JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engenharia

גודל אגל ריסוס מדידה מן הנחירים חקלאיים באמצעות דיפרקציה ליזר

Published: September 16, 2016
doi:
10.3791/54533
,
1Aerial Application Technology Research Unit,USDA ARS

Summary

אנו מציגים פרוטוקולים לשמש למדידת גודל תרסיס אגל מ חרירי חקלאי המשמשים הן יישומים האגרוכימיה מבוסס מהאוויר ומהקרקע. שיטות אלה הציגו פותחו על מנת לספק נתונים גדלי טיפה עקבית דיר הן ומעבדת תוך יחסים בין עדות, בעת השימוש במערכות ליזר עקיפה.

Abstract

בעת ביצוע יישום של כל חומר להגנת צומח כגון קוטלי עשבים או חומרי הדברה, המוליך משתמש במגוון של מיומנויות מידע להגיש בקשה כך שהחומר מגיע לאזור היעד (כלומר, צמח). מידע קריטי בתהליך זה הוא גודל הטיפה כי זרבובית תרסיס מסוימת, לחץ תרסיס, שילוב פתרון ספריי מייצר, כמו גודל טיפה מאוד משפיע יעילות מוצר וכיצד המהלך התרסיס דרך הסביבה. חוקרים ויצרנים מוצר נפוץ להשתמש בציוד עקיפה לייזר למדידת גודל טיפה ספריי במנהרות רוח מעבדה. העבודה המוצגת כאן מתאר שיטות ששימשו לביצוע מדידות גודל טיפה ספריי עם ציוד עקיפה לייזר עבור שני תרחישים יישום הקרקע אוויר, שניתן להשתמש בהם כדי להבטיח דיוק היחסים בין העדות ובתוכן ומעבדה תוך מזעור דגימה מוטה הקשורים למערכות לייזר עקיפה. שמירת di מדידה הקריטיתעמדות וזרימת אוויר במקביל לאורך כל תהליך הבדיקה הוא מפתח דיוק זה. ניתוח איכות נתונים בזמן אמת הוא גם קריטי במניעת וריאציה עודפת הנתונים או הכללת זרים של נתונים שגויים. מספר מגבלות של שיטה זו כוללות חרירי ספריי טיפוסיים, פתרונות תרסיס או תנאי יישום לגרום זרמים ספריי כי לא להפריד לאטומים מלאים בתוך מרחקי המדידה דנו. התאמה מוצלחת של שיטה זו יכולה לספק שיטה יעילה ביותר להערכת הביצועים של חרירי יישום תרסיס האגרוכימיה תחת מגוון רחב של הגדרות מבצעיות. דן גם הם שיקולי תכנון פוטנציאל הניסיון שיכול להיכלל כדי לשפר את הפונקציונליות של הנתונים שנאספו.

Introduction

בעת ביצוע כל יישום תרסיס האגרוכימיה, הדאגות העיקריות הן בהבטחת יעילות ביולוגית מקסימלי תוך מזעור כל תנועה מחוץ יעד ואת השפעה על סביבת לוואים הקשורות או ניזק ביולוגי שאינו יעד נוסף. אחד הגורמים העיקריים שיש להביא בחשבון בעת ​​הגדרת כל מרסס, לפני יישום, הוא גודל טיפה, אשר כבר זמן רב מוכר כאחד הפרמטרים העיקריים המשפיעים בתצהיר התרסיס כולל, יעיל, וסחיפה. אמנם ישנם מספר גורמים אחרים שיש בהם פוטנציאל להשפיע בתצהיר תרסיס וסחיפה, גודל טיפה הוא אחד הקלה ביותר לשנות כדי שיתאים לצרכים של תרחיש יישום נתון. גודל טיפה מכל זרבובית תרסיס חקלאית מושפע מכמה גורמים, כוללים, אך לא רק, סוג זרבובית, גודל פתח זרבובית, לחץ ספריי פתרון ספריי תכונות פיסיקליות. עם יישומי אוויר, ההשפעה הנוספת של גזירת אוויר נובע המהירות של המטוס ואתביחס האוריינטציה של זרבובית לזה airshear, גורמת לפירוק המשני של תרסיסים עוזב את חרירי 1. עם כל הגורמים הללו, אפליקטורים מתמודדים עם המשימה הקשה של ביצוע בחירת זרבובית ראויה והחלטות היערכות תפעוליות שתבטח שכל תוויות מוצרי הדברה מתקיימות וכי גודל טיפת ספריי וכתוצאה מכך הוא כזה בתצהיר על היעד ויעילות ביולוגית נשמרים תוך מזעור תנועה-יעד הנחה. המטרה של שיטה זו היא לספק ברור, מידע תמציתי על גודל הטיפה הנובעים שילובים השונים המשפיעים גורם לתמוך החלטות המבצעיות של מוליך.

