接觸角儀定義：

接觸角儀測試基本原理

接觸角儀因?yàn)闇y試技術(shù)不同，我們通常能夠找到多種方法測試接觸角。而應(yīng)用這些接觸角測試技術(shù)，我們的生產(chǎn)廠就能夠生產(chǎn)出各種原理的接觸角儀。

 

1、影像分析法（角測量儀Goniometry）接觸角儀：

影像分析法是通過滴出一滴滿足要求體積的液體于固體表面，通過影像分析技術(shù)，測量或計算出液體與固體表面的接觸角值的簡易方法。作為影像分析法的儀器，其基本組成部分不外乎光源、樣品臺、鏡頭、圖像采集系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)。簡單的一個影像分析法可以不含圖像采購系統(tǒng)，而通過鏡頭里的十字形校正線去直接相切于鏡頭里觀察到的接觸角得到。
作為動態(tài)接觸角測試系統(tǒng)的應(yīng)用，如我們測試前進(jìn)角θA和后退角θR時，我們可以通過控制進(jìn)樣量來實(shí)現(xiàn)，如我們想測前進(jìn)角θA，我們就可以增加液體量；如我們想測后退角θR時，我們可以減少液體量。當(dāng)然，我們也可以讓樣品臺傾斜，直接測得傾斜角，而此時，我們必須使用高速相機(jī)進(jìn)行圖像采集。
標(biāo)準(zhǔn)的影像分析系統(tǒng)會采用CCD攝像和圖像采集系統(tǒng)，同時，通過軟件分析接觸角值。

影像分析法接觸角儀的優(yōu)點(diǎn)

影像分析法接觸角儀的缺點(diǎn)

2、插板法接觸角儀：

也稱傾板法接觸角儀，其原理是固體板插入液體時，只有板面與液體的夾角恰好為接觸角時液面才直平伸至三相交界處，不出現(xiàn)彎曲。如下圖B所示。否則，液面將出現(xiàn)如圖A或C所示的彎曲現(xiàn)象。因此，改變板的插入角度直至液面三相交界處附近無彎曲，這時，板面與液面的夾角即為接觸角。斜板法避免了作切線的困難，提高了測量的精度，但突出的缺點(diǎn)是液體用量較多。這在許多情況下妨礙了它的應(yīng)用，且，他只能測試接觸角小于90°的樣品。 這就是這種原理的接觸角儀。
SL系列接觸角儀提供插板法供您參考。但不是非常建議您采取此種方法，原因?yàn)椋朔N方法的接觸角儀測試接觸角值時要求被測樣品的表面均勻度，且無法測出多點(diǎn)的接觸角值不同。

3、力測量法（Tensiometry）接觸角儀：

這種方法有時也被稱為Wilhelmy板法測接觸角，應(yīng)用這種方法的接觸角儀主要是采用接觸角儀測試系統(tǒng)的接觸角儀。通常通過軟件系統(tǒng)的增加，實(shí)現(xiàn)對接觸角測試，在實(shí)際儀器采購中，通常為使用接觸角儀（Surface Tensiometer）中的稱重傳感器，同時借助軟件分析來實(shí)現(xiàn)測量接觸角的目的。
具體原理如下：將一個固體樣品板浸入測試液體中，由于液體的表面張力以及固體的表面自由能的作用，稱重傳感器會感測到一個向下拉的力F（Wetting force）具體計算公式如下:
F=γlgcosθP。
其中：P代表板的周長。如果知道此時測得的力是多少，我們就可以看出接觸角θ值。
當(dāng)然，以上我們沒有考慮被測樣品的浮力。
如果我們提升或降低樣品浸入的深度，就可以測得后退角/前進(jìn)角的值了。

（1）力測量法（Tensiometry）接觸角儀通過不斷的升降板，我們可以測得整個樣品的平均接觸角值。
（2）力測量法（Tensiometry）接觸角儀可以測得動態(tài)體系的接觸角值，主要考察隨時間變化而變化。特別對于接觸角滯后現(xiàn)象能夠有一個更好的觀察。

（1）力測量法（Tensiometry）接觸角儀首先得有足夠的液體量讓樣器浸入；
（2）力測量法（Tensiometry）接觸角儀樣品必須切除，且知道周長，高度等幾何參數(shù)。
（3）力測量法（Tensiometry）接觸角儀要求樣品均勻足夠小和輕。若超過傳感器的量程的話，測試是不可能完成的。
（4）力測量法（Tensiometry）接觸角儀受溫度影響較大，無法測得高溫條件下的接觸角值。

