接觸角測量儀的校準(zhǔn)方法

本文介紹了接觸角測量儀角度示值誤差的校準(zhǔn)方法，并進(jìn)行試驗得到數(shù)據(jù)，對示值誤差測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。試驗結(jié)果論證了該校準(zhǔn)方法的準(zhǔn)確、可靠。

接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角θ。影像法接觸角測量儀是采用光學(xué)顯微鏡頭以及攝像機(jī)成像的原理來測量接觸角的儀器，應(yīng)用于材料、電子、光學(xué)、石油等行業(yè)。

接觸角測量儀工作原理

影像法接觸角測量儀一般由樣品平臺、進(jìn)樣系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、影像分析系統(tǒng)組成。進(jìn)樣系統(tǒng)將液滴滴于工作臺面，在光源下通過圖像采集系統(tǒng)采集液滴圖形，后由影像分析軟件計算液滴與工作面構(gòu)成的接觸角大小。

接觸角測量儀校準(zhǔn)方法.

接觸角測量儀校準(zhǔn)方法

由于接觸角是固體被液體浸潤的量化指針，同時也能用于表面處理和表面潔凈的品質(zhì)管控，因此接觸角測量儀的角度示值誤差指標(biāo)很重要。但目前國內(nèi)還沒有對接觸角測量儀的完整性能評定，也沒有統(tǒng)一的檢定校準(zhǔn)方法。

考慮到目前影像法接觸角測量儀多為基于圓弧法計算接觸角，本文設(shè)計了一種標(biāo)準(zhǔn)玻璃角度片測量范圍為6°～150°，該標(biāo)準(zhǔn)片提供的液滴影像是利用圓切線角度與圓心角度相等的原理進(jìn)行制作，可提高測量準(zhǔn)確度，且標(biāo)準(zhǔn)器制作成本不高，溯源方便。

接觸角測量儀校準(zhǔn)過程

(1)調(diào)整工作臺水平，與光軸平行；

(2)用量塊或夾具將標(biāo)準(zhǔn)角度片垂直放置在工作臺上

(3)上下調(diào)節(jié)工作臺，使標(biāo)準(zhǔn)片圖形位于儀器視場中央，前后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)片位置，使標(biāo)準(zhǔn)片液滴影像清晰地出現(xiàn)在屏幕上，操作儀器獲取圖片信息；

(4)在圖片上，選擇接觸點、接觸面等要素，通過軟件測量出接觸角大小；以測量角度30°為例，接觸點為A(或B)，接觸面可認(rèn)為是AB兩點連線，用接觸角測量儀的測量軟件計算角度θ，即為接觸角度值。按照上述步驟測量六次，取平均值；

(5)在測量范圍內(nèi)，均勻選擇不少于5個點進(jìn)行測量。

接觸角測量儀校準(zhǔn)試驗.

接觸角測量儀校準(zhǔn)試驗

按照上述方法，對一臺型號為DSA100、分辨力為0.01°的接觸角測量儀進(jìn)行試驗驗證。在6°、30°、60°、90°、120°、150°角度分別進(jìn)行六次測量。

接觸角測量儀測量不確定度評定

測量結(jié)果帶來的誤差包括接觸角測量儀的測量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)片角度誤差，測量不確定度需要考慮：

(1) 接觸角測量儀的測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

(2)標(biāo)準(zhǔn)片角度誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

(3)接觸角測量儀分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

接觸角測量儀的測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量和分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分類取大值。以上標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)。

接觸角測量儀測量精度影響因素.

接觸角測量儀測量精度影響因素

一、接觸角測量儀測試精度受基準(zhǔn)水平線確認(rèn)的正確性影響

無論您愿意與否，水平基準(zhǔn)線的題目將會影響到接觸角測試的整個過程。而接觸角測量儀測試過程中決定水平線的關(guān)鍵在于如下幾個方面：1、良好的影像采集技術(shù)；2、光學(xué)系統(tǒng)；3、練習(xí)有素的操縱者。但無論如何，確定好水平線，是接觸角測量儀測值的為關(guān)鍵的一步。

二、接觸角測量儀測值精度受表面潔凈度與均勻度影響

樣品表面潔凈度是我們應(yīng)該關(guān)注的一個題目。這個題目上面我們討論了很多，但必須一而再的提出。您可以多點測值，看看是否不一樣，若誤差較大，則說明表面肯定存在題目。

三、樣品是關(guān)鍵的。

當(dāng)然，您也可以采用超聲波清洗的方式實現(xiàn)控制表面清潔度的目的。

接觸角測量儀測值時應(yīng)考慮動平衡(接觸角滯后現(xiàn)象)以及溫度對接觸角測值的影響等因素。接觸角測值通常受您的樣品的外形有一定的影響。如您的樣品是曲面是，通常需要校正曲面，杯形的內(nèi)孔同理。樣品的尺寸大小，有時，大樣品對于接觸角測量儀的標(biāo)準(zhǔn)配備是不適合的。

四、對于采用各種測定接觸角的方法的接觸角測量儀，使用接觸角測量儀時都必須留意以下兩個因素：平衡時間和恒定體系溫度。

由于存在動界面張力效應(yīng)，平衡時間不足自然就會引起接觸角變化，導(dǎo)致動接觸角現(xiàn)象。不過，對于一般低粘度的液體，達(dá)到平衡較快，采用通常的實驗操縱即可得到平衡值。只在液體粘度較大時留意保證足夠的平衡時間。

又由于界面張力隨溫度而變，接觸角理當(dāng)受溫度變化的影響。對于一般體系，在室溫四周dθ/dT的值為0-0.20°/K。故溫度的影響并不嚴(yán)重。1-2K的溫度變化對接觸角的影響常可忽略不計。這些因素在采購接觸角測量儀和應(yīng)用接觸角測量儀的過程中均應(yīng)受到接觸角測量儀使用單位的留意，否則接觸角測值產(chǎn)生的各種變化而體現(xiàn)在接觸角測量儀測試具體數(shù)據(jù)中的變化，有可能使得你無法理解，也可能無法正確分出接觸角測量儀的重復(fù)性程度。

結(jié)語

針對影像法接觸角測量儀的校準(zhǔn)原理，本文設(shè)計了一種基于圓弧法的標(biāo)準(zhǔn)角度片，實現(xiàn)了對接觸角示值誤差的校準(zhǔn)，通過試驗得到了詳細(xì)數(shù)據(jù)，并對示值誤差的測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。試驗結(jié)果論證了該接觸角測量儀角度示值誤差校準(zhǔn)方法滿足校準(zhǔn)要求，校準(zhǔn)方法準(zhǔn)確、可靠。