基于微力測(cè)量的霧滴沉積量快速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)*

孫誠(chéng)達(dá)

(紹興文理學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，浙江紹興，312000)

0 引言

對(duì)農(nóng)作物病蟲(chóng)草害防治中，化學(xué)防治是目前和今后一段時(shí)間內(nèi)使用的主要方法[1-3]，但目前農(nóng)藥利用率仍有待提高[3]，先進(jìn)的施藥技術(shù)與植保機(jī)械有助于提升農(nóng)藥利用率、提高作業(yè)效率、增強(qiáng)防治效果[4-5]。霧滴沉積量測(cè)量是開(kāi)展噴霧規(guī)律研究和植保機(jī)械作業(yè)性能評(píng)價(jià)、優(yōu)化的重要基礎(chǔ)和前提。

示蹤劑法[6-9]是目前霧滴沉積量測(cè)量的常用方法，用載體(尼龍、棉繩、紙卡等)[10]收集熒光示蹤劑、染色或金屬鹽類霧滴，接著將載體帶回實(shí)驗(yàn)室洗滌，通過(guò)對(duì)洗脫液中化學(xué)元素光譜特性定量分析來(lái)計(jì)算霧滴沉積量，測(cè)量環(huán)節(jié)比較繁瑣復(fù)雜，尤其對(duì)大容量樣本測(cè)量時(shí)，測(cè)量效率有待進(jìn)一步提高。為此，許多學(xué)者對(duì)霧滴沉積量快速測(cè)量方法開(kāi)展了研究。Salyani等[11]基于電阻變化原理設(shè)計(jì)了霧滴沉積量測(cè)量系統(tǒng)；張瑞瑞等[12]基于電容原理，設(shè)計(jì)了霧滴沉積量測(cè)量系統(tǒng)；吳亞壘等[13]基于駐波率原理，設(shè)計(jì)了適用于溫室使用的叉指型霧滴沉積量測(cè)量系統(tǒng)。這些研究提高了霧滴沉積量測(cè)量效率，但當(dāng)感應(yīng)板霧滴量較大時(shí)，霧滴容易滑落，影響測(cè)量精度，此時(shí)需要對(duì)傳感器表面進(jìn)行清洗、擦拭等處理后再使用[12]。

基于微力傳感器，設(shè)計(jì)霧滴沉積量測(cè)量系統(tǒng)。研究目標(biāo)如下：(1)實(shí)現(xiàn)不用示蹤劑，對(duì)各類農(nóng)藥?kù)F滴沉積量快速測(cè)量；(2)通過(guò)選擇傳感器，杠桿對(duì)微力放大和減小摩擦阻力，提高測(cè)量分辨率；(3)開(kāi)展與示蹤劑測(cè)量法對(duì)比試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確性；(4)開(kāi)展風(fēng)速、液體蒸發(fā)、環(huán)境溫度、農(nóng)藥種類等對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

1 測(cè)量系統(tǒng)

1.1 測(cè)量原理

微力傳感器由電阻式應(yīng)變片按惠斯通電橋原理組成。電阻式應(yīng)變片在承受壓力后產(chǎn)生機(jī)械形變的同時(shí)，電阻值也會(huì)發(fā)生變化。由材料電阻與形變關(guān)系理論[14]可知，在彈性形變范圍內(nèi)，電阻相對(duì)變化與縱向應(yīng)變成正比

(1)

式中：R——材料電阻；

ΔR——變化的電阻；

K——金屬靈敏度系數(shù)；

ε——縱向應(yīng)變。

為把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確地測(cè)量出來(lái)，測(cè)量系統(tǒng)采用如圖1所示電橋電路。

圖1 電橋電路Fig. 1 Bridege circuit

當(dāng)各電阻滿足R1R3=R2R4時(shí)，達(dá)到電橋平衡。設(shè)工作應(yīng)變片電阻為R1，變形后引起電阻變化ΔR1，產(chǎn)生電橋輸出不平衡電壓，可以推導(dǎo)電橋中輸出電壓與輸入電壓關(guān)系如式(2)所示[14]。

(2)

式中：U0——輸出電壓；

Ui——輸入電壓。

由式(1)和式(2)可推得

(3)

