Study on the Response Time of Direct Injection Systems for Variable Rate Application of Herbicides

Abstract

Progress in the technology of weed detection using cameras combined with image processing requires improvements in spray technology. Spraying systems of current design distribute herbicides uniformly across the field. Applying the chemical agents only at locations with weeds according to the indications of a weed treatment map (off-line application) or of a weed detection system (on-line application) will reduce costs significantly and contribute to environmentally friendly crop farming. Direct injection systems inject chemical agents into the hydraulic system of the sprayer in a manner that allows the rate and type of herbicide to be varied during field operation. A disadvantage of current injection systems lies in long response times, i.e. the time until the required concentration of spray solution is reached at the nozzles. Application errors occur because the flow rate of the active ingredient at the nozzles is not adjusted rapidly enough to meet the herbicide requirement at a given location in the field. For on-line application, the distance between the point of injection and the nozzle has to be minimized. This study presents results concerning the response time analysis of a direct injection system with two different locations of the injection point. The concentration development of a tracer as measured by a conductivity sensor was employed to determine lag and response times. The experiments were carried out with various carrier and tracer flow rates as well as different tubing sizes and tracer viscosities.

<b>Untersuchung der Verzögerungszeit von Direkteinspritzsystemen für die teilflächenspezifische Ausbringung von Herbiziden</b><br /> Fortschritte in der Unkrauterkennung mittels Kameras in Kombination mit Bildverarbeitungstechniken erfordern Verbesserungen der Applikationstechnik. Aktuelle Spritzsysteme verteilen die Herbizide gleichmäßig auf dem Feld. Die Beschränkung der Anwendung von Chemikalien auf Teilflächen mit Unkrautbesatz, der auf einer Unkrautkarte verzeichnet ist (offline-Ausbringung) oder von einem Unkrauterkennungssystem angezeigt wird (online-Ausbringung), würde die Kosten deutlich senken und einen Beitrag zu einem umweltfreundlichem Pflanzenbau leisten. In Direkteinspeisungssystemen werden die Chemikalien so in das hydraulische System der Spritze eingeleitet, dass sich Art und Menge des Herbizids während des Feldbetriebs verändern lassen. Ein Nachteil aktuell verfügbarer Einspritzsysteme liegt in ihrer langen Reaktionszeit, d.h. der Zeit, die vergeht, bis die Spritzlösung an den Düsen die erforderliche Konzentration erreicht. Ausbringungsfehler sind darauf zurückzuführen, dass sich die Fließgeschwindigkeit des Wirkstoffs an den Düsen nicht schnell genug ändert, um an einer bestimmten Stelle auf dem Feld die erforderliche Herbizidmenge zur Verfügung zu stellen. Für die online-Ausbringung muss der Abstand zwischen dem Einspeisungsort und der Düse möglichst klein sein. Diese Arbeit stellt die Ergebnisse von Reaktionszeitanalysen vor, die an einem Direkteinspeisungssystem mit zwei verschiedenen Einspeisungsorten durchgeführt wurden. Tot- und Reaktionszeiten wurden anhand des mit einem Leitfähigkeitssensor erfassten Konzentrationsverlaufs eines Indikators ermittelt. Die Versuche wurden mit verschiedenen Fließgeschwindigkeiten von Trägerflüssigkeit und Indikator sowie mit verschieden dimensionierten Rohrleitungen und mit Indikatorflüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität durchgeführt.