Summary
Vi presenterer protokoller som skal brukes i målingen av spray dråpestørrelse fra landbruket dyser som brukes i både luft- og bakkebaserte landbrukskjemiske applikasjoner. Disse metodene som presenteres ble utviklet for å gi konsistent og repeterbare dråpestørrelse data både inter- og intra-laboratoriet, ved bruk av laser diffraksjon systemer.
Abstract
Når du ringer et anvendelsen av noen plantevern materiale som et ugressmiddel eller plantevernmidler, bruker applikatoren en rekke ferdigheter og informasjon for å lage et program slik at materialet når målet området (dvs. anlegg). Informasjon kritisk i denne prosess er den dråpestørrelse som en bestemt sprøytemunnstykke, sprøytetrykk, og spray løsning kombinasjon genererer, som dråpestørrelsen i stor grad påvirker produkteffektivitet og hvor sprøyte beveger seg gjennom omgivelsene. Forskere og produkt produsenter vanligvis bruker laser diffraksjon utstyr for å måle spray dråpestørrelse i laboratoriet vindtunneler. Arbeidet som presenteres her beskriver metoder som brukes i å lage forstøvningsdråpestørrelsen målinger med laser diffraksjon utstyr for både bakken og i luften program scenarier som kan brukes for å sikre inter- og intra-laboratorium presisjon mens prøvetaking skjevhet i forbindelse med laser diffraksjon systemer minimeres. Opprettholde kritisk måling distandpunkter og samtidig luftstrøm gjennom hele testprosessen er nøkkelen til denne presisjon. Sanntids datakvalitetsanalyser er også avgjørende for å hindre overskudd av variasjonen i data eller fremmede inkludering av feilaktige data. Noen begrensninger i denne metoden inkluderer atypiske spraydyser, spray løsninger eller program forhold som fører til spray bekker som ikke fullt ut atomize innenfor måleavstander diskutert. Vellykket tilpasning av denne metoden kan gi en svært effektiv metode for evaluering av utførelsen av agrokjemiske sprøytepåføringsdyser under en rekke operasjonelle innstillinger. Også diskutert er potensielle eksperimentelle design hensyn som kan inkluderes for å forbedre funksjonaliteten til de innsamlede dataene.
Introduction
Når du gjør noen agrochemical sprøyting, er den primære bekymring sikrer maksimal biologisk effekt mens noen off-target bevegelse og tilhørende negativ miljøpåvirkning eller andre ikke-target biologisk skade minimeres. En av de viktigste faktorene for å vurdere når du setter opp sprøyter, før en søknad, er dråpestørrelse, som lenge har vært anerkjent som en av de viktigste parametrene som påvirker generelle spray deponering, effekt og drift. Mens det er en rekke andre faktorer som potensielt påvirke sprøyteavsetning og drift, er dråpestørrelsen en av de enkleste å endre for å passe behovene til en gitt applikasjon scenario. Dråpestørrelsen fra en hvilken som helst landbrukssprøytemunnstykke påvirkes av en rekke faktorer, inkludert, men ikke begrenset til, dysetype dyse åpningens størrelse, sprøytetrykk og sprayløsningen fysikalske egenskaper. Med teleskop anvendelser, den ytterligere påvirkning av luft skjærkraft som resulterer fra lufthastighet av luftfartøyet og dendyse orientering i forhold til at airshear, forårsaker sekundær breakup av spray forlater dysene 1. Med alle disse faktorene, er applikatorer overfor den vanskelige oppgaven med å gjøre riktig dyse valg og operative setup beslutninger som sikre at alle plantevernmiddel produkter etiketter er oppfylt og at den resulterende spray dråpestørrelsen er slik at på målet deponering og biologisk effekt opprettholdes mens minimere off-target bevegelse. Målet med denne fremgangsmåte er å tilveiebringe klare, konsise informasjon om dråpestørrelsen som følge av de forskjellige kombinasjoner påvirkende faktorer for å understøtte en applikator operasjonelle beslutninger.
