標準的接觸角測量儀測試操作流程及測試數據各軟件對比分析

一、接觸角測量儀/水滴角測量儀的測試操作簡單流程：

1、采用陶瓷標定棒對儀器進行標定；

2、測試分析用蒸餾水樣品的表面張力值，測試溫度條件為25℃，標準值為71.97mN/m，測試結果左、右均值為71.69mN/m，符合要求。

如下圖所示：

3、將測試布樣品剪切長條小塊并采用夾具固定。

4、測試每個樣品的多點位置接觸角值。

二、接觸角測量儀的測試結果數據分析及各軟件測值結果對比分析

本測試結果的對比分析用圖片均來自于美國科諾的SL200KS型接觸角測量儀。

1、由于該儀器采用了樣品臺微分頭驅動的水平調整功能，因而，在水平線的獲得方面與其他公司的接觸角測量儀存在區別。

2、該儀器在測試之前，已經采用了美國科諾檢定工具進行了檢定，測試誤差小于1度。

檢定主要是用于考察儀器的整體設計性能，檢定球采用了紅寶石球5mm球，精度0.001mm。

3、測試用布由于其自平整度比較差，反光差，獲得比較好的水平線位置的圖像存在一定的難度。

4、測試布這樣的織物材料的接觸角值，同時要求對布的張緊程度盡量保持一致，否則由于張緊程度不同而接觸角測值結果出現差別。

5、通過接觸角測量儀的測值結果顯示，測值結果為大于120度的疏水接觸角值。因而，樣品臺相對于鏡頭成像的左、右傾斜角度（水平）的保持相當重要，否則極易產生左、右接觸角偏差，即前進、后退角。如果產生了前進、后退角，則建議采用的測值結果為本征接觸角值，同時一定要結合左、右接觸角值來綜合分析。左、右接觸角值偏差越大，說明該樣品的表面存在化學多樣性或不干凈的可能性就越大。通常而方，對于疏水材料（接觸角值大于120度時）出現左、右偏差5度以上時，就應重視此時的接觸角左、右值的分析。

6、通過分析同一張圖片不同軟件測值結果，可以查看出軟件的算法的精度、功能等。這也是能夠對比得到哪個接觸角測量軟件更符合用戶的測試需求。

7、CAST3.0提供了將所有擬合曲線自動保存到圖片上的功能，可以直接將圖片壓縮成視頻AVI功能，也可以直接將圖片導出進行分析。同時，對于保存的圖片可以進行二次重新分析，提供圖像處理（photoshop同樣的功能）和手自一體測試算法（可手動、也有全自動）。因而，數據的可追溯性更好、可溯源性更高、可靠度更高，更適合于企業品質控制（不同測試人員的數據追溯）、學校研發（不同學生的數據可靠性分析，發表文章時加上擬合曲線后的圖像數據相比于僅僅源圖片更可靠）。

8、其他公司對比分析用測試軟件由第三方提供。測試數據僅對測試時的版本負責。由于軟件升級等造成測值結果可能的變化，可以通過下載相關源圖片后，進行重新分析后作重新評估。

9、測試數據對比僅對測試分析用圖片負責，只是說明某些算法在處理當前圖像時的適用性或表征的細節多少情況，同時也是用于評估算法的不同性能。這些對比并非用于終評估或確認特定軟件的優劣之分，任何軟件均有其優點和缺點。本文并非對此作出評論。 

10、我們歡迎廣大用戶、友商的來圖、來樣對相關圖片進行綜合分析，為您提供更適用的測試方案和更為接近實際值的測值結果。

（一）樣品305E：

1、圖片 1和2樣品不平整導致接觸水平線的查找遇到困難。

這種情況下需要重新調整樣品的水平傾斜角度。后面的圖片即為調整后的效果。

2、對于樣品水平線效果不好的圖片，各個軟件分析結果對比：

以上數據說明

• SCA20的測試數據大，特別是針對這種平整度比較差的圖像的分析。
• DSA1.92在單側擬合效果明顯偏差的情況下的測值結果與實際結果接近，說明擬合好的側的結果是可信的，而如果該樣品的右側結果如果與左側明顯不一致，即非軸對稱時，其測值結果則不能用以表征該樣品的性能。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合算法