אמנם ישנם מספר כלים זמינים עבור מדידת גודל טיפה מן תרסיסים, מדידות מ חרירי ספריי הגנת הצומח בדרך כלל או עקיפה לייזר, דמיון, או דופלר שלב מבוסס 2. דופלר הדמית שלב שיטות המבוססות שיטות מונות חלקיקים יחידים,כלומר אזורים קטנים יותר בתוך הענן ספריי מתמקדים, עם חלקיקים בודדים נמדד 3. בעוד שיטות דיפרקציה לייזר לקחת מדידה אנסמבל, כלומר חלוקת קבוצת החלקיקים נמדד 3 במהירות. בעוד שיטות אלה שונים באופן עקרוני, עם הגדרה נכונה ושימוש, תוצאות דומות ניתן להשיג 4. שיטות דיפרקציה הליזר אומצו באופן נרחב על ידי קהילת היישום החקלאית בשל קלות שימוש, יכולת תרסיסי צפיפות מספר גבוה מדידה במהירות של טווח מדידה הדינמי הגדול. כפי מדידת אנסמבל מתבצעת, חוצה יחידה של פלומת תרסיס דרך קו מדידה היא כל מה שנדרש עבור גודל טיפה מורכב של ספריי כולו. זה מאפשר הערכות יעילות של גודל טיפה ממספר רב של חרירי ספריי ושילובי פרמטר מבצעיים. לשם השוואה, השיטות המונות חלקיקים היחידות בהכרח להתמקד הרבה שנינות אזורים קטנותין ענן ספריי כדי ללכוד חלקיקים בודדים, כלומר במקומות מדידה מרובים חייבים להיות מוערכים בשילוב להחזיר תוצאת מרוכבים. זה דורש הרבה יותר זמן, מאמץ פתרון ספריי להעריך פלומת ספריי יחיד מאשר שיטות מבוססות עקיפת ליזר. היקף ספריי הגדול יותר שיידרש יכול להוות בעיה משמעותית אם מוצרי דברה בפועל נבדקים כתוצאת התייקרות החומר המשמש ואת עלויות הסילוק. עם זאת, השיטות מונות חלקיקים היחידים להציע את היתרון של מתן דגימה זמנית, בכך שהם למדוד את מספר טיפות ליחידה זמן עוברות דרך נפח דגימה, ואילו עקיפת ליזר מספקת מדגם מרחבית כמו המדידה היא מידתית מספר הטיפין בתוך נפח 5 נתון. האם כל מהירויות אגל בתוך נתון לרסס אותו, השיטות תספק תוצאות זהות. עם זאת, עבור מערכות תרסיס רוב מהירויות האגל מתואמותכדי צַחצוֹחִית גודל, וכתוצאה מכך הטיה עם שיטות דגימה המרחבי 6.

התגברות על הטיה מרחבית זו ממדידות עקיפות ליזר באמצעות מתודולוגיית בדיקות מתאימה היא חלק קריטי של הערכת גודל טיפת ספריי מ חרירי ספריי חקלאיים 4. ההטיה המרחבית מצטמצמת כאשר בודקים חרירים בתוך קרון בו זמני של 13 מ '/ שני ועם ממקום המדידה ממוקם במרחק מתאים מן הזרבובית, כשילוב של תוצאות שני פרמטרים אלה מהירויות אגל הומוגנית בכל רחבי ענן התרסיס 4. יתר על כן, ההטיה מרחבית קטנה (5% או פחות) לבדיקת זרבובית אוויר בשל צניחת האוויר במקביל הגבוהה העריכה 7,8. כדי לקבוע את שיטת הבדיקה מיטבי במטרה להפחית את ההטיה המרחבית עם מתקני מנהרת רוח מהירות נמוכה וגבוהה הנוכחי שלנו, הסדרה של חרירי התייחסות המשמש לקביעת סיווגים של גודל תרסיס חקלאי 9 הוערכו על גודל טיפה uהוא לשיר עקיפת הליזר ושיטות הדמיה 10. הערכות אומדות נערכו תחת שילובים שונים של מהירות אוויר במקבילה ומרחק מדידה (מרחק מיציאת הזרבובית לנקודת מדידה), נציג של הטווח המבצעי של המתקנים הקיימים. מדידות עקיפות ליזר הושוו לתוצאות דימויים כדי לקבוע את הטית המרחבית הפוטנציאל ואת השילוב האופטימלי של מרחק מדידת מהירות במקביל נבחרת הנוהל המבצעי הסטנדרטי. מרחק המדידה של 30.5 ס"מ המהירות מקבילה של 6.7 מ '/ שנייה להערכה של חרירי ספריי הקרקע במנהרת הרוח במהירות נמוכה מופחת הטיה מרחבית עד 5% או פחות 10. הטיות מרחבים של 3% או פחות התקבלו להערכות זרבובית אוויר במנהרה במהירות הגבוהה, עבור כל צניחת האוויר נבדקת, תוך שמירת מרחק מדידה של 45.7 סנטימטרים 10. באמצעות שיטות סטנדרטיות אלו, החוקרים היו גם מסוגל להדגים במעבדה שכדי variabi מעבדהlity יכול להיות ממוזער, מתן נתונים גודל טיפה מעבדתיות עקבי 11.

