Lazer difraksiyonu kullanılarak tarım memelerden Ölçüm Sprey damlacık boyutu
Summary
Bu protokoller hava ve toprak bazlı agro-kimyasal uygulamalarda kullanılan tarımsal memelerinin püskürme damlacık boyutuna ölçümünde kullanılmak üzere sunulmaktadır. sunulan bu yöntemler lazer difraksiyon sistemlerini kullanırken içi ve laboratuar hem tutarlı ve tekrarlanabilir damlacık boyutu verilerini sağlamak üzere geliştirilmiştir.
Abstract
Böyle bir herbisit veya pestisit gibi herhangi bir bitki koruma malzemesi bir uygulama yaparken, aplikatör malzeme hedef sitesini (yani, bitki) ulaşacak şekilde bir uygulama yapmak için beceri ve çeşitli bilgiler kullanır. Bu süreçte kritik bilgi damlacık boyutu büyük ölçüde ürün etkinliğini ve nasıl ortamı üzerinden sprey hamle etkilediği gibi belirli bir püskürtme memesi, sprey basıncı ve sprey çözüm kombinasyonu oluşturur damlacık boyutu. Araştırmacılar ve ürün üreticileri genellikle laboratuar rüzgar tünellerinde sprey damlacık boyutunu ölçmek için lazer difraksiyon ekipmanları kullanın. Burada sunulan çalışma lazer difraksiyon sistemleri ile ilişkili numune önyargı en aza indirirken içi ve laboratuar hassas sağlamak için kullanılabilir zemin ve hava uygulaması her iki senaryo için lazer difraksiyon ekipmanlara püskürtme damlacık boyutu ölçümleri yapımında kullanılan yöntemleri tarif eder. Kritik ölçüm di bakımıTest süreci boyunca tutumları ve eşzamanlı hava akımı bu hassasiyet anahtarıdır. Gerçek zamanlı veri kalitesi analizi de verilerdeki aşırı varyasyon veya hatalı verilerin yabancı dahil önlenmesi için çok önemlidir. Bu yöntemin bazı sınırlamaları atipik püskürtme memeleri, püskürtme çözeltileri veya tam olarak tartışıldığı ölçüm mesafeler içinde atomize olmayan püskürme akımlarının neden uygulama koşulları içerir. Bu yöntemin başarılı adaptasyon işlevsel ayarların çeşitli altında agrokimyasal sprey uygulama memelerinin performansının değerlendirilmesi için son derece etkili bir yöntem sağlar. Ayrıca tartışılan toplanan verilerin işlevselliğini artırmak için dahil edilebilir potansiyel deneysel tasarım hususlar vardır.
Introduction
herhangi bir zirai ilaç sprey uygulaması yaparken herhangi bir hedef dışı hareketi ve ilişkili olumsuz çevresel etkilerini ya da diğer hedef dışı biyolojik zarar en aza indirirken, birincil kaygıları maksimum biyolojik etkinliğini sağlamak vardır. Herhangi bir püskürtücü kurarken temel faktörlerden biri dikkate önce bir uygulama, uzun genel sprey birikimi, etkinlik ve sürüklenme etkileyen birincil parametrelerden biri olarak kabul edilmiştir damlacık büyüklüğü vardır. Potansiyel sprey birikimi ve sürüklenme etkisi diğer bir dizi faktör varken, damlacık büyüklüğü, belirli bir uygulama senaryosu ihtiyaçlarına uyacak şekilde değiştirmek için en kolay biridir. Herhangi bir tarımsal sprey memesinden Damlacık boyutu da dahil olmak üzere bir dizi faktöre etkilenir ama meme tipi, nozul ağzı boyutu, sprey basıncı ve püskürtme solüsyonu fiziksel özellikleri, bunlarla sınırlı değildir. Hava uygulamalarda, hava kesme ilave etkisi, uçak ve havadaki kaynaklananBu airshear için meme oryantasyon akraba, memeleri 1 bırakarak spreyler ikincil parçalanmasının neden olur. tüm bu faktörlerin birlikte, aplikatörler ortaya çıkan sprey damlacık boyutu hedefe birikimi ve biyolojik etkinlik korunur şekilde olduğunu tüm pestisit ürünleri etiketleri karşılandığını sigorta ve uygun nozul seçimi ve operasyonel kurulum karar verme zor bir görev ile karşı karşıyayız hareketi hedef dışı en aza indirirken. Bu yöntemin amacı, bir aplikatör operasyonel kararları desteklemek için etkileyen faktörler çeşitli kombinasyonlarda kaynaklanan damlacık boyutuna açık, özlü bilgi vermektir.