Mens det er en rekke virkemidler for å måle dråpestørrelse fra spray, målinger fra agrochemical spraydyser er typisk enten laser diffraksjon, bilder, eller fase doppler basert to. Bildene og fase doppler baserte metoder er enkelt partikkel counter metoder,noe som betyr at mindre områder innenfor spray skyen er fokusert på, med individuelle partikler blir målt tre. Mens laser diffraksjonsmetoder ta et ensemble måling, det vil si fordelingen av en gruppe av partikler raskt måles tre. Selv om disse metoder skiller seg i prinsippet med riktig montering og bruk, sammenlignbare resultater kan oppnås fire. Laser diffraksjon metoder har blitt mye vedtatt av landbruks søknad samfunnet på grunn av brukervennlighet, evne til raskt å måle høye antallet tetthet spray og stor dynamisk måleområde. Som et ensemble måling blir gjort, vil en enkelt traversering av en forstøvningsskyen gjennom linjen måle er alt som er nødvendig for en sammensatt dråpestørrelse på hele spray. Dette sørger for effektiv evaluering av dråpestørrelsen fra et stort antall av spraydyser og operasjonelle parameterkombinasjoner. Til sammenligning enkelt partikkel counter metoder nødvendigvis fokusere på mye mindre områder viddhin en spray sky for å fange opp de enkelte partikler, noe som betyr at flere målesteder skal evalueres og kombineres for å returnere et sammensatt resultat. Dette krever betydelig mer tid, krefter og spray løsning for å vurdere en enkelt spray sky enn laser diffraksjon baserte metoder. Den økte spray volum som kreves kan presentere et betydelig problem hvis selve plantevernmiddel produkter blir testet som en følge av økte kostnader til materialet som brukes og avhendingskostnader. Men de enkelte partikkel counter metoder byr på den fordel å gi en tidsmessig prøve, ved at de måler det antall dråper pr tidsenhet som passerer gjennom et prøvevolum, mens laser-diffraksjon tilveiebringer en romlig prøve som målingen er proporsjonal med antallet dråper innenfor et gitt volum 5. Ble alle dråpehastigheter innenfor en gitt spray det samme, ville de metodene gir identiske resultater. Men for de fleste sprøytesystemer dråpehastigheter er korrelerttil dråpestørrelse, noe som resulterer i en skjevhet med romlige prøvetakingsmetoder 6.
Overvinne denne romlige skjevhet fra laser diffraksjon målinger gjennom egnet testmetode er en viktig del av evalueringen spray dråpestørrelse fra landbruket spraydyser 4. Den romlige forspenningen reduseres ved testing dyser i en samtidig luftstrøm på 13 m / sek, og med målestedet plassert en passende avstand fra dysen, som en kombinasjon av disse to parametrene fører til homogene dråpehastigheter gjennom hele sprøyte skyen 4. Videre er den romlige skjevhet liten (5% eller mindre) for antenne dyse testing på grunn av de høye flygehastigheter samtidige evaluert 7,8. For å bestemme den optimale testmetoden for å redusere den romlige skjevhet med våre nåværende lav og høy hastighet vindtunnel fasiliteter, serier av referanse dyser brukes til å bestemme landbruks spray størrelse klassifikasjoner 9 ble evaluert for dråpestørrelse usynge både laser diffraksjon og avbildningsmetoder 10. Dimensjonering evalueringer ble gjennomført under flere kombinasjoner av samtidige lufthastighet og måling avstand (avstand fra dyse utgang til målepunktet), representant for den operative utvalg av eksisterende anlegg. Laser diffraksjon målinger ble sammenlignet med bilderesultater for å fastslå potensialet romlige partiskhet og den optimale kombinasjonen av måleavstanden og samtidig flyhastighet ble valgt som standard operasjonsprosedyre. En måling avstand på 30,5 cm og en samtidig flyhastighet på 6,7 m / sek for evaluering av bakkesprøytedyser i lav hastighet vindtunnel redusert romlig forspenning til 5% eller mindre 10. Romlige skjevheter på 3% eller mindre ble oppnådd for luftmunnstykke vurderinger i høy hastighet tunnelen, for alle hastigheter testet, med en måleavstand på 45,7 cm 10. Ved hjelp av disse standardmetoder, forfatterne var også i stand til å vise at lab til lab variabiheten kan minimeres, og sørger for konsistente Interlaboratory dråpestørrelse data 11.