式(3)表明，對(duì)一個(gè)固定電阻電橋壓力傳感器，橋臂電阻比n、電源電壓Ui、金屬靈敏度系數(shù)K確定時(shí)，輸出電壓U0與傳感器金屬材料的縱向應(yīng)變?chǔ)懦烧取＝毫ψ兓洼敵鲭妷鹤兓膶?duì)應(yīng)關(guān)系，就可以通過(guò)測(cè)量輸出電壓得到壓力值。本測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)此原理設(shè)計(jì)。

1.2 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 技術(shù)框架

測(cè)量系統(tǒng)由霧滴采集裝置，微力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分組成，其技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖Fig. 2 Flow chart of the system

測(cè)量過(guò)程如下。

1) 霧滴采集裝置采集霧滴，Vs-100g微力傳感器測(cè)量收集霧滴前后所受到的力，并向數(shù)據(jù)采集卡輸出對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，VK701數(shù)據(jù)采集卡自帶模擬信號(hào)放大和轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)功能，把采集到的信號(hào)放大后、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸送到PC機(jī)。

2) 軟件系統(tǒng)利用Matlab的相關(guān)函數(shù)將從串口讀進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)按列順序存放在矩陣中，并顯示測(cè)量值。

3) 系統(tǒng)用xlswrite函數(shù)把測(cè)量數(shù)據(jù)存入Excel的對(duì)應(yīng)表中，供后繼進(jìn)一步分析、調(diào)用。

1.2.2 硬件平臺(tái)搭建

測(cè)量系統(tǒng)由Vs-100g微力傳感器、托盤、霧滴采樣盒、杠桿、防風(fēng)裝置、VK701數(shù)據(jù)采集卡、定位支架及PC機(jī)等組成，如圖3～圖4所示。

采集水平面上霧滴，采樣盒按圖3設(shè)計(jì)。把采樣盒水平放置在樣點(diǎn)處，采樣口(c1d1e1f1)與水平面平行。采集微量霧滴時(shí)，采樣盒底部放高分子保水劑片，減小霧滴蒸發(fā)對(duì)測(cè)量影響。

(a) 原理圖

(b) 實(shí)物圖圖3 霧滴沉積量水平測(cè)量裝置Fig. 3 Measurement device for droplet mass deposit on horizontal plane1.杠桿 2.連接繩 3.金屬刀口 4.托架 5.采樣盒 6.防風(fēng)罩 7.電機(jī) 8.防風(fēng)蓋板 9.傳感器 10.支架

采集豎直面上霧滴，采樣盒按圖4設(shè)計(jì)，采樣盒上加裝霧滴擋板。采集微量霧滴時(shí)，擋板采集霧滴的一面，貼高分子保水劑片，減小霧滴蒸發(fā)對(duì)測(cè)量影響。采樣盒上設(shè)計(jì)導(dǎo)流孔和輕質(zhì)導(dǎo)流板，當(dāng)采集霧滴時(shí)，氣流會(huì)沖開(kāi)導(dǎo)流板，從擋板下方通過(guò)，減小對(duì)氣流分布的影響。當(dāng)讀數(shù)時(shí)，導(dǎo)流板在重力作用下封閉導(dǎo)流孔，起防風(fēng)作用。測(cè)量時(shí)，采集面(c2d2e2f2)與豎直面平行。

(a) 原理圖

(b) 實(shí)物圖圖4 霧滴沉積量豎直測(cè)量裝置Fig. 4 Measurement device for droplet mass deposit on vertical plane1.防風(fēng)蓋板 2.電機(jī) 3.霧滴擋板 4.防風(fēng)罩 5.導(dǎo)流板 6.導(dǎo)流孔

測(cè)量其他面上霧滴沉積量時(shí)，可將霧滴采集口平面調(diào)節(jié)成與該采集面平行。防風(fēng)罩、防風(fēng)蓋板可減少周圍空氣流動(dòng)對(duì)測(cè)量干擾。蓋板周邊帶密封圈，采集霧滴時(shí)蓋板打開(kāi)，采集后蓋板自動(dòng)關(guān)閉。Vs傳感器為微弱力測(cè)量而專門研制的傳感器，帶橋路溫度補(bǔ)償，有多種規(guī)格，本文選擇量程0～100 g，測(cè)量精度1 mg微力傳感器。采樣盒口尺寸為5.5 cm×5.5 cm，杠桿對(duì)微力10倍放大，測(cè)量分辨率可達(dá)到0.003 3 mg/cm2，測(cè)量范圍0～8 g。

VK701數(shù)據(jù)采集卡，外殼采用全金屬屏蔽，400 ksps采樣率，500倍精密前置增益，能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集要求。