Spreyler damlacık boyutunu ölçmek için uygun bir dizi araç vardır birlikte, tarımla ilgili kimyasal madde püskürtme memelerinden ölçümleri, genellikle lazer kırınımı, görüntü ya da 2 göre Phase Doppler ya da vardır. görüntüleri ve faz doppler temelli yöntemler, tek parçacık sayıcı yöntemleriSprey bulut içinde küçük alanlar bireysel parçacıklar ile, odaklanmış yani 3 ölçülmüştür. Lazer difraksiyon yöntemleri parçacıkların bir grup dağılımını, yani bir topluluk ölçü almak Oysa hızla 3 ölçülür. Bu yöntemler prensip olarak farklı olsa da, uygun bir kurulum ve kullanım ile benzer sonuçlar 4 elde edilebilir. Lazer kırınım yöntemleri yaygın nedeni kullanım kolaylığı, yetenek hızla ölçüm yüksek sayıyla yoğunlukta sprey ve geniş dinamik ölçüm aralığı için tarımsal uygulama topluluk tarafından kabul edilmiştir. bir topluluk ölçümü yapılır gibi, ölçüm hattı üzerinden bir püskürtme tüy tek bir şaryo tüm bu, tüm sprey bileşik damlacık boyutu için yeterlidir. Bu püskürtme memeleri ve operasyonel parametre kombinasyonlarının çok sayıda damlacık boyutu etkin bir şekilde değerlendirme sağlar. Karşılaştırıldığında, tek parçacık sayıcı yöntemleri mutlaka çok daha küçük alanlarda zekâ odaklanmakamacıyla bir spreyli bulut hin birden fazla ölçüm yerleri değerlendirildi ve bir kompozit sonucu geri dönmek için kombine edilmelidir, yani tek tek parçacıklar yakalamak. Bu lazer difraksiyon tabanlı yöntemlere göre tek bir sprey tüyü değerlendirmek için çok daha fazla zaman, emek ve sprey çözümü gerektirir. yüksek püskürtme hacmi asıl pestisit ürünlerin artan kullanılan malzeme maliyetleri ve elden çıkarma maliyetleri sonucu test edilen ise önemli bir sorun teşkil edebilir gerekiyor. Ancak, tek parçacık sayıcı yöntemleri ölçüm damlacıkları sayısı içinde orantılı olarak lazer difraksiyon mekansal örnek sağlar oysa ki onlar, bir örnek hacmi geçen birim zamanda damlacıkların sayısını ölçmek, bir zamansal örnek sağlama avantajına teklif belirli bir ses 5. Belirli bir içindeki tüm damlacık hızları aynı sprey edildi yöntemler aynı sonuçları sağlayacak. Ancak, çoğu püskürtme sistemleri için damlacık hızları ilişkilidirmekansal örnekleme yöntemleri 6 ile bir önyargı ile sonuçlanan boyutunu damlacık için.
