Mess Spray Tröpfchengröße von landwirtschaftlichen Düsen mit Laserbeugung
Summary
Wir präsentieren Protokolle bei der Messung der Spritztröpfchengröße von landwirtschaftlichen Düsen in beiden Luft- und Boden basierte agrochemische Anwendungen verwendet werden. Diese Methoden vorgestellt wurden entwickelt, konsistente und reproduzierbare Tröpfchengröße Daten zu liefern, sowohl inter- und intra Labor, wenn Laserbeugungssysteme verwendet werden.
Abstract
Wenn Sie eine Anwendung aus irgendeinem Material Pflanzenschutz zur, wie ein Herbizid oder Pestizid verwendet der Applikator eine Vielzahl von Fähigkeiten und Informationen , um eine Anwendung zu machen , so dass das Material mit der Zielstelle (dh Anlage) erreicht. Information kritisch ist bei diesem Verfahren die Tropfengröße, die eine bestimmte Sprühdüse, Sprühdruck und Kombination Sprühlösung erzeugt als stark Tröpfchengrße Produktwirksamkeit und wie die Spritz bewegt sich durch die Umwelt beeinflusst. Forscher und Produkthersteller verwenden häufig Laserbeugung Ausrüstung der Spritztröpfchengröße im Labor Windkanäle zu messen. Die hier vorgestellten Arbeiten beschreibt bei der Herstellung von Spritztröpfchengröße Messungen mit Laserbeugungsgeräte verwendeten Methoden sowohl für Boden- und Lufteinsatzszenarien, die verwendet werden können, inter- und intra Labor Präzision zu gewährleisten, während Stichprobenverzerrung mit Laserbeugungssystemen verbunden zu minimieren. Die Aufrechterhaltung kritischen Mess diHaltungen und gleichzeitige Luftstrom im gesamten Testprozess ist dieser Präzision Schlüssel. Echtzeit-Datenqualitätsanalyse ist ebenfalls kritisch überschüssige Variation in den Daten oder Fremd Aufnahme von fehlerhaften Daten zu verhindern. Einige Beschränkungen dieses Verfahrens umfassen atypische Sprühdüsen, Sprühlösungen oder Anwendungsbedingungen, die in Sprühstrahlen führen, die nicht vollständig innerhalb der Messabstände diskutiert zerstäuben kann. Erfolgreiche Adaption dieses Verfahren kann ein hocheffizientes Verfahren zur Bewertung der Leistung von agrochemischen Sprühauftrag Düsen unter einer Vielzahl von Betriebseinstellungen bereitzustellen. Diskutiert sind mögliche experimentelle Design-Überlegungen, die Funktionalität der Daten enthalten sein können, gesammelt zu verbessern.
Introduction
Wenn alle agrochemischen Sprühauftrag machen, sind die wichtigsten Anliegen maximale biologische Wirksamkeit zu gewährleisten, während alle Off-Target-Bewegung und die damit verbundenen negativen Auswirkungen auf die Umwelt oder andere Nichtziel biologischen Schaden zu minimieren. Gesamt Sprühablage, Wirksamkeit zu beeinflussen, und Drift Eine der wichtigsten Faktoren, die bei jeder Sprayer einrichten, vor einer Anwendung ist die Tröpfchengröße, die als eine der primären Parameter erkannt lang ist. Zwar gibt es eine Reihe anderer Faktoren, die potenziell Sprühablage und Drift beeinflussen, ist die Tröpfchengröße eines der am einfachsten auf die Bedürfnisse eines bestimmten Anwendungsszenario passen zu ändern. Tröpfchengröße aus jedem landwirtschaftlichen Sprühdüse wird durch eine Anzahl von Faktoren, einschließlich beeinflusst, aber nicht beschränkt auf, Düsentyp, Düsenöffnungsgröße, Sprühdruck und Sprühlösung physikalische Eigenschaften. Bei aerial Anwendungen, was die zusätzliche Einfluss der Luftscher von der Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs und derOrientierung in Bezug der Düse zu diesem airshear bewirkt sekundäre Aufbrechen der Sprays , die Düsen 1 zu verlassen. Mit all diesen Faktoren sind Applikatoren mit der schwierigen Aufgabe, Auswahl und operativen Aufbau der Entscheidungsfindung richtige Düse gegenüber, die gewährleisten, dass alle Pestizid Produkte Etiketten erfüllt werden und dass die erhaltene Spritztröpfchengröße so ist, dass On-Target-Abscheidung und biologische Wirksamkeit beibehalten bei gleichzeitiger Minimierung off-Target-Bewegung. Das Ziel dieser Methode ist klar, präzise Informationen über die Tröpfchengröße von den Faktoren, die verschiedene Kombinationen daraus resultierenden, um eine Applikators operativen Entscheidungen zu unterstützen.