כל בדיקות גודל הטיפה הפגינו כחלק עבודה זו נערכה במתקן מחקר atomization ספריי של יחידת המחקר טכנולוגיית יישום USDA-ARS-האוויר. מערכת ליזר עקיפה הוצבה במורד זרם של הזרבובית במרחקים המפורטים בסעיף הפרוטוקול. לבדיקת זרבובית קרקע, המערכת העקיפה ליזר הייתה מוגדרת, בעקבות הוראות היצרן, יש מגוון גודל דינמי של 18-3,500 מיקרומטר פני 31 פחים 12. כמו כן למצוא את פתח האוויר בודק את המערכת הוגדרה עם מגוון גודל דינמי של 9 1,750 מיקרומטר, גם על פני 31 פחים 12. הערכות זרבובית תרסיס אוויר מבוססות נערכו אוויר במהירות גבוהה כדי לדמות תנאי ריסוס אוויריים. חרירי מרסס קרקע נבדקו קטע מנהרת רוח גדול עם מהירות במקביל יחידה כדי למזער בספאTiAl הטיה של דיפרקציה לייזר. חרירי הנבדקת הוצבו במעלה הזרם של המערכת עקיפה לייזר במרחקים המוגדר בסעיף פרוטוקול. חרירים היו רכובים על חוצה ליניארי המאפשר הפלומה ספריי להיות חצתה אנכי דרך אזור המדידה במהלך מחזור מדידה נתונה. הפרוטוקול לבדיקות זרבובית קרקע מתאר ניסוי לבחינת שלושה חרירים טיפוסיים בשניים לחצים ספריי ואילו בדיקות זרבובית האוויר מתארת ​​ניסוי לבחינת שני חרירי ספריי טיפוסיים בשתיים לחצים ספריי ושלוש צניחת אוויר. שני תרחישי בדיקות משתמשים בפתרון ספריי "ריק פעיל", ולא רק מים, לחקות את ההשפעות של פתרונות תרסיס בעולם האמיתי.