1.2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要完成串口讀數(shù)、數(shù)據(jù)濾波、人機(jī)交互控制和可視化顯示等功能。

系統(tǒng)基于Matlab GUI，設(shè)計(jì)了可視化人機(jī)交互界面，主要實(shí)現(xiàn)采集和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析和顯示數(shù)據(jù)規(guī)律，儲(chǔ)存和導(dǎo)出測(cè)量結(jié)果。界面由菜單欄、顯示窗口及操作按鈕三部分組成。

為提高測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，采用中位值平均濾波法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其具體方法為：連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)(N可根據(jù)需要確定數(shù)值)，去掉一個(gè)最大值和最小值，然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，該方法能較好地消除偶然因素引起的波動(dòng)干擾，提高測(cè)量的穩(wěn)定性。

2.1 霧滴沉積量與傳感器輸出電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立

標(biāo)定試驗(yàn)分兩組進(jìn)行，根據(jù)霧滴沉積量大小，分為0～200 mg和0.2～8 g兩個(gè)區(qū)段，建立不同區(qū)段的標(biāo)定表達(dá)式。

0～200 mg標(biāo)定試驗(yàn)：對(duì)0～5 mg和5～200 mg區(qū)段的霧滴沉積量，采用不同的霧滴沉積量增加方法。

0～5 mg范圍內(nèi)霧滴沉積量增加方法為：(1)將測(cè)量裝置放在分析天平上(精度0.1 mg)，在測(cè)量裝置周圍設(shè)計(jì)一個(gè)防護(hù)罩，防止霧滴沉積在天平托盤上，在采樣盒內(nèi)，放置高分子保水劑，減小霧滴蒸發(fā)，如圖5所示；(2)閉合電路，讀出傳感器輸出電壓初值U1。(3)在霧滴進(jìn)口正上方2.0 m位置設(shè)置噴頭，向下噴霧，噴頭移動(dòng)速度為1.5m/s；每次噴霧后，蓋上防風(fēng)蓋板，從天平讀出霧滴累積的總質(zhì)量m1，(4)閉合電路，讀出傳感器輸出電壓Ux。重復(fù)步驟(3)、步驟(4)，使采樣液中霧滴累積質(zhì)量增至5 mg左右。

圖5 霧滴沉積量與傳感器輸出電壓標(biāo)定試驗(yàn)Fig. 5 Calibration test between droplet mass deposit and output voltage of the sensor1. 霧滴采樣盒 2. 防風(fēng)罩 3.分析天平

5～200 mg范圍內(nèi)霧滴沉積量增加方法為：使用移液槍每次向采樣盒加入約2.5 μL清水，從天平讀出所加清水總質(zhì)量m1，PC機(jī)上讀出傳感器輸出電壓Ux，直至加入清水質(zhì)量達(dá)到200 mg。

0.2～8 g標(biāo)定試驗(yàn)：(1)將圖3測(cè)量裝置放在天平上，閉合電路，讀出傳感器輸出電壓初值U1；(2)使用移液槍每次向采樣盒加入約200 μL清水，從天平讀出所加清水總質(zhì)量m1，PC機(jī)上讀出傳感器輸出電壓Ux；(3)重復(fù)步驟(2)，直至加入清水質(zhì)量達(dá)到8 g。

對(duì)采樣液質(zhì)量m1與傳感器增加的輸出電壓(Ux-U1)進(jìn)行線性擬合，趨勢(shì)曲線和擬合公式如圖6所示。由圖可知，各組決定系數(shù)R2均達(dá)到0.999，兩者呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。

由上述試驗(yàn)可知，采樣液質(zhì)量與輸出電壓關(guān)系

m=aU+b

(4)

式中：a，b——待定系數(shù)；

U——傳感器輸出電壓值，mV；

m——采樣液質(zhì)量，g。

(a) 0～200 mg標(biāo)定曲線

(b) 0.2～8 g標(biāo)定曲線圖6 霧滴累積沉積量與傳感器輸出電壓的關(guān)系Fig.6 Relation between accumulating droplet mass deposit and voltage

2 試驗(yàn)與驗(yàn)證

2.1 穩(wěn)定性測(cè)試

分3次隨機(jī)向測(cè)量系統(tǒng)采樣盒中加入一定量固體樣品，每次加完后，蓋上防風(fēng)蓋板，每隔10 min從PC機(jī)上讀出測(cè)量值，讀10次，計(jì)算變異系數(shù)。表1為本系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試記錄，分析表中數(shù)據(jù)可知，三次數(shù)據(jù)變異系數(shù)都小于1.73%，說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)有較好穩(wěn)定性。