Zwar gibt es eine Reihe von Instrumenten zur Messung der Tröpfchengröße von Sprays, Messungen von agrochemischen Sprühdüsen sind in der Regel entweder Laserbeugung, Bilder oder Phasen – Doppler – Basis 2. Die Bilder und die Phasen-Doppler-basierte Methoden sind Einzelpartikelzähler Methoden,was bedeutet , dass kleinere Bereiche innerhalb der Spraywolke auf fokussiert werden, wobei die einzelnen Partikel gemessen 3 werden. Während Laserbeugungsmethoden ein Ensemble Messung durchführen, wird die Verteilung einer Gruppe von Teilchen , was bedeutet , schnell 3 gemessen. Während diese Verfahren grundsätzlich unterscheiden, mit der richtigen Einstellung und Verwendung können vergleichbare Ergebnisse 4 erhalten werden. Laserbeugungsmethoden wurden von der landwirtschaftlichen Anwendung Gemeinschaft weithin angenommen aufgrund der einfachen Handhabung, die Fähigkeit, Sprays zur schnellen Messung hohe Anzahldichte und der großen dynamischen Messbereich. Als Ensemble Messung durchgeführt wird, ist eine einzelne traverse einer Sprühwolke durch die Linie der Messung alles, was für eine zusammengesetzte Tropfengröße des gesamten Spritz erforderlich ist. Dies ermöglicht eine effiziente Evaluierungen der Tröpfchengröße aus einer großen Anzahl von Sprühdüsen und Betriebsparameterkombinationen. Im Vergleich dazu konzentrieren sich die Einzelpartikelzähler Methoden notwendigerweise auf viel kleineren Flächen Witzeine Sprühwolke, um Hin einzelnen Partikel zu erfassen, dass mehrere Mess Bedeutung Standorte und kombiniert ausgewertet werden müssen um ein zusammengesetztes Ergebnis zurückzukehren. Dies erfordert deutlich mehr Zeit, Mühe und Sprühlösung eine einzige Sprühwolke als Laserbeugungs basierte Methoden zu bewerten. Die erhöhte Sprühvolumen erforderlich, um ein erhebliches Problem darstellen kann, wenn tatsächliche Pestizidprodukten als Folge der erhöhten Kosten des verwendeten Materials getestet werden und die Entsorgungskosten. Allerdings bieten die einzelnen Partikelzähler Methoden den Vorteil, eine zeitliche Probe Bereitstellung, indem sie die Anzahl der Tröpfchen pro Zeiteinheit gemessen werden durch ein Probenvolumen vorbei, während Laserbeugungs eine räumliche Probe bestimmt die Messung der Anzahl der Tröpfchen proportional ist innerhalb ein gegebenes Volumen 5. Wurden alle Tröpfchengeschwindigkeiten innerhalb eines bestimmten das gleiche Spray, würden die Methoden identische Ergebnisse liefern. Doch für die meisten Sprühsysteme werden die Tröpfchengeschwindigkeiten korreliertenTröpfchengröße, mit räumlichen Probenahmeverfahren in einer Vorspannung resultierenden 6.