Protocol

1. הגדרת יישור ראשוני לפני כל בדיקה, ליישר את רכיבי המערכת עקיפה לייזר ביצוע ההנחיות שמספק היצרן על מנת להבטיח איכות פונקציונליות ונתונים תקינה של המערכת. בהתאם לצעדי בטיחות מתאימים הקשורים לשימוש של ליזר Class IIIa הימנעות מחשיפת עין ישירה. להשתמש בציוד מיגון האישי ראוי אם נמצאים בשימוש פתרונות תרסיס כימי חומר פעילים. 2. מדידות אגל נחיר קרקע הכן את "ריק פעיל" על ידי הוספת 47.5 מיליליטר (משקף שיעור תערובת של נ 0.25% / v) של פעילי שטח 90% שאינם יוני 19 ליטר של מים לערבב היטב באמצעות מוט ומערבבי תרגיל אלחוטי. בהתאם לכמות של בדיקות לעשות, כמויות גדולות יותר של ריק הפעיל ייתכן שתידרשנה. יוצקים את התערובת ספריי "ריק פעיל" למיכלי לחץ נירוסטה, לאטום את הטנק ולצרף את צינור לחץ האוויר קלט היוצאצינור נוזל להאכיל את זרבובית תרסיס. ודא שהמרחק בין שקע הזרבובית ואת אזור המדידה הוא 30.5 סנטימטר (12 ב) באמצעות סרט מדידה. אם כן, להמשיך. אם לא, להתאים על ידי הזזת או מערכת לייזר עקיפה או הנחיר. התקן פיית אוהד שטוח סטנדרטי 110 מעלות עם פתח # 05 (ציין כקובץ זרבובית XRC11005) בגוף הזרבובית מחובר למערכת החוצה. לשנות את כיוון הזרבובית כך ציר האורך של זרבובית אוהד השטוח מכוון אנכי במנהרה אבל בכל סיבוב הזרבובית בתוך הטבעת לתלייה על שסתום ההמחאה או על ידי שינוי המיקום של שסתום הסימון אם הנחיר לא ניתן לסובב אל מיקום נכון. הפעל את מנהרת הרוח ולהגדיר את המהירות ל -6.7 מ '/ שני על ידי התאמת מהירות המאוורר ו המאשר את המהירות במנהרה באמצעות מד רוח חוט חם. הגדר את לחץ תרסיס 276 kPa (40 psi) על ידי התאמת לחץ האוויר הנכנס באמצעות regu לחץ מוטבעLator. אשר את הלחץ באמצעות מד לחץ אלקטרוני מותקן מיד במעלה הזרם של זרבובית תרסיס. מקם את הזרבובית בראש המנהרה על ידי הפעלה וההפעלה החוצה ליניארי למיקום העליון ביותר לפני שתזם את תהליך המדידה. ודא שכל הפרמטרים של הניסוי (זרבובית, לחץ, הפתרון, וכו ') נרשמים כראוי בתוכנת צריבת נתוני מערכת העקיפה ליזר באמצעות אימות קיומם של הפרמטרים רשמו על חלון ממשק פרמטרים משתמשים להתאים את תנאי הבדיקה. הערה: מסך הקלטת פרמטר נתונים אלה עשויים להשתנות לפי מכשיר ליזר עקיף. ליזום מדידת הפניה על ידי בחירת סמל מדידת העזר את תוכנת ההפעלה לתת דין וחשבון על כל חלקיקי אבק או רקע. ליזום התחלה של מחזור המדידה. בהתאם למערכת העקיפה ליזר בשימוש, כמה שניות נדרשות בדרך כלל למקד את החיישן לפני initiating תהליך המדידה. ברגע שהמערכת עולה היא מוכנה להתחיל את תהליך המדידה, להפעיל את ספריי על ידי פתיחת שסתום להאכיל נוזלי על הטנק הלחץ. לאחר הריסוס הוא התחיל, להנמיך את הזרבובית דרך קרן הליזר באמצעות המנגנון החוצה עד פלומת ספריי כולו עברה דרך אזור המדידה. לבטל את ספריי על ידי סגירת השסתום להאכיל נוזלי. הערה: על מערכת הלייזר עקיפה שמוצג המחברים, את תהליך המדידה בפועל אינה יוזמת עד ספריי עובר דרך אזור המדידה משיג ריכוז אופטי של 0.5%, ונמשך עד זמן שחלף 10-12 שניות שחלף. הגדרות אלה ישתנו לפי מערכת עקיפה לייזר הגדרות המשתמש. חזור על שלבים 2.7 – 2.11 למשך תקופה מינימלית של 3 חזרות. קבעו אם משכפל נוסף נדרש על ידי החישוב הממוצע וסטיית תקן עבור V0.1 D, V0.5 D, ו V0.9 ד 'של שלושה משכפלולהבטיח כי סטיית התקן היא 10%, או פחות, של הממוצע. בצע משכפל נוסף לפי צורך כדי לעמוד בקריטריונים. הגדר את הלחץ תרסיס 414 kPa (60 psi) וחזור על שלבים 2.7 – 2.12. חזור על שלבי 2.6 – 2.12 עבור כל שילוב פיית לחץ נוסף של עניין. יצוא ולשמור נתונים גדלים טיפה בשיטה ובלבד בתוך תוכנת ההפעלה. 