.5 och D _v0.9) och ökningen i total volym av sprut bestående av små droppar av 100 | j, m eller mindre. D _V0.1, D _v0.5, och D _v0.9 är de droppdiametrar sådana att 10, 50 och 90%, respektive, av den totala sprutvolym är sammansatt av droppar med lika eller mindre diameter. Detta är resultatet av ökningen spraystrålen vinkel ser större upplösning vid de yttre kanterna av den flytande fläktvinkeln. Inom samma munstyckstyp och spraytryck, alla droppstorleks mätvärden minskar med ökande flyghastigheter, återigen som ett resultat av ökande upplösningen av droppar vid higher flyghastigheter. Ett intressant fenomen med antennsprutmunstycken ses när man tittar på effekterna av spruttrycket inom varje munstycke och fart kombination. Allt annat lika, när trycket ökar, så ökar droppstorleken ^11. Detta orsakas av en minskning av den relativa hastighetsskillnaden mellan vätskan lämnar munstycket och den omgivande luftströmmen, eftersom de flytande utgångshastighet ökar när trycket ökar (tabell 1) ^13.

Om man tittar på resultaten från marken munstycken och spruttryck testade, är effekten av munstyckstyp på droppstorleken i takt med den TTI11003 resulterar i droppstorlekar som är mer än dubbelt så det XRC11003 och AI11003 droppstorlekar som faller i mitten av den andra två (tabell 2). Inom varje munstycke typ, kan observeras effekterna av tryck med droppstorlekar minskar med ökad spruttryck.

Figur 1. Stegvis droppstorleksfördelningen för en 20 graders platt fläkt antenn sprutmunstycke med en # 15 öppning drivs vid 207 kPa och i en fart av 53,6 m / sek. Den blå kurvan representerar den inkrementella volymviktade fördelning som ger den procentandel av total sprutvolym som ingår i dropparna faller med intervallet varje mätning bin mätt genom laserdiffraktion systemet. Den röda kurvan är samma data men representeras som kumulativa data. Den kumulativa uppgifter möjliggör volymviktade diametrarna som är specifika för en viss andel av den totala sprutvolym som skall fastställas. Såsom illustreras i figuren, till erhållen D _v0.5 volymdiameter, placering av 50% punkt på den kumulativa kurvan och den tillhörande droppdiametern visar att 50% av den totala sprutvolym är innesluten i sprut droplets diameter 551 pm eller mindre. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2. Inkrementell droppstorleksfördelning för en 40 graders platt fläkt antenn sprutmunstycke med en # 15 öppning drivs vid 207 kPa och i ett flyghastighet av 71,5 m / sek. Såsom i figur 1, representerar den blå kurvan den inkrementella volymviktade distribution och den röda kurvan är den kumulativa fördelnings. Jämfört med de resultat som visas i figur 1, visar den inkrementella fördelningen en betydande förskjutning mot mindre droppdiametrar som en följd av den ökade lufthastigheten och därmed sekundär dropp upplösning. Bestämning av D _v0.5 volymdiameter visar att 50% av denna sprutvolym är contained i droppar med en diameter 350 pm eller mindre. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3. Stegvis droppstorleksfördelning med falsk topp exempel tomt. Den sekundära, mindre topp till höger, mot den större änden av droppstorlekstabellen är typiskt ett resultat av antingen vibrationer eller andra störningar i systemet eller förekomsten av ligament i samband med ofullständig atomisering inom spraymoln. Som droppstorleksfördelningar för typiska jordbruksspraymunstycken och lösningar är typiskt log-normalfördelad, kan närvaron av en sekundär topp i fördelningen vara ett giltigt resultat från ett atypiskt spraylösning och / eller munstycket kombination, men är mer sannolikt en indicator vissa confounding fråga i mätprocessen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Munstycke	Tryck (kPa)	Flyghastighet (m / sek)	Volymviktad Diametrar (um) [Medel ± St. Dev.]			Procent Spray Volym Mindre än 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

Tabell 1. volymviktade diametrarna (medelvärden ± standardavvikelser över tre upprepade mätningar) för 2015 och 4015 platt fläkt antenn sprutmunstycken som drivs vid spruttryck av 207 och 414 kPa och i farter på 53,6, 62,6 och 71,5 m / sek.

Munstycke	Tryck (kPa)	Volymviktad Diametrar (um) [Medel ± St. Dev.]			Procent Spray Volym Mindre än 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

Tabell 2. volymviktade diametrarna (medelvärden ± standardavvikelser över tre upprepade mätningar) för tre jord sprutmunstyckena (XRC11005, AI11005 och TTI11005) drivs vid spruttryck av 276 och 414 kPa.

Discussion

Det finns ett antal viktiga steg som bör följas vid tillämpningen av denna metod. Med både flyg- och mark munstycke utvärderingar bör kontrolleras avståndet från utloppet från munstycket till Mätlinje innan någon mätning. Alla variansen i detta avstånd kan ha en betydande inverkan på resultatet. På samma sätt bör kontrolleras samtidig fart används i marken munstycke testning och anpassas till 6,7 m / sek rekommenderas. Skillnader i fart från den rekommenderade kommer att avsevärt påverka resultatet på grund av provtagning snedfrågor vid lägre farter, och potentiellt öka sekundär upplösning vid högre farter. Dessutom är korrekt inriktning av komponenter laser diffraktion systemet avgörande för att säkerställa att systemet fungerar på noggrannhet och precision specifikation certifierats av tillverkaren. Korrekt installation och anpassning av munstyckena i förhållande till den samtidiga luftflödet är avgörande för att säkerställa kvalitetsdata, eftersom även smärreavvikelser från några grader i munstyckena positioneringen kan resultera i en betydande inverkan på de resulterande droppstorleksdata.