Uygun test metodolojisi ile lazer difraksiyon ölçümleri bu mekansal önyargı üstesinden gelmek tarımsal sprey memeleri 4 sprey damlacık büyüklüğü değerlendirilerek önemli bir parçasıdır. Sprey bulut 4 genelinde homojen damlacık hızlarında bu iki parametre sonuçların birleşimi olarak, 13 m / sn eşzamanlı airstream ve memeden uygun bir mesafe bulunan ölçüm konumu ile memeleri test ederken mekansal önyargı azalır. Dahası, mekansal önyargı nedeniyle 7,8 değerlendirilen yüksek eşzamanlı hava hızları için hava meme testi için (% 5 ya da daha az) küçüktür. Mevcut düşük ve yüksek hızda rüzgar tüneli tesisleri ile mekansal önyargı, 9 tarımsal sprey boyutu sınıflandırmaları belirlemek için kullanılan referans memelerin dizi azaltmak için en uygun test yöntemi belirlemek için damlacık boyutu u değerlendirildiLazer kırınımı ve görüntüleme yöntemleri 10 hem şarkı. Boyutlandırma değerlendirmeler eşzamanlı hava hızı ve ölçüm mesafesi (ölçüm noktasına meme çıkış mesafe), mevcut tesislerin işletme aralığının temsilcisi çoklu kombinasyonlar altında gerçekleştirilmiştir. Lazer kırınım ölçümleri potansiyel mekansal önyargı ve ölçüm mesafesi optimal bileşimini belirlemek için görüntüleri sonuçlarla karşılaştırılmıştır ve eşzamanlı hava hızı standart operasyonel prosedür olarak seçildi. 30.5 sm kadar bir ölçüm uzaklığı ve düşük hızlı rüzgar tünelinde zemin püskürtme memelerinin değerlendirilmesi için 6.7 m / sn'lik bir hava hızı aynı anda% 5 10 veya daha az uzaysal eğilim azalır. Tüm hızlar test için% 3 ya da daha az mekansal önyargılar 45.7 cm, 10 ölçüm mesafesi ile, yüksek hızlı tünelinde havadan meme değerlendirmeler için elde edilmiştir. Bu standart yöntemler kullanılarak, yazarlar da laboratuar variabi bu laboratuvarı göstermek başardıkvasıflı tutarlı laboratuvarlar arası damlacık boyutu verileri 11 sağlayan, minimize edilebilir.
Bu çalışmanın bir parçası olarak gösterdi Tüm damlacık büyüklüğü test USDA-ARS-Havadan Uygulama Teknoloji Araştırma Biriminin sprey atomizasyon araştırma tesisinde gerçekleştirilmiştir. Bir lazer difraksiyonu sistemi Protokolü bölümünde belirtilen mesafelerde memenin aşağı akış yönünde yerleştirildi. Zemin meme testi için lazer kırınım sistemi 18-3,500 mikron 31 arasında bidonları 12 dinamik bir boyut aralığı var, üreticinin talimatlarına, yapılandırıldı. Aynı şekilde sisteminin test havadan meme için 31 bidonları 12 karşısında da, 9 mikron 1750 için bir dinamik boyutu aralığı ile yapılandırıldı. Hava göre püskürtme memesi değerlendirmeler, havai koşullarını simüle etmek için, yüksek hızlı hava içinde gerçekleştirilmiştir. Zemin püskürtücü memeleri spa en aza indirmek için tek bir eşzamanlı hava hızı ile daha büyük bir rüzgar tüneli bölümünde test edildilazer kırınımı gelen önyargı TIAL. Memeler Protokol bölümünde verilen mesafelerde lazer difraksiyon sisteminin akış yukarı konumlandırılmış test edilir. Memeler sprey dumanı Belirli bir ölçüm devresi sırasında ölüm bölgesi boyunca dikey olarak geçtiği olması için izin veren bir lineer travers üzerine monte edilmiştir. havadan meme testi, iki sprey basınçları ve üç hava hızlan iki tipik püskürtme nozulları inceleyen bir deney açıklar iken zemin meme testi için protokol iki püskürtme basınçlarında üç tipik memeleri inceleyen bir deney anlatılmaktadır. Her ikisi de test senaryoları gerçek dünya sprey çözümlerinin etkilerini taklit etmek değil, su sadece daha "aktif blank" sprey çözümü kullanın.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yöntemi uygularken uyulması gereken kritik adımlar vardır. hem hava ve kara meme değerlendirmeleriyle, ölçüm hattına memenin çıkışından mesafe herhangi bir ölçüm öncesinde kontrol edilmelidir. Bu mesafe herhangi bir sapma sonuçları üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Benzer bir şekilde, yer meme testinde kullanılan aynı anda hava hızı belirlenmiş ve tavsiye edilen 6.7 m / sn ayarlanmalıdır. tavsiye gelen hava hızı farklılıklar anlamlı bağlı alt hava hızlan de önyargı sorunlarını örnekleme sonuçları etkilemek ve potansiyel olarak daha yüksek hava hızlan ikincil dağılmasından artacaktır. Ayrıca, lazer difraksiyon sistem bileşenlerinin doğru hizalama üreticisi tarafından onaylanmış doğruluk ve hassasiyet şartname ucunda çalışan sistemi sağlamak amacıyla kritik öneme sahiptir. eşzamanlı hava akımı göre uygun kurulum ve memeleri hizalama bile hafif olarak, kaliteli veri sağlamak için önemlidirmemeleri konumlandırma birkaç derecelik açı kaymaları ortaya çıkan damlacık boyutu verilerine önemli etkilere neden olabilir.