All dråpestørrelse testing vist som en del av dette arbeidet ble utført ved USDA-ARS-Aerial Application Technology Research Unit spray forstøving forskningsanlegg. En laser diffraksjons-systemet ble plassert nedstrøms fra dysen ved avstandene som er angitt i den protokoll delen. For første dyse testing ble laser diffraksjon system som er konfigurert, etter produsentens anvisninger, for å ha en dynamisk størrelse rekke 18-3,500 mikrometer over 31 binger 12. Likeledes for antennen dyse test av systemet ble konfigurert med en dynamisk størrelse spekter av 9 til 1750 mikrometer, også på tvers av 31 binger 12. Antenne basert spraydyser evalueringer ble gjennomført i høy hastighet luft for å simulere antenne påføringsforholdene. Bakkesprøytemunnstykker ble testet i et større vindtunnel seksjon med en enkelt samtidig flyhastigheten for å minimalisere spaTial skjevhet fra laser diffraksjon. Dysene som testes ble plassert på oppstrømsiden av laserdiffraksjon systemet på avstanden i protokoll delen. Dyser ble montert på en lineær travers som åpner for forstøvningsskyen som skal krysses vertikalt gjennom målesonen i løpet av en gitt målesyklus. Protokollen for bakke dyse testing beskriver et eksperiment undersøke tre typiske dyser på to spraytrykk mens antennen dyse testing beskriver et eksperiment undersøker to typiske spraydyser på to spray trykk og tre hastigheter. Begge testscenarier bruke en "aktiv blank" spray løsning, snarere enn bare vann, for å etterligne virkningene av virkelige verden sprayløsninger.
Protocol
1. Innledende oppsett og oppretting
- Før eventuell testing, justere laser diffraksjon systemkomponenter følgende retningslinjer gitt av produsenten for å sikre riktig systemfunksjonalitet og datakvalitet.
- Følg riktige sikkerhetsforanstaltninger i forbindelse med bruk av en klasse IIIa laser unngå direkte eksponering øyet. Bruk riktig personlig verneutstyr hvis aktive ingrediensen kjemiske sprøyte løsninger blir brukt.
2. Ground Dyse Droplet Dimensjonering
- Fremstille den "aktive blank" ved tilsetning av 47,5 ml (gjenspeiler en blanding sats på 0,25% v / v) av en 90% ikke-ionisk overflateaktivt middel til 19 l vann og grundig blanding ved hjelp av en rørestav i en drill. Avhengig av mengden av test som skal gjøres, kan større mengder aktiv blank være nødvendig.
- Hell "aktiv blank" spray blandingen i rustfritt stål trykktanker, forsegle tanken og fest innspill lufttrykk slangen og utgåendeflytende slange som mater munnstykket.
- Bekrefte at avstanden mellom dyseutløpet og målesonen er 30,5 cm (12 tommer) ved hjelp av et målebånd. Hvis det er det, fortsett. Hvis ikke, justeres ved å flytte enten laserdiffraksjon system eller dysen.
- Installer en standard 110 graders flat viftedysen med en # 05 åpning (bemerket som en XRC11005 dyse) i munnstykket kroppen festet til traversen systemet. Juster dysen orientering slik at den lange aksen av den flate viftedysen er orientert vertikalt i tunnelen, men som enten roterende dysen i monteringsringen på tilbakeslagsventilen, eller ved å endre posisjonen til kontrollventil hvis munnstykket ikke kan dreies til den riktig posisjon.
- Slå på vindtunnel og sette lufthastigheten til 6,7 m / sek ved å justere viftehastigheten og bekrefter lufthastigheten i tunnelen ved hjelp av en hot wire anemometer.
- Sett spray press for å 276 kPa (40 psi) ved å justere den innkommende lufttrykket ved hjelp av en innebygd trykk forskriftenlator. Bekrefte trykk ved bruk av en elektronisk trykkmåler er installert umiddelbart oppstrøms av munnstykket.
