Vi presenterar protokoll som skall användas vid mätningen av sprejdropparnas storlek från jordbruks munstycken som används i både flyg- och markbaserade agrokemiska applikationer. Dessa metoder som presenteras har utvecklats för att ge konsekvent och repeterbart droppstorlek uppgifter både inom och mellan laboratorier, vid användning av laser diffraktion system.
Vid en tillämpning av grödor skyddsmaterial såsom en herbicid eller pesticid, använder applikatorn en mängd olika färdigheter och information för att göra ett program så att materialet når målplatsen (det vill säga, växt). Information kritisk i denna process är droppstorleken att en viss spraymunstycke, spraytryck, och sprutlösning kombination genererar, som droppstorleken påverkar i hög grad produkteffektivitet och hur de spray rör sig genom miljön. laserdiffraktion utrustning forskare och produkttillverkare använder ofta för att mäta spraydroppstorleken i laboratorievindtunnlar. Arbetet presenteras här beskriver metoder som används för att göra sprutdroppstorleksmätningar med laser diffraktion utrustning för både mark- och flygbesprutning scenarier som kan användas för att säkerställa inter- och intra-laboratoriet precision och samtidigt minimera provtagning partiskhet i samband med laserdiffraktion system. Upprätthålla kritisk mätning diställningstaganden och samtidigt luftflöde under hela testprocessen är nyckeln till denna precision. Realtidsdata kvalitetsanalys är också avgörande för att förhindra överskott variation i data eller ovidkommande införande av felaktiga uppgifter. Vissa begränsningar av denna metod inkluderar atypiska sprutmunstycken, sprutlösningar eller användningsförhållanden som resulterar i sprutströmmar som inte fullt ut finfördelar inom avstånden mätnings diskuteras. Lyckad anpassning av denna metod kan ge en mycket effektiv metod för utvärdering av hur jordbrukskemikalier sprutappliceringsmunstycken under olika operativa inställningar. diskuteras är också potentiella experimentell design överväganden som kan inkluderas för att förbättra funktionaliteten av de insamlade uppgifterna.
Vid varje agrokemisk sprutning, är de primära oro garanterar maximal biologisk effekt samtidigt minimera eventuell off-target rörelse och tillhörande negativ miljöpåverkan eller andra icke-mål biologisk skada. En av de viktigaste faktorerna att tänka på när inrätta någon spruta före en ansökan, är droppstorlek, som länge har erkänts som en av de primära parametrar som påverkar den totala sprutavsättning, effektivitet och drift. Även om det finns ett antal andra faktorer som potentiellt påverkar sprutavsättning och drift, är droppstorleken en av de enklaste att ändra för att passa behoven hos en given tillämpning scenario. Droppstorleken från alla jordbrukssprutmunstycket påverkas av ett antal faktorer, bland annat, men inte begränsat till, munstyckstyp, munstycksöppningen storlek, spruttrycket och sprutlösning fysikaliska egenskaper. Med flygbesprutning, ytterligare påverkan av luft skjuvning till följd av fart av flygplanet ochmunstyckets orientering i förhållande till den airshear orsakar sekundär upplösningen av strålarna som lämnar munstyckena 1. Med alla dessa faktorer är applikatorer inför den svåra uppgiften att göra en korrekt val av munstycke och operationella installations beslut som säkerställer att alla bekämpningsmedel etiketter är uppfyllda och att den resulterande sprutdroppstorleken är sådan att på mål nedfall och biologisk effekt bibehålls samtidigt minimera off-målets rörelse. Målet med denna metod är att ge tydlig, koncis information om droppstorleken till följd av de olika kombinationerna påverkande faktorer för att stödja en applikator operativa beslut.
