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标准的接触角测量仪(水滴角测量仪)测试操作流程及测试数据各软件对比分析

 一、接触角测量仪/水滴角测量仪的测试操作简单流程:

1、采用陶瓷标定棒对仪器进行标定;

2、测试分析用蒸馏水样品的表面张力值,测试温度条件为25℃,标准值为71.97mN/m,测试结果左、右均值为71.69mN/m,符合要求。

如下图所示:

接触角测量仪/水滴角测量仪

3、将测试布样品剪切长条小块并采用夹具固定。

4、测试每个样品的多点位置接触角值。

 

二、接触角测量仪的测试结果数据分析及各软件测值结果对比分析

本测试结果的对比分析用图片均来自于美国科诺的SL200KS型接触角测量仪。

1、由于该仪器采用了样品台微分头驱动的水平调整功能,因而,在水平线的获得方面与其他公司的接触角测量仪存在区别。

2、该仪器在测试之前,已经采用了美国科诺专业检定工具进行了检定,测试误差小于1度。

检定主要是用于考察仪器的整体设计性能,检定球采用了红宝石球5mm球,精度0.001mm

3、测试用布由于其自平整度比较差,反光差,获得比较好的水平线位置的图像存在一定的难度。

4、测试布这样的织物材料的接触角值,同时要求对布的张紧程度尽量保持一致,否则由于张紧程度不同而接触角测值结果出现差别。

5、通过接触角测量仪的测值结果显示,测值结果为大于120度的疏水接触角值。因而,样品台相对于镜头成像的左、右倾斜角度(水平)的保持相当重要,否则极易产生左、右接触角偏差,即前进、后退角。如果产生了前进、后退角,则建议采用的测值结果为本征接触角值,同时一定要结合左、右接触角值来综合分析。左、右接触角值偏差越大,说明该样品的表面存在化学多样性或不干净的可能性就越大。通常而方,对于疏水材料(接触角值大于120度时)出现左、右偏差5度以上时,就应重视此时的接触角左、右值的分析。

6、通过分析同一张图片不同软件测值结果,可以查看出软件的算法的精度、功能等。这也是最能够对比得到哪个接触角测量软件更符合用户的测试需求。

7CAST3.0提供了将所有拟合曲线自动保存到图片上的功能,可以直接将图片压缩成视频AVI功能,也可以直接将图片导出进行分析。同时,对于保存的图片可以进行二次重新分析,提供图像处理(photoshop同样的功能)和手自一体测试算法(可手动、也有全自动)。因而,数据的可追溯性更好、可溯源性更高、可靠度更高,更适合于企业品质控制(不同测试人员的数据追溯)、学校研发(不同学生的数据可靠性分析,发表文章时加上拟合曲线后的图像数据相比于仅仅源图片更可靠)。

8、其他公司对比分析用测试软件由第三方提供。测试数据仅对测试时的版本负责。由于软件升级等造成测值结果可能的变化,可以通过下载相关源图片后,进行重新分析后作重新评估。

9、测试数据对比仅对测试分析用图片负责,只是说明某些算法在处理当前图像时的适用性或表征的细节多少情况,同时也是用于评估算法的不同性能。这些对比并非用于最终评估或确认特定软件的优劣之分,任何软件均有其优点和缺点。本文并非对此作出评论。 

10、我们欢迎广大用户、友商的来图、来样对相关图片进行综合分析,为您提供更适用的测试方案和更为接近实际值的测值结果。

(一)样品305E

1、图片 12样品不平整导致接触水平线的查找遇到困难。

 

这种情况下需要重新调整样品的水平倾斜角度。后面的图片即为调整后的效果。

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

2、对于样品水平线效果不好的图片,各个软件分析结果对比:

测试软件

DSA1.92

SCA20

CAST3

效果好的时候测值

测试结果

145.70

152.9

144.30

144.209

以上数据说明

   SCA20的测试数据最大,特别是针对这种平整度比较差的图像的分析。

   DSA1.92在单侧拟合效果明显偏差的情况下的测值结果与实际结果接近,说明拟合好的侧的结果是可信的,而如果该样品的右侧结果如果与左侧明显不一致,即非轴对称时,其测值结果则不能用以表征该样品的性能。

 

1)接触角分析软件DSA1.92

 

Young-Laplace方程拟合算法

接触角测量仪/水滴角测量仪

2)接触角分析软件 SCA20

 

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

3)接触角分析软件CAST3

ADSARealDrop

接触角测量仪/水滴角测量仪

4)样品平整度好的时候的测值结果

接触角测量仪/水滴角测量仪

3、样品平整度好,水平线比较清晰时的各个软件对比数据

测试软件

DSA1.92

SCA20

CAST3

测试结果 YL

