基于电导率原理的雾量测量系统研制及应用研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:magic1136
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雾滴流量、雾滴沉积量(以下简称雾量)的精准测量是开展喷雾规律研究和作业性能评价的重要基础和前提。现有雾量测量方法主要使用纸卡示踪剂法,该方法布点方便,在植保喷雾领域已有广泛的应用,但也存在一些不足。如测量环节多、时间长,且同一纸卡不能多次连续测量。还有一些基于电容、电阻原理雾量测量装置,虽能快速得到测量值,但每次测量后需对传感器表面残留的雾滴进行处理,也不能多次连续测量,测量效率不高。另外,上述方法在雾量值较大时,雾滴会从纸卡或雾滴感应板表面流淌,影响测量精度。因此,开发一种能快速、准确、连续测量雾量的测量系统有一定实际意义。为此,本文开展了雾量快速测量系统的研制和应用研究。主要内容如下:开展了采样液电导率与收集雾量的相关性试验,试验表明,在稀溶液条件下,两者有很好的相关性,相关系数平方达到0.99。利用试验数据、SPSS 20.0统计分析软件,建立了两者相关性模型,为雾量测量装置设计提供了理论依据。基于溶液的导电、扩散、雾滴碰撞等理论,在试验基础上确定了测量装置参数。开展了雾量测量系统研制。它由硬件(含测量装置、定位平台)和软件二部分组成。测量装置由雾滴采样盒、电导率测量仪、温度测量仪、继电器控制板、电流传输模块和PC机等硬件组成。雾滴采样盒在样点处采集雾滴,电导率测量仪获得采样液电导率并向电流采集模块传输与电导率相对应的模拟电流信号;电流采集模块把采集到的模拟电流转换成数字信号并与PC机通信把数据传输至PC机,PC机对数据规律用图线显示,同时以表格形式显示测量数据。定位平台可快速为测量装置定位。软件设计主要包括实现系统功能的关键程序的编写,用户界面的设计等,从而使试验操作过程更加简捷,数据规律分析更加清晰明了。研制中,运用误差理论对测量系统进行精度检验。首先,开展了纸卡示踪剂法与测量系统室内测量对比试验,通过比较它们的相对误差,对测量系统进行初步精度检验。试验结果表明,两种方法测量结果有较好的一致性,相对误差较小,水平方向平均测量误差为6.08%,竖直方向平均测量误差为7.75%。其次,将测量系统与主动式雾滴采集器开展对比试验,通过假设检验原理对测量系统的系统误差进行分析说明。试验表明,测量系统在竖直面上,雾滴平均吸收率和回收率分别为84.31%和91.47%,。水平面上,平均吸收率和回收率分别为86.18%和94.68%,测量系统有较高的测量精度。第三,开展了主要的结构参数(挡板倾角)、喷雾参数(出口风速、雾滴粒径)和溶液蒸发对测量系统稳定性的影响试验。测量系统有较好的稳定性。最后,对如何提高测量系统测量精度进行分析,为进一步提高测量精度提供依据。开展了基于测量系统的应用研究。第四章开展了喷头喷雾时雾量分布规律研究和喷头间距对雾量分布规律影响试验。可为多风道喷雾机设计提供依据和方法;第五章使用炮筒式喷雾机开展了叶密度、出口风速、穿透距离对雾滴在梨树树冠中的穿透、沉积及飘移特性的影响试验,分析得出适合不同叶密度果树喷雾的出口风速值,并结合风量置换和雾滴沉积量要求,提出喷雾机合适的行驶速度的估算方法,可为不同叶密度果树风送喷雾关键作业参数设置提供可操作性依据;第六章使用3WZ果园风送喷雾机对柚子树进行喷药试验,用测量系统和纸卡示踪剂法进行实地对比测量试验。同时使用测量系统开展了不同喷雾参数对药液在叶片沉积量,地面沉积量,空中飘移量的影响试验,从中探索喷雾参数对实际喷雾效果的影响规律,为实际喷雾时参数设定提供依据;第七章利用测量系统开展了不同树冠、不同喷雾机条件下雾滴穿透模型研究,测量系统能为雾滴穿透模型建立提供大量基础数据,可为模型表达式提出、待定系数确定和模型验证提供丰富试验数据,利用模型进行了树冠内的雾量分布预测、分布均匀性分析及风速优化计算分析。应用试验表明,测量系统集雾滴收集、测量和实时显示于一体,可对雾量连续多次测量,有较高测量精度和测量效率;它可用于各方向试验液或实际药液雾滴流量和沉积量的测量;能间接测量叶上雾滴沉积量、树冠内雾滴穿透率、树冠对药液吸收率等量;可为植保喷雾研究和评价提供可操作性测量工具,有较高的实际应用价值。
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