Även om det finns ett antal instrument för att mäta droppstorleken från sprayer, mätningar från jordbrukskemikalier sprutmunstycken är typiskt antingen laserdiffraktion, bildspråk, eller fas doppler baserad 2. De bilder och fas dopplerbaserade metoder är enkla partikelräknare metoder,vilket innebär att mindre områden inom spraymoln är inriktade på, med enskilda partiklar som mäts tre. Medan laserdiffraktion metoder tar en ensemble mätning, vilket innebär att fördelningen av en grupp av partiklar snabbt mäts tre. Även om dessa metoder skiljer sig i princip med korrekt installation och användning, jämförbara resultat kan erhållas 4. Laser diffraktionsmetoder har fått stor spridning av jordbruks ansökan samfundet på grund av användarvänlighet, förmåga att snabbt mätning stort antal densitet sprayer och stort dynamiskt mätområde. Som en ensemble mätning görs, är en enda förflyttning av en sprayplym genom raden av mätningen allt som krävs för en sammansatt droppstorlek av hela spray. Detta gör det möjligt för effektiva utvärderingar av droppstorlek från ett stort antal sprutmunstycken och operativa parameterkombinationer. Som jämförelse, de enskilda partikelräknare metoder nödvändigtvis fokusera på mycket mindre områden within en spraymolnet för att fånga enskilda partiklar, vilket innebär att flera mätställen måste utvärderas och kombineras för att returnera ett sammansatt resultat. Detta kräver betydligt mer tid, ansträngning och sprutlösning för att utvärdera en enda sprut plym än laser diffraktion baserade metoder. Den ökade sprayvolym krävs kan utgöra en betydande problem om den faktiska bekämpningsmedel testas som en följd av ökade kostnader för material som används och kostnaderna för bortskaffande. Emellertid de enskilda partikelräknare metoder erbjuder fördelen att tillhandahålla en temporal provet, i att de mäter antalet droppar per tidsenhet som passerar genom en provvolym, medan laserdiffraktion ger ett rumsligt prov som mätningen är proportionell antalet droppar inom en given volym 5. Var alla dropphastigheter inom ett givet spraya samma, skulle metoderna ger samma resultat. Men för de flesta sprutsystemen dropphastigheter är korreleradeatt droppstorlek, vilket resulterar i en partiskhet med rumsliga provtagningsmetoder 6.
Att övervinna denna rumsliga partiskhet från laserdiffraktion mätningar genom lämplig testmetod är en viktig del av att utvärdera sprejdroppstorlek från jordbrukssprutmunstycken 4. Den rumsliga fördomar reduceras vid provning munstycken i en samtidig luftström av 13 m / sek och med mätningen plats ligger ett lämpligt avstånd från munstycket, eftersom kombinationen av dessa två parametrar resulterar i homogena dropphastigheter hela spraymoln 4. Vidare är den rumsliga förspänningen liten (5% eller mindre) för flyg munstycke testning beroende på de höga samtidiga flyghastigheter utvärderade 7,8. För att bestämma den optimala testmetoden för att minska den rumsliga partiskhet med våra nuvarande låga och höga hastigheter vindtunnel anläggningar, den serie av referensmunstycken används för att bestämma jordbrukssprutstorleksklassificeringen 9 utvärderades för droppstorlek usjunga både laserdiffraktion och avbildningsmetoder 10. Limningsutvärderingar genomfördes under flera kombinationer av samtidig lufthastighet och mätavståndet (avstånd från munstycksutloppet till punkten för mätning), representativ för driftsområdet för de befintliga anläggningarna. Laserdiffraktion mätningar jämfördes med bildspråk resultat för att fastställa den potentiella rumsliga förspänningen och den optimala kombinationen av mätavståndet och samtidig lufthastighet valdes som standardoperationsproceduren. En mätning avstånd av 30,5 cm och en samtidig fart av 6,7 m / sek för utvärdering av marksprutmunstycken i låg hastighet vindtunnel reducerad rumslig partiskhet till 5% eller mindre 10. Rumsliga fördomar av 3% eller mindre erhölls för flyg munstycke utvärderingar i hög hastighet tunneln, för alla farter testas, med ett mätavstånd på 45,7 cm 10. Med hjälp av dessa standardmetoder, författarna kunde också visa att labb till labb variability skulle kunna minimeras, vilket ger för konsekventa provningsdroppstorleksdata 11.
