Name: レーザー回折を使用した農業ノズルから測定スプレー液滴サイズ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 14 s
Description: 学ぶレーザー回折を用いた農業ノズルからのスプレー液滴サイズ測定法。風洞試験で地上・航空ノズルの性能を評価し、薬剤散布の最適化に貢献する標準化プロトコルを解説します。

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この研究は、米国国防総省がArmed Forces Pest Management Board(AFPMB)を通じて資金提供したDeployed War-Fighter Protection (DWFP) Research Programからの助成金によって部分的に支援されました。この出版物での商号または商品への言及は、特定の情報を提供することのみを目的としており、米国農務省による推奨または承認を意味するものではありません。USDAは機会均等の雇用主です。

1.予備的なセットアップとアライメント<ol><li>いずれの試験の前に、適切なシステムの機能とデータの品質を確保するためにメーカーが提供するガイドラインに従ってレーザー回折システムコンポーネントを揃えます。 </li><li>直接目の露出を避け、クラスIIIa族レーザーの使用に関連した適切な安全上の注意事項に従ってください。有効成分の化学噴霧溶液が使用されている場合は、適切な個人用保護具を使用してください。 </li></ol> 2.グラウンドノズル液滴のサイズ設定<ol><li> 47.5 mlで添加することにより、「アクティブブランク」を調製19の水Lとコードレスドリルで撹拌棒を用いてよく混合し、90％の非イオン性界面活性剤（0.25％v / vの混合率を反映しています）。行われるべきテストの量に応じて、アクティブなブランクの大容量が必要とされ得ます。 </li><li>ステンレス鋼圧力タンクに「アクティブブランク」スプレー混合物を注ぎ、タンクを密閉し、入力空気圧ホースおよび発信を取り付け噴霧ノズルを供給する液体ホース。 </li><li>ノズル出口と測定ゾーンとの間の距離が巻尺を使用して30.5センチメートル（12）であることを確認してください。それがある場合は、続行します。そうでない場合、レーザー回折装置またはノズルのいずれかを移動させることによって調整します。 </li><li>トラバースシステムに接続されたノズル本体内（XRC11005ノズルとして注目さ）＃05オリフィスと標準110度フラットファンノズルを取り付けます。フラットファンノズルの長軸は、トンネル内で垂直配向が、ノズルを回転させることができない場合、チェックバルブまたはチェックバルブの位置を変化させることによって取付リング内にノズルを回転させるいずれかであるようにノズルの向きを調整します正しい位置。 </li><li>風洞をオンにして、ファン速度を調整し、熱線風速計を用いたトンネル内の対気速度を確認することによって6.7メートル/秒に対気速度を設定します。 </li><li>インライン圧力のReguを使用して入ってくる空気の圧力を調整することにより、276キロパスカル（​​40 PSI）にスプレー圧を設定しますレータ。スプレーノズルのすぐ上流に設置された電子圧力計を使用して圧力を確認してください。 </li><li>活性化し、測定プロセスを開始する前に、最上位の位置にリニアトラバースを実行することにより、トンネルの上部にノズルを配置します。 </li><li>すべての実験パラメータ（ノズル、圧力、ソリューションなど ）が適切にユーザパラメータインタフェースウィンドウに記録されたパラメータは、試験条件に一致することを確認することにより、レーザー回折システムのデータ記録ソフトウェアに記録されていることを確認してください。 注：このデータパラメータ記録スクリーン、レーザー回折装置によって異なる場合があります。 </li><li>ほこりや背景の粒子を考慮するために、オペレーティングソフトウェアでリファレンス測定のアイコンを選択することにより、基準​​測定を開始します。 </li><li>測定サイクルの開始を開始します。使用されるレーザー回折システムに応じて、数秒は、典型的には、センサの前のinitiにフォーカスする必要があります測定プロセスをating。 </li><li>システムは、測定プロセスを開始する準備ができていることを示したら、圧力タンクに液体供給弁を開くことにより、スプレーを活性化します。噴霧が開始されると、全体のスプレープルームは、測定ゾーンを通過するまでトラバース機構を用いて、レーザビームを介してノズルを下げます。液体供給バルブを閉じることにより、スプレーを無効にします。 注：測定領域を通過し、スプレー0.5％の光学濃度を達成し、10〜12秒の経過時間が経過するまで継続されるまでの著者によって使用されるレーザー回折システムでは、実際の測定プロセスを開始しません。これらの設定は、レーザー回折システムとユーザーの設定によって異なります。 </li><li> 3反復の最低2.11 - を繰り返して、2.7を繰り返します。追加の複製がD V0.1、DのV0.5のための平均値と標準偏差を計算することにより、必要とされるかどうかを判断し、そして3つの複製のDのV0.9標準偏差は平均値の10％以下であることを保証します。基準を満たすために、必要に応じて追加の複製を実行します。 </li><li> 414キロパスカル（​​60 PSI）へのスプレー圧を設定し、繰り返しは2.7手順 - 2.12。 </li><li>関心の追加の各ノズルと圧力の組み合わせのための2.12 - を繰り返して、2.6を繰り返します。 </li><li>オペレーティングソフトウェア内で提供される方法を用いて、液滴サイズデータをエクスポートし、保存します。 </li></ol> 3.空中ノズル液滴のサイズ設定<ol><li>水19リットルに90％の非イオン性界面活性剤の47.5ミリリットルを添加し、コードレスドリルで攪拌棒を使用してよく混合することにより、「アクティブ空白」を準備します。 注：行われる試験の量に応じて、アクティブなブランクの大容量を必要とすることができます。 </li><li> 、ステンレス鋼圧力タンクに「アクティブブランク」噴霧混合物を注ぎ、タンクを密閉し、入力空気圧ホースおよびスプレーノズルを供給する発信液体ホースを接続します。 </li><li>距離bていることを確認しetweenノズル出口と測定ゾーンは巻尺を使用して45.7センチメートル（18）です。それがある場合は、続行します。そうでない場合、レーザー回折システムをノズルから必要な距離を移動することによって調整します。 </li><li>風洞出口でブームトラバース部にチェックバルブとノズル本体に（2015ノズルと表記）＃15オリフィスと標準20度フラットファンノズルを取り付けます。ノズルが正しくノズル本体に水平配向し、気流に平行に配置されていることを確認してください。 </li><li>風洞送風機の電源をオンにし、53.6メートル/秒（毎時120マイル）にトンネル出口の対気速度を設定し、対気速度計に取り付けられたピトー管を使用して、速度を確認します。 </li><li>インライン圧力調整器を使用して、入ってくる空気の圧力を調整することにより、207キロパスカル（​​30 PSI）へのスプレー圧を設定します。 </li><li>測定プロセスを開始する前に、トラバースのトップの位置でノズルを配置します。 </li><li>そのすべての実験パラメータ（ノズル、圧力を確認し、溶液など ）が正しくユーザパラメータインタフェースウィンドウに記録パラメータは試験条件と一致することを確認することにより、レーザー回折システムのデータ記録ソフトウェアに記録されています。 注：このデータパラメータ記録スクリーン、レーザー回折装置によって異なる場合があります。 </li><li>ほこりや背景の粒子を考慮するために、オペレーティングソフトウェアでリファレンス測定のアイコンを選択することにより、基準​​測定を開始します。 </li><li>測定サイクルの開始を開始します。使用されるレーザー回折システムに応じて、数秒は、典型的には、前の測定処理を開始するセンサーを集中する必要があります。 </li><li>システムは、測定プロセスを開始する準備ができていることを示したら、圧力タンクに液体供給弁を開くことにより、スプレーを活性化します。噴霧が開始されると、全体のスプレープルームは、測定ゾーンを通過するまでトラバース機構を用いて、レーザビームを介してノズルを下げます。デ液体供給バルブを閉じることにより、スプレーを活性化させます。 注：測定領域を通過し、スプレー0.5％の光学濃度を達成し、5-7秒の経過時間が経過するまで継続されるまでの著者によって使用されるレーザー回折システムでは、実際の測定プロセスを開始しません。これらの設定は、レーザー回折システムとユーザーの設定によって異なります。 </li><li> 3反復の最低3.11 - を繰り返して、3.7を繰り返します。追加の複製がDのV0.1、DのV0.5、および3つの複製のDのV0.9のための平均値と標準偏差を計算し、標準偏差は平均値のうち、10％、またはそれ以下であることを確実にすることによって必要とされているかどうかを判断します。基準を満たすために、必要に応じて追加の複製を実行します。 </li><li>追加の各ノズル、圧力、ノズルの向きと関心の対気速度の組み合わせに対して3.12 - を繰り返して、3.4を繰り返します。 </li><li>そのように動作する内に提供される方法を用いて、液滴サイズデータをエクスポートして保存ftware。 </li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