- Plasser munnstykket på toppen av tunnelen ved å aktivere og kjøre den lineære traversen til øverste posisjon før start måleprosessen.
- Sørg for at alle eksperimentelle parametre (dyse, trykk, løsning, etc.) er riktig registrert i laser diffraksjon system data innspillingen programvare ved å bekrefte at parametrene er tatt opp på brukerparametere grensesnittet vindu matche testforhold.
MERK: Denne informasjonen parameter opptaksskjermen kan variere med laser diffraksjon instrument. - Start en referansemåling ved å velge referansemåling ikonet i operativsystemet programvare for å ta høyde for eventuelle støv eller bakgrunnspartikler.
- Initiere starten av målesyklusen. Avhengig av laserdiffraksjon systemet som blir anvendt, blir et par sekunder vanligvis nødvendig for å fokusere sensoren før tt ig ngtering og bruk av måleprosessen.
- Når systemet indikerer at den er klar til å starte måleprosessen, aktiverer spyle ved å åpne væsketilførselsventilen på trykkbeholderen. Når sprayen er startet, senke munnstykket gjennom laserstrålen ved hjelp av traversmekanismen inntil hele forstøvningsskyen har passert gjennom målesonen. Deaktiver spray ved å lukke væsketilførselsventilen.
MERK: På laser diffraksjon systemet brukes av forfatterne, ikke den faktiske målingen ikke starte før spray passerer gjennom målesonen oppnår en optisk konsentrasjon på 0,5%, og fortsetter inntil en medgått tid på 10-12 sek er gått. Disse innstillingene vil variere med laser diffraksjon system og brukerinnstillinger. - Gjenta trinn 02.07 til 02.11 for minimum 3 gjentak. Finn ut om flere gjentak kreves ved å beregne gjennomsnitt og standardavvik for D v0.1, D V0.5, og D v0.9 av de tre gjentakog at standardavviket er 10%, eller mindre, av gjennomsnittet. Utfør tilleggs gjentak som nødvendig for å oppfylle kriteriene.
- Sett spray press for å 414 kPa (60 psi) og gjenta trinn 02.07 til 02.12.
- Gjenta trinn 02.06 til 02.12 for hver ekstra dyse og trykk kombinasjon av interesse.
- Eksport og lagre dråpestørrelse data ved hjelp av metoden gitt innenfor driftsprogramvare.
3. Aerial Dyse Droplet Dimensjonering
- Klargjør "aktiv blank" ved å legge til 47,5 ml av en 90% ikke-ionisk surfaktant til 19 l vann og blande godt å bruke en bevegelse stang i en drill.
MERK: Avhengig av hvor mye testing som skal gjøres, kan større mengder aktiv blank være nødvendig. - Hell den "aktive blank" sprayblanding inn i de rustfrie trykktanker, forsegle beholderen og feste inngangslufttrykket slange og den utgående væskeslangen mating av sprøytemunnstykket.
- Bekreft at avstanden between dyseutløpet og målesonen er 45,7 cm (18 tommer) med et målebånd. Hvis det er det, fortsett. Hvis ikke, justeres ved å flytte laserdiffraksjon systemet den nødvendige avstanden fra dysen.
- Installer en standard 20 graders flat viftedysen med en # 15 åpning (bemerket som en 2015 dyse) i en tilbakeslagsventil og dyse kroppen på bommen travers delen på vindtunnel utløp. Sikre at munnstykket er riktig plassert med dyselegemet orientert horisontalt og parallelt med luftstrømmen.
- Slå på vindtunnel viften og sette lufthastigheten i tunnelen uttaket til 53,6 m / sek (120 mph) og bekreft hastighet ved hjelp av pitot rør festet til en fartsmåler.
- Sett spray trykket til 207 kPa (30 psi) ved å justere den innkommende lufttrykket ved hjelp av en innebygd trykkregulator.
- Plasser munnstykket på den øverste plasseringen av traversen før start måleprosessen.