Alla droppstorlek tester visat som en del av detta arbete genomfördes vid USDA-ARS-antenn Application Technology Research Enhetens sprut atomisering forskningsanläggning. En laser diffraktion systemet var placerad nedströms om munstycket vid de avstånd som anges i protokollet avsnitt. För mark munstycke test, var laser diffraktion system konfigurerat, enligt tillverkarens instruktioner, att ha ett dynamiskt storleksintervall av 18-3,500 um över 31 fack 12. Likaså för antenn munstycke testa systemet har konfigurerats med en dynamisk storleksintervall av 9 till 1750 um, även över 31 fack 12. Aerial baserade sprutmunstycken utvärderingar genomfördes i hög hastighet luft för att simulera antenn användningsförhållanden. Botten sprutmunstyckena testades i en större vindtunnel sektion med en enda samtidig lufthastighet för att minimera spatial partiskhet från laserdiffraktion. Munstycken som testas var placerad uppströms om laserdiffraktion systemet vid de avstånd som anges i protokollet avsnitt. Munstycken monterades på en linjär travers möjliggör sprut plymen som ska förflyttas vertikalt genom mätningszonen under en given mätningscykel. Protokollet för mark munstycke test beskriver ett experiment undersöker tre typiska munstycken på två spruttryck medan antennen munstycket testning beskriver ett experiment undersöker två typiska sprutmunstycken på två spruttryck och tre flyghastigheter. Båda testscenarier använder en "aktiv blank" spray lösning, snarare än bara vatten, för att efterlikna effekterna av verkliga spraylösningar.
Det finns ett antal viktiga steg som bör följas vid tillämpningen av denna metod. Med både flyg- och mark munstycke utvärderingar bör kontrolleras avståndet från utloppet från munstycket till Mätlinje innan någon mätning. Alla variansen i detta avstånd kan ha en betydande inverkan på resultatet. På samma sätt bör kontrolleras samtidig fart används i marken munstycke testning och anpassas till 6,7 m / sek rekommenderas. Skillnader i fart från den rekommenderade kommer att avsevärt påverka resultatet på grund av provtagning snedfrågor vid lägre farter, och potentiellt öka sekundär upplösning vid högre farter. Dessutom är korrekt inriktning av komponenter laser diffraktion systemet avgörande för att säkerställa att systemet fungerar på noggrannhet och precision specifikation certifierats av tillverkaren. Korrekt installation och anpassning av munstyckena i förhållande till den samtidiga luftflödet är avgörande för att säkerställa kvalitetsdata, eftersom även smärreavvikelser från några grader i munstyckena positioneringen kan resultera i en betydande inverkan på de resulterande droppstorleksdata.
De metoder som presenteras kan appliceras på varje sprutmunstycke konfiguration eller sprutlösning för både marken och antennsystemet. Med mark sprutor, förändringar i sprutdroppstorlek är typiskt en funktion av munstyckets typ och storlek, spruttrycket och sprut lösning typ. Med antenn spruta den ytterligare rollen av förändringar i flyghastighet och orienteringen av munstycket till omgivande luftströmmen är kritiska för den resulterande droppstorleken. Denna metod kan användas för att utvärdera den kombinerade effekten av dessa faktorer på den slutliga droppstorleken. Men det finns sällsynta fall när vissa modifieringar av de rekommenderade metoder krävs. Specifikt kommer spraylösningar eller munstycken som kräver längre avstånd från munstycket för fullständig upplösning av spray till diskreta partiklar kräver att justera avståndet mellan munstycket och mätning point. Hittills har de enda munstycke / sprutlösning behandlingar som har krävt denna typ av justering varit raka strömmen munstycken på alla operativa inställningar och snäv vinkel platt fläktmunstycken med sprut tillsatser som ökar lösningar viskositeten, mätt i flygbesprutning testförhållanden. Laser diffraktion Systemet kommer fortfarande tillbaka droppstorleksdata i händelse av ofullständig upplösning av sprutmoln, men de resulterande data kommer typiskt att förspänt mot mycket större droppstorlekar som ett resultat av spray ligament som mäts av systemet. Även om dessa ligament är inte uppenbart för blotta ögat, kommer deras närvaro oftast dyker upp visuellt i distributions tomt som en sekundär topp vid den större änden av droppstorlekstabellen (Figur 3). Även försiktighet rekommenderas anta att denna sekundära topp är resultatet av närvaron av ligament, som externa vibrationer eller andra störningar med laser diffraktion systemet kan orsakaett liknande svar. Som en användares erfarenhetsnivå ökar, vilket gör skillnaden mellan de två baserat på fel blir lättare. I det fall då sprut atomisering är ofullständig, har vi funnit att utvidga samplingsavståndet till 1,8 m (för flygsprutmunstycken) löser kvalitetsdata emissions- och avkastning. Detta 1,8 m avstånd är i själva verket standard avstånd som vår grupp utvärderar alla raka ström munstycken enligt flyganvändningsförhållanden. När man arbetar med mark sprutmunstyckena, det är en klass av munstycken modeller som använder en tvilling, platt fläktöppningen utlopp kan kräva modifiering för att munstycket monterings setup för att försäkra hela sprut plymen passerar genom provtagningsområdet utan nedsmutsning laser diffraktion systemets linser .