この方法を適用する際に従うべき重要なステップの数があります。両方の空中と地上ノズルの評価では、測定のラインにノズルの出口からの距離は、任意の測定の前に確認する必要があります。この距離内の任意の分散が結果に大きな影響を与えることができます。同様に、地上ノズル検査で使用される同時対気速度を検証し、推奨さ6.7メートル/秒に調整する必要があります。推奨されているから対気速度の差は、有意に低い対気速度でサンプリングバイアスの問題に起因する結果に影響し、潜在的により高い対気速度で二次分裂が増加します。また、レーザー回折システムの構成要素の適切な整列は、製造業者によって認証精度と精度仕様で動作しているシステムを確保するために重要です。同時気流に比べて適切な設定方法やノズルの位置合わせはわずかのように、品質データを確保するために重要ですノズルの位置で数度のずれは、結果として生じる液滴サイズデータに重大な影響をもたらすことができます。 提示される方法は、地上及び空中システムの両方のための任意の噴霧ノズル構成または噴霧溶液に適用することができます。接地噴霧器と、噴霧液滴サイズの変化は、典型的には、ノズルのタイプとサイズ、噴霧圧力及び噴霧溶液のタイプの関数です。空中噴霧器と対気速度の変化や気流の周囲のノズルの向きの追加の役割は、得られた液滴サイズに重要です。この方法は、最終的な液滴サイズのこれらの要因の複合効果を評価するために使用することができます。しかし、推奨の方法にいくつかの変更が必要とされるまれな場合があります。具体的には、個別の粒子に噴霧の完全崩壊のためのノズルからさらに距離を必要とする噴霧溶液又はノズルは、ノズルと測定POIN間の距離を調整する必要がありますトン。空中散布試験条件の下で測定したときまでに、調整のこの種を必要としていただけノズル/噴霧溶液の治療には、ソリューションの粘度を増加させるスプレー添加剤​​と、すべての動作設定と狭角フラットファンノズルをまっすぐストリームノズルでした。レーザー回折システムは、依然として、噴霧雲の不完全な崩壊が発生した場合に液滴サイズデータを返しますが、結果として得られたデータは、典型的には、システムによって測定されるスプレー靭帯の結果としてはるかに大きな液滴サイズに向かって付勢されます。これらの靭帯が容易に明らかに肉眼ではありませんが、その存在は、典型的には、液滴サイズスケール（ 図3）の大きい方の端で二次ピークとして分布プロットで視覚的に表示されます。注意は、レーザー回折システムと外部からの振動や他の干渉を引き起こす可能性があり、この二次ピークは、靭帯の存在の結果であると仮定に助言しているが同様の反応。ユーザの経験レベルが増加すると、エラーに基づいて2つの区別を行うことが容易になります。スプレー噴霧が不完全である場合には、我々は（空中スプレーノズル用）1.8メートルにサンプリング距離を延長しても問題が解決し、高品質のデータを返すことを見出しました。この1.8メートルの距離は、実際に私たちのグループは、空中散布の条件の下で、すべてのストレートストリームノズルを評価する時に、標準的な距離です。グランドスプレーノズルで作業する場合、ツイン、フラットファンオリフィスコンセントを使用するノズル設計のクラスがありますインクルードは、全体のスプレープルームはレーザー回折システムのレンズを汚損することなくサンプリング領域を通過する保証するために、ノズルの取り付け、セットアップに変更を必要とするかもしれません。 この方法は、によりレーザー回折システムに関連付けられた空間的なバイアスにサンプリングバイアスを最小限に抑えるように設計されているが、それは完全に小滴サイズがretu値ことを意味し、それらを排除しませんrnは「絶対的」とみなすことはできません。レーザー回折は、測定する手段を提供し、複合スプレークラウド内の異なる小滴サイズの間で不均一な液滴速度のために、結果として得られる液滴サイズデータを調整しません。研究室間のデータセットを比較する場合に特に接地スプレーノズルに対して、重要になります。現在の結果を標準化し、研究室間の比較を可能にするために認められた方法は、液滴サイズデータを分類カテゴリのセットを確立するために使用される高度に校正された基準噴射ノズル、一連の使用します。これらのノズルの評価は、すべての液滴サイズの評価の一部として行われるべきです。ノズルと分類の定義に関する詳細については、農業と生物学会（ASABE）の国際規格（ASAE / ANSI、2009）「液滴スペクトルを用いたスプレーノズルの分類」のアメリカ社会で見つけることができます。 でで説明したように名称はじめ、レーザー回折以外の液滴サイズのシステムがあります。レーザー回折は、全体のスプレープルーム全体の液滴サイズの複合指標を提供する場合、これらの他の方法は、全体的なスプレー雲の小さな部分のみをサンプリングし、スプレークラウドと小さな領域に注目します。これらの他の方法と全体プルームの代表的なサンプルを得ること生成するために組み合わせる必要があり、サブ多数のサンプルが得られ、スプレープルームの断面積の一層厳密な、そして時間のかかる、マルチ弦トラバースを必要とします複合結果。これは、レーザー回折を使用するよりもかなり多くの時間を必要とします。 このメソッドが正常に研究プログラムに統合されており、技術はユーザーによって習得したら、次の課題は、影響因子のそれぞれが液滴サイズの形成に関して果たす役割を理解することを目的とよく構造化実験を行っています。これはビッグですそれよりもERの課題は、農業用途業界で使用されるノズルタイプ、ノズルのセットアップと運用要因、対気速度およびノズル位置（空中散布）と実世界のタンクミックスの表面上は無限の組み合わせを与えられたようです。挑戦のより一層のインクルードが容易に使用可能である形式のアプリケーターに、この情報を利用可能にする方法を見つけることです。当社グループは、大きな成功を収めて使用されているオプションの1つは、複数のスプレーノズルおよびソリューション14の非常に効率的な評価を可能にする実験的治療の限られた数に基づいて、液滴サイズ予測モデルの開発を可能にする応答曲面と呼ばれる実験的なデザインのクラスであります15。この構造の設計方法は、農業用アプリケータで使用される最も一般的に使用される空中11と接地ノズル16の液滴サイズの一連のモデルを開発するために使用されてきました。

