接觸角測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法

本文介紹了接觸角測(cè)量?jī)x角度示值誤差的校準(zhǔn)方法，并進(jìn)行試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)，對(duì)示值誤差測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。試驗(yàn)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(diǎn)處所作的氣-液界面的切線穿過(guò)液體與固-液交界線之間的夾角θ。影像法接觸角測(cè)量?jī)x是采用光學(xué)顯微鏡頭以及攝像機(jī)成像的原理來(lái)測(cè)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(cè)量?jī)x工作原理

影像法接觸角測(cè)量?jī)x一般由樣品平臺(tái)、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(tái)面，在光源下通過(guò)圖像采集系統(tǒng)采集液滴圖形，后由影像分析軟件計(jì)算液滴與工作面構(gòu)成的接觸角大小。

接觸角測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)方法.

接觸角測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)方法

由于接觸角是固體被液體浸潤(rùn)的量化指針，同時(shí)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(cè)量?jī)x的角度示值誤差指標(biāo)很重要。但目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有對(duì)接觸角測(cè)量?jī)x的完整性能評(píng)定，也沒(méi)有統(tǒng)一的檢定校準(zhǔn)方法。

考慮到目前影像法接觸角測(cè)量?jī)x多為基于圓弧法計(jì)算接觸角，本文設(shè)計(jì)了一種標(biāo)準(zhǔn)玻璃角度片測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x校準(zhǔn)過(guò)程

(1)調(diào)整工作臺(tái)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(tái)上

(3)上下調(diào)節(jié)工作臺(tái)，使標(biāo)準(zhǔn)片圖形位于儀器視場(chǎng)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(diǎn)、接觸面等要素，通過(guò)軟件測(cè)量出接觸角大小；以測(cè)量角度30°為例，接觸點(diǎn)為A(或B)，接觸面可認(rèn)為是AB兩點(diǎn)連線，用接觸角測(cè)量?jī)x的測(cè)量軟件計(jì)算角度θ，即為接觸角度值。按照上述步驟測(cè)量六次，取平均值；

(5)在測(cè)量范圍內(nèi)，均勻選擇不少于5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

接觸角測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)試驗(yàn).

接觸角測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)試驗(yàn)

按照上述方法，對(duì)一臺(tái)型號(hào)為DSA100、分辨力為0.01°的接觸角測(cè)量?jī)x進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。在6°、30°、60°、90°、120°、150°角度分別進(jìn)行六次測(cè)量。

接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量不確定度評(píng)定

測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的誤差包括接觸角測(cè)量?jī)x的測(cè)量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)片角度誤差，測(cè)量不確定度需要考慮：

(1) 接觸角測(cè)量?jī)x的測(cè)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(cè)量?jī)x分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；

接觸角測(cè)量?jī)x的測(cè)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(lèi)取大值。以上標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)。

接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量精度影響因素.

接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量精度影響因素

一、接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試精度受基準(zhǔn)水平線確認(rèn)的正確性影響

無(wú)論您愿意與否，水平基準(zhǔn)線的題目將會(huì)影響到接觸角測(cè)試的整個(gè)過(guò)程。而接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試過(guò)程中決定水平線的關(guān)鍵在于如下幾個(gè)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(wú)論如何，確定好水平線，是接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)值的為關(guān)鍵的一步。

二、接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)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(gè)題目。這個(gè)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(diǎn)測(cè)值，看看是否不一樣，若誤差較大，則說(shuō)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(shí)現(xiàn)控制表面清潔度的目的。

接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)值時(shí)應(yīng)考慮動(dòng)平衡(接觸角滯后現(xiàn)象)以及溫度對(duì)接觸角測(cè)值的影響等因素。接觸角測(cè)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(shí)，大樣品對(duì)于接觸角測(cè)量?jī)x的標(biāo)準(zhǔn)配備是不適合的。

四、對(duì)于采用各種測(cè)定接觸角的方法的接觸角測(cè)量?jī)x，使用接觸角測(cè)量?jī)x時(shí)都必須留意以下兩個(gè)因素：平衡時(shí)間和恒定體系溫度。

由于存在動(dòng)界面張力效應(yīng)，平衡時(shí)間不足自然就會(huì)引起接觸角變化，導(dǎo)致動(dòng)接觸角現(xiàn)象。不過(guò)，對(duì)于一般低粘度的液體，達(dá)到平衡較快，采用通常的實(shí)驗(yàn)操縱即可得到平衡值。只在液體粘度較大時(shí)留意保證足夠的平衡時(shí)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(duì)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(duì)接觸角的影響常可忽略不計(jì)。這些因素在采購(gòu)接觸角測(cè)量?jī)x和應(yīng)用接觸角測(cè)量?jī)x的過(guò)程中均應(yīng)受到接觸角測(cè)量?jī)x使用單位的留意，否則接觸角測(cè)值產(chǎn)生的各種變化而體現(xiàn)在接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試具體數(shù)據(jù)中的變化，有可能使得你無(wú)法理解，也可能無(wú)法正確分出接觸角測(cè)量?jī)x的重復(fù)性程度。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)影像法接觸角測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)原理，本文設(shè)計(jì)了一種基于圓弧法的標(biāo)準(zhǔn)角度片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸角示值誤差的校準(zhǔn)，通過(guò)試驗(yàn)得到了詳細(xì)數(shù)據(jù)，并對(duì)示值誤差的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。試驗(yàn)結(jié)果論證了該接觸角測(cè)量?jī)x角度示值誤差校準(zhǔn)方法滿(mǎn)足校準(zhǔn)要求，校準(zhǔn)方法準(zhǔn)確、可靠。