4、透過測量法接觸角儀：

接觸角分析技術(shù)概括

我們選用的常用的接觸角儀通常為影像分析法接觸角儀。而至于透過高度和稱重法接觸角儀均為接觸角儀，其應(yīng)用非常明顯。如您測試的是纖維的接觸角值、想用稱重法測接觸角值，那么您選購一臺由表面張力測試技術(shù)（液體表面張力儀）的表面張力儀即可，如BZY-3型（國產(chǎn)儀器，關(guān)鍵部分為進(jìn)口技術(shù)的傳感器）或K100（德國）或SIGMA700型（芬蘭）。而本文中，我們重點(diǎn)給您談的接觸角分析技術(shù)是影像法中接觸角的分析技術(shù)。而這個，恰恰是以來被客戶所忽視的。

我們通常說選購一臺接觸角儀，就以為其一定會采用什么什么分析技術(shù)，但是由于技術(shù)實(shí)力的因素，事實(shí)上，接觸角儀與接觸角儀之間，也會因接觸角分析技術(shù)的存在而相當(dāng)很遠(yuǎn)。我們希望您能夠認(rèn)真的研究一下下面我們的陳述?；蛟S對您選購接觸角儀有相當(dāng)幫助。

一、概述

200年來，潤濕現(xiàn)象作為科學(xué)研究引起了科研工作者很多關(guān)注，特別是近年粉體科學(xué)，納米科學(xué)的發(fā)展，為潤濕現(xiàn)象的研究提供了更廣泛的學(xué)術(shù)氛圍。1805年，楊（Thomas Young）提出了楊氏三角方程為我們研究潤濕現(xiàn)象，特別是固體材料的表面、界面現(xiàn)象提供了為有用的科學(xué)工具。

但是，作為潤濕現(xiàn)象的一種研究方法，接觸角的研究以來一直停留在某個階段。從儀器開發(fā)商的角度而言，上海梭倫科技基于服務(wù)國內(nèi)外接觸角儀應(yīng)用的客戶的經(jīng)驗(yàn)，提升我們的研究實(shí)力，現(xiàn)自主開發(fā)了CAST3。0版本的接觸角分析軟件。作為軟件分析的者，上海梭倫科技在接觸角分析領(lǐng)域取得了舉足的。

二、接觸角分析技術(shù)所依據(jù)的成像硬件。

硬件的設(shè)計主要影響到接觸角分析過程的成像效果。通常，我們認(rèn)為，機(jī)械設(shè)計會影響到操作的簡易性及二次污染程度。比如，是否由于手接觸角樣品而影響到接觸角的測值；操作儀器是否會人性化等。更為關(guān)鍵的是光源控制和CCD與鏡頭的結(jié)合程度。這些是影響到接觸角測值的關(guān)鍵因素。但是，正是在這些基本的設(shè)計上，國內(nèi)外的接觸角儀的設(shè)計就大相徑庭。

三、接觸角分析技術(shù)的發(fā)展階段

接觸角分析技術(shù)指成像后對圖像進(jìn)行分析并測值接觸角值的技術(shù)。以來，接觸角分析技術(shù)一直沒有得到廣大用戶的重視。但是，在接觸角儀主機(jī)設(shè)計的簡易性與成像效果解決的前提下，接觸角分析技術(shù)恰是接觸角儀的核心，可以說，接觸角分析技術(shù)是接觸角儀核心的核心。

*階段：以小球冠假設(shè)為前提的接觸角分析技術(shù)。

1953年左右為開始階段的接觸角分析技術(shù)通常均采用小球冠假設(shè)為前提的接觸角分析技術(shù)。這種技術(shù)國外稱為θ/2法，國內(nèi)稱為量高法。其基本假設(shè)為，液滴在固體表面呈現(xiàn)的是一個標(biāo)準(zhǔn)球冠，接觸角儀成像系統(tǒng)所得為一個標(biāo)準(zhǔn)的弧形。此時，接觸角（切線與底邊的夾角）正好可以通過計算弧形的高度與寬度后取反三角函數(shù)取得。

本項技術(shù)由于操作簡便性而得到了廣大儀器廠商的廣泛采用。而作為儀器而言，本階段的儀器在的通稱上應(yīng)該定義為角度分析儀或量角器。目前常見的儀器（不包括上海梭倫）即在這個階段，我們僅僅能夠稱之為量角器而已。談上分析接觸角值的精度，如一些廠家標(biāo)稱的0.01度的精度，這是不可能的事情。我們認(rèn)為，這個方法僅僅能夠做到1度的誤差，且這是在15度以上，15度以下的接觸角值時，誤差通常為2度左右。所測接觸角值越低，這個誤差也就越大。接觸角值越大，這個誤差就越小。

