接触角测量仪的校准方法

本文介绍了接触角测量仪角度示值误差的校准方法，并进行试验得到数据，对示值误差测量结果进行不确定度评定。研究和试验结果论证了该校准方法的准确、可靠。

接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ。影像法接触角测量仪是采用光学显微镜头以及摄像机成像的原理来测量接触角的仪器，广泛应用于材料、电子、光学、石油等行业。

接触角测量仪工作原理

影像法接触角测量仪一般由样品平台、进样系统、图像采集系统、影像分析系统组成。进样系统将液滴滴于工作台面，在光源下通过图像采集系统采集液滴图形，Z后由影像分析软件计算液滴与工作面构成的接触角大小。

接触角测量仪校准方法

由于接触角是固体被液体浸润的量化指针，同时也能用于表面处理和表面洁净的品质管控，因此接触角测量仪的角度示值误差指标很重要。但目前国内还没有对接触角测量仪的完整性能评定，也没有统一的检定校准方法。

考虑到目前影像法接触角测量仪多为基于圆弧法计算接触角，本文设计了一种标准玻璃角度片测量范围为6°～150°，该标准片提供的液滴影像是利用圆切线角度与圆心角度相等的原理进行制作，可提高测量准确度，且标准器制作成本不高，溯源方便。

接触角测量仪校准过程

(1)调整工作台水平，与光轴平行；

(2)用量块或夹具将标准角度片垂直放置在工作台上；

(3)上下调节工作台，使标准片图形位于仪器视场ZY，前后调整标准片位置，使标准片液滴影像清晰地出现在屏幕上，操作仪器获取图片信息；

(4)在图片上，选择接触点、接触面等要素，通过软件测量出接触角大小；以测量角度30°为例，接触点为A(或B)，接触面可认为是AB两点连线，用接触角测量仪的测量软件计算角度θ，即为接触角度值。按照上述步骤测量六次，取平均值；

(5)在测量范围内，均匀选择不少于5个点进行测量。

接触角测量仪校准试验

按照上述方法，对一台型号为DSA100、分辨力为0.01°的接触角测量仪进行试验验证。在6°、30°、60°、90°、120°、150°角度分别进行六次测量。

接触角测量仪测量不确定度评定

测量结果带来的误差包括接触角测量仪的测量重复性和标准片角度误差，测量不确定度需要考虑：

(1) 接触角测量仪的测量重复性引入的标准不确定度分量；

(2)标准片角度误差引入的标准不确定度分量；

(3)接触角测量仪分辨力引入的标准不确定度分量；

接触角测量仪的测量重复性引入的标准不确定度分量和分辨力引入的标准不确定度分类取大值。以上标准不确定度分量互不相关。

接触角测量仪测量精度影响因素

一、接触角测量仪测试精度受基准水平线确认的正确性影响

无论您愿意与否，水平基准线的题目将会影响到接触角测试的整个过程。而接触角测量仪测试过程中决定水平线的关键在于如下几个方面：1、良好的影像采集技术；2、良好的光学系统；3、练习有素的操纵者。但无论如何，确定好水平线，是接触角测量仪测值的Z为关键的一步。

二、接触角测量仪测值精度受表面洁净度与均匀度影响

样品表面洁净度是我们应该关注的一个题目。这个题目上面我们讨论了很多，但必须一而再的提出。您可以多点测值，看看是否不一样，若误差较大，则说明表面肯定存在题目。

三、样品是Z关键的。

当然，您也可以采用超声波清洗的方式实现控制表面清洁度的目的。

接触角测量仪测值时应考虑动平衡(接触角滞后现象)以及温度对接触角测值的影响等因素。接触角测值通常受您的样品的外形有一定的影响。如您的样品是曲面是，通常需要校正曲面，杯形的内孔同理。样品的尺寸大小，有时，大样品对于接触角测量仪的标准配备是不适合的。

四、对于采用各种测定接触角的方法的接触角测量仪，使用接触角测量仪时都必须留意以下两个因素：平衡时间和恒定体系温度。

由于存在动界面张力效应，平衡时间不足自然就会引起接触角变化，导致动接触角现象。不过，对于一般低粘度的液体，达到平衡较快，采用通常的实验操纵即可得到平衡值。只在液体粘度较大时留意保证足够的平衡时间。

又由于界面张力随温度而变，接触角理当受温度变化的影响。对于一般体系，在室温四周dθ/dT的值为0-0.20°/K。故温度的影响并不严重。1-2K的温度变化对接触角的影响常可忽略不计。这些因素在采购接触角测量仪和应用接触角测量仪的过程中均应受到接触角测量仪使用单位的留意，否则接触角测值产生的各种变化而体现在接触角测量仪测试具体数据中的变化，有可能使得你无法理解，也可能无法正确分出接触角测量仪的重复性程度。

结语

针对影像法接触角测量仪的校准原理，本文设计了一种基于圆弧法的标准角度片，实现了对接触角示值误差的校准，通过试验得到了详细数据，并对示值误差的测量结果进行不确定度评定。试验结果论证了该接触角测量仪角度示值误差校准方法满足校准要求，校准方法准确、可靠。