3. מדידות אגל נחיר אוויר הכן את "ריק פעיל" על ידי הוספת 47.5 מיליליטר של פעילי שטח 90% שאינם יוני 19 ליטר של מים לערבב היטב באמצעות מוט ומערבבי תרגיל אלחוטי. הערה: בהתאם לכמות של בדיקות לעשות, כמויות גדולות יותר של ריק פעיל ייתכן שתידרש. יוצקים את התערובת ספריי "ריק פעיל" למיכלי לחץ נירוסטה, לאטום את הטנק ולצרף את צינור לחץ האוויר קלט את הצינור הנוזל היוצא להאכיל את זרבובית תרסיס. ודא ב מרחקetween משקע פיית אזור המדידה הוא 45.7 סנטימטר (18 ב) באמצעות סרט מדידה. אם כן, להמשיך. אם לא, להתאים על ידי הזזת מערכת לייזר עקיפה על המרחק הדרוש מן הזרבובית. התקן פיית אוהד שטוח סטנדרטי 20 מעלות עם פתח # 15 (ציין כמו זרבובית 2015) ב שסתום סימון וגוף זרבובית על הקטע חוצה בום במוצא מנהרת רוח. ודא כי הזרבובית ממוקמת כראוי עם גוף הזרבובית אורינטציה אופקי במקביל הקרון. הפעל את מפוח מנהרת רוח ולהגדיר את המהירות במוצא המנהרה ל -53.6 מ '/ שנייה (120 קמ"ש) ולאשר במהירות באמצעות צינור פיטו מצורף מחוון המהירות. הגדר את לחץ תרסיס 207 kPa (30 psi) על ידי התאמת לחץ האוויר הנכנס באמצעות ווסת לחץ מוטבעת. מקם את זרבובית במיקום העליון של חוצה לפני שיזם את תהליך המדידה. ודא שכל הפרמטרים של הניסוי (זרבובית, לחץ,פתרון, וכו ') נרשם כראוי בתוכנת צריבת נתוני מערכת העקיפה ליזר באמצעות אימות קיומם של הפרמטרים רשמו על חלון ממשק פרמטרים משתמשים להתאים את תנאי הבדיקה. הערה: מסך הקלטת פרמטר נתונים אלה עשויים להשתנות לפי מכשיר ליזר עקיף. ליזום מדידת הפניה על ידי בחירת סמל מדידת העזר את תוכנת ההפעלה לתת דין וחשבון על כל חלקיקי אבק או רקע. ליזום התחלה של מחזור המדידה. בהתאם למערכת עקיפה לייזר בשימוש, כמה שניות נדרשת בדרך כלל למקד את חיישן לפני שיזם את תהליך המדידה. ברגע שהמערכת עולה היא מוכנה להתחיל את תהליך המדידה, להפעיל את ספריי על ידי פתיחת שסתום להאכיל נוזלי על הטנק הלחץ. לאחר הריסוס הוא התחיל, להנמיך את הזרבובית דרך קרן הליזר באמצעות המנגנון החוצה עד פלומת ספריי כולו עברה דרך אזור המדידה. דהלהפעיל את ספריי על ידי סגירת השסתום להאכיל נוזלי. הערה: על מערכת הלייזר עקיפה שמוצג המחברים, את תהליך המדידה בפועל אינה יוזמת עד ספריי עובר דרך אזור המדידה משיג ריכוז אופטי של 0.5%, ונמשך עד זמן שחלף 5-7 שניות שחלף. הגדרות אלה ישתנו לפי מערכת עקיפה לייזר הגדרות המשתמש. חזור על שלבים 3.7 – 3.11 למשך תקופה מינימלית של 3 חזרות. קבע אם משכפל נוסף נדרש על ידי חישוב הממוצע וסטיית תקן עבור V0.1 D, V0.5 D, ו V0.9 ד 'של שלושה משכפל ולהבטיח כי סטיית התקן הוא 10%, או פחות, של הממוצע. בצע משכפל נוסף לפי צורך כדי לעמוד בקריטריונים. חזור על שלבי 3.4 – 3.12 לכל נחיר נוסף, לחץ, אורינטצית פיית שילוב מהירות של עניין. נתונים גדלים טיפה יצא ושמרו בשיטה שמסופקת במסגרת פעילותה כדיftware.