いずれの農薬散布のアプリケーションを作成するときに任意のオフターゲットの動きと関連する環境への悪影響や他の非標的生物学的被害を最小限に抑えながら、主な関心事は、最大の生物学的有効性を確保しています。適用前に任意の噴霧器を設定する際に考慮すべき主な要因の一つは、長い全体のスプレー堆積、効力、およびドリフトに影響を与える主要なパラメータの1つとして認識された液滴のサイズ、です。潜在的に、噴霧堆積及びドリフトに影響を与える他の多くの要因があるが、液滴のサイズは、特定のアプリケーションシナリオのニーズに合わせて変更することが最も簡単なの一つです。任意の農業用噴霧ノズルからの液滴のサイズは、以下を含む多くの要因によって影響を受けるが、ノズルのタイプ、ノズルのオリフィスのサイズ、噴射圧力及び噴霧溶液の物理的性質が、これらに限定されません。空中アプリケーションでは、空気のせん断の追加の影響は、航空機の対気速度に起因するとそのairshearにノズルの向きは、ノズル1を残してスプレーの二次崩壊を引き起こします。これらすべての要因により、アプリケータが得られた噴霧液滴サイズは、オンターゲット堆積および生物学的な有効性が維持されるようなものであることを、すべての農薬製品のラベルが満たされていることを保証し、適切なノズルの選択と動作設定の意思決定を行うのは困難な作業に直面していますオフターゲットの動きを最小限に抑えつつ。この方法の目的は、アプリケータの運用の意思決定をサポートするための要因に影響を与える様々な組み合わせに起因する液滴サイズに関する明確な、簡潔な情報を提供することです。 スプレーからの液滴の大きさを測定するために利用可能な機器の数があるが、農薬噴霧ノズルからの測定値は、典型的には、レーザー回折、画像、または2ベース位相ドップラーのいずれかです。画像と位相ドップラーに基づく方法は、単一の粒子カウンタ法でありますスプレークラウド内のより小さな領域は、個々の粒子が3を測定した状態で、焦点を当てていることを意味します。レーザー回折法は、粒子群の分布を意味し、アンサンブル測定を行うのに対し、迅速に3を測定します。これらの方法は原理的に異なるが、適切なセットアップおよび使用して、同等の結果が4を得ることができます。レーザー回折法は広くによる使いやすさ、急速に高い数密度スプレーと広いダイナミック測定範囲を測定する能力に農業アプリケーションコミュニティによって採用されています。アンサンブル測定が行われているように、測定の回線を介してスプレープルームの単一のトラバースは全体のスプレーの複合液滴の大きさのために必要とされるすべてです。これは、スプレーノズル及び動作パラメータの組み合わせの多数の液滴サイズの効率的な評価を可能にします。比較すると、単一の粒子カウンタ方法は必ずしもはるかに小さい領域のウィットに焦点を当て複数の測定位置を評価し、複合結果を戻すために組み合わされなければならないことを意味し、個々の粒子を捕捉するために、噴霧雲をホアヒン。これは、レーザー回折に基づく方法よりも、単一のスプレープルームを評価するために、かなり多くの時間、労力と噴霧溶液を必要とします。実際の農薬製品が増加し、使用される材料のコストと処分費用の結果として試験されている場合に必要増加噴霧量は、重大な問題を提示することができます。測定は、内の液滴の数比例するように、レーザ回折空間サンプルを提供する一方で、彼らは、サンプル・ボリュームを通過する単位時間あたりの滴数を測定することでしかし、単一の粒子カウンタの方法は、時間的なサンプルを提供するという利点を提供します与えられたボリューム5。所与内の全ての液滴速度が同じにスプレーし、方法は、同じ結果を提供するであろう。しかし、ほとんどの噴霧システムのための液滴速度は相関しています空間サンプリング法6とバイアスを生じ、サイズ滴します。 適切な試験方法を介してレーザ回折測定から、この空間的バイアスを克服することは、農業スプレーノズル4から噴霧液滴サイズを評価する重要な部分です。スプレー雲4全体にわたって均一な液滴速度におけるこれらの2つのパラメータの結果の組み合わせとして13メートル/秒の同時気流にノズルから適切な距離に位置する測定位置でノズルを試験する場合、空間的バイアスを低減します。また、空間的なバイアスが原因7,8-評価の高い同時対気速度に空中ノズル検査のため（5％以下）が小さいです。当社の現在の低・高速風洞設備を備えた空間的バイアス、9農業スプレーサイズの分類を決定するために使用される基準一連のノズルを削減するための最適な試験方法を決定するために、液滴サイズのuについて評価しましたレーザー回折とイメージング法10の両方を歌います。サイジング評価は同時空気速度と測定距離（ノズル出口から測定点までの距離）、既存設備の動作範囲の代表の複数の組み合わせで行いました。レーザー回折測定は、潜在的な空間的なバイアスと測定距離の最適な組み合わせを決定するためにイメージ結果と比較した同時対気速度は、標準的な操作手順として選択しました。 30.5センチ測定距離と低速風洞における接地スプレーノズルの評価6.7メートル/秒の同時対気速度を5〜10％以下に空間的バイアスを減少させました。すべての対気速度は、試験した3％以下の空間的なバイアスは45.7、CM10の測定距離で、高速トンネルにおける空中ノズルの評価のために得られました。これらの標準的な方法を用いて、著者らはまた、ラボvariabiにそのラボを実証することができましたリティは、一貫性のある施設間液滴サイズデータ11を提供する、最小化することができます。 この作業の一環として実証すべての液滴サイズのテストは、USDA-ARS-空中応用技術研究ユニットのスプレー噴霧の研究施設で行いました。レーザー回折システムは、プロトコルのセクションで指定された距離でノズルの下流に配置しました。接地ノズル検査については、レーザー回折システムは、31のビン12の両端18-3,500ミクロンのダイナミックサイズ範囲を有するように、製造者の指示に従って、設定されました。同様に、システムをテスト空中ノズルのための31のビン12を横切っても、9μmで1750のダイナミック大きさの範囲で構成されました。空中ベースの噴霧ノズルの評価は、空中散布条件をシミュレートするために、高速空気中で行いました。地上スプレーノズルはスパを最小限に抑えるために、単一の同時対気速度を持つ大規模風洞セクションで試験しましたレーザー回折からバイアスのTiAl。ノズルは、プロトコルセクションに記載された距離でレーザー回折システムの上流に配置された試験されます。ノズルは、スプレープルームは、所与の測定サイクルの間に測定ゾーンを通って垂直に横断することを可能にする線形トラバースに取り付けました。空中ノズル検査は、2つのスプレー圧力と3対気速度で2つの典型的なスプレーノズルを調べる実験を説明しながら、地上ノズル検査のためのプロトコルは、2つのスプレー圧力で3典型的なノズルを調べる実験について説明します。両方のテストシナリオは、現実世界の散布液の効果を模倣するために、唯一の &quot;アクティブブランク」噴霧溶液ではなく、水を使用しています。

