Vi præsenterer protokoller, der skal anvendes til måling af spray dråbestørrelse fra landbruget anvendte dyser i både fly og jordbaserede agrokemiske anvendelser. Disse metoder præsenteret blev udviklet til at give konsistent og gentagelig dråbestørrelse data både inter- og intra-laboratorium, ved brug af laser diffraktion systemer.
Når du laver en ansøgning af enhver planteværn materiale såsom en herbicid eller pesticid, applikatoren anvender en række af færdigheder og information til at gøre et program, så materialet når målområdet (dvs. anlæg). Information kritisk i denne proces er dråbestørrelsen at en bestemt sprøjtedyse, sprøjtetryk, og sprøjteopløsning kombination frembringer, som dråbestørrelsen i høj grad påvirker produktets effektivitet og hvordan spray bevæger sig gennem miljøet. Forskere og fabrikanter almindeligt brug laser diffraktion udstyr til at måle størrelsen spray dråber i laboratoriet vindtunneler. Arbejdet præsenteres her beskriver metoder, der anvendes i at foretage målinger spray dråbestørrelse med laser diffraktion udstyr til både jorden og luften applikationsscenarier, der kan bruges til at sikre inter- og intra-laboratorium præcision samtidig minimere prøveudtagning partiskhed i forbindelse med laser diffraktion systemer. Fastholdelse kritisk måling distoffer og samtidig luftstrøm hele testprocessen er nøglen til denne præcision. Real time datakvalitet analyse er også kritisk at forhindre overskydende variation i data eller uvedkommende inddragelse af fejlagtige data. Nogle begrænsninger ved denne metode omfatter atypiske sprøjtedyser, spray løsninger eller anvendelsesbetingelser, der resulterer i spray vandløb, der ikke fuldt ud forstøve inden for måling afstande diskuteres. Vellykket tilpasning af denne metode kan give en meget effektiv metode til evaluering af ydeevne agrokemiske ansøgning spray dyser under en række forskellige operationelle indstillinger. Også diskuteret er potentielle eksperimentelle design overvejelser, der kan medregnes til at øge funktionaliteten af de indsamlede data.
Ved enhver agrokemiske sprøjtepåføring, er de primære bekymringer sikrer maksimal biologisk effekt og samtidig minimere enhver off-target bevægelse og tilhørende negative miljøpåvirkninger eller anden ikke-target biologisk skade. En af de vigtigste faktorer til at overveje, når opsætning af enhver sprøjte, før en ansøgning, er dråbestørrelsen, som længe har været anerkendt som en af de primære parametre, der påvirker den samlede deposition spray, effekt og afdrift. Mens der er en række andre faktorer, der potentielt påvirker spray deposition og afdrift, dråbestørrelse er en af de letteste at skifte til passe til behovene i en given anvendelse scenario. Dråbestørrelsen af landbrugsprodukter sprøjtedyse påvirkes af en række faktorer, herunder, men ikke begrænset til, dysetype, dysemundingen størrelse, sprøjtetryk og sprøjteopløsning fysiske egenskaber. Med antenne applikationer, den ekstra indflydelse af luft shear følge af flyvehastighed af flyet ogdysens orientering i forhold til at airshear, forårsager sekundær opløsningen af de sprays forlader dyserne 1. Med alle disse faktorer, er applikatorer står over for den vanskelige opgave at gøre ordentlig dyse udvælgelse og operationelle beslutninger setup, der forsikrer, at alle pesticider produkter etiketter er opfyldt, og at den resulterende spray dråbestørrelse er sådan, at on target deposition og biologiske effekt opretholdes samtidig minimere off-target bevægelse. Målet med denne metode er at give klare, præcise oplysninger om dråbestørrelse som følge af de forskellige kombinationer påvirkende faktorer for at støtte en applikator operationelle beslutninger.
