从农业喷嘴采用激光衍射测量喷雾的雾滴尺寸
Summary
我们提出在喷雾液滴尺寸的从两个空中和地面基于农用化学应用中使用的农业喷嘴测量要使用的协议。提出这些方法被开发使用激光衍射系统时提供一致的和可重复的微滴大小的数据两者之间和内部实验室。
Abstract
当作出任何作物保护材料的应用，如除草剂或杀虫剂，涂抹器采用了多种技术和信息，使得材料到达目标部位（即植物），以使一个应用程序。信息在这个过程中关键的是液滴大小的特定喷嘴，喷雾压力，喷雾液组合产生，如液滴大小极大地影响产品的功效，以及如何通过环境喷雾移动。研究人员和产品制造商通常使用激光衍射设备测量实验室风洞喷射液滴尺寸。这里提出的工作描述在使喷雾液滴尺寸的测量用激光衍射设备可以用于确保之间和内部实验室精度，同时尽量减少用激光衍射系统相关联的抽样偏差地面和空中施用方案中使用的方法。维护重要的测量迪立场和并发气流整个测试过程中的关键是这个精度。实时数据质量分析也防止在数据或过量变化无关包容错误数据的关键。此方法的一些限制，包括非典型的喷嘴，喷雾溶液或导致不完全讨论的测量距离内雾化喷雾流应用条件。这种方法的成功适应可以在各种操作设置为农业化学喷涂喷嘴的性能评价非常有效的方法。还讨论是可以被包括，以提高所收集的数据的功能，潜在的实验设计的考虑。
Introduction
当作出任何农药喷雾应用中，主要关注的是要确保最大生物学功效，同时尽量减少任何脱靶运动和相关的对环境的不利影响，或其他非目标生物的危害。之一的主要因素设定任何喷雾器时要考虑的，应用程序之前，是液滴尺寸，这一直被认为是影响整体喷射沉积，有效性和漂移的主要参数之一。虽然有一些其他的因素可能影响喷射沉积和漂移，液滴尺寸是最简单的一个，以改变，以适应一给定的应用场景的需求。从任何农业喷嘴的液滴大小由许多因素的影响，包括但不限于，喷嘴类型，喷嘴孔口尺寸，喷雾压力，喷雾液的物理性质。与天线的应用，空气剪的附加影响从飞机和的空速得到的喷嘴的方向相对于airshear，导致离开喷嘴1的喷雾二次破碎。与所有的这些因素，施用器都面临着使合适的喷嘴的选择和操作的设置决定的困难任务，从而确保所有的农药产品标签被满足，而且得到的喷雾液滴尺寸是这样的，在靶沉积和生物效力被保持同时尽量减少脱靶运动。该方法的目标是提供对液滴大小从影响因素，以支持一个涂抹器的操作决定的各种组合产生的清晰，简明的信息。
虽然有许多可用于测量来自喷雾液滴尺寸的仪器，从农药喷雾喷嘴测量通常是激光衍射，图像，或基于2相多普勒。意象和相位多普勒为基础的方法是单粒子计数器方法，这意味着在喷雾云内更小的区域都集中在与单个颗粒被测量3。而激光衍射方法采取合奏测量，这意味着一组颗粒的分布迅速测定3。虽然这些方法在原则上不同，以适当的安装和使用，比较的结果可以得到4。激光衍射方法已被广泛的农业应用的社区，由于使用的方便性，能够迅速地测量高数量密度喷雾和大的动态测量范围通过。作为合奏测量时，通过测量线的喷雾羽流的单个横动是所有需要对整个喷雾的复合液滴尺寸。这允许从大量的喷嘴和操作参数的组合的微滴大小的有效评估。通过比较，单粒计数器的方法不一定集中在更小的区域机智为了欣喷雾云捕获单个颗粒，这意味着多个测量位置必须进行评估，并组合以返回一个复合结果。这需要显著更多的时间，精力和喷雾溶液来评估单个喷雾缕比基于激光衍射的方法。所需增加的喷雾体积如实际农药产品被作为增加所用材料的成本和处理成本的结果，测试可呈现显著的问题。然而，单个颗粒计数器的方法提供提供的时间样品的优点，在于它们测量每单位时间通过的样品体积的液滴的数量，而激光衍射提供一个空间样品作为测量正比液滴的数量内给定体积5。被给定的范围内的所有液滴的速度喷相同，该方法将提供相同的结果。然而，对于大多数的喷雾系统的液滴速度是相关的液滴尺寸，导致与空间抽样方法6偏压。