<table><tbody><tr><td>90% 非イオン性界面活性剤</td><td>Wilbur-Ellis</td><td>R11</td><td>R11は、Wilbur-Ellis非イオン性界面活性剤の商品名です。&nbsp;</td></tr><tr><td>HELOS-VARIO/KR</td><td>Sympatec GmbH System-Partikel-Technik</td><td>HELOS-VARIO/KR</td><td>このシステムは、有効な測定サイズ範囲を変更するいくつかの異なるレンズオプションで利用できます。&nbsp;&nbsp;</td></tr><tr><td>風洞/ブロワーシステム</td><td>カスタムビルド</td><td></td>の<td>対気速度範囲は低速システムの0-7 m/secで、高速は18-98 m/sec</td></tr>です <tr><td>エアコンプレッサー</td><td></td><td></td><td>システムに供給するために必要な特定の空気圧縮機はありません。&nbsp;ただし、タンクの容積が大きく、作業容積流量定格が高いほど、テストに追いつくことができます。</td></tr><tr><td>2015年および4015年の空気ノズル</td><td>CPプロダクト</td><td>CP11TTおよびCP05は2015年および4015年先端が付いている旋回</td>装置だった <td>これらは方法によって詳述された空気ノズルだったが、しかし、スプレー ノズルの任意の数はこの方法で評価することができる。</td></tr><tr><td>11005、AI11005およびTTI11005アースノズル</td><td>スプレーシステム</td><td>XR11005、AI11005およびTTI11005</td><td>空中スプレーノズルと同様に、これらはプロトコルに詳述されているノズルでしたが、この方法はこれらのノズルに限定されません</td></tr><tr><td>200 psi ステンレス鋼圧力タンク</td><td>合金製品株式会社。</td><td>B501-0328-00-E-R</td><td>同様の圧力容器を使用できるサプライヤーが多数あります。&nbsp;このサプライヤーは、市場で最も高い圧力定格タンクを持っていた</td></tr><tr><td>様々な配管や空気の継手やホース</td><td></td><td></td><td>液体や空気の配管継手やホースは、全体のシステムを配管するために必要に応じて</td></tr><tr><td>200 psi 圧力レギュレータ</td><td>コイルホース空気圧</td><td>8803GH</td><td>任意の圧力レギュレータが動作しますが、これは高圧のニーズを満たすサイズだけでなく、配管は</td></tr><tr><td>圧力トランスデューサ</td><td>を使用しましたオメガ&nbsp;</td><td>PX419-150GV</td><td>この圧力変換器は、私たちが使用する高圧負荷に適合するように選択されました。メーカーから利用可能な他の圧力範囲があります</td></tr><tr><td>:対気速度計</td><td>、航空機、スプルース</td><td>、スカイスポーツ、デュアルダイヤル対気速度計、30-250 mph。</td><td>任意の対気速度計を使用できます。これは、当社の高速空中ノズル試験トンネルの速度範囲に適合するように選択されました。 &nbsp; </td></tr><tr><td>Hot Wire Anmometer</td><td>Extech</td><td>407119</td><td>地上ノズルの試験に使用される低速風洞の対気速度を測定するためのさまざまなオプションもあります。&nbsp;</td></tr></tbody></table>