Die Überwindung dieser räumlichen Vorspannung von Laserbeugungsmessungen durch geeignete Testverfahren ist ein wichtiger Teil von 4 Spritztröpfchengröße von landwirtschaftlichen Sprühdüsen zu bewerten. Die räumliche Vorspannung verringert wird , wenn Düsen in einem gleichzeitigen Luftstrom von 13 m / sec und die Prüfung mit dem Messort einen geeigneten Abstand von der Düse befindet, da die Kombination dieser beiden Parameter Ergebnisse in homogene Tröpfchengeschwindigkeiten im gesamten Sprühwolke 4. Ferner bewertet die räumliche Vorspannung gering (5% oder weniger) für die Luftdüsentests aufgrund der hohen gleichzeitige Fluggeschwindigkeiten 7,8. Um die optimale Testverfahren bestimmen die räumliche Vorspannung mit unseren aktuellen niedriger und hoher Geschwindigkeit Windkanalanlagen, die Reihe von Referenzdüsen zu reduzieren verwendet , um landwirtschaftliche Spraygrößenklassen 9 bestimmen wurden für die Tröpfchengröße ausgewertet usingen beide Laserbeugung und Bildgebungsverfahren 10. Sizing Auswertungen wurden unter mehreren Kombinationen von gleichzeitigen Luftgeschwindigkeit und Messabstand (Abstand von der Düse Ausgang zum Messpunkt) durchgeführt wird, repräsentativ für den operativen Bereich der bestehenden Anlagen. Laserbeugungsmessungen wurden Bilder Ergebnisse verglichen, um die mögliche räumliche Vorspannung und die optimale Kombination von Messabstand und gleichzeitig Luftgeschwindigkeit wurde als Standardbetriebsprozedur ausgewählt, um zu bestimmen. Ein Messabstand von 30,5 cm und eine gleichzeitige Luftgeschwindigkeit von 6,7 m / sec für die Bewertung von gemahlenem Sprühdüsen in dem niedrigen Geschwindigkeitswindkanal reduzierten räumlichen Vorspannung zu 5% oder weniger 10. Räumliche Verzerrungen von 3% oder weniger wurden für Luftdüsen Auswertungen im Hochgeschwindigkeitstunnel erhalten, für alle Fluggeschwindigkeiten getestet, mit einem Messabstand von 45,7 cm 10. Mit diesen Standardmethoden waren die Autoren auch in der Lage, dass Labor zu Labor variabi zu demonstrierenkeit könnte 11 für eine konsistente Ringtropfengrößendaten minimiert, bereitstellt.
Alle Tröpfchengröße Tests im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, wurde auf der USDA-ARS-Antenne Anwendung Technology Research Unit Sprühzerstäubung Forschungseinrichtung durchgeführt. Ein Laserbeugungssystem wurde in dem Protokoll Abschnitt in den angegebenen Abständen stromabwärts von der Düse angeordnet ist. Für Bodendüsentests wurde das Laserbeugungssystem konfiguriert, nach den Anweisungen des Herstellers, eine dynamische Größenbereich von 18-3,500 um über 31 Behälter 12 zu haben. Das gleiche gilt für die Luftdüsen Testen des Systems wurde mit einem dynamischen Größenbereich von 9 bis 1.750 & mgr; m, auch 12 in 31 Behälter konfiguriert. Luft Basis Sprühdüse Bewertungen wurden in Luft mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt, um Lufteinsatzbedingungen simulieren. Boden Sprühdüsen wurden in einem größeren Windtunnelabschnitt mit einem einzigen gleichzeitigen Luftgeschwindigkeit getestet das Spa zu minimierenTiAl Vorspannung von Laserbeugung. Die Düsen werden wurden vor dem Laserbeugungssystem auf den Strecken im Abschnitt Protokoll gegeben positioniert getestet. Die Düsen wurden auf einer linearen Traverse montiert so dass für die Sprühwolke während eines gegebenen Messzyklus vertikal durch die Messzone durchlaufen werden. Das Protokoll für die Bodendüsentest beschreibt ein Experiment drei typische Düsen auf zwei Sprühdrücke untersuchen, während die Luftdüsentests ein Experiment untersuchen zwei typische Sprühdüsen auf zwei Sprühdrücke und drei Luftgeschwindigkeiten beschreibt. Beide Testszenarien verwenden, um eine "aktive blank" Sprühlösung, anstatt nur Wasser, um die Auswirkungen der realen Welt Sprühlösungen zu imitieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Es gibt eine Reihe von kritischen Schritte, die befolgt werden soll, wenn diese Methode anzuwenden. Mit