De metoder som presenteras kan appliceras på varje sprutmunstycke konfiguration eller sprutlösning för både marken och antennsystemet. Med mark sprutor, förändringar i sprutdroppstorlek är typiskt en funktion av munstyckets typ och storlek, spruttrycket och sprut lösning typ. Med antenn spruta den ytterligare rollen av förändringar i flyghastighet och orienteringen av munstycket till omgivande luftströmmen är kritiska för den resulterande droppstorleken. Denna metod kan användas för att utvärdera den kombinerade effekten av dessa faktorer på den slutliga droppstorleken. Men det finns sällsynta fall när vissa modifieringar av de rekommenderade metoder krävs. Specifikt kommer spraylösningar eller munstycken som kräver längre avstånd från munstycket för fullständig upplösning av spray till diskreta partiklar kräver att justera avståndet mellan munstycket och mätning point. Hittills har de enda munstycke / sprutlösning behandlingar som har krävt denna typ av justering varit raka strömmen munstycken på alla operativa inställningar och snäv vinkel platt fläktmunstycken med sprut tillsatser som ökar lösningar viskositeten, mätt i flygbesprutning testförhållanden. Laser diffraktion Systemet kommer fortfarande tillbaka droppstorleksdata i händelse av ofullständig upplösning av sprutmoln, men de resulterande data kommer typiskt att förspänt mot mycket större droppstorlekar som ett resultat av spray ligament som mäts av systemet. Även om dessa ligament är inte uppenbart för blotta ögat, kommer deras närvaro oftast dyker upp visuellt i distributions tomt som en sekundär topp vid den större änden av droppstorlekstabellen (Figur 3). Även försiktighet rekommenderas anta att denna sekundära topp är resultatet av närvaron av ligament, som externa vibrationer eller andra störningar med laser diffraktion systemet kan orsakaett liknande svar. Som en användares erfarenhetsnivå ökar, vilket gör skillnaden mellan de två baserat på fel blir lättare. I det fall då sprut atomisering är ofullständig, har vi funnit att utvidga samplingsavståndet till 1,8 m (för flygsprutmunstycken) löser kvalitetsdata emissions- och avkastning. Detta 1,8 m avstånd är i själva verket standard avstånd som vår grupp utvärderar alla raka ström munstycken enligt flyganvändningsförhållanden. När man arbetar med mark sprutmunstyckena, det är en klass av munstycken modeller som använder en tvilling, platt fläktöppningen utlopp kan kräva modifiering för att munstycket monterings setup för att försäkra hela sprut plymen passerar genom provtagningsområdet utan nedsmutsning laser diffraktion systemets linser .

Även om denna metod är utformad för att minimera provtagnings fördomar på grund av rumsliga fördomar i samband med laser diffraktion system, inte helt eliminera dem, vilket innebär att droppstorleksvärden Return kan inte tas som "absolut". Laserdiffraktion inte är ett sätt att mäta och justera de resulterande droppstorleksdata för de icke-homogena dropphastigheter bland de olika droppstorlekar i den sammansatta spraymolnet. Detta blir kritisk när mellan laboratorier datauppsättningar jämförs, i synnerhet med avseende på jord sprutmunstycken. Den metod som för närvarande accepterat att standardisera resultaten och möjliggöra jämförelser mellan laboratorier använder en serie av mycket kalibrerade referenssprutmunstycken, vars droppstorlek data används för att fastställa en uppsättning klassificeringskategorier. Utvärdering av dessa munstycken bör genomföras som en del av varje droppstorleks utvärdering. Ytterligare uppgifter om munstyckena och klassificerings definitioner återfinns i det amerikanska samhället av Agricultural and Biological Engineers (ASABE) "Spray Nozzle Klassificering av Droppe Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009).

Såsom diskuteras i IInledning, finns det andra droppstorlekssystem förutom laserdiffraktion. Där laserdiffraktion ger en sammansatt mått på droppstorlek över hela sprut plymen dessa andra metoder fokusera på ett litet område med spraymoln, provtagning endast en liten del av den totala sprutmoln. Erhålla ett representativt urval av hela plymen med dessa andra metoder kräver en mycket mer rigorös, och tidskrävande, multi-ackord förflyttning av sprut plym s tvärsnittsarea, vilket resulterar i ett stort antal delprov som måste kombineras för att generera en sammansatt resultat. Detta kräver betydligt mer tid än att använda laser diffraktion.

När denna metod har framgångsrikt integrerats i ett forskningsprogram och de tekniker som behärskas av användarna, är nästa utmaning genomför välstrukturerade experiment som syftar till att förstå den roll var och en av påverkansfaktorer spelar när det gäller bildandet av droppstorleken. Detta är en bigger utmaning än det verkar med tanke på den till synes ändlösa kombination av munstycke typ, munstycke installation och driftsfaktorer, fart och munstyckets position (flygbesprutning) och verkliga tankblandningar som används av jordbruks ansökan industrin. Ännu mer av en utmaning är att hitta ett sätt som gör denna information tillgänglig för applikatorerna i ett format som är lätt användbar. Ett alternativ vår grupp har använt med stor framgång är en klass av experimentell design som kallas svarsytor som möjliggör utvecklingen av droppstorleks prognosmodeller baseras på ett begränsat antal experimentella behandlingar som möjliggör en extremt effektiv utvärdering av flera sprutmunstycken och lösningar ^{14, 15.} Denna strukturerade designmetoden har använts för att utveckla en rad droppstorlek modeller för de vanligaste antenn ¹¹ och mark munstycken ¹⁶ som används av jordbruks 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.