Representative Results

הנתונים הנובעים שיטה זו יכולה לבוא לידי ביטוי במגוון של פורמטים, בהתאם להעדפת המשתמש ואת היכולות המבצעיות של המערכת עקיפה לייזר. בדרך כלל נתונים זה מוצג כמזימה של התפלגות גודל טיפה משוקללת נפח (איורים 1 ו -2) או כמו תיאורי מדדי גודל הטיפה (לוחות 1 ו -2). תוצאות אלה לאחר מכן ניתן להשתמש כדי לבחון את ההשפעה של שינויי זרבובית או פרמטרים תפעוליים יש על גודל טיפת הספרים שהתקבל. בדקנו שני חרירי תרסיס שונים אוויריים, הוא עם אותו גודל הפתח אבל עם זוויות אוהד תרסיס שונות. עם חרירי אוויר שני אלה, בדקנו גם את ההשפעות של לחץ תרסיס ומהירות על גודל טיפה. בחינת זרבובית 2015 פעלה בלחץ תרסיס של 207 kPa והשוואת weig נפחהפצות hted וכתוצאה מאותה הזרבובית ומופעלות 53.6 מ '/ שני לעומת 71.5 מ' / שניית מהירות, ברור מייד כי תוצאות צניחת האוויר הגבוהות יותר משמעו שינוי דראמטי ההפצות המצטברות ומצטברות כלפי בקטרי אגל קטנים (איורים 1 ו -2) שהוא התוצאה של התפרקות מוגברת תרסיס טיפות על המהירות הגבוהה. בעוד הייצוג הגרפי של התוצאות מספק ייצוג חזותי מאוד של התוצאות, ערכים כמותיים נגזרו הפצות אלה הם יותר מעשיים עבור ערכות נתונים גדולות יותר. מדדי גודל טיפה אופייני בשימוש במחקר ספריי חקלאי כוללים את V0.1 D, V0.5 D וערכי V0.9 D, אשר תואם את בקטרי האגל כך 10, 50 ו -90% (בהתאמה) של נפח התרסיס כלול טיפות של קוטר שווה או פחות. נתונים אלה הם זהים לאלה המוצגים הפצות הגרפיות, אבל מספקים יותר נוח FOrmat להביע את הנתונים. השוואת הנתונים של שני חרירי ספריי 2015 4015 בשני לחצים ושלושתם צניחת האוויר, מגמות כלליות ניתן לצפייה (טבלה 1). תוצאות זרבובית אוהד שטוחה 4015 בגדלי אגל קטנים יותר 2015 בשעה אותו לחץ והמהירות, כפי שצוין על ידי נפח קטן יותר בקטרים ​​המשוקללים (V0.1 D, V0.5 D, ו V0.9 D) ואת העלייה נפח כולל של ספריי המורכבים אגל של 100 מיקרומטר או פחות. V0.1 D, D V0.5, ו V0.9 D הם בקטרי האגל כך 10, 50 ו -90%, בהתאמה, של נפח התרסיס הכולל מורכב של טיפות של קוטר שווה או פחות. זוהי התוצאה של זווית אוהד ספריי עלייה רואה התפרקות יותר בקצוות החיצוניים של זווית האוהד הנוזלית. בתוך לחץ זרבובית הסוג ומרסס אותו, כל הערכים גודל טיפת ירידה עם צניחת אוויר הגדלה, שוב כתוצאת הגדלת התפרקותה של טיפות על highe צניחת אוויר r. תופעה מעניינת כאשר חרירי תרסיס האוויר אפשר לראות כאשר מסתכלים על ההשפעות של לחץ ריסוס בתוך כל שילוב זרבובית ומהירות. כל השאר יתרת התקופה שלהן שווה, כמו ומגביר את הלחץ, כך גם אגל גודל 11. זו נגרמת על ידי ירידת הבדל המהירות היחסית בין הנוזל היוצא פיית הקרון שמסביב, כמו עליות מהירות יציאה הנוזליות כמו ומגביר את הלחץ (טבלה 1) 13. כאשר מסתכלים על התוצאות של חרירי קרקע ולחצים ספריי נבדקים, השפעת סוג זרבובית על גודל טיפה היא משמעותית עם TTI11003 וכתוצאה מכך גדל אגל כי הם יותר מכפול כי XRC11003 ואת גדלי אגל AI11003 נופלים באמצע של אחרים שני (טבלה 2). בתוך כל סוג זרבובית, את ההשפעות של לחץ ניתן לצפות עם גדלי אגל יורדים עם לחץ תרסיס מוגבר. <p cילדה = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"> איור 1. התפלגות גודל אגל מצטבר עבור זרבובית תרסיס אוויר אוהד שטוח 20 מעלות עם פתח 15 # פעל 207 kPa וגם בדרכים מהירות של 53.6 מ '/ שני. עקומת הכחולה מייצגת את ההתפלגות המשוקללת נפח המצטבר המספקת את האחוז נפח תרסיס כולל כלול טיפות נופלות עם המגוון של כל סל מדידה כפי שהיא נמדדת על ידי המערכת העקיפה ליזר. עקומת אדום זהה נתונים, אבל מיוצג הנתונים המצטברים. הנתונים המצטברים מאפשר בקטרים ​​משוקלל נפח ספציפי אחוז מסוים של נפח תרסיס כולל אשר יקבע. כפי שמודגם באיור, כדי להשיג את קוטר נפח V0.5 D, איתור נקודת 50% על העקומה המצטברת ואת קוטר האגל הקשורים מראה כי 50% מנפח ספריי הכולל כלול התרסיס droplETS בקוטר 551 מיקרומטר או קטן יותר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. הפצת איור 2. גודל טיפה מצטבר עבור זרבובית תרסיס אוויר אוהד שטוח 40 מעלות עם פתח 15 # פעל 207 kPa וגם בדרכים מהירות של 71.5 מ '/ שני. כמו באיור 1, עקומת הכחולה מייצגת את ההתפלגות משוקללת נפח מצטברת ו העקומה האדומה היא ההתפלגות המצטברת. בהשוואה לתוצאות שמוצגות באיור 1, חלוקת המצטבר מראה תזוזה משמעותית לכיוון בקטרי אגל קטנים כתוצאה של המהירות הגדלה ולכן פרידת אגל משנית. קביעת קוטר D נפח V0.5 מראה כי 50% של נפח תרסיס זה הוא גontained בטיפות של בקוטר 350 מיקרומטר או קטן יותר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 3. הפצה גודל טיפה מצטברת עם עלילה לדוגמא שיא ​​שווא. השיא המשני, הקטן בצד הימין, לכיוון הקצה הגדול יותר של הסקאלה גודל טיפה היא בדרך כלל התוצאה של או רעידות או רעש אחר במערכת או הנוכחות של רצועות הקשורים עם atomization שלם בתוך ענן ספריי. כמו הפצות גודל טיפה עבור חרירי ספריי טיפוסיים חקלאית ופתרונות בדרך כלל יומן בדרך כלל מופצות, בנוכחות שיא משתי בחלוקה עשויה להיות תוצאה תקף פתרון ספריי טיפוסי ו / או שילוב זרבובית, אבל סבירה יותר מסוג אינדיקהטור של קצת בעיה בלבול בתהליך המדידה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. זרבובית לחץ (kPa) זה מהירות (m / sec) משוקלל נפח קטרים ​​(מיקרומטר) [ממוצע ± סנט Dev.] נפח ריסוס אחוז פחות מ -100 מיקרומטר V0.1 D V0.5 D V0.9 D 2015 207 53.6 243.5 ± 2.5 551.8 ± 4.6 903.0 ± 25.4 1.4 ± 0.05 62.6 </td> 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 בקטרים ​​בטבלה 1. משוקלל נפח (ממוצע ± סטיית התקן על פני שלוש מדידות לשכפל) עבור 2015 ו 4015 חרירי ספריי שטוח אוהד אוויר המופעלות בלחצים תרסיס של 207 ו -414 kPa וב צניחת אוויר של 53.6, 62.6 ו 71.5 מ '/ שנייה. <table border="1" fo:keep-together.within-page = "1" fo: keep-עם-next.within-page = "תמיד"> זרבובית לחץ (kPa) משוקלל נפח קטרים ​​(מיקרומטר) [ממוצע ± סנט Dev.] נפח ריסוס אחוז פחות מ -100 מיקרומטר V0.1 D V0.5 D V0.9 D 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 בקטרי טבלה 2. משוקלל נפח (ממוצע ± סטיית התקן על פני שלוש מדידות לשכפל) במשך שלושה חרירי מרסס קרקע (XRC11005, AI11005 ו TTI11005) המופעלים בלחצי תרסיס של 276 ו -414 kPa.