sunulan yöntemler zemin ve hava sistemi hem de bir püskürtme memesi konfigürasyonu veya püskürtme çözeltisine uygulanabilir. Zemin püskürtme ile, püskürtme zira damlacık boyutundaki değişiklikler, genellikle meme tipi ve boyutu, püskürtme basıncı ve püskürtme solüsyonu tipte bir fonksiyonudur. Hava püskürtücü ile hava hızı değişim hava dalgasının çevreleyen memenin yönlendirme ek rol Nihai damlacık boyutu açısından önemlidir. Bu yöntem, son damla boyutuna, bu faktörlerin kombine etkisini değerlendirmek için kullanılabilir. Ancak tavsiye edilen yöntemlere bazı değişiklikler gerekli olan nadir durumlar vardır. Özel olarak, püskürtme çözeltileri veya ayrı ayrı parçacıklar halinde bir sprey tam dağılmasından için ağızlıktan fazla mesafe gerektiren püskürtme memesi ve ölçüm poin arasındaki mesafeyi ayarlamaya gerektirirt. havadan uygulama test koşullarında ölçüldüğünde Bugüne kadar, ayar bu tür gerekli olan tek meme / sprey çözüm tedavileri, çözüm viskozitesini arttıran sprey katkı maddeleri ile tüm operasyonel ayarları ve dar açılı düz yelpaze memeleri de düz akım memeleri olmuştur. Lazer difraksiyon sisteminin yine de sprey bulutu eksik parçalanma durumunda damlacık boyutu verileri döndürür, ancak elde edilen veriler, tipik olarak sistem tarafından ölçülen püskürtme ligamanların bir sonucu olarak çok daha büyük damlacık boyutları doğru eğilimli olacaktır. Bu ligamanlar çıplak gözle kolayca anlaşılır olmasa da, onların varlığı genellikle damlacık boyutu ölçeğinde (Şekil 3) daha büyük ucunda ikincil tepe noktası olarak dağıtım arsa görsel görünecektir. Dikkat bu ikincil tepe dış titreşimlerin veya neden olabilir lazer difraksiyon sistemi ile diğer müdahale olarak, bağların varlığı sonucu olduğunu varsayarak tavsiye edilir rağmenBenzer bir yanıt. Bir kullanıcının deneyim seviyesi artar, hatalar dayalı ikisi arasındaki ayrımı yapmak gibi kolay olur. Sprey atomizasyon eksik olması durumunda, biz (hava püskürtme memeleri için) 1,8 m örnekleme mesafesi uzanan sorunu ve döner kalite verilerini giderir bulduk. Bu 1,8 m mesafe aslında bizim grup havadan uygulama koşullarında tüm düz akım memeleri değerlendirdiği standart mesafedir. Zemin püskürtücü memeleri ile çalışırken, bir ikiz kullanmak meme tasarımları sınıf vardır, düz yelpaze delik çıkış lazer difraksiyon sistem lensleri kirlenme olmadan tüm sprey tüy örnekleme alanı geçer sigortalamak için kurulum montaj memeye değişiklik gerektirebilir .