- Sørg for at alle eksperimentelle parametre (dyse, trykk,løsning, etc.) er riktig registrert i laser diffraksjon system data innspillingen programvare ved å bekrefte at parametrene er tatt opp på brukerparametere grensesnittet vindu matche testforhold.
MERK: Denne informasjonen parameter opptaksskjermen kan variere med laser diffraksjon instrument. - Start en referansemåling ved å velge referansemåling ikonet i operativsystemet programvare for å ta høyde for eventuelle støv eller bakgrunnspartikler.
- Initiere starten av målesyklusen. Avhengig av laserdiffraksjon systemet som blir anvendt, blir et par sekunder vanligvis nødvendig for å fokusere sensoren før start av måleprosessen.
- Når systemet indikerer at den er klar til å starte måleprosessen, aktiverer spyle ved å åpne væsketilførselsventilen på trykkbeholderen. Når sprayen er startet, senke munnstykket gjennom laserstrålen ved hjelp av traversmekanismen inntil hele forstøvningsskyen har passert gjennom målesonen. deaktivere sprayen ved å lukke væsketilførselsventilen.
MERK: På laser diffraksjon systemet brukes av forfatterne, ikke den faktiske målingen ikke starte før spray passerer gjennom målesonen oppnår en optisk konsentrasjon på 0,5%, og fortsetter inntil en medgått tid på 5-7 sek er gått. Disse innstillingene vil variere med laser diffraksjon system og brukerinnstillinger. - Gjenta trinn 03.07 til 03.11 for minimum 3 gjentak. Finn ut om flere gjentak kreves ved å beregne gjennomsnitt og standardavvik for D v0.1, D V0.5, og D v0.9 av de tre gjentak og at standardavviket er 10% eller mindre, av gjennomsnittet. Utfør tilleggs gjentak som nødvendig for å oppfylle kriteriene.
- Gjenta trinn 03.04 til 03.12 for hver ekstra dyse, trykk, dyse orientering og hastighet kombinasjon av interesse.
- Eksportere og lagre dråpestørrelse data ved hjelp av metoden gis innenfor drift såftware.
Representative Results
De resulterende data fra denne fremgangsmåte kan uttrykkes i en rekke forskjellige formater, avhengig av brukerens preferanse, og de driftsmessige egenskapene til laser-diffraksjon system. Vanligvis disse dataene blir presentert som en tomt på den volumveide dråpestørrelsesfordelingen (figur 1 og 2) eller så beskrivende dråpestørrelse beregninger (tabell 1 og 2). Disse resultatene kan deretter brukes til å undersøke virkningen at endringer i munnstykket eller operasjonsparametere har på den resulterende sprøytedråpestørrelsen.
Vi undersøkte to forskjellige teleskopsprøytemunnstykker, begge med samme åpningsstørrelse, men med forskjellige sprayvifte vinkler. Med disse to luftdyser, vi også undersøkt effekten av spray trykk og hastighet på dråpestørrelse. Undersøke 2015 dysen drives ved et spraytrykk på 207 kPa og sammenligne volumet weighted fordelinger som følge av det samme munnstykke som blir drevet i 53,6 m / sek i forhold til 71,5 m / sek flygehastighet, er det umiddelbart åpenbart at høyere hastigheter resulterer i en dramatisk endring i de inkrementelle og kumulative fordelinger mot mindre dråpediametre (figurene 1 og 2) som er et resultat av økt oppløsningen av sprøytedråper på høyere lufthastighet. Mens grafisk representasjon av resultatene gir en meget visuell representasjon av resultatene, kvantitative verdier avledet av disse fordelinger er mer praktisk for større datasett. Typisk dråpestørrelsesverdier som brukes i landbrukssprøyte forskning omfatter D v0.1, D V0.5 og D v0.9 verdier, som korresponderer med dråpediametre slik som 10, 50 og 90 (henholdsvis)% av det sprayvolum inngår i dråper av lik eller mindre diameter. Disse dataene er de samme som de som er vist i de grafiske fordelingene, men gir en mer praktisk format for å uttrykke dataene. Sammenligning av data for både 2015 og 4015 spraydyser på både trykk og alle tre hastigheter, kan generelle trender observeres (tabell 1). De 4015 flat viftedysen resulterer i mindre dråpestørrelser enn 2015 på samme trykk og hastighet, som indikert av mindre volum vektet diameter (D v0.1, D v0.5, og D v0.9) og økningen i totalvolum av sprøyte består av dråpe på 100 um eller mindre. D