（2）接觸角分析軟件 SCA20

Young-Laplace方程擬合法

（3）接觸角分析軟件CAST3

ADSA－RealDrop

（4）樣品平整度好的時候的測值結果

3、樣品平整度好，水平線比較清晰時的各個軟件對比數據

以上數據說明

• DSA1.92在單側擬合效果明顯偏差的情況下的測值結果與實際結果接近，只能說明擬合好的側的結果是可信的，而如果該樣品的右側結果如果與左側明顯不一致，即非軸對稱時，其測值結果就不能用以表征該樣品的性能了。
• 橢圓擬合并不能用于測試接觸角值，因為該算法僅僅是簡單的幾何量角尺的概念。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

同一張圖片采用橢圓擬合時，測值結果為140度

（2）接觸角分析軟件SCA20

Young-Laplace方程擬合法

對于同一張圖片，采用橢圓擬合時，角度值左右分別為139.9和139.6度

（3）接觸角分析軟件 CAST3.0

ADSA－RealDrop法

橢圓擬合時，結果為140度，且明顯的橢圓擬合度在接觸點位置的輪廓重合度比較差。

（二）樣品51

1、第5張圖片開始采用的圖像預處理功能。

可以明顯看到邊緣的清晰度提升了，但是也出現了一些噪點。第1張是沒有預處理的圖片，第2張是預處理的圖片，第3張是預處理過度的圖片。

需要說明的是

①　3張圖片測點位置不同，所以，極可能測值結果也會不明。測值結果的可靠性取決于圖像邊緣與擬合曲線（綠色線）的重合度。重合度高，測值結果也更可靠。

②　適當的圖像預處理，可以提升分析測試接觸角的精度。對于布這樣的樣品，具有一定的提升作用。

（三）樣品A1

本測試樣品出現了明顯的左、右接觸角不致，即非軸對稱性。對于此種情況下，各個分析軟件的擬合結果對比表如下：

通過如上數據可以明顯看出

• 橢圓法和切線法時能夠分辨出左、右接觸角值可能存在不一致。但是無法得到非常的測值結果；
• 橢圓擬合無法用于測試此時的液滴圖像，測值結果明顯偏低。
• 軸對稱擬合的Young-Laplace方程擬合算法可以測試得到近似的左側的接觸角值。但是如果非軸對稱圖像時，右側接觸角變化在軸對稱法時是無法測得的，因而，測值結果的更多細節只有ADSA-RealDrop算法更適合。
• 非軸對稱的ADSA－RealDrop算法更能夠表征出樣品的接觸角性質，體現的細節更多。

（1）接觸角分析軟件 DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合時

切線法

（2）接觸角分析軟件SCA20

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合

切線法

（3）接觸角分析軟件CAST3.0

ADSA-RealDrop法

（四）樣品W1

本樣品也出現了明顯的非軸對稱。對于非軸對稱性的數據進行再一次對比如下：

通過如上數據可以明顯看出

• 橢圓法和切線法時能夠分辨出左、右接觸角值可能存在不一致。但是無法得到非常的測值結果；
• 橢圓擬合無法用于測試此時的液滴圖像，測值結果明顯偏低。
• 軸對稱擬合的Young-Laplace方程擬合算法在測試時，由于頂點位置的確認、左右擬合線的采用等方面影響，在左、右接觸角明顯偏差較大時，左側的接觸角計算結果出現了一定的偏差。從擬合的曲線效果來看，擬合線在接觸點位置以上局部出現了往里收縮現象。
• 非軸稱的Young-Laplace方程擬合法無法應對大偏差范圍的接觸角測值的應用，也無法實現更多的接觸角細節的表征。
• 非軸對稱的ADSA－RealDrop算法更能夠表征出樣品的接觸角性質，體現的細節更多。

（1）接觸角分析軟件DSA1.92

Young-Laplace方程擬合法

橢圓

切線法

（2）接觸角分析軟件 SCA20

Young-Laplace方程擬合法

橢圓擬合

切線法

（3）接觸角分析軟件CAST3

ADSA－RealDrop

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