レーザー回折を使用した農業ノズルから測定スプレー液滴サイズ

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

このような除草剤や殺虫剤などの任意の作物保護材の塗布を行う場合は、アプリケータは、物質が標的部位（ すなわち、植物）に到達するようにアプリケーションを作るためのスキルや様々な情報を使用しています。このプロセスにおける重要な情報は、液滴サイズが大きく、製品の効力および方法環境を介してスプレー移動に影響を与えるように、特定のスプレーノズル、スプレー圧、及び噴霧溶液の組み合わせは、生成液滴の大きさです。研究者や製品メーカーは、一般的に実験用風洞内のスプレー液滴の大きさを測定するために、レーザー回折装置を使用しています。ここで提示作業は、レーザー回折システムに関連するサンプリングバイアスを最小限に抑えながら、間およびイントラ研究所精度を確保するために使用することができる地面と空中散布両方のシナリオのためのレーザー回折装置を用いて噴霧液滴サイズの測定を行う際に用いられる方法を記載します。重要な測定ジを維持テストプロセス全体を通してスタンスと同時気流は、この精度の鍵となります。リアルタイムのデータ品質分析は、データや誤ったデータの余分な含めることで、過剰な変動を防止するために重要です。この方法のいくつかの制限が完全に議論し、測定距離内に霧化しないスプレーストリームにつながる非定型スプレーノズル、スプレーソリューションやアプリケーションの条件を含みます。この方法の成功した適応は、運用のさまざまな設定の下で農薬スプレー塗布ノズルの性能を評価するための非常に効率的な方法を提供することができます。また、議論収集されたデータの機能を強化するために含まれ得る潜在的な実験設計上の考慮事項があります。