v0.1, D V0.5, og D v0.9 er de dråpediametere slik som 10, 50 og 90%, henholdsvis, av det totale sprøytevolum består av dråper av lik eller mindre diameter. Dette er et resultat av økningen sprøytedusjen vinkel ser større oppbrytning ved de ytre kantene av den flytende viftevinkelen. Innenfor det samme trykk dysetype og spray, alle dråpestørrelsesberegninger avta med økende hastigheter, igjen som et resultat av å øke oppløsningen av dråper ved higher hastigheter. Et interessant fenomen med antennen spraydyser er sett når man ser på effekten av spray press innenfor hver dyse og hastighet kombinasjon. Alt annet like, som trykket øker, så gjør dråpestørrelse 11. Dette er forårsaket av en reduksjon i den relative hastighetsforskjell mellom væsken som kommer ut av munnstykket og den omkringliggende luftstrømmen, som de flytende utgangshastighet øker etter hvert som trykket øker (tabell 1) 13.
Ser vi på resultatene fra bakken dyser og sprøytetrykk testet, er betydelig med TTI11003 resulterer i dråpestørrelser som er mer enn dobbelt så høy som den XRC11003 og AI11003 dråpestørrelser faller i midten av den andre effekten av munnstykket type på dråpestørrelse to (tabell 2). Innenfor hver dyse typen, kan effektene av trykket observeres med dråpestørrelser reduseres med økende spyletrykket.
Figur 1. Inkrementell dråpestørrelsesfordeling for en 20 graders flat vifte antenne sprøytemunnstykke med en # 15 åpning drives ved 207 kPa og i en flygehastighet på 53,6 m / sek. Den blå kurven representerer den trinnvise volumvektet fordeling som gir den prosentandel av total sprayvolum som befinner seg i dråper som faller sammen med området fra hver måling bin som målt ved laserdiffraksjon system. Den røde kurven er de samme data, men representert som kumulative data. Den akkumulerte data gjør det mulig for de volumveide diameter som er spesifikke for en viss prosentandel av total spray volumet som skal bestemmes. Som illustrert i figuren, for å erholdt D V0.5 volumdiameter, lokalisering av 50% punktet på den kumulative kurve og den tilhørende dråpediameter viser at 50% av det totale sprøytevolumet er inneholdt i sprøytedråpeets med diameter 551 mikrometer eller mindre. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Inkrementell dråpestørrelsesfordeling for en 40 graders flat vifte antenne sprøytemunnstykke med en # 15 åpning drives ved 207 kPa og i en flyhastighet på 71,5 m / sek. Som i figur 1, representerer den blå kurve med øket volumvektede og fordeling den røde kurven er den kumulative fordelingen. Sammenlignet med resultatene som er vist i figur 1, viser den trinnvise fordeling en betydelig forskyvning mot mindre dråpediametere som et resultat av økt lufthastighet og dermed sekundær dråpeoppbrytningen. Bestemme D V0.5 volum diameter viser at 50% av denne spray volum er contained i dråper med diameter 350 mikrometer eller mindre. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Inkrementell dråpestørrelsesfordeling med falsk peak eksempel plottet. Sekundær, mindre topp på høyre side, mot den største enden av dråpestørrelsen skala er vanligvis et resultat av enten vibrasjoner eller annen støy i systemet eller tilstedeværelse av leddbånd forbundet med ufullstendig forstøvning innenfor sprøyte skyen. Som dråpestørrelsesfordelingene for vanlig landbrukssprøytemunnstykker og løsninger er vanligvis log-normalfordelt, kan tilstedeværelsen av en sekundær topp i fordelingen være et gyldig resultat fra en atypisk sprøyteløsning og / eller munnstykke kombinasjon, men er mer sannsynlig en indikasjontor av noen forvirrende sak i måleprosessen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Munnstykke | Trykk (kPa) | Lufthastighet (m / sek) | Volumveide Diameter (mikrometer) [Mean ± St. Dev.] | Prosent Spray Volume Mindre enn 100 mikrometer | ||
| 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. Volumvektet diametre (gjennomsnitt ± standardavvik over tre replikatmålinger) for 2015 og 4015 flat vifte antenne spraydyser drives ved sprøytetrykk på 207 og 414 kPa og i hastigheter på 53,6, 62,6 og 71,5 m / sek.