Discussion

ישנם מספר שלבים קריטיים שיש אחריו בעת החלת שיטה זו. בשתי הערכות זרבובית מהאוויר ומהקרקע, המרחק מהיציאה של הנחיר אל קו המדידה צריך להיות מאומת לפני כל מדידה. כל מהשונות המרחק הזה יכולה להיות השפעה מהותית על התוצאות. באופן דומה, המהירות בו זמנית בשימוש בדיקות זרבובית קרקע צריכה להיות מאומת והותאמה 6.7 מ '/ השנייה המומלצת. בדלים מהירים מזו מומלצת באופן משמעותי שישפיעו על התוצאות בשל דגימת בעיות הטיה ב airspeeds הנמוך, ואולי אף להגדיל פרידה משני ב airspeeds. כמו כן, יישור נכון של רכיבי המערכת העקיפים ליזר הוא קריטי כדי להבטיח המערכת פועל על מפרט הדיוק מוסמך על ידי היצרן. התקנה ויישור נכונים של החרירים ביחס זרימת האוויר במקביל הוא קריטית כדי להבטיח איכות נתונים, כמו גם קלmisalignments של כמה מעלות מיצוב החרירים עלול לגרום השפעות משמעותיות על הנתונים גדלי טיפה שהתקבלו.

השיטות שהוצגו יכולות להיות מיושמות על כל תצורה מתז או פתרון ספריי הוא קרקע ומערכת אוויר. עם מתזים קרקע, שינויים בגודל אגל ספריי הם בדרך כלל פונקציה של סוג פיית גודל, לחץ תרסיס וסוג הפתרון ספריי. עם מרסס אוויר התפקיד הנוסף של שינויים מהירים ואת הכיוון של זרבובית סובבי זרם רוח הוא קריטי גודל הטיפה שהתקבל. שיטה זו יכולה לשמש כדי להעריך את ההשפעה המשולבת של גורמים אלה על גודל טיפה הסופי. עם זאת ישנם מקרים נדירים שבהם כמה שינויים השיטות שהוצעו נדרשים. באופן ספציפי, פתרונות תרסיס או בחרירים הדורשים למרחקים ארוכים יותר מן הזרבובית עבור התפרקות מוחלטת של תרסיס לתוך חלקיקים בדידים ידרשו התאמת המרחק בין פיית poin המדידהt. עד כה, טיפולי פתרון זרבובית / ספריי רק כי יש חובה מסוג זה של הסתגלות כבר חרירי זרם ישר בכלל הגדרות התפעוליות חרירי אוהד שטוח זווית צרה עם תוספים ספריי המגבירות את צמיגויות פתרונות, כאשר נמדדו בתנאי בדיקת ריסוס אווירי. המערכת העקיפה ליזר עדיין לחזור נתונים גדלים טיפה במקרה של התפרקות החלקית של הענן ספריי, אבל את הנתונים המתקבלים בדרך כלל יהיו מוטים כלפי גדלי אגל גדולים בהרבה כתוצאת רצועות ספריי הנמדדים על ידי המערכת. בעוד הרצועות הללו אינן עומדות לרשות החברה לעין בלתי המזוינת, הנוכחות שלהם בדרך כלל תופיע חזותית בעלילת ההפצה לשיא משני בסוף הגדול של הסקאלה גודל טיפה (איור 3). למרות מומלץ להיזהר בהנחת שיא משני זו הוא התוצאה של הנוכחות של רצועות, כמו תנודות חיצוניות או הפרעות אחרות עם מערכת עקיפת הליזר עלול לגרוםתגובה דומה. כתוצאה מגדילה רמת הניסיון של משתמש, מה שהופך את ההבחנה בין השניים לפי שגיאות הופכת קלה יותר. במקרה בו atomization ספריי אינו שלם, מצאנו כי להאריך את מרחק הדגימה ל -1.8 מ '(עבור חרירי תרסיס אוויר) פותר את נתוני איכות נושא וחוזרים. מרחק 1.8 מ 'זהו למעשה המרחק הסטנדרטי שבו הקבוצה שלנו מעריכה כל חרירי זרם ישר בתנאים ריסוס אווירי. כשעובד עם חרירי מרסס קרקע, שם הם קבוצה של עיצובי זרבובית שהשתמש תאום, שקע פתח אוהד שטוחים עשויים לדרוש שינוי כדי זרבובית הרכבת התקנה כדי להבטיח את הפלומה ספריי כולו עוברת בשטח הדגימה ללא עכירות העדשות של מערכת הליזר העקיפה .

אמנם שיטה זו נועדה למזער את דגימה מוטה בשל הטיות מרחבית הקשורים למערכות לייזר עקיפה, זה לא לחסל אותם לגמרי, כלומר ערכי גודל טיפה return לא יכול להיחשב "מוחלט". דיפרקציה הליזר אינה מספקת אמצעי למדוד, ולהתאים, נתוני גודל טיפה שיתקבלו עבור מהירויות האגל הלא הומוגנית בקרב גדלי אגל השונים בענן ספריי מרוכבים. זה הופך להיות קריטי כאשר ערכות נתונים בין-מעבדה מושוות, במיוחד ביחס חרירי ספריי קרקע. השיטה המקובלת כיום לתקנן את התוצאות ולאפשר השוואות בין מעבדות משתמש בסדרה של חרירי ספריי התייחסות מכוילים מאוד, שנתוניהם גודל טיפה משמשים להקים קבוצה של קטגוריות סיווג. הערכת החרירים אלה צריכות להתנהל כחלק בכל הערכה אומדת רביב. פרטים נוספים על החרירים והגדרות סיווג ניתן למצוא האגודה האמריקנית של חקלאי מהנדסים ביולוגיים (ASABE) "סיווג זרבובית תרסיס ידי ספקטרה אגל" תקן הבינלאומי (ASAE / ANSI, 2009).