この方法から得られたデータは、ユーザの嗜好やレーザー回折システムの動作能力に応じて、さまざまな形式で表現することができます。典型的には、このデータは、体積加重液滴サイズ分布のプロット（ 図1及び2）又は記述液滴サイズの指標として提示されている（ 表1および2）。これらの結果は、得られた噴霧液滴サイズに与えるノズル又は動作パラメータの変化の影響を調べるために使用することができます。 我々は、同一のオリフィスサイズを有するが、異なる噴霧ファン角度の両方、二つの異なる空中噴霧ノズルを調べました。これら二つの空中のノズルで、我々はまた、噴霧圧の効果を検討し、液滴サイズの対気速度。 207キロパスカルの噴霧圧力で操作2015ノズルを調べ、ボリュームweigを比較同じノズルから生じるhtedディストリビューションは71.5メートル/秒の対気速度対53.6メートル/秒で動作して、それはすぐに明らかであるその小さい液滴径に向かって増分および累積分布の劇的なシフトで高い対気速度の結果（ 図1および2）これは、より高い対気速度で噴霧液滴の増加崩壊の結果です。結果のグラフ表示は結果の非常に視覚的な表現を提供しているが、これらの分布由来定量値は、より大きなデータセットのために、より実用的です。噴霧量の（それぞれ）10、50および90％が含まれるように、液滴の直径に対応する農業スプレー研究で使用される典型的な液滴サイズメトリックDのV0.1を含む、DのV0.5およびDのV0.9の値同等以下の直径の液滴インチこれらのデータは、グラフィカル分布で示したものと同じであるが、より便利なFOを提供しますデータを表現するRMAT。両方の圧力で2015 4015スプレーノズルと、3つすべての対気速度の両方のデータを比較すると、一般的な傾向は、（ 表1）で観察することができます。より小さい体積加重直径（DのV0.1、V0.5のD、及びDのV0.9）との増加によって示されるように、同じ圧力及び対気速度2015年よりも小さい液滴サイズで4015フラットファンノズル結果100μm以下の液滴からなるスプレーの総容量。 DのV0.1、V0.5 D、およびD V0.9総噴霧量をそれぞれ10、50および90％が、等しい又はより小さい直径の液滴から構成されているような液滴直径です。これは、液体ファン角の外縁に大きな割れが見増加スプレーファン角の結果です。同じノズル型スプレー圧力範囲内で、全ての液滴サイズメトリックはhigheで液滴の分裂を増加させる結果として、再び、増加対気速度で減少します対気速度rを。各ノズルと対気速度の組み合わせ内の噴霧圧の影響を見たときに空中噴霧ノズルとの興味深い現象が見られます。他のすべてが等しい残り、圧力が増加すると、そのように液滴サイズ11がありません。これは、圧力が増加した（ 表1）13と液体出口速度が増加すると、ノズルを出る液体と周囲空気流との間の相対速度差の減少に起因します。 テストした地上ノズル及び噴霧圧力の結果を見ると、液滴サイズ上のノズルタイプの効果はXRC11003とAI11003の液滴サイズは、他の真ん中に落ちることを倍以上ある液滴サイズが得られTTI11003で有意です2つ（ 表2）。各ノズル型内に、圧力の影響が大きく、噴霧圧力低下、液滴の大きさで観察することができます。 207 kPaの時と53.6メートル/秒の対気速度で動作＃15オリフィスと20度のフラットファン空中噴霧ノズル図 1. 増分液滴サイズ分布。青い曲線は、の割合を提供する増分体積加重分布を表し、レーザー回折システムにより測定される総噴霧量は、各測定ビンの範囲と落下液滴内に含まれます。赤い曲線は、同じデータであるが、累積データとして表されます。累積データが決定されるべき総噴霧量の一定割合に特有の体積加重直径を可能にします。累積曲線と関連する液滴直径で50％のポイントを配置することは、総噴射量の50％が噴霧droplに含まれていることを示し、得られたDのV0.5体積径を、図に示すように直径551ミクロン以下のETS。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54533/54533fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54533/54533fig2.jpg" /> 207 kPaの時と71.5メートル/秒の対気速度で動作＃15オリフィスと40度のフラットファン空中噴霧ノズル図 2. 増分液滴サイズ分布。 図1のように、青い曲線は、増分ボリューム加重分布を表し、赤い曲線は累積分布です。 図1に示した結果と比較すると、増分分布が増加した対気速度の結果として、より小さな液滴径に向けた重要なシフト、したがって、二次液滴分裂を示しています。 DのV0.5の体積直径を決定することは、この噴霧体積の50％が、Cであることを示しています直径350ミクロン以下の液滴中ontained。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54533/54533fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54533/54533fig3.jpg" /> 偽のピークの例のプロット図 3. 増分液滴サイズ分布。右の二次、小さいピーク、液滴サイズスケールの大きい方の端に向けては、典型的には、いずれかの振動やシステム内の他のノイズや関連する靭帯の存在の結果でありますスプレークラウド内の不完全な微粒化しています。スプレーノズルおよび溶液の典型的な農業のための液滴サイズ分布は、典型的には、対数正規分布しているように、分布の二次ピークの存在は、非定型の噴霧溶液及び/又はノズルの組み合わせから有効な結果であるが、より可能性が高いインディカであることができます測定プロセスにおけるいくつかの交絡問題の器。