表1 系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試記錄Tab. 1 Measurement results of stability test

2.2 與示蹤劑測(cè)量法的對(duì)比試驗(yàn)

為檢驗(yàn)本系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性，開(kāi)展了與常用示蹤劑測(cè)量法的對(duì)比試驗(yàn)，用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)價(jià)。

2.2.1 測(cè)豎直面上霧滴沉積量對(duì)比試驗(yàn)

搭建由雙缸柱塞泵、噴頭、風(fēng)機(jī)等組成噴霧平臺(tái)。噴頭軸線水平，離地高度1.25 m，樣點(diǎn)離地面高度0.95 m，噴霧距離分別為0.8 m，1.2 m，1.6 m，2.0 m，2.4 m。用0.1%的酸性黃示蹤劑作為噴霧液。噴霧時(shí)，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速5 m/s，樣點(diǎn)與噴頭相對(duì)移動(dòng)速度為1.5 m/s，噴霧壓力1.0 MPa。

開(kāi)展本文測(cè)量系統(tǒng)與示蹤劑測(cè)量方法在豎直面上霧滴沉積量測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)分2組進(jìn)行，第1組使用示蹤劑測(cè)量方法，第2組使用本文測(cè)量系統(tǒng)。

第1組，(1)在樣點(diǎn)處布置與圖4中采集面c2d2e2f2相等面積的濾紙(濾紙粘在小支架上)，濾紙平面與噴頭中心軸線方向垂直；(2)進(jìn)行噴霧作業(yè)，采集樣點(diǎn)處?kù)F滴；(3)噴霧結(jié)束后對(duì)濾紙收集，洗滌，測(cè)量，計(jì)算濾紙上霧滴沉積量，每一噴霧距離重復(fù)5次，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 測(cè)豎直平面上霧滴沉積量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Tab. 2 Droplet mass deposits on vertical plane

第2組，在樣點(diǎn)處布置圖4測(cè)量裝置，采集口與噴頭中心軸線方向垂直，在PC機(jī)界面讀取噴霧前后測(cè)量值m1和m2，則m2-m1為本次霧滴沉積量，每一噴霧距離重復(fù)5次，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2為測(cè)豎直面上霧滴沉積量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。由表中數(shù)據(jù)可知，兩種測(cè)量法的相對(duì)誤差為6.13%，表明本系統(tǒng)有較高的測(cè)量精度。

2.2.2 測(cè)水平面上霧滴沉積量對(duì)比試驗(yàn)

開(kāi)展本文測(cè)量系統(tǒng)與示蹤劑測(cè)量方法在水平面上霧滴沉積量測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)分2組進(jìn)行，第1組使用示蹤劑測(cè)量方法，第2組使用本文測(cè)量系統(tǒng)。

用2.2.1節(jié)噴霧平臺(tái)，噴頭中心軸線水平，噴頭中心點(diǎn)離地面高度為1.25 m，樣點(diǎn)離地高度0.30 m，噴霧距離分別為0.6 m，0.8 m，1.0 m，1.2 m，1.4 m，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的酸性黃示蹤劑作為噴霧液。噴霧時(shí)，樣點(diǎn)與噴頭相對(duì)移動(dòng)速度為1.5 m/s，噴霧壓力1.0 MPa，試驗(yàn)分2組進(jìn)行。

第1組，在樣點(diǎn)處布置與圖3霧滴采集口相等面積的濾紙(濾紙粘在小支架上)，濾紙平面與水平面平行。具體測(cè)量方法參照2.2.1節(jié)第1組方法，每一噴霧距離重復(fù)5次，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

第2組，在樣點(diǎn)處布置圖3測(cè)量裝置。采集口與水平面平行。具體測(cè)量方法參照2.2.1節(jié)第2組方法，每一噴霧距離重復(fù)5次，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 測(cè)水平面上霧滴沉積量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Tab. 3 Droplet mass deposits on horizontal plane

表3為測(cè)水平面上霧滴沉積量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。由表中數(shù)據(jù)可知，兩種測(cè)量法的相對(duì)誤差為5.13%，比豎直面上略有下降，表明本系統(tǒng)有較高的測(cè)量精度。