如果客戶現(xiàn)在選購接觸角儀，可能還必須考慮一下采用的接觸角儀中是否含有本方法。這主要是因?yàn)楹芏鄥⒖嘉墨I(xiàn)中事實(shí)上就是以本方法來測值并公布數(shù)據(jù)的。

但是，這種方法的缺點(diǎn)是非常顯然的。

*、無法更好的實(shí)現(xiàn)自動化測值。自動化測值的關(guān)鍵技術(shù)在于敏感點(diǎn)的找得。而敏感點(diǎn)因成像的不同而會有不同的呈現(xiàn)。作為儀器廠商，上海梭倫科技CAST2。0解決了敏感點(diǎn)找得的90%的技術(shù)，已經(jīng)于世界。在LCD、薄膜、玻璃等表面，CAST2。0已經(jīng)解決了自動測得接觸角難點(diǎn)。

第二、是否是球冠受重力影響。液體量的大小不同受的重力不同，直接影響到球冠的符合程度。事實(shí)上，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)者均不會接受這個小球冠的假設(shè)。而我們認(rèn)為，如果考慮重復(fù)性，建議客戶考慮幾次液滴的量的控制，這樣至少可以理論上認(rèn)為幾次的成形是一致的。

第三、像素多少直接影響到測值的精度。通常國內(nèi)許多廠商采用低分辨率的成像系統(tǒng)，會直接影響到這個計算精度。

作為量高法的一個變換，上還有一種方法，角度分析法。國內(nèi)稱為量角法。這種方法是直接以一個十字形去靠液滴而得到角度。他們或同量高法或同角度分析，但不會改變其本質(zhì)，即仍建立在小球冠假設(shè)的基礎(chǔ)。且這種方法誤差較大，只能是原始的角度儀的代稱。

第二階段：簡單擬合曲線的接觸角分析技術(shù)

本階段的特點(diǎn)正突出在認(rèn)識到了小球冠假設(shè)有失效性，試圖通過擬合曲線來分析接觸角值。德國和日本均采用過本技術(shù)，包括：（1）切線法；（2）大圓符合法。
切線法的理念在于用一個橢圓方程或一個三項式方程去擬合液滴在固體表面形成的圖像輪廓，來計算接觸角值。而大圓符合法的理念是認(rèn)為小球冠假設(shè)中形成的圖像不是正弧形，該方法就會以一個大的圓去擬合曲線，然后計算接觸角值。
顯然，作為分析技術(shù)，這些方法是對于小球冠分析法的一個簡單的被充，但是這些方法的發(fā)展思路為解決接觸角分析提供基礎(chǔ)。
上海梭倫科技CAST2.0接觸角分析系統(tǒng)提供了大圓符合法這項技術(shù)，以解決用戶測值的部分困難。

第三階段：Young-Laplace曲線擬合法接觸角分析技術(shù)
1991年左右開始，國外發(fā)展了本方法?，F(xiàn)有的國外接觸角儀通常均采用這個方法。這種方法是為復(fù)雜的一個方法，但是也是化的一個方法。其前提必須是建立在Young－laplace方程的基礎(chǔ)上對接觸角進(jìn)行分析。由于這種方法要分析整個液滴曲線，所以會受到液滴因重力變化而導(dǎo)致的曲線變化的影響。但本方法具有全自動計算接觸角值的特殊優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。
本方法的缺點(diǎn)在于：
（1）嚴(yán)格的理論假設(shè)：本方法建立在理想化的公式的基礎(chǔ)上，而如果事際測得圖像有所變化，會明顯影響到測值的性。
（2）只能測試30度以上的接觸角值
（3）嚴(yán)格的對稱圖像假設(shè)。本理論是建立有嚴(yán)格的對稱圖像的假設(shè)的基礎(chǔ)上的。若左右接觸角有所變化，則測值會有所影響。
（4）受液體表面張力的影響。由于液體表面張力值會參與到計算中，所以，實(shí)際液體的表面張力值與參與計算的液體的表面張力值是否相同將會嚴(yán)重影響到后的測值性。