beiden Luft- und Bodendüsen Bewertung durch, der Abstand vom Ausgang der Düse zu der Linie der Messung sollte auf jede Messung vor überprüft werden. Jede Abweichung in dieser Abstand kann einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse. Ebenso sollte die gleichzeitige airspeed verwendet in Bodendüsentests verifiziert und empfohlen, die 6,7 m / sec eingestellt werden. Unterschiede in der Luftgeschwindigkeit von diesem empfohlen wird erheblich die Ergebnisse beeinflussen aufgrund Abtasten Befangenheitsgründe bei niedrigeren Geschwindigkeiten, in und möglicherweise sekundäre Auflösung erhöhen bei höheren Fluggeschwindigkeiten. Auch eine korrekte Ausrichtung der Laserbeugung Systemkomponenten ist von entscheidender Bedeutung, um das System zu gewährleisten, wird an der Genauigkeit und Präzision funktionieren einwandfrei vom Hersteller zertifiziert. Korrekte Einstellung und Ausrichtung der Düsen relativ zu der gleichzeitigen Luftstrom kritischen Qualitätsdaten zu gewährleisten, als auch geringeFluchtungsfehler von wenigen Grad in den Düsen Positionierung in signifikanten Auswirkungen auf die resultierende Tröpfchengrößendaten führen kann.
Die vorgestellten Methoden können sowohl für Boden- und Luftsystem zu jeder Sprühdüse Konfiguration oder Spraylösung angewendet werden. Mit Boden Sprühgeräte, Änderungen in Spraytröpfchengröße sind in der Regel eine Funktion der Düsentyp und Größe, Spritzdruck und Spritzlösung Typ. Mit Luftsprüher die zusätzliche Rolle Veränderungs airspeed und der Ausrichtung der Düse zu airstream umgeben, sind entscheidend für die resultierende Tröpfchengröße. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die kombinierte Wirkung dieser Faktoren auf die endgültige Tröpfchengrße zu bewerten. Allerdings gibt es seltene Fälle, in denen einige Modifikationen an den empfohlenen Methoden sind erforderlich. Insbesondere Sprühlösungen oder Düsen, die für die vollständige Auflösung der Spray in diskrete Teilchen von der Düse weiter Entfernungen erfordern erfordert, den Abstand zwischen Düse und Mess poin Stellt. Bis heute sind die einzigen Düse / Sprühlösung Behandlungen, die diese Art der Anpassung erforderlich sind, haben auf allen Betriebseinstellungen gerade Strahldüsen gewesen und engen Winkel Flachstrahldüsen mit Spray Additive, die die Lösungen Viskosität erhöhen, wenn sie unter Anwendung aus der Luft Testbedingungen gemessen. Das Laserbeugungssystem noch Tröpfchengrößendaten im Falle einer unvollständigen Trennung der Sprühwolke zurück, aber die sich ergebenden Daten werden in der Regel in Richtung viel größeren Tröpfchengrößen als Ergebnis der Spritz Bänder durch das System gemessen wird, vorgespannt werden. Während diese Bänder mit dem bloßen Auge nicht ohne weiteres ersichtlich sind, werden ihre Präsenz zeigen typischerweise visuell in der Verteilungskurve als sekundärer Peak bei größeren Ende der Tröpfchengrößenskala (Abbildung 3). Obwohl Vorsicht ist in der Annahme, darauf hingewiesen, dass diese sekundäre Spitze das Ergebnis der Anwesenheit von Bändern ist, als externe Vibrationen oder andere Eingriffe in das System Laserbeugung kann dazu führen,eine ähnliche Reaktion. Als eine Erfahrungsstufe erhöht sich der Benutzer, den Unterschied zwischen der auf Fehler basierend zwei Herstellung wird einfacher. In dem Fall, wo Sprühzerstäubung unvollständig ist, haben wir die Verlängerung der Abtastweg auf 1,8 m (für Luft Sprühdüsen) behebt das Problem und kehrt Qualitätsdaten gefunden. Diese 1,8 m Entfernung ist in der Tat die Standard-Abstand, in dem unsere Gruppe, die alle gerade Strahldüsen unter Lufteinsatzbedingungen auswertet. Auf dem Boden Sprühdüsen arbeiten, gibt eine Klasse von Düsenkonstruktionen sind, die ein Zwilling, flachen Fächers Austrittsöffnung verwenden kann die Modifikation an der Düse erfordern Setup Montage der gesamten Sprühwolke geht durch den Stichprobenraum, um sicherzustellen, ohne die Laserbeugungssystem der Linsen Fouling .