| Munnstykke | Trykk (kPa) | Volumveide Diameter (mikrometer) [Mean ± St. Dev.] | Prosent Spray Volume Mindre enn 100 mikrometer | ||
| 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. Volumvektet diametre (gjennomsnitt ± standardavvik over tre replikatmålinger) i tre bakken sprøytedyser (XRC11005, AI11005 og TTI11005) operert ved sprøytetrykk på 276 og 414 kPa.
Discussion
Det finnes en rekke kritiske trinn som skal følges ved anvendelse av denne metoden. Med både luft- og bakke dyse evalueringer bør avstanden fra utløpet av dysen til linjen måle verifiseres før noen måling. Alle avvik i denne avstanden kan ha en betydelig innvirkning på resultatene. Likeledes bør den samtidige lufthastigheten som brukes i første dyse testing kontrolleres og justeres til 6,7 m / sek anbefalt. Forskjeller i lufthastighet fra det som er anbefalt vil vesentlig påvirke resultatene skyldes prøvetaking skjevhet problemer ved lavere hastigheter, og potensielt øke sekundær bruddet ved høyere hastigheter. Dessuten er korrekt innretting av lasers diffraksjon systemkomponentene kritiske for å sikre at systemet er i drift ved den nøyaktighet og presisjon spesifikasjon sertifisert av produsenten. Riktig oppsett og justering av dysene i forhold til den samtidige luftstrømmen er kritisk for å sikre kvalitetsdata, som selv litenforskyvninger av noen få grader i dyser posisjonering kan medføre betydelige konsekvenser for de resulterende dråpestørrelse data.
Metodene som presenteres kan brukes på alle sprøytemunnstykke konfigurasjon eller spray løsning for både bakken og antennesystemet. Med bakken spredere, endringer i sprøytedråpestørrelse er vanligvis en funksjon av dyse type og størrelse, sprøytetrykk og sprayløsningen type. Med antenne sprayer den ekstra rollen endringer i flyhastighet og retningen på munnstykket til omkringliggende luftstrømmen er kritisk til den resulterende dråpestørrelse. Denne fremgangsmåten kan brukes til å evaluere den kombinerte effekten av disse faktorene på det endelige dråpestørrelse. Men det er sjeldne tilfeller når noen endringer til anbefalte metoder er påkrevd. Nærmere bestemt vil sprayløsninger eller dyser som krever lengre avstander fra dysen for fullstendig oppbrytning av sprøyte til adskilte partikler som krever justering av avstanden mellom dysen og måling pet. Hittil har det bare dyse / spray løsning behandlinger som har krevd denne typen justering vært rette stream dyser på alle operative innstillinger og smal vinkel flat dyser med spray tilsetningsstoffer som øker løsninger viskositet, når målt under antenne søknad testforhold. Den laserdiffraksjon Systemet vil fortsatt tilbake dråpestørrelsesdata i tilfelle av ufullstendig oppløsningen av spray sky, men de resulterende data vil typisk være forspent mot mye større dråpestørrelse som et resultat av stråle leddbånd som blir målt av systemet. Selv om disse leddbåndene ikke er lett synlig for det blotte øye, vil deres tilstedeværelse vanligvis dukker opp visuelt i fordelingen plottet som en andre topp i den største enden av den dråpestørrelse skalaen (figur 3). Selv om forsiktighet anbefales i å anta at denne sekundære peak er et resultat av tilstedeværelsen av leddbånd, som eksterne vibrasjoner eller andre inngrep med laser diffraksjon systemet kan forårsakeen tilsvarende respons. Som en brukers erfaring nivå øker, noe som gjør at skillet mellom de to basert på feil blir enklere. I tilfeller der spray forstøving er ufullstendig, har vi funnet ut at å utvide prøvetaking avstand til 1,8 m (for antenne spraydyser) løser problemet og returnerer kvalitetsdata. Denne 1,8 m avstand er faktisk standard avstanden som vår gruppe evaluerer alle rette stream Dyser under antenne påføringsforhold. Når du arbeider med bakken sprøytedyser, det er en klasse av dyse design som bruker en tvilling, flat fan åpningens utløp den kan kreve endring av munnstykket monterings oppsett for å sikre hele spray skyen passerer gjennom prøvetakingsområdet uten begroing laser diffraksjon systemets linser .
