背負式靜電噴霧器靜電吸附效果減退原因分析

汪樂福，盧啟強

(樂清市植保站，浙江樂清 325600)

靜電噴霧技術是應用高壓靜電在噴頭與噴霧目標間建立一個靜電場，經噴嘴噴出的霧滴通過靜電系統被充上負 (或正)電，形成群體荷電霧滴。3JWB-16型背負式靜電噴霧器屬于接觸式充電，由20 000 V高壓直流電源、與藥液接觸的電極、塑料藥液桶、液泵、噴頭和≥2×108Ω限流電阻等組成 (圖1)。接觸式充電靜電噴霧器的霧滴荷質比高，霧滴靜電吸附效果好，深受用戶歡迎。但經過一段時間實際使用后，經常會發生靜電吸附效果減退現象，葉片背面吸附的霧滴減少甚至全無。嚴重時操作者感受到針刺般的電擊感 (僅有μA級別的電流，對人安全)，并可在桶口外緣觀察到漏電引起的放電現象 (圖2)。由于觀察到的漏電現象主要發生在藥液桶口部位，因此，本文通過測量靜電噴霧器在不同狀態下桶口部位的絕緣電阻、霧滴荷質比、正反面吸附比，分析靜電吸附效果減退的原因。

圖1 接觸荷電靜電噴霧的原理

圖2 桶口外緣的漏電放電現象

1 材料與方法

1.1 試驗儀器設備

供測試用靜電噴霧器系王永七農場實際使用的3JWB-16型背負式靜電噴霧器，由于使用時間和使用者不同，各噴霧器的狀態差異較大，詳見表1。

測量用主要儀表包括:1 kV，109Ω兆歐表;50μA電流表;1/1 000電子天平;量杯及壓力表。

1.2 指標測定

采用如下方法分別測量不同狀態下靜電噴霧器的絕緣電阻、霧滴荷質比、正反面吸附比。

1.2.1 噴霧器藥液桶內外的絕緣電阻測量

向藥液桶內加自來水至標稱容量，一電極插入桶內與水接觸 (與桶口絕緣)，另一電極插在桶口外的背帶孔中與背帶充分接觸 (圖3)，用電阻表測量絕緣電阻。

圖3 藥液桶內、外絕緣電阻的測量裝置

1.2.2 霧滴荷質比測量

向藥液桶中加入自來水噴霧，用金屬篩網收集霧滴 (圖4)。測量霧滴電流和流量，計算荷質比，其計算公式:Aq=q/M=i/Q。

式中，Aq為荷質比 (μC·g-1);q為靜電荷電量 (μC);i為霧滴群電流 (μA);Q為收集霧滴群質量流量 (g·s-1)。

荷質比測試條件。噴頭孔徑:0.7 mm;噴霧壓力:0.4 MPa;流量:3.1 g·s-1(185 mL·min-1)。

圖4 霧滴荷質比的測量裝置

1.2.3 正反面吸附比測量

吸附霧滴的載片呈水平架在塑料支架的金屬絲上，金屬絲接地 (圖5)。載片吸附霧滴后用吸水紙，擦除正反面吸附的霧滴，并分別稱重測量吸附比。正反面吸附比/%=反面吸附量/正面吸附量 × 100。

圖5 正 (上)反 (下)面霧滴吸附量的測量裝置

2 結果與分析

2.1 測試結果

不同狀態的靜電噴霧器的絕緣電阻、霧滴荷質比、正反面霧滴吸附比測試結果見表1。從測試結果可見，不同狀態的靜電噴霧器的絕緣電阻值相差超過2個數量級。在藥液桶表面染有農藥污穢、水分未干的狀態下測到的絕緣電阻≤107Ω，其電阻值遠低于限流電阻 (≥2×108Ω)的值。按電阻分壓計算，U2=R漏/(R限+R漏) ×U源=952 V， (U2:霧滴充電電壓;R漏:測到的絕緣電阻值;R限:高壓直流電源輸出限流電阻值;U源:高壓直流電源輸出電壓。式中未計入噴頭霧化的等效電阻)。絕緣電阻下降造成漏電，導致霧滴充電電壓不足原來20 000 V電壓的1/20。因此，在荷質比和正反面吸附比測試中，幾乎栓測不到霧滴電流和反面吸附的霧滴，靜電吸附效果減退甚至完全喪失。