כפי שפורט בtroduction, יש מערכות אומדות אגל אחרים מלבד עקיפת ליזר. איפה עקיף ליזר מספק מדד משולב של גודל טיפה מעבר פלומת ספריי כולו, שיטות אחרות אלה להתמקד על שטח קטן עם הענן ספריי, דגימה רק חלק קטן של הענן ספריי הכולל. קבלת מדגם מייצג של הפלומה כולו עם שיטות אלו ואחרים דורשת חוצה הרבה יותר קפדנית, זמן רב, רב באקורדים של אזור החתך של ספריי הפלומה, וכתוצאה מכך מספר רב של דגימות משנה כי חייב להיות משולבת כדי ליצור תוצאה מרוכבת. זה דורש הרבה יותר זמן מאשר באמצעות דיפרקציה לייזר.

לאחר בשיטה זו שולבה בהצלחה לתכנית מחקר הטכניקות שולטות על ידי המשתמשים, האתגר הבא הוא ביצוע ניסויים מובנים היטב להבנת התפקיד כל אחד מגורמי ההשפעה לשחק ביחס להיווצרות של גודל טיפה. זהו Biggאתגר אה ממה שנדמה בהתחשב השילוב האינסופי של סוג זרבובית, התקנת זרבובית ובגורמים מבצעיים, מהירות ואת מיקום זרבובית (ריסוס מאוויר) ותערובות טנק בעולם אמיתי המשמש בתעשיית היישום החקלאית. אפילו יותר של אתגר הוא למצוא דרך שבה עושה את זה מידע לרשות אפליקטורים בפורמט הוא שמיש בקלות. אפשרות אחת לקבוצה שלנו השתמשה בהצלחה רבה היא מח' של עיצובים ניסיוניים בשם משטחים בתגובה המאפשרים פיתוח מודלים לחיזוי גודל הטיפה מבוסס על מספר מצומצם של טיפולים ניסיוניים המאפשרים הערכה יעילה מאוד של חרירי ספריי מרובים ופתרונות 14, 15. שיטה זו תכנון מובנית נעשתה שימוש כדי לפתח סדרה של מודלי גודל טיפה של חרירי 11 והטחון האוויריים הנפוצים ביותר בשימוש על ידי 16 אפליקטורים חקלאיים.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This study was supported in part by a grant from the Deployed War-Fighter Protection (DWFP) Research Program, funded by the U.S. Department of Defense through the Armed Forces Pest Management Board (AFPMB). Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity employer.

Materials

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 n/a Airspeed range of Low speed system is 0-7 m/s and high speed from 18-98 m/s
Air Compressor n/a n/a 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 n/a n/a 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. 
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Bouse, L. F. Effect of nozzle type and operation on spray droplet size. Trans. ASAE. 37 (5), 1389-1400 (1994).
  2. 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).
  3. 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).
  4. SDTF (Spray Drift Task Force). Study No A95-010, Miscellaneous Nozzle Study. EPA MRID, No. 44310401. , (1997).
  5. Dodge, L. G. Comparison of performance of drop-sizing instruments. Appl. Optics. 26 (7), 1328-1341 (1987).
  6. Arnold, A. C. A comparative study of drop sizing equipment for agricultural fan-spray atomizers. Aeronaut. Sci. Tech. 12 (2), 431-445 (1990).
  7. 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).
  8. Fritz, B. K., et al. Measuring droplet size of agricultural spray nozzles – Measurement distance and airspeed effects. Atomization Spray. 24 (9), 747-760 (2014).
  9. ANSI. . ASAE S572.1 Spray Nozzle Classification by Droplet Spectra. 4, 1-3 (2009).
  10. 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).
  11. Fritz, B. K., Hoffmann, W. C. Update to the USDA-ARS fixed-wing spray nozzle models. Trans ASABE. 58 (2), 281-295 (2015).
  12. Sympatec Inc. . HELOS Central Unit Operating Instructions. , (2002).
  13. Elbanna, H., Rashed, M. I., Ghazi, M. A. Droplets from liquid sheets in an airstream. Trans ASAE. 27 (3), 677-679 (1984).
  14. Box, G. E. P., Behnken, D. W. Some new three-level designs for the study of quantitative variables. Technometrics. 2 (4), 455-475 (1960).
  15. Myers, R. H., Montgomery, D. C., Anderson-Cook, C. M. . Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. , 704 (2009).
  16. Fritz, B. K., Hoffmann, W. C., Anderson, J., Goss, G. R. Response surface method for evaluation of the performance of agricultural application spray nozzles. Pesticide Formulation and Delivery Systems: 35th Volume, ASTM STP1587. , 61-76 (2016).

Tags

Spray Droplet SizeAgricultural NozzlesLaser DiffractionApplication TechnologyNozzle TypeSpray PressureAircraft Flight SpeedGround And Aerial ApplicationWind TunnelPressure GaugeLaser Diffraction SystemPressure TankAirspeedSpray Air PressureLinear TraverseReference Measurement

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Fritz, B. K., Hoffmann, W. C. Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction. J. Vis. Exp. (115), e54533, doi:10.3791/54533 (2016).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image