通过适当的测试方法克服由激光衍射测量该空间偏差是从农业喷雾喷嘴4评估喷雾液滴尺寸的一个重要组成部分。 13米/秒的并发气流并与位于从喷嘴适当距离的测量位置的测试喷嘴时，由于这两个参数的结果中的均质液滴速度在整个喷雾云4的组合的空间偏压减小。此外，空间偏差小（5％或更少），用于空中喷嘴检测由于评价7,8的高并发空速。为了确定最佳的测试方法，以减少与我们目前的低速和高速风洞设施的空间偏差，用于确定农业喷雾大小分类中9系列的参考喷嘴，墨滴大小ü评价既唱激光衍射和成像方法10。上浆评价是下并发空气流速和测量距离（从喷嘴出口到测量点的距离），代表的现有设施的运行范围的多种组合进行的。激光衍射测量进行比较，以图像的结果来确定潜在的空间偏差和测量距离的最佳组合和并发空速被选为标准操作程序。 30.5厘米的测量距离和用于地面喷雾喷嘴的评价6.7米/秒的低速风洞并发空速减少的空间偏压到5％或更少10。在高速隧道天线喷嘴评价获得的3％或以下的空间偏差，对于所有的空速进行测试，以45.7厘米×10的测量距离。使用这些标准方法，作者也能够证明，实验室，实验室variability可以被最小化，提供了一致的实验室间液滴尺寸数据11。
表现为这项工作的一部分，所有液滴尺寸测试是在美国农业部ARS-航空应用技术研究单位的喷射雾化研究机构进行的。激光衍射系统定位在协议部分中指定的距离的喷嘴的下游。对于地面喷嘴检测，激光衍射系统配置，按照制造商的说明，以具有18-3,500微米跨越31箱12上的动态大小范围。同样对于空中喷嘴测试系统配置了9至1750微米的动态范围的大小，也可以跨31箱12。根据空中喷嘴评价是高速空气中进行，以模拟空战应用条件。地面喷雾器喷嘴在一个更大的风洞部分进行了测试与单个并发空速，以尽量减少水疗中心从TiAl合金激光衍射的偏差。被测试的喷嘴被定位在协议部分给定的距离的激光衍射系统的上游。喷嘴被安装在一个线性横动允许对喷雾缕要垂直通过该测量区的给定测量周期内运行。地面喷嘴检测该协议描述了一个实验研究三种典型的喷嘴在两喷压力，同时天线喷嘴测试描述了一个实验的两个喷雾压力和三个空速检查两个典型的喷嘴。两个测试情景使用“有效的空白”喷雾溶液，而不是只有水，以模仿真实世界喷雾溶液的影响。
Protocol
Representative Results
Discussion
有若干关键的步骤应该应用此方法时执行。与两个空中和地面喷嘴评价，从喷嘴向测量线的出口的距离应之前的任何测量验证。在该距离的任何变化可能对结果的显著影响。同样地，在地面吸嘴测试中使用的并发空速应验证和调整，以推荐的6.7米/秒。从推荐的空速差异将显著影响结果，由于在较低的空速抽样偏差的问题，并且在较高的空速潜在地增加二次破碎。此外，激光衍射系统组件的正确对准是为了保证系统关键在由制造商认证的准确度和精度规范运行。相对于并发气流正确安装和喷嘴对准是确保质量数据的关键，因为即使是轻微的在喷嘴定位几度未对准可能导致在所得到的微滴大小数据显著影响。