2.3 外界因素對(duì)測(cè)量的影響試驗(yàn)

2.3.1 采樣液蒸發(fā)對(duì)裝置測(cè)量的影響試驗(yàn)

噴頭豎直向下，噴頭中心點(diǎn)離地高度為2.0 m；(1)將圖3裝置放在采樣處，采樣盒內(nèi)加入高分子保水劑片；(2)噴霧后，在PC機(jī)上界面讀取霧滴沉積量測(cè)量值m0；(3)每隔30 s讀取測(cè)量值mn，則m0-mn為第n次讀數(shù)時(shí)霧滴蒸發(fā)量，(m0-mn)/m0為相對(duì)誤差，(4)改變噴霧時(shí)間，從而調(diào)節(jié)初始質(zhì)量，重復(fù)步驟(2)及步驟(3)，試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度31.5 ℃。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4為采樣液蒸發(fā)對(duì)測(cè)量精度影響試驗(yàn)的結(jié)果。分析表中數(shù)據(jù)可知，由于高分子保水劑片和防風(fēng)蓋板的作用，霧滴蒸發(fā)量較小；霧滴沉積量為1.9 mg數(shù)量級(jí)時(shí)，在90 s內(nèi)霧滴蒸發(fā)造成的相對(duì)誤差小于5.3%，而隨著霧滴沉積量增加，相對(duì)誤差減小。由于收集霧滴時(shí)，防風(fēng)蓋板只開(kāi)啟幾秒鐘，測(cè)量時(shí)，讀數(shù)時(shí)間只需幾秒鐘，因此采樣液蒸發(fā)因素對(duì)測(cè)量精度影響較小。

表4 采樣液蒸發(fā)對(duì)測(cè)量精度影響試驗(yàn)結(jié)果Tab. 4 Results for influence of liquid evaporation on measurement precision

2.3.2 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度影響試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)在采樣盒內(nèi)放置質(zhì)量為10 mg固態(tài)樣品(減少蒸發(fā)影響)，放入HWS-50B恒溫恒濕箱，調(diào)節(jié)至不同溫度，讀取相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算質(zhì)量變化及相對(duì)誤差，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。分析表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)樣本質(zhì)量為10 mg時(shí)，溫度變化10 ℃，相對(duì)誤差變化為1.25%，溫度對(duì)測(cè)量影響較小。

表5 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度影響試驗(yàn)結(jié)果Tab. 5 Results for the influence of the temperature on measurement precision

2.3.3 風(fēng)速對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)

本裝置采樣時(shí)，防風(fēng)蓋板打開(kāi)。采樣結(jié)束后，蓋上防風(fēng)蓋板進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)。因此，分2個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行。

試驗(yàn)一：風(fēng)送噴霧過(guò)程中采樣點(diǎn)不同風(fēng)速對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)。方法如下。

搭建噴霧平臺(tái)，噴頭軸線水平，離地高度1.65 m，樣點(diǎn)離地面高度1.5 m，噴霧距離為1.5 m。用0.1%的酸性黃示蹤劑作為噴霧液，試驗(yàn)分2組進(jìn)行，第1組使用示蹤劑測(cè)量方法，第2組使用本文測(cè)量系統(tǒng)。噴霧壓強(qiáng)1.5 MPa，通過(guò)繼電器設(shè)置噴霧時(shí)間為1 s。開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，用風(fēng)速儀測(cè)量樣點(diǎn)處風(fēng)速，接著開(kāi)啟噴頭噴霧，完成霧滴采樣后，進(jìn)行霧滴沉積量測(cè)量，測(cè)量方法可參照2.2.1節(jié)。用變頻器改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變測(cè)量樣點(diǎn)處風(fēng)速值，重復(fù)上述測(cè)量步驟，獲得樣點(diǎn)不同風(fēng)速下霧滴沉積量，試驗(yàn)記錄見(jiàn)表6。分析表中數(shù)據(jù)可知，采樣點(diǎn)位置風(fēng)速由1.5 m/s增加至3.6 m/s，測(cè)量值相對(duì)誤差變化不大，平均誤差為7.02%，測(cè)量系統(tǒng)比較穩(wěn)定。

表6 風(fēng)送噴霧過(guò)程中采樣點(diǎn)不同風(fēng)速對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)Tab. 6 Influence of air velocity of sampling point during air-assisted spraying on measurement precision

試驗(yàn)二：測(cè)量系統(tǒng)在防風(fēng)蓋板合上后，外界風(fēng)速對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)。方法如下。