Även om denna metod är utformad för att minimera provtagnings fördomar på grund av rumsliga fördomar i samband med laser diffraktion system, inte helt eliminera dem, vilket innebär att droppstorleksvärden Return kan inte tas som "absolut". Laserdiffraktion inte är ett sätt att mäta och justera de resulterande droppstorleksdata för de icke-homogena dropphastigheter bland de olika droppstorlekar i den sammansatta spraymolnet. Detta blir kritisk när mellan laboratorier datauppsättningar jämförs, i synnerhet med avseende på jord sprutmunstycken. Den metod som för närvarande accepterat att standardisera resultaten och möjliggöra jämförelser mellan laboratorier använder en serie av mycket kalibrerade referenssprutmunstycken, vars droppstorlek data används för att fastställa en uppsättning klassificeringskategorier. Utvärdering av dessa munstycken bör genomföras som en del av varje droppstorleks utvärdering. Ytterligare uppgifter om munstyckena och klassificerings definitioner återfinns i det amerikanska samhället av Agricultural and Biological Engineers (ASABE) "Spray Nozzle Klassificering av Droppe Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009).
Såsom diskuteras i IInledning, finns det andra droppstorlekssystem förutom laserdiffraktion. Där laserdiffraktion ger en sammansatt mått på droppstorlek över hela sprut plymen dessa andra metoder fokusera på ett litet område med spraymoln, provtagning endast en liten del av den totala sprutmoln. Erhålla ett representativt urval av hela plymen med dessa andra metoder kräver en mycket mer rigorös, och tidskrävande, multi-ackord förflyttning av sprut plym s tvärsnittsarea, vilket resulterar i ett stort antal delprov som måste kombineras för att generera en sammansatt resultat. Detta kräver betydligt mer tid än att använda laser diffraktion.
När denna metod har framgångsrikt integrerats i ett forskningsprogram och de tekniker som behärskas av användarna, är nästa utmaning genomför välstrukturerade experiment som syftar till att förstå den roll var och en av påverkansfaktorer spelar när det gäller bildandet av droppstorleken. Detta är en bigger utmaning än det verkar med tanke på den till synes ändlösa kombination av munstycke typ, munstycke installation och driftsfaktorer, fart och munstyckets position (flygbesprutning) och verkliga tankblandningar som används av jordbruks ansökan industrin. Ännu mer av en utmaning är att hitta ett sätt som gör denna information tillgänglig för applikatorerna i ett format som är lätt användbar. Ett alternativ vår grupp har använt med stor framgång är en klass av experimentell design som kallas svarsytor som möjliggör utvecklingen av droppstorleks prognosmodeller baseras på ett begränsat antal experimentella behandlingar som möjliggör en extremt effektiv utvärdering av flera sprutmunstycken och lösningar 14, 15. Denna strukturerade designmetoden har använts för att utveckla en rad droppstorlek modeller för de vanligaste antenn 11 och mark munstycken 16 som används av jordbruks 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. |