Selv om denne metoden er konstruert for å minimalisere samplingsforspenningen på grunn av romlige skjevheter knyttet til laser diffraksjon systemer, er det ikke helt eliminere dem, noe som betyr at dråpestørrelsesverdier return kan ikke tas som "absolutt". Laserdiffraksjon gir ikke et middel for å måle og justere, den resulterende dråpestørrelsesdata for de ikke-homogene dråpe hastigheter blant forskjellige dråpestørrelser i kompositt spray skyen. Dette blir kritisk når inter-laboratorie datasett blir sammenlignet, spesielt med hensyn til jord sprøytemunnstykker. Metoden for tiden akseptert å standardisere resultatene og tillate sammenligninger mellom laboratorier bruker en serie med svært kalibrert referansespraydyser, hvis dråpestørrelse data brukes til å etablere et sett av klasser. Evaluering av disse dyser bør gjennomføres som en del av hver dråpe dimensjonering evaluering. Nærmere om dysene og klassifiserings definisjoner finnes i American Society of Agricultural og biologisk Engineers (ASABE) "Spray dyse Klassifisering av Droplet Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009).
Som diskutert i IIntroduksjonen, det er andre dråpe dimensjonering systemer foruten laser diffraksjon. Hvor laserdiffraksjon gir et sammensatt mål av dråpestørrelse i hele forstøvningsskyen, disse andre fremgangsmåter fokuserer på et lite område med sprøyte skyen, prøvetaking bare en liten del av den samlede sprøyte skyen. Oppnåelse av en representativ prøve av hele skyen med disse andre fremgangsmåter krever en mye mer strenge, og tidkrevende, multi korde traversering av forstøvningsskyen største tverrsnittsareal, noe som resulterer i et stort antall sub-sampler som må kombineres for å generere en kompositt resultat. Dette krever betydelig mer tid enn ved bruk av laser-diffraksjon.
Når denne metoden har blitt integrert i et forskningsprogram og teknikker mastret av brukerne, er neste utfordring å drive godt strukturerte eksperimenter som tar sikte på å forstå hvilken rolle hver av de påvirkningsfaktorer spille med hensyn til dannelse av dråpestørrelse. Dette er en bigger utfordring enn det virker gitt den tilsynelatende endeløse kombinasjon av munnstykke type dyse oppsett og operasjonelle forhold, lufthastighet og dyse posisjon (antenne sprøyting) og reelle tankblandinger brukes av landbruks søknad industrien. Enda mer av en utfordring er å finne en måte de gjør denne informasjonen tilgjengelig for applikatorer i et format som er lett brukbar. Ett alternativ vår gruppe har brukt med stor suksess er en klasse av eksperimentelle design kalt responsflater som gir mulighet for utvikling av dråpestørrelse prediksjonsmodeller basert på et begrenset antall eksperimentelle behandlinger som åpner for en svært effektiv evaluering av flere spraydyser og løsninger 14, 15. Denne strukturerte konstruksjonsmetode som har vært brukt til å utvikle en serie av dråpestørrelse modeller for de mest vanlig anvendte antenne 11 og jord dyser 16 brukes av landbruks 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).
