接觸角測量儀的校準方法

本文介紹了接觸角測量儀角度示值誤差的校準方法，并進行試驗得到數據，對示值誤差測量結果進行不確定度評定。試驗結果論證了該校準方法的準確、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顯微鏡頭以及攝像機成像的原理來測量接觸角的儀器，應用于材料、電子、光學、石油等行業。

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、進樣系統、圖像采集系統、影像分析系統組成。進樣系統將液滴滴于工作臺面，在光源下通過圖像采集系統采集液滴圖形，后由影像分析軟件計算液滴與工作面構成的接觸角大小。

接觸角測量儀校準方法.

接觸角測量儀校準方法

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管控，因此接觸角測量儀的角度示值誤差指標很重要。但目前國內還沒有對接觸角測量儀的完整性能評定，也沒有統一的檢定校準方法。

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，本文設計了一種標準玻璃角度片測量范圍為6°～150°，該標準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行制作，可提高測量準確度，且標準器制作成本不高，溯源方便。

接觸角測量儀校準過程

(1)調整工作臺水平，與光軸平行；

(2)用量塊或夾具將標準角度片垂直放置在工作臺上

(3)上下調節工作臺，使標準片圖形位于儀器視場中央，前后調整標準片位置，使標準片液滴影像清晰地出現在屏幕上，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，均勻選擇不少于5個點進行測量。

接觸角測量儀校準試驗.

接觸角測量儀校準試驗

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

接觸角測量儀測量不確定度評定

測量結果帶來的誤差包括接觸角測量儀的測量重復性和標準片角度誤差，測量不確定度需要考慮：

(1) 接觸角測量儀的測量重復性引入的標準不確定度分量；

(2)標準片角度誤差引入的標準不確定度分量；

(3)接觸角測量儀分辨力引入的標準不確定度分量；

接觸角測量儀的測量重復性引入的標準不確定度分量和分辨力引入的標準不確定度分類取大值。以上標準不確定度分量互不相關。

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水平線確認的正確性影響

無論您愿意與否，水平基準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鍵在于如下幾個方面：1、良好的影像采集技術；2、光學系統；3、練習有素的操縱者。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該關注的一個題目。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、樣品是關鍵的。

當然，您也可以采用超聲波清洗的方式實現控制表面清潔度的目的。

接觸角測量儀測值時應考慮動平衡(接觸角滯后現象)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準配備是不適合的。

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，平衡時間不足自然就會引起接觸角變化，導致動接觸角現象。不過，對于一般低粘度的液體，達到平衡較快，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用接觸角測量儀的過程中均應受到接觸角測量儀使用單位的留意，否則接觸角測值產生的各種變化而體現在接觸角測量儀測試具體數據中的變化，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性程度。

結語

針對影像法接觸角測量儀的校準原理，本文設計了一種基于圓弧法的標準角度片，實現了對接觸角示值誤差的校準，通過試驗得到了詳細數據，并對示值誤差的測量結果進行不確定度評定。試驗結果論證了該接觸角測量儀角度示值誤差校準方法滿足校準要求，校準方法準確、可靠。