表1 測試用各噴霧器狀態及測定結果

2.2 藥液系統絕緣電阻下降原因

3JWB-16型背負式靜電噴霧器的藥液桶由塑料制造，本體的絕緣電阻是材料的體積電阻率與其厚度的乘積，合理的設計制造應能滿足靜電噴霧器的絕緣要求。靜電噴霧器的表面絕緣電阻與材料的表面電阻率、表面距離、表面狀態、使用環境有關。研究表明，塑料的絕緣性能與環境濕度、表面污染、表面水分有關。純凈塑料由于有相當大的表面電阻系數，故表面漏電極小;然而塑料表面被污染后，在潮濕環境下，被吸附的污染物與潮濕氣氛融合，易在絕緣體表面形成電解質水膜，使其表面導電性增強［1］。水分隨絕緣材料的極性不同，會在材料上形成單分子和多分子表面膜。在親水材料的表面上，水分以多分子層的形式分布成水膜;在疏水材料的表面上，水分以相互不相連小滴的形式分布，其形狀取決于潤濕角。含有表面活性劑的水溶液可以在疏水材料表面分布成水膜，如果材料表面潔凈，會使其電阻降到蒸餾水電阻水平 (106Ω);如有雜質和污穢物，則會降到離子化溶液電阻水平［2］。由此可見塑料表面污染與水分對其表面電阻的影響之大。本試驗結果也表明，塑料表面被藥液污染，會導致靜電噴霧器絕緣電阻值大幅下降，從而引起漏電。

3 討論

接觸充電靜電系統由于高壓直流電壓直接與藥液接觸，整個藥液系統需耐受約20 000 V高壓直流電壓。通過觀察和測試表明，漏電現象主要發生在藥液桶口部位，該部位在加藥時很容易沾染藥液，而且農藥中的有些助劑能降低藥液的表面張力，從而在疏水材料表面分布成水膜;使用可濕性粉劑后如不及時清洗更容易在塑料表面形成污垢。這些因素均不利于靜電噴霧器的絕緣。因此，在使用中應避免藥液粘染桶口，保持其干燥潔凈，阻斷漏電通道;噴霧作業完成后應及時將靜電噴霧器徹底清洗干凈并及時干燥，防止表面污垢形成，保持靜電噴霧器良好的絕緣性能。另外，可將藥液桶口做成傘狀結構 (圖6)，增加表面距離，避免加藥時藥液淋濕塑料表面引起漏電。

圖6 防止藥液沾染桶口的結構

靜電噴霧是利用靜電場所產生的電力線的穿透特性，沿定向 (或電力線)運動，霧滴主動吸附到帶異性電荷的植株表面。在電場的作用下，霧滴可克服重力吸附在植株的背面，從而相對減少農藥的飄移散失，加大藥液對植株表面的覆蓋率和均勻度，從而顯著增加藥液與病蟲接觸的機會，在提高藥效的同時，一般能減少用藥量1/3以上，有利于減輕農藥對生態環境的污染［3-9］。對王永七農場、甜瓜種植戶盧慶林、甌柑種植園劉建勇等農戶的調查同樣表明，與普通噴霧器相比，使用靜電噴霧器可節省用藥量和用水量各1/2，節省噴藥人工2/5，可見靜電噴霧器具有顯著的經濟和環境效益。3JWB-16型背負式靜電噴霧器采用接觸充電靜電系統，霧滴荷質比大、靜電吸附效果好，使用操作接近農戶習慣，有利于推廣。如果能從設計制造和使用上解決靜電噴霧器的絕緣問題，防止漏電，保持良好的靜電吸附效果，消除操作人員的電擊感恐懼，其在植保領域具有廣闊的應用前景。

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