(1)將采樣盒放置在出風(fēng)口中軸線上，距離出風(fēng)口中心點(diǎn)0.5 m處，在采樣盒內(nèi)加入一定量采樣液后，蓋緊防風(fēng)蓋；(2)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，用風(fēng)速儀測(cè)量采樣處風(fēng)速；(3)在PC機(jī)界面上讀取測(cè)量值；(4)用變頻器改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，重復(fù)步驟(2)、(3)，試驗(yàn)記錄見(jiàn)表7。

表7 外界環(huán)境風(fēng)速對(duì)測(cè)量精度影響試驗(yàn)Tab. 7 Influence of environmental wind velocity on measurement precision

分析表中數(shù)據(jù)可知，由于防風(fēng)蓋板的作用，有風(fēng)時(shí)相比無(wú)風(fēng)時(shí)，測(cè)量結(jié)果變化不大，相對(duì)誤差比較穩(wěn)定，外界風(fēng)速對(duì)測(cè)量影響較小。

2.3.4 農(nóng)藥種類對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)

選用若干不同種農(nóng)藥(見(jiàn)表8)進(jìn)行噴霧試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，噴頭中心軸線水平，噴頭中心點(diǎn)離地高度1.25 m，樣點(diǎn)離地高度0.3 m，噴霧距離為0.5 m，樣點(diǎn)與噴頭相對(duì)移動(dòng)速度為1.5 m/s，壓強(qiáng)1.0 MPa，試驗(yàn)分2組進(jìn)行。

第1組，在樣點(diǎn)處布置圖3裝置，采集面水平，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

第2組，在樣點(diǎn)處布置濾紙(固定在水平小板上)，采樣面積與第一組相同，用精度0.1 mg分析天平測(cè)量噴霧前后濾紙質(zhì)量，兩者的差值為采集的藥液霧滴質(zhì)量。

表8為農(nóng)藥種類對(duì)測(cè)量精度影響試驗(yàn)結(jié)果，分析表中數(shù)據(jù)可知，不同種農(nóng)藥噴霧試驗(yàn)，與稱量法比較，相對(duì)誤差6.59%～7.37 %，平均誤差6.95%，說(shuō)明本系統(tǒng)測(cè)量不同種類農(nóng)藥?kù)F滴沉積量，有較好的測(cè)量精度。

表8 農(nóng)藥種類對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)結(jié)果Tab. 8 Results for influence of pesticide species on measurement precision

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的霧滴沉積量快速測(cè)量系統(tǒng)。可不用示蹤劑，對(duì)各類農(nóng)藥?kù)F滴沉積量直接快速測(cè)量。系統(tǒng)測(cè)量分辨率為0.003 3 mg/cm2。測(cè)量系統(tǒng)與示蹤劑法對(duì)比試驗(yàn)表明，水平面上和豎直面上相對(duì)誤差為5.13%和6.13%，有較好的測(cè)量精度。采樣液蒸發(fā)影響試驗(yàn)表明，霧滴沉積量為1 mg數(shù)量級(jí)時(shí)，在90 s內(nèi)霧滴蒸發(fā)造成的相對(duì)誤差小于5.3%，而隨著霧滴沉積量增加，相對(duì)誤差減小；環(huán)境溫度影響試驗(yàn)表明，當(dāng)樣本質(zhì)量為10 mg時(shí)，溫度變化10 ℃，相對(duì)誤差變化約為1.25%，說(shuō)明溫度對(duì)測(cè)量影響較小；風(fēng)速影響試驗(yàn)結(jié)果表明，采樣點(diǎn)位置風(fēng)速由1.5 m/s增加至3.6 m/s，測(cè)量值平均相對(duì)誤差為7.02%；上述影響試驗(yàn)表明，測(cè)量精度受外界因素影響較小，有較好的穩(wěn)定性。農(nóng)藥種類對(duì)測(cè)量精度的影響試驗(yàn)表明，與稱量法測(cè)量平均誤差為6.95%，說(shuō)明本測(cè)量系統(tǒng)對(duì)不同種類試驗(yàn)液有較好適應(yīng)性。

本系統(tǒng)仍有以下不足：(1)不能顯示霧滴大小的分布；(2)不能測(cè)量霧滴覆蓋率。試驗(yàn)時(shí)需與傳統(tǒng)測(cè)量方法有機(jī)結(jié)合。