提出的方法可以应用于任何喷嘴配置或喷雾溶液为地面和天线系统。与地面喷雾器，喷雾液滴大小的变化通常是喷嘴类型和尺寸，喷雾压力，喷雾液类型的功能。与天线喷雾器在空速和改变喷嘴到周围气流的方向的附加作用是向所得微滴大小是至关重要的。此方法可用于评价这些因素对最终液滴尺寸的综合效应。然而有些时候需要一些修改建议的方法罕见的情况。具体地，喷雾溶液或需要从喷嘴喷雾的完整解体成离散颗粒进一步的距离的喷嘴将需要调整喷嘴和测量POIN之间的距离吨。迄今为止，航拍时，应用程序测试条件下测定的那些需要这种调整的唯一喷嘴/喷雾液治疗已经直流喷嘴在所有操作设置和窄角扁平扇形喷嘴喷雾添加剂增加了解决方案粘度。激光衍射系统仍然将在喷雾云不完全解体的情况下返回的液滴尺寸的数据，但所得到的数据将典型地朝向由系统被测量更大的液滴尺寸喷雾韧带的结果有偏差。虽然这些韧带没有肉眼显而易见的，它们的存在通常会在视觉上的分布图作为液滴尺寸比例（ 图3）的较大端的次级峰出现。虽然谨慎在假定该二次峰是韧带的存在的结果，如外部的振动或用激光衍射系统其他干扰可能会造成宜类似的反应。作为用户的经验水平增加，使得基于错误两者之间的区别变得更容易。在喷射雾化是不完整的情况下，我们已经发现，取样距离延伸到1.8米（用于空中喷雾喷嘴）解决了问题，并返回质量数据。这1.8米距离其实在此我们评估组航拍应用条件下的所有直流喷嘴的标准距离。当与地面喷雾器喷嘴工作时，有一类是使用一个双喷嘴设计的，扁平风扇孔口出口可能需要修改以喷嘴安装设置，以确保在整个喷雾缕穿过取样区不结垢激光衍射系统的透镜。
虽然这种方法被设计以最小化抽样偏差由于与激光衍射系统相关联的空间的偏见，但它不能完全消除它们，这意味着液滴尺寸值换货政…RN不能被视为“绝对”。激光衍射不提供测量装置，并调整，所得到的微滴大小的数据用于非均相墨滴速度在复合喷雾云的不同液滴尺寸之中。当实验室间的数据集进行比较，特别是相对于地面喷嘴此变得至关重要。目前接受的实验室之间标准化的结果，并允许进行比较的方法，使用一系列高度校准的参考喷嘴，其液滴尺寸数据被用于建立一组分类类别的。这些喷嘴的评价应该作为每一个墨滴大小评估的一部分进行。在喷嘴和分类定义的进一步细节可以在农业与生物工程师学会（ASABE）国际标准（ASAE / ANSI，2009年）“通过飞沫光谱喷头分类”的美国社会中找到。
如在以所讨论简介显示屏，有除了激光衍射等的液滴尺寸的系统。其中，激光衍射提供在整个喷雾缕液滴尺寸的复合量度，这些其它的方法集中在与喷雾云的小区域，采样只有整体喷雾云的一小部分。获得具有这些更为方法整个羽的代表性样品要求的喷雾缕的横截面面积的更加严格，且耗时的，多弦横动，造成了大量的必须被组合，以产生一个子样本的复合的结果。这需要比使用激光衍射显著更多的时间。
一旦此方法已成功集成到一个研究项目和技术的用户掌握了，接下来的挑战是进行旨在了解每个角色的影响因素相对于液滴尺寸的形成起结构良好的实验。这是一个比格呃挑战似乎比给由农业应用行业使用的喷嘴类型，喷嘴的设置和操作因素，空速和喷嘴位置（空中喷洒）和真实世界桶混看似无穷无尽的组合。即使是一个更大的挑战是找到一种方式，使其可用于涂抹此信息的格式很容易可用。本集团已取得了巨大成功使用的一种选择是一类实验设计称为响应面，使液滴大小预测模型的基础上，实验性治疗允许多个喷嘴和解决方案14的一种非常有效的评估数量有限的发展， 15，这种结构化的设计方法已被用于开发通过农业施用器所使用的最常用的天线11和接地喷嘴16的一系列小滴尺寸模型。
Disclosures
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. |
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