如何校準(zhǔn)接觸角測量儀？接觸角測量儀目前能夠做到的精度是多少？

作為一種的理化分析儀器，正如粘度計(jì)、分析天平等儀器一樣，接觸角測量儀事實(shí)上也需要進(jìn)行的調(diào)?；蛐?zhǔn)操作。通常建議接觸角測量儀1年校準(zhǔn)一次。

但是，接觸角測量儀很長時(shí)間采用的校準(zhǔn)工具是玻璃板。玻璃校準(zhǔn)板與顯微鏡的分劃板一樣，采用刻蝕技術(shù)將標(biāo)準(zhǔn)角度的圖片刻在玻璃板上，再通過測試標(biāo)準(zhǔn)角度值后，看接觸角測量儀的精度。 通過如上的描述可以很容易看出，如上的操作事實(shí)上沒有對接觸角測量儀本身進(jìn)行任何調(diào)?；蛐?zhǔn)，只是測試了一下標(biāo)準(zhǔn)圖片，看一下角度值差多少。而這樣的操作事實(shí)上只是看看接觸角測量儀量角度這樣的方法是否對?；蚓饶軌蜻_(dá)到多少？且不論這個(gè)精度到底是否對。

在上海梭 倫或美國科諾的相關(guān)文章中，我們已經(jīng)對玻璃板進(jìn)行測值精度判斷的重在缺點(diǎn)進(jìn)行過了描述，概括而言，主要是玻璃板是二維的體系，無法符合接觸角測量的3維體系的測量，因而，也無法判斷出來儀器的精度并進(jìn)行儀器調(diào)校。

那么，接觸角測量儀的校準(zhǔn)需要調(diào)校的是什么？

通過接觸角測量儀的原理，即接觸角測量儀通常采用側(cè)視條件下拍攝3D條件下的液滴的輪廓并采用相應(yīng)的算法分析得到接觸角值。根據(jù)光學(xué)成像原理，可以知道，3D條件下，鏡頭（相機(jī)）與被測物體（水滴）在成像視角、俯視與否情況、樣品本身的上表面水平情況均會(huì)影響到終的角度值結(jié)果。因而，接觸角測量儀的校準(zhǔn)主要采用的工具是：

3D紅寶石球校準(zhǔn)工具。且同時(shí)要求紅寶廠球的精度為微米級(jí)的。

而，接觸角測量儀的校準(zhǔn)包括：

1、通過校準(zhǔn)樣品臺(tái)的水平，校準(zhǔn)接觸角測量儀；

2、通過校準(zhǔn)鏡頭的水平，校準(zhǔn)接觸角測量儀；

因而，從硬件提供方面，接觸角測量儀的校準(zhǔn)需要包括：（1）3D紅寶石工具；（2）樣品臺(tái)微米級(jí)調(diào)整水平；（3）鏡頭微米級(jí)水平調(diào)整。所以，如果不能夠提供如上整套工具（缺一不可），則該接觸角測量儀是無法進(jìn)行校準(zhǔn)的，也根本無法該接觸角測量儀的測值精度的。

通常情況下，顯微鏡的放大率在接觸角測量儀中通常的分辨率為4um左右，那么實(shí)現(xiàn)的精度通常能夠的是0.01mm。而對于0.01mm的精度變化的圖像，通常而言其接觸角值精度為0.1度左右。如下表計(jì)算所示：

 為此，對于接觸角測量的精度的差別的一個(gè)為有效的方法為，通過測量微高度變化如0.01mm高度變化時(shí)，接觸角的測試值的變化。這樣的變化包括兩個(gè)部分：
操作辦法為接觸角測試的圖片中，球直徑保持不變，此時(shí)，球冠的高度變化0.01mm，此時(shí)：

1、接觸角測量儀所采用的算法能否判斷出來圖片中角度的變化值0.2-0.3度左右；（具體值根據(jù)計(jì)算所得略有變化）

2、接觸角測量儀采用的算法對于兩次不同高度的圖片測試的值與理論值的偏差范圍，也即接觸角測量儀的精度本身。

如下顯示的兩張圖片為小角度和大角度時(shí)兩個(gè)不同的角度時(shí)的接觸角測量儀捕捉的圖片。

大小度，初始高度時(shí)的接觸角測量儀測試圖片

大角度時(shí)，高度變化0.05mm時(shí)接觸角測量儀測試圖片

小角度接觸角值時(shí)，接觸角測量儀測試初始高度時(shí)的圖片

小角度接觸角值時(shí)，接觸角測量儀測試高度變化0.01mm時(shí)的圖片

如上圖片是通過上海梭倫技術(shù)的3D紅寶石球校準(zhǔn)工具實(shí)現(xiàn)的高精度高度變化以及采用上海梭倫接觸角測量儀SL200KS測試所得。

通過采用圓擬合和阿莎算法，我們對如上圖片進(jìn)行了分析，具體結(jié)果如下所示：

通過如上數(shù)據(jù)可以明顯看出

1、阿莎算法自動(dòng)修正了重力影響，因而測試結(jié)果上顯示為，測試結(jié)果值高于圓擬合所得的接觸角測量值。

2、接觸角測量值采用圓擬合時(shí)，可以做到的精度為0.147度左右。采用阿莎算法時(shí)，由于偏差值對比為圓擬合而非阿莎算法的增量值，因而，偏差低為0.192-0.525度左右。但從實(shí)際應(yīng)用來講，阿莎算法修正了重力影響，綜合將表面張力與接觸角進(jìn)行分析，因而，實(shí)際中數(shù)據(jù)的科學(xué)意義更大。

3、阿莎算法與圓擬合均地分辨出了圖像的區(qū)別，且方向。

如下提供了同樣的圖片采用國產(chǎn)的接觸角測量儀分析軟件所得的數(shù)據(jù)。

可以看出：

1、國產(chǎn)的接觸角測量儀分析軟件無法判斷出高度增加后的角度變化或偏差值較高，特別是小角度時(shí)，增加高度，測值結(jié)果反而減少了。

因而，國產(chǎn)的接觸角測量儀的軟件的分析精度通常是略有擴(kuò)大的情況。

2、國產(chǎn)的接觸角測量儀軟件Young-Laplace方程測值結(jié)果脫離實(shí)際值，如下提供兩張分析結(jié)果圖片，可以很明顯看出分析結(jié)果沒有重合度。

如下提供了國外的接觸角測量儀分析軟件的分析結(jié)果

通過結(jié)果可以看出：

1、在小角度時(shí)，Young-Laplace方程擬合算法成功率不高。如下所示：

2、Young-Laplace方程擬合即使在真正的球的時(shí)候，或在軸對稱時(shí)，事實(shí)上分析結(jié)果也不盡理想。在大度度時(shí)也無法分辨出角度的增量。

通過如上描述可以看出：

1、接觸角測量儀的校準(zhǔn)的前提是硬件；

2、接觸角測量儀的精度以及分辨率的校準(zhǔn)需要微米級(jí)精度的3D紅寶 石球工具作出判斷；

3、軟件算法時(shí)，阿莎算法更具有科學(xué)性；

4、判斷軟件算法以及儀器精度的為科學(xué)的方法即可增加微米級(jí)變化量，看接觸角測量儀的測值精度以及是否能夠判斷出來角度值的變化，以接觸角測量值的變化方向與高度等實(shí)際幾何值的變化量的方向是否一致。