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54533/54533fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> ノズル </td><td rowspan="2"> 圧力（kPaの） </td><td rowspan="2"> 対気速度（メートル/秒） </td><td colspan="3"> 体積加重直径（μm）で[±セントDevの平均。] </td><td rowspan="2"> パーセントスプレーボリューム100μm未満 </td></tr><tr><td> DのV0.1 </td><td> DのV0.5 </td><td> DのV0.9 </td></tr><tr><td rowspan="6"> 2015 </td><td rowspan="3"> 207 </td><td> 53.6 </td><td> 243.5±2.5 </td><td> 551.8±4.6 </td><td> 903.0±25.4 </td><td> 1.4±0.05 </td></tr><tr><td> 62.6 </td&gt; <td> 192.1±0.5 </td><td> 444.5±1.5 </td><td> 781.7±7.0 </td><td> 2.4±0.04 </td></tr><tr><td> 71.5 </td><td> 147.0±2.8 </td><td> 350.6±6.1 </td><td> 673.3±14.6 </td><td> 4.5±0.18 </td></tr><tr><td rowspan="3"> 414 </td><td> 53.6 </td><td> 289.1±3.1 </td><td> 655.6±2.1 </td><td> 1208.7±11.6 </td><td> 0.8±0.03 </td></tr><tr><td> 62.6 </td><td> 237.6±0.1 </td><td> 542.7±1.7 </td><td> 1072.5±13.7 </td><td> 1.3±0.01 </td></tr><tr><td> 71.5 </td><td> 170.8±1.1 </td><td> 400.6±3.3 </td><td> 732.1±6.4 </td><td> 3.2±0.05 </td></tr><tr><td rowspan="6"> 4015 </td><td rowspan="3"> 207 </td><td> 53.6 </td><td> 230.2±1.3 </td><td> 514.9±1.9 </td><td> 863.3±1.2 </td><td> 1.5±0.03 </td></tr><tr><td> 62.6 </td><td> 175.1±2.0 </td><td> 404.5±2.6 </td><td> 714.2±3。0 </td><td> 3.1±0.10 </td></tr><tr><td> 71.5 </td><td> 146.6±0.8 </td><td> 344.5±2.4 </td><td> 656.4±9.5 </td><td> 4.6±0.05 </td></tr><tr><td rowspan="3"> 414 </td><td> 53.6 </td><td> 255.2±2.4 </td><td> 557.3±2.3 </td><td> 994.9±8.1 </td><td> 1±0.04 </td></tr><tr><td> 62.6 </td><td> 200.1±2.6 </td><td> 449.4±7.0 </td><td> 774.9±10.7 </td><td> 2.1±0.06 </td></tr><tr><td> 71.5 </td><td> 165.5±1.4 </td><td> 383.5±2.6 </td><td> 696.8±4.9 </td><td> 3.4±0.08 </td></tr></tbody></table> 表1.ボリューム加重直径207及び414キロパスカルの噴霧圧力で操作2015と4015フラットファン空中スプレーノズルおよび53.6、62.6および71.5メートル/秒の対気速度で（3反復測定全体の標準偏差±平均値）。 <table border="1" fo:keEP-together.withinページ= &quot;1&quot;のfo：キープで-next.within-ページ= &quot;常に&quot;&gt; <tbody><tr><td rowspan="2"> ノズル </td><td rowspan="2"> 圧力（kPaの） </td><td colspan="3"> 体積加重直径（μm）で[±セントDevの平均。] </td><td rowspan="2"> パーセントスプレーボリューム100μm未満 </td></tr><tr><td> DのV0.1 </td><td> DのV0.5 </td><td> DのV0.9 </td></tr><tr><td rowspan="2"> XRC11005 </td><td> 276 </td><td> 115.1±2.1 </td><td> 268.2±5.6 </td><td> 451.0±18.0 </td><td> 7.2±0.28 </td></tr><tr><td> 414 </td><td> 101.0±0.0 </td><td> 244.2±0.7 </td><td> 424.3±4.3 </td><td> 9.8±0.01 </td></tr><tr><td rowspan="2"> AI11005 </td><td> 276 </td><td> 227.6±1.9 </td><td> 468.9±4.1 </td><td> 763.0±22.0 </td><td> 1.1±0.03 </td></tr><tr><td> 414 </td><td> 183.4＆＃177; 0.6 </td><td> 399.6±0.9 </td><td> 668.6±2.5 </td><td> 2.2±0.05 </td></tr><tr><td rowspan="2"> TTI11005 </td><td> 276 </td><td> 365.3±5.3 </td><td> 711.9±16.9 </td><td> 1013.8±26.1 </td><td> 0.1±0.00 </td></tr><tr><td> 414 </td><td> 311.5±4.0 </td><td> 645.7±12.3 </td><td> 992.7±24.7 </td><td> 0.2±0.01 </td></tr></tbody></table> 表2体積加重直径3つの接地スプレーノズル（XRC11005、AI11005およびTTI11005）用（3反復測定全体の標準偏差±平均値）は276と414キロパスカルの噴霧圧力で操作しました。