Mens der er en række instrumenter til at måle dråbestørrelse fra sprøjtemidler, målinger fra agrokemiske sprøjtedyser er typisk enten laser diffraktion, billedsprog, eller fase doppler baseret 2. De billedsprog og fase doppler baserede metoder er enkelt partikel counter metoder,hvilket betyder, at mindre områder inden sprøjteskyen er fokuseret på, med individuelle partikler, der måles 3. Henviser laserdiffraktion metoder tager et ensemble måling, hvilket betyder fordelingen af en gruppe af partikler er hurtigt måles 3. Mens disse metoder er forskellige i princippet med korrekt opsætning og brug, sammenlignelige resultater kan opnås 4. Laser diffraktion metoder er blevet bredt vedtaget af landbrugserhvervet ansøgning samfund på grund af brugervenlighed, evne til hurtigt måling høje antal tæthed sprays og det store dynamiske måleområde. Som et ensemble måling, en enkelt traverse af en spray plume gennem ledningen af måling er alt, der kræves for en sammensat dråbestørrelse af hele spray. Dette giver mulighed for effektive evalueringer af dråbestørrelse fra et stort antal sprøjtedyser og operationelle parameterkombinationer. Til sammenligning enkelt partikel counter metoder nødvendigvis fokusere på meget mindre områder within en spray sky for at fange individuelle partikler, hvilket betyder, at flere målesteder skal vurderes og kombineres til at returnere en sammensat resultat. Dette kræver betydeligt mere tid, kræfter og sprøjteopløsning til at evaluere et enkelt sprøjtefane end laserdiffraktion baserede metoder. Den øgede volumen spray kræves kan præsentere et stort problem, hvis faktiske pesticider produkter afprøves som følge af øgede udgifter til det anvendte materiale og omkostningerne til bortskaffelse. Men de enkelte partikel counter metoder tilbyder, den fordel, at en tidsmæssig prøve, idet de måle antallet af dråber pr tidsenhed passerer et prøvevolumen, mens laserdiffraktion tilvejebringer en rumlig prøve som målingen er proportional med antallet af dråber inden en given mængde 5. Blev alle dråbe hastigheder inden for en given spray det samme, ville de metoder giver identiske resultater. Men for de fleste sprøjtesystemer dråben hastigheder er korrelerettil dråbestørrelse, hvilket resulterer i en skævhed med rumlige prøveudtagningsmetoder 6.
At overvinde denne rumlige bias fra laser diffraktion målinger gennem passende testmetode er en kritisk del af at evaluere spray dråbestørrelse fra landbruget sprøjtedyser 4. Den rumlige skævhed reduceres ved prøvning dyser i en samtidig luftstrøm på 13 m / s og med målestedet placeret en passende afstand fra dysen, som kombinationen af disse to parametre resulterer i homogene dråbe hastigheder hele spray sky 4. Endvidere er den rumlige bias er lille (5% eller mindre) til sprøjtning dyse testning grund af de høje samtidige hastigheder evalueret 7,8. At bestemme den optimale test metode til at reducere den rumlige skævhed med vores nuværende lav og høj hastighed vindtunnel faciliteter, den række referenceværdier dyser anvendes til at bestemme land- spray klassifikationer størrelse 9 blev evalueret for dråbestørrelse usynge både laser diffraktion og billedbehandling metoder 10. Dimensionering evalueringer blev gennemført under flere kombinationer af samtidige lufthastighed og afstandsmåling (afstand fra dysen udgang til målepunktet), repræsentant for den operationelle vifte af de eksisterende faciliteter. Laserdiffraktion målinger blev sammenlignet med imagery resultater for at bestemme den potentielle stedlige bias og den optimale kombination af måleafstanden og samtidig flyvehastighed blev valgt som standard operationelle procedure. En måling afstand på 30,5 cm og en samtidig flyvehastighed på 6,7 m / sek til evaluering af formalet sprøjtedyser i lav hastighed vindtunnel reduceret rumlig forspænding til 5% eller mindre 10. Rumlige fordomme på 3% eller mindre blev opnået for aerial dyse evalueringer i den høje hastighed tunnel, for alle hastigheder testet, med en måling afstand på 45,7 cm 10. Ved hjælp af disse standardmetoder, forfatterne var også i stand til at dokumentere, at laboratoriet til lab variabiheden kunne minimeres, fastlæggelse af ensartede præstationsprøvninger dråbestørrelse data 11.