Während dieses Verfahren ausgelegt ist, die Probenentnahme-Vorspannung aufgrund der räumlichen Vorspannungen mit Laserbeugungssystemen verbunden sind, zu minimieren, eliminieren es nicht vollständig ihnen, was bedeutet, daß die Tröpfchengrößenwerte RETUrn kann nicht als "absolute" genommen werden. Laserbeugung bietet keine Mittel zu messen und anzupassen, die daraus resultierenden Tröpfchengröße Daten für die inhomogene Tröpfchengeschwindigkeiten zwischen den verschiedenen Tröpfchengrößen im Verbund Sprühwolke. Dies wird kritisch, wenn inter-Labordatensätzen verglichen werden, insbesondere in Bezug auf Masse Sprühdüsen. Das Verfahren, das gegenwärtig angenommen, um die Ergebnisse zu standardisieren und zu erlauben Vergleiche zwischen Laboratorien verwendet eine Reihe von hoch Düsen kalibrierten Referenzspray, werden deren Daten Tröpfchengröße verwendet, um eine Reihe von Klassifizierungskategorien zu etablieren. Die Auswertung dieser Düsen sollte als Teil eines jeden Tröpfchengrößen Evaluierung durchgeführt werden. Weitere Einzelheiten zu den Düsen und Klassifikationsdefinitionen können in der American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) "Spray-Düse Klassifizierung von Droplet Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009) zu finden.
Wie in der In diskutiertEinfüh, gibt es andere Tröpfchengrößensystemen neben Laserbeugung. Wo Laserbeugungs ein zusammengesetztes Maß für die Tröpfchengröße in der gesamten Sprühwolke liefert, konzentrieren sich diese anderen Methoden mit der Sprühwolke auf einer kleinen Fläche in, nur einen kleinen Teil der gesamten Sprühwolke Abtasten. Eine repräsentative Probe der gesamten plume mit diesen anderen Verfahren erfordert eine sehr viel strenger, und zeitraubend, multi-chordal traverse der die Querschnittsfläche der Sprühwolke, was zu einer großen Anzahl von Teilproben, die eine zur Erzeugung kombiniert werden müssen Verbund Ergebnis. Dies erfordert deutlich mehr Zeit als Laserbeugung.
Sobald diese Methode in ein Forschungsprogramm erfolgreich integriert wurde und die Techniken, die von den Benutzern beherrscht, führt die nächste Herausforderung gut strukturierte Experimente mit dem Ziel, die Rolle zu verstehen, jeder der Einflussfaktoren in Bezug auf die Bildung von Tröpfchengröße spielen. Dies ist ein bigger Herausforderung, als es scheint, dass die scheinbar endlose Kombination von Düsentyp, Düsenaufbau und Betriebsfaktoren, Luftgeschwindigkeit und Düsenposition (Sprühen aus der Luft) und der realen Welt Tankmischungen, die von der landwirtschaftlichen Anwendung Industrie gegeben. Noch mehr von einer Herausforderung besteht darin, eine Möglichkeit, die stellt diese Informationen an die Applikatoren in einem Format, das leicht nutzbar ist. Eine Möglichkeit , unsere Gruppe mit großem Erfolg eingesetzt hat , ist eine Klasse von experimentellen Designs genannt Antwortflächen , die für die Entwicklung der Tröpfchengröße Vorhersagemodelle basieren auf einer begrenzten Anzahl von experimentellen Behandlungen ermöglichen so dass für eine äußerst effiziente Auswertung mehrerer Sprühdüsen und Lösungen 14, 15. Diese strukturierte Design – Methode verwendet wurde für die am häufigsten verwendeten Antenne 11 und Bodendüsen 16 durch landwirtschaftliche Applikatoren verwendet , um eine Reihe von Tröpfchengröße Modelle zu entwickeln.
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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