我々は両方の空中および地上ベースの農薬用途で使用される農業用ノズルからの噴霧液滴サイズの測定に使用されるプロトコルを提示します。レーザー回折システムを使用する場合に提示これらの方法は、一貫した再現液滴サイズデータ間との両方内実験室を提供するために開発されました。

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

本手順の全体的な目的は、地上散布用および航空散布用ノズルの使用によって生じる噴霧液滴に対する、ノズル形式、噴霧圧力、および航空機の飛行速度の影響を評価することです。したがって、この手法は、一般的な散布システムで使用される噴霧ノズルの使用法および性能に関する、散布技術分野における多くの重要な疑問を解決するのに役立ちます。本手法の主な利点は、多数のノズルおよび運用技術について、比較的迅速かつ精密な測定が可能であることです。大型風洞セクションの下流側開口部で、地上ノズル試験を実施します。開口部に、移送システムを用いてノズル本体、ノズル、および圧力計を取り付けます。本プロトコルでは、長軸を垂直に配置した110度のフラットファンノズルを使用します。外向きノズル出口の直上流に電子圧力計を設置してください。測定は風洞の直外で行います。風洞とノズルの前方にレーザー回折システムを適切に配置し、設定してください。次に進む前に、ノズル出口からシステムの測定ゾーンまでの距離を測定します。距離は30.5 centimetersにする必要があります。次に、試験混合物に使用するステンレス製加圧タンクへ移動します。準備したアクティブブランク混合液を用いて、計画した試験に十分な量の液体をタンクに満たします。タンクを満たした後、密閉し、空気圧ホースおよびノズルへのホースの両方に適切に接続されていることを確認してください。次のステップは、風洞を起動し、風速を6.7 meters per secondに設定することです。風洞内の熱線風速計による測定値を用いて、ここで行っているように風速を独立して確認します。次に、エアコンプレッサーのインライン圧力レギュレーターを使用して、スプレー空気圧を276 kilopascalsに設定します。ノズル付近にある電子圧力計の読み取り値を使用して、スプレー圧力を確認してください。この時点で、リニアトラバースを起動し、ノズルを可能な限り高い位置に配置します。すべての実験パラメータをレーザー回折システムのソフトウェアに入力してください。次に、ほこりや背景粒子を考慮するため、リファレンス測定を行います。続いて、測定サイクルを開始します。システムが準備完了となったら、プレッシャータンクからの液体供給バルブを開きます。スプレーが開始されたら、トラバース機構を使用してノズルを下げ、スプレープルーム全体がレーザー回折システムの測定領域を通過するようにします。測定後、液体供給バルブを閉じます。次に、リファレンス測定およびプルーム測定を繰り返すため、ノズルを可能な限り最高位置に戻します。高速風洞を用いて、空中ノズル試験を実施してください。ブーム走査システム上の気流領域に、ノズル本体、ノズル、および圧力計を取り付けます。本試験では、気流と平行に水平方向に向けられた標準的な20度のフラットファンノズルを使用します。ノズルの直上流に電子圧力計を設置してください。このセットアップでは、ピトー管を用いて風速を測定します。ノズル本体の前方に、適切に調整および構成されたレーザー回折システムを配置してください。これらの測定において、ノズル出口から測定領域までの距離が45.7 centimetersであることを確認してください。次に、流体供給タンクを確認します。タンクに活性ブランク混合液が満たされており、エアコンプレッサーおよびノズル本体に接続されていることを確認してください。風洞ブロワーを起動し、風洞出口の風速を62.5 meters per secondに設定します。ピトー管に取り付けた対気速度計で、この対気速度を確認します。次に、エアポンプのインラインレギュレーターを調整し、噴霧圧力を207 kilopascalsに設定します。ノズル本体にある圧力計の読み取り値を使用して、噴霧圧力を確認してください。測定を開始する前に、ノズルをトラバースの最上位置に配置してください。すべての実験パラメータが回折システムのソフトウェアに入力されていることを確認し、リファレンス測定を開始します。次に測定サイクルを開始し、システムが準備できたら、加圧タンクの液体供給バルブを開いてください。スプレーが開始されたら、トラバース機構を用いてノズルを下げ、スプレープルーム全体が測定領域を通過するようにします。測定が終了したら、液体供給バルブを閉じます。リファレンス測定およびプルーム測定を繰り返すために、ノズルを可能な限り高い位置に戻してください。これらのデータは、口径15番の20度フラットファン型航空散布ノズルによるものです。207 kPaの圧力で、風速約54 m/sの条件下で動作させました。青色の曲線は、レーザー回折システムのセットアップで使用された31個の測定ビンそれぞれの、全噴霧量に対する液滴の割合を示しています。赤色の曲線は同じデータを累積分布としてプロットしたものです。この形式のデータを用いて、全噴霧量の指定された割合に含まれる液滴径の範囲を求めます。この例では、噴霧量の50%が直径551 micrometers以下の液滴で構成されています。比較として、こちらは15番のオリフィスを持つ40度のフラットファン空中噴霧ノズルのデータです。207 kPaの圧力、および約72 m/sの風速で動作させました。青色で示された増分分布は、最初のデータセットと比較して、液滴径が小さい方へ大きくシフトしています。これは、風速の増加による液滴の二次分裂の結果です。累積分布を用いると、スプレー体積の50%が直径350 micrometers以下の液滴に含まれていることがわかります。この手法を習得すれば、ノズルの組み合わせと運転条件の1つのセットにつき、10〜15分で完了させることができます。本手順を行う際は、結果の正確性と再現性を確保するために、すべての装置とノズルを適切に設置し、アライメントを行うことが重要です。本手順に続いて、他のイメージング技術を用いて噴霧構造をさらに詳細に調査することが可能です。この開発により、適用技術分野の研究者が多くの液滴径分布モデルを開発するための道が開かれました。これらのモデルを用いることで、散布業者は農薬散布規制に準拠するように噴霧システムを設定することができます。このビデオを視聴することで、幅広い運用条件下で地上および航空用ノズルを評価する方法について十分に理解できるはずです。レーザーを用いた作業には危険が伴うため、この手法を用いる際は、あらゆる適切な安全上の予防措置を講じることを忘れないでください。

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Engineering

工学

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