Bu yöntem sayesinde lazer difraksiyon sistemleri ile ilişkili uzamsal önyargılara örnekleme verevi en aza indirmek için tasarlanmış olsa da, tamamen damlacık boyu değerleri Retu, yani bunları ortadan kaldırmazrn "mutlak" olarak alınamaz. Lazer kırınım ölçmek için bir araç sağlamak ve kompozit sprey bulutu farklı damlacık boyutları arasında homojen olmayan damlacık hızları için, ortaya çıkan damlacık büyüklüğü verilerini ayarlamak değil. laboratuarlar arası veri setleri, özellikle zemin püskürtme memeleri ile ilgili olarak, karşılaştırıldığında, bu kritik hale gelir. Şu anda laboratuarlar arasında karşılaştırmalar sonucu standardize ve izin kabul edilen bir yöntem damlacık boyutu veri sınıflandırma kategorilerinde bir takım kurmak için kullanılan yüksek kalibre referans püskürtme memeleri, bir dizi kullanır. Bu memelerin değerlendirilmesi her damla boyutlandırma değerlendirmenin bir parçası olarak yapılmalıdır. memeleri ve sınıflandırma tanımları ile ilgili daha fazla detay Tarım ve Biyoloji Mühendisleri (ASABE) Uluslararası Standart (ASAE / ANSI, 2009) "Damlacık Spectra tarafından Püskürtme Memesi Sınıflandırılması" American Society of bulunabilir.
In tartışıldığı gibitroduction, lazer difraksiyonu dışında, diğer damlacık boyutlandırma sistemleri bulunmaktadır. lazer difraksiyon tüm sprey tüy boyunca damlacık boyutu bir kompozit ölçüsünü verir durumlarda, bu diğer yöntemler genel sprey bulutu sadece küçük bir bölümünü örnekleme, sprey bulutu ile küçük bir alanda odaklanmanızı. Bu Diğer yöntemler ile tüm tüy bir temsili örneği elde edilmesi oluşturmak için kombine edilmesi gereken alt numunelerin çok sayıda ortaya çıkan püskürtme Plume en kesit alanının çok daha sıkı ve zaman alıcı, çok kiriş traversi gerektirir kompozit sonuç. Bu lazer kırınımı kullanarak çok daha fazla zaman gerektirir.
Bu yöntem başarılı bir araştırma programı entegre edilmiştir ve teknikleri kullanıcılar tarafından hakim sonra, bir sonraki zorluk etkisi faktörlerin her damlacık boyutuna oluşumu açısından oynadığı rolü anlamaya yönelik iyi yapılandırılmış deneyler yürütüyor. Bu Bigg olanondan daha er meydan tarımsal uygulama endüstrisi tarafından kullanılan meme tipi, nozul kurulum ve işletme faktörleri, hava hızı ve meme konumunda (havadan ilaçlama) ve gerçek dünya tank karışımları sonsuz kombinasyonu verilen görünüyor. Hatta bir meydan okuma daha kolay kullanılabilir bir biçimde aplikatörler mevcut bu bilgiler bir şekilde yapar bulgudur. Grubumuzun büyük bir başarı ile kullanılan tek seçenek, birden fazla püskürtme nozulları ve çözümleri 14 son derece verimli bir değerlendirme için izin deneysel tedavilerin sınırlı sayıda dayalı damlacık büyüklüğü tahmin modellerinin geliştirilmesi için izin tepki yüzeyleri denilen deneysel tasarımlar sınıf 15. Bu yapısal tasarım yöntemi tarım uygulamacılar tarafından kullanılan en yaygın kullanılan hava 11 ve zemin memeleri 16 damlacık boyutu modelleri bir dizi geliştirmek için kullanılır olmuştur.
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. |
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. Comparison of performance of drop-sizing instruments. Appl. Optics. 26 (7), 1328-1341 (1987).
- 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, 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. , (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. , 704 (2009).
- 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).