第四階段：復(fù)雜的圖像擬合技術(shù)與液滴輪廓分析技術(shù)
本項技術(shù)為2006年研研究技術(shù)。本項接觸角分析技術(shù)包括兩個部分：
1、圖像擬合技術(shù)：采用曲線尺的方法擬合液滴曲線；
2、基于液體輪廓和固液表面自由能體系，構(gòu)建輪廓分析技術(shù)。
上海梭倫科技在接觸角分析技術(shù)上取得了突破性發(fā)展。我們不依據(jù)任何理論假設(shè)，基于實(shí)際圖像成像，采用曲線尺擬合的方法分析接觸角值。在本方法中，我們把曲線定義為一個不均均的多花鍵組成的曲線尺，建立在圖像分析中立體花鍵的分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合曲線的彈性（像素離形性）以及內(nèi)聚力（固液體系分子內(nèi)聚力），分析接觸角值。
采用本方法，我們真正實(shí)現(xiàn)了分析各種形狀的接觸角值，包括前進(jìn)、后退角，不規(guī)則圖像的接觸角等。測值范圍護(hù)大到4-180度，精度可真正達(dá)到0.02度。
您可以采購CAST3.0接觸角分析軟件，享受上海梭倫科技為您提供的接觸角分析技術(shù)。

同時，結(jié)合原有接觸角分析技術(shù)，上海梭倫科技研究出了一種基于液體體積與接觸角液滴的直徑而計算得出接觸角值的技術(shù)。這個技術(shù)能夠解決小接觸角測試問題。通常精度可以達(dá)到0.04度。

四、現(xiàn)有接觸角儀應(yīng)用的接觸角分析技術(shù)分析
基于我們的分析，結(jié)合現(xiàn)有接觸角分析技術(shù)，我們認(rèn)為國內(nèi)外的接觸角儀所應(yīng)用的分析技術(shù)基本可以總結(jié)如下：
1、簡單的角度分析儀階段：主要指國內(nèi)的接觸角儀，如上海中晨和承德、北京哈科等。他們的分析方法只是簡單的角度分析，全基本無法實(shí)現(xiàn)全自動接觸角計算。
2、標(biāo)準(zhǔn)接觸角儀階段：國外的接觸角儀包括德國、美國FTA、韓國SEO的儀等均是采用第三階段的接觸角分析技術(shù)和第二階段的接觸角分析技術(shù)。國內(nèi)CAST2.0是第二階段的接觸角儀。
3、接觸角儀階段：上海梭倫*提供曲線尺與液滴外形輪廓分析技術(shù)，提升了接觸角分析的精度與準(zhǔn)度。

接觸角儀測試精度受基準(zhǔn)水平線確認(rèn)的性影響

接觸角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)注的一個問題。這個問題上面我們討論了很多，但必須一而再的提出。您可以多點(diǎn)測值，看看是否不一樣，若誤差較大，則說明表面肯定存在問題。
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。

接觸角儀選購注意事項

1、接觸角儀選購概括

結(jié)合我們的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為接觸角儀的選購?fù)ǔ８爬ǘ钥梢詮娜缦聨讉€方面總體入手。

*，您想完成什么測試目的？您的樣品尺寸及形狀是怎樣的？

第二，您了解的接觸角測試技術(shù)有哪些？這些技術(shù)您可能通過如下陳述基本有所掌握。

第三，您對供應(yīng)商是否了解？

第四，您的預(yù)算如何？

2、接觸角儀使用需求和精度要求

接觸角儀的精度不能一概機(jī)而論，采用不同方法的接觸角儀有不同的精度。正像前面描述的一樣，不同方法的接觸角儀均有其用途和精度，關(guān)鍵是視客戶的具體應(yīng)用需求而定。但總體而言，接觸角儀的精度主要體現(xiàn)在有效像素數(shù)，接觸角儀光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計合理性等各個方面。具體建議客戶可以試測部分樣品后再決定采購何種接觸角儀。

同時，由于接觸角儀的主機(jī)設(shè)計并非對所有樣品都適合，所以，你一定要考慮到您的樣品的本身。如：

（1）您的樣品的尺寸大小，有時，大樣品對于接觸角儀的標(biāo)準(zhǔn)配備是不適合的。您一定要記得與您的供應(yīng)商談一下您的樣品尺寸，包括大小，厚度等。如石油系統(tǒng)測試巖心的接觸角值，您一定要與供應(yīng)商溝通。通常的接觸角儀的樣品臺是無法支持的。

（2）您的樣品的外形。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，如您的樣品是一個杯形的內(nèi)孔，那么您只能選購上海梭倫科技提供的技術(shù)。這個技術(shù)*沒有一家公司掌握。

