I. Влияние состояния образца

Характеристики поверхности образца являются основой для определения точности измерения угла соприкосновения и наиболее легко упускаемыми из виду ключевыми факторами, в том числе:

В основе измерения угла контакта плоскости и чистоты поверхности образца лежит линия пересечения между каплей захвата и твердой поверхностью (трехфазная линия контакта). Если на поверхности образца есть царапины, вмятины, выпуклость или шероховатость, это может привести к неравномерному разложению капель, деформации трехфазной линии контакта, и прибор не может точно определить истинное значение угла контакта. Например, капли на грубой поверхности могут иметь « эффект гвоздей», значение измерения угла контакта будет высоким или низким, а повторяемость будет крайне плохой. В то же время загрязняющие вещества на поверхности образца (например, пыль, загрязнение нефтью, остаточные растворители) изменяют свободную энергию поверхности, что приводит к изменению смачивающих свойств. Например, загрязнение металлических поверхностей нефтью приводит к значительному увеличению угла контакта, в то время как остаточные гидрофильные растворители уменьшают его, и присутствие этих загрязнителей приводит к отклонению результатов измерений от реальных свойств образца. Поэтому перед тестом образец должен быть очищен (например, ультразвуковая очистка, плазменная очистка) и убедиться, что поверхность сухая без остатков.

однородность и стабильность образца Если образец является композитным материалом, покрытием или градиентным материалом, неоднородность его поверхностного состава и структуры может привести к большим различиям в углах контакта в разных местах. Например, образцы с неравномерной толщиной покрытия, поверхности в области тонкого покрытия и в области толстого покрытия могут отличаться друг от друга, а значения измерения угла контакта могут заметно колебаться. Кроме того, химическая стабильность образца также влияет на точность - если образец вступает в химическую реакцию с тестируемой жидкостью (например, растворение, растворение, гидролиз), капли постепенно деформируются со временем, угол контакта постоянно меняется, и стабильные измерения не могут быть получены.

Проводимость образца (для измерения динамического угла контакта) При измерении динамического угла контакта (например, при испытании на угол вперед, угол назад) или при использовании метода Вильгельма - пластины электропроводность образца влияет на точность обнаружения прибором трехфазной линии контакта. Изоляционный образец, который не проводит электричество, может вызвать смещение капли из - за электростатического эффекта или повлиять на сигнал фотоэлектрического обнаружения прибора, что приводит к ошибке измерения.

II. Влияние конфигурации аппаратного обеспечения приборов

Основные аппаратные компоненты прибора напрямую определяют предельную точность измерений, а устройства различной конфигурации значительно различаются по разрешению и стабильности:

Измеритель угла контакта производительности системы визуализации полагается на систему визуализации (камера + объектив) для захвата контурных изображений капель, а качество изображения является предпосылкой для точного анализа угла контакта.

Разрешение камеры: камера с высоким разрешением (например, 2 мегапикселя и выше) может четко фиксировать детали края капли, избегая ошибок в согласовании контура из - за нехватки пикселей; Камера с низким разрешением размывает край капли, а трехфазная контактная линия распознается неточно.

Увеличение и глубина обзора объектива: при измерении крошечных капель (например, 1 - 5 мкл) необходимо сочетаться с высокократным микрообъективом, а объектив должен иметь достаточную глубину обзора, чтобы обеспечить четкое изображение капель в целом. Если глубина пейзажа недостаточна, верхняя и нижняя части капли не могут быть четко отображены одновременно, и при согласовании контура будет иметь отклонение.

Стабильность и однородность источника света: источник света должен обеспечивать равномерную, мягкую подсветку, чтобы избежать отражения или тени на краю капли. Если яркость источника света нестабильна или неправильный угол облучения может привести к деформации профиля капли, алгоритм анализа изображений прибора не может точно извлечь информацию о краю.

Точность системы подачи проб (микрошприц + автоматический вход) контролирует объем и положение капли, точность которой напрямую влияет на форму капли:

Точность объема капли: существует определенная корреляция между углом контакта и объемом капли (небольшие капли меньше подвержены гравитации, а угол контакта ближе к истинному значению; крупные капли подвержены падению из - за гравитации, что приводит к низким измеренным значениям), поэтому необходимо точно контролировать объем капли (обычно рекомендуется 1 - 3 мкл). Ручной ввод проб может легко привести к колебаниям объема капли из - за ошибки работы, в то время как высокоточный автоматический ввод проб (точность ± 0,1 мкл) может гарантировать, что объем капли будет одинаковым для каждой капли, что повышает повторяемость измерений.

Стабильность положения капли: капля должна падать вертикально в центральное положение поверхности образца, если вертикальное отклонение входной иглы или смещение положения капли, капля будет скользить по поверхности образца, что приводит к нерегулярности линии трехфазного контакта, точность измерения снижается.

Вычисление угла контакта алгоритма анализа изображений зависит от программного алгоритма анализа изображений, точность которого значительно различается между различными алгоритмами:

Часто используемые алгоритмы включают эллиптическую квазилегальность (для осесимметричных капель), квазилегальность уравнения Young - Laplace (для капель, подверженных гравитации), тангенциальный метод (ручное выравнивание, большая ошибка). Среди них уравнение Young - Laplace квазизаконно учитывает поверхностное натяжение капель и гравитационное равновесие, является наиболее точным алгоритмом, подходящим для высокоточных измерений; Метод касательной зависит от субъективного суждения оператора, ошибка может достигать ±2 ° или более.

Качественное аналитическое программное обеспечение также имеет функцию улучшения края, фильтрации шума, может эффективно обрабатывать нечеткие изображения, повышать точность распознавания контуров; Алгоритмы низкого качества программного обеспечения грубы и уязвимы для помех шума изображения, что приводит к колебаниям результатов измерений.

III. ПОСЛЕДСТВИЯ МЕТОДОВ ОПЕРАЦИИ

Степень эксплуатационных норм оператора является ключом к обеспечению точности измерений, и неправильные действия приводят к значительным человеческим ошибкам:

После падения капли на поверхность образца, которая регулируется статическим временем капли, требуется статическое время (обычно 3 - 10 секунд), чтобы капля достигла термодинамического равновесия. Если статическое время слишком короткое, капли не полностью развернуты, значение измерения угла контакта выше; Если время статического удержания слишком велико, капли могут деформироваться в результате испарения (летучая жидкость) или адсорбции (пористые образцы), что приводит к дрейфу измеренных значений.

Выбор точки измерения и количество повторений часто не являются репрезентативными из - за неоднородности поверхности образца. Требуются повторные измерения в разных местах образца (не менее 5), чтобы взять среднее значение в качестве конечного результата. При измерении только в одном месте результаты могут быть искажены из - за локальных дефектов или загрязнителей. В то же время при измерении следует избегать выбора края образца, поверхность края может отличаться от центральной области, вызывая аномалии угла контакта.

Нормативные приборы, используемые для калибровки, перед использованием должны быть откалиброваны, включая калибровку искажения объектива, калибровку объема капли и калибровку стандартного образца по углу контакта:

искажение объектива может привести к геометрической деформации изображения капли, необходимо использовать стандартную калибровочную пластину для коррекции искажения;

Калибровка объема капель требует проверки фактического количества жидкости, поступающей из пробоотборника, методом взвешивания;

Стандартные образцы с углом контакта (например, полированные кремниевые пластины, полифторэтиловые пластины с известным углом контакта) могут использоваться для проверки точности измерений прибора, и параметры прибора должны быть скорректированы, если отклонение результатов калибровки превышает диапазон точности, отмеченный прибором.