Alle dråbestørrelse test demonstreret som en del af dette arbejde blev udført på USDA-ARS-Aerial Application Technology Research Unit s spray forstøvning forskning facilitet. En laser diffraktion system blev placeret nedstrøms for dysen ved afstandene angivet i afsnittet protokol. For jorden dyse test blev laserdiffraktion konfigureret, efter fabrikantens anvisninger, at have en dynamisk størrelse vifte af 18-3,500 um tværs 31 spande 12. Ligeledes for antennen dyse tester systemet blev konfigureret med en dynamisk størrelse vifte af 9 til 1750 um, også på tværs af 31 spande 12. Aerial baserede spray dyse evalueringer blev gennemført i høj hastighed luft til at simulere antenne anvendelsesbetingelser. Ground sprayer dyser blev testet i et større vindtunnel sektion med en enkelt samtidig flyvehastighed at minimere spatentielle bias fra laser diffraktion. Dyser, der testes, blev anbragt opstrøms for laserdiffraktion systemet på afstandene i afsnittet protokol. Dyser blev monteret på en lineær travers tillader sprøjtefanen, der skal gennemløbes lodret gennem målezonen i en given målecyklussen. Protokollen til jorden dyse test beskriver et eksperiment undersøger tre typiske dyser på to spray tryk, mens antennen dyse test beskriver et eksperiment undersøger to typiske sprøjtedyser på to spray tryk og tre hastigheder. Begge test scenarier bruge en "aktiv blank" sprøjteopløsning, snarere end kun vand, til at efterligne virkningerne af sprøjteopløsninger virkelige verden.
Der er en række kritiske skridt, der skal følges ved anvendelsen af denne metode. Med både luften og jorden dyse evalueringer, bør afstanden fra afgangen af dysen til den linje af målingen verificeres før en måling. Enhver varians i denne afstand kan have en betydelig indvirkning på resultaterne. Ligeledes bør den samtidige flyvehastighed anvendes i jorden dyse test verificeres og justeres til 6,7 m / sek anbefales. Forskelle i flyvehastighed fra den anbefalede væsentlig grad vil påvirke resultatet på grund af prøveudtagning skævhed spørgsmål ved lavere hastigheder, og potentielt øge sekundær opløsning ved højere hastigheder. Også korrekt justering af laser diffraktion systemkomponenter er kritisk for at sikre, at systemet fungerer på nøjagtighed og præcision specifikation, som producenten. Korrekt opsætning og tilpasning af dyserne i forhold til den samtidige luftstrømmen er afgørende for at sikre datakvalitet, som selv mindreforskydninger af et par grader i dyserne positionering kan resultere i en betydelig indvirkning på de resulterende dråbestørrelse data.
Fremlagte metoder kan anvendes på enhver sprøjtedyse konfiguration eller spray løsning for både jorden og antennesystemet. Med jorden sprøjter, ændringer i spray dråbestørrelse er typisk en funktion af dyse type og størrelse, sprøjtetryk og spray løsning type. Med antenne sprøjten supplerende funktion af ændringer i flyvehastighed og orienteringen af dysen til omgivende luftstrøm er kritiske til den resulterende dråbestørrelse. Denne metode kan anvendes til at vurdere den samlede virkning af disse faktorer på den endelige dråbestørrelse. Men der er sjældne tilfælde, hvor nogle ændringer af de anbefalede metoder er nødvendige. Specifikt vil sprayopløsninger eller dyser, der kræver yderligere afstande fra dyse til fuldstændig opløsning af spray i diskrete partikler kræver at justere afstanden mellem dysen og måling point. Til dato har de eneste dyse / spray løsning behandlinger, der har krævet denne form for tilpasning været lige stream dyser på alle operationelle indstillinger og smal vinkel fladsprededyser med spray tilsætningsstoffer, der øger løsninger viskositet, målt under luftfotos ansøgning testbetingelser. Den laserdiffraktion systemet vil stadig vende tilbage dråbestørrelse data i tilfælde af ufuldstændig opbrydning af sprøjteskyen, men de resulterende data vil typisk blive forspændt mod meget større dråbestørrelser som følge af spray ledbånd, der måles af systemet. Mens disse ledbånd er ikke indlysende for det blotte øje, vil deres tilstedeværelse typisk vises visuelt i fordelingen plottet som en sekundær top ved den større ende af dråbestørrelse-skala (figur 3). Selvom forsigtighed tilrådes i at antage, at denne sekundære højdepunkt er resultatet af tilstedeværelsen af ledbånd, som eksterne vibrationer eller andre indgreb i laser diffraktion systemet kan forårsageen lignende reaktion. Som en brugers erfaring niveau stiger, hvilket gør sondringen mellem de to er baseret på fejl bliver lettere. I det tilfælde, hvor spray forstøvning er ufuldstændig, har vi fundet, at en udvidelse af afstanden prøvetagning til 1,8 m (antennetætning sprøjtedyser) løser kvalitetsdata udstedelses- og afkast. Dette 1,8 m afstand er i virkeligheden den standard afstand, hvor vores gruppe evaluerer alle lige stream dyser under luftfotos anvendelsesbetingelser. Når man arbejder med jorden sprøjte dyser, der er en klasse af dyser designs, der bruger en tvilling, flad stikkontakt fan blænde den kan kræve ændring af dysen montering setup til at forsikre hele spray røgfanen passerer gennem sampling område uden begroning laser diffraktion systemets objektiver .
Selv om denne fremgangsmåde er designet til at minimere prøveudtagning skævhed som følge af rumlige bias forbundet med laserdiffraktion systemer, er det ikke helt fjerne dem, hvilket betyder, at dråbestørrelsen værdier Return kan ikke tages som "absolut". Laser diffraktion giver ikke et middel til at måle og justere de resulterende data dråbestørrelse for de ikke-homogene dråbe hastigheder blandt de forskellige dråbestørrelser i den sammensatte sprøjteskyen. Dette bliver kritisk, når mellem laboratorier datasæt sammenlignes, navnlig i forhold til jord sprøjtedyser. Metoden øjeblikket accepteret at standardisere resultaterne og tillade sammenligninger mellem laboratorier bruger en række højt kalibrerede henvisning sprøjtedyser, hvis dråbestørrelse data anvendes til at etablere et sæt af klassifikationskategorier. Evaluering af disse dyser bør gennemføres som en del af hver dråbe dimensionering evaluering. Yderligere oplysninger om dyserne og klassificering definitioner kan findes i American Society of Agricultural og Biological Engineers (ASABE) "Spray Nozzle Klassifikation af Droplet Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009).
Som diskuteret i Iing, er der andre dråber dimensionering systemer udover laserdiffraktion. Hvor laserdiffraktion tilvejebringer et sammensat mål for dråbestørrelse over hele sprøjtefanen, disse andre metoder fokuserer på et lille område med sprøjteskyen, prøveudtagning kun en lille del af den samlede sprøjteskyen. Opnåelsen af et repræsentativt udsnit af hele røgfanen med disse andre metoder kræver en langt mere stringent og tidskrævende, multi-chordal travers af spray røgfanen s tværsnit område, hvilket resulterer i et stort antal delprøver, der skal kombineres til at generere en sammensatte resultat. Det kræver betydeligt mere tid end at bruge laser diffraktion.
Når denne metode er blevet integreret i et forskningsprogram og de teknikker, mestrer af brugerne, er den næste udfordring at gennemføre velstrukturerede eksperimenter der sigter mod at forstå, hvilken rolle hver af indflydelse faktorer spiller med hensyn til dannelsen af dråbestørrelse. Dette er en biggis udfordring end det synes givet den tilsyneladende endeløse kombination af dyse type, dyse opsætning og operationelle faktorer, flyvehastighed og dyse position (sprøjtning fra luften) og den virkelige verden tankblandinger anvendes af landbrugserhvervet ansøgning industrien. Endnu mere af en udfordring er at finde en måde gør denne information til rådighed for de applikatorer i et format, der er let anvendelig. En mulighed vores gruppe har brugt med stor succes er en klasse af forsøgsdesign kaldet respons overflader, der giver mulighed for udvikling af dråbestørrelse prognosemodeller baseret på et begrænset antal eksperimentelle behandlinger der giver mulighed for en yderst effektiv evaluering af flere sprøjtedyser og løsninger 14, 15. Denne strukturerede design fremgangsmåde er blevet anvendt til at udvikle en række dråbestørrelse modeller for de mest almindeligt anvendte antenne 11 og formalede dyser 16 anvendes af landbrugs- applikatorer.
The authors have nothing to disclose.
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.
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. |