3、從接觸角儀組成開始談接觸角儀選購

首先，我們有必要描述一下影像分析法接觸角儀的系統(tǒng)構(gòu)成：
1、光學(xué)系統(tǒng)：標(biāo)準(zhǔn)選構(gòu)件為CCD相機(jī)、顯微鏡頭部分、視頻捕捉卡。
（1）基于是否需要測試隨時間變化而變化的接觸角值，您考慮一下是否需要高速相機(jī)
通常，接觸角儀的標(biāo)準(zhǔn)配備為25幀/秒的測試速度。根據(jù)是否動態(tài)接觸角的應(yīng)用要求，可以提高每秒捕獲圖片的數(shù)量，如100幀/秒?，F(xiàn)在進(jìn)口儀器中,有的廠家提出了50幀/秒,實(shí)際上這是硬件雙緩存技術(shù),從技術(shù)實(shí)際意義來看,與連續(xù)拍攝我們認(rèn)為是不同的概念.如要選購高速的相機(jī),我們認(rèn)為還是真實(shí)的速度為準(zhǔn)比較好.
通常而言，接觸角測值的*時間我們認(rèn)為是滴出液滴后20秒，基本而言，此時接觸角基本趨向穩(wěn)定（接觸角滯后原因或吸水原因）。但如果您的樣品是吸水性很強(qiáng)的（如紙尿布），那么我們強(qiáng)烈建議您采購高速相機(jī)。
通常這些需要您與供應(yīng)商一起討論的。他們會因您的不同需求而為您一款適合您的相機(jī)的。
（2）鏡頭：鏡頭部分通常均會符合要求的。但是，也不排除國內(nèi)一些儀器廠商不了解光學(xué)而隨意寫出放大率，這是相當(dāng)不負(fù)責(zé)的。您可以要求供應(yīng)商提供每像素代表多少mm的放大倍率。這對于廠商而言，是很容易給出的。
（3）光源：這個非常關(guān)鍵。事實(shí)上，光源對于成像效果是非常有講究的。而我們非常堅持的認(rèn)為，現(xiàn)在只有KSV公司與上海梭倫科技的光源是相對比較符合要求的。由于涉及到核心機(jī)密，所以，如了解詳細(xì)技術(shù)，請上海梭倫的工程師。
（4）視頻捕捉設(shè)備：現(xiàn)在的接觸角儀通常的配備均為視頻捕捉卡，這個對電腦系統(tǒng)提出了一個相當(dāng)高的要求。明顯，必須插到電腦里才行的，所以，要求使用者會安裝硬件。而我們認(rèn)為，是采用USB或1394口的視頻設(shè)備，畢竟，僅僅是增加成本的事情哦，但對于用戶而言，豈止是方便所能概括的。
2、進(jìn)樣器系統(tǒng)：
現(xiàn)有三種標(biāo)準(zhǔn)微量進(jìn)樣器、蠕動泵、注射泵。注射泵相當(dāng)于一個自動微量推進(jìn)系統(tǒng)加上微量進(jìn)樣器構(gòu)成。
現(xiàn)在的進(jìn)樣技術(shù)通常均是符合要求的。但如果您有精度高的要求，您可能選購一臺軟件控制的進(jìn)樣系統(tǒng)，會方便很多且進(jìn)樣精度控制較好。
３、主機(jī)機(jī)架設(shè)計：
本來，這個事情是不用說的，但是，我們驚奇的發(fā)現(xiàn)。國內(nèi)與國外的儀器廠商在這方便居然也會有區(qū)別。所以，我們必須指出，主機(jī)機(jī)架的設(shè)計會影響到您操作的方便性以及測試的二次污染問題等。
主要考慮因素有：需要有哪些功能，需要的精度有哪些。您可以與供應(yīng)商一起討論。值得指出的是，國外的儀器也不一定是的哦，如我們就認(rèn)為KSV的機(jī)架的穩(wěn)定性不好，操作起來不方便。我們認(rèn)為KRUSS的精度不夠，細(xì)鋼的誤差比較大。
４、軟件系統(tǒng)：這是接觸角儀的關(guān)鍵。主要分為視頻捕捉、圖像捕獲、圖像分析、接觸角數(shù)據(jù)應(yīng)用。
這里就會涉及到接觸角計算技術(shù)以及表面自由能分析技術(shù)等。我們認(rèn)為，好的軟件通常是升級性好，操作簡單。而這些在您不了解接觸角儀時，您可以與您的供應(yīng)商多談?wù)?，同時也可以看出您的供應(yīng)商是否是符合要求的。
 

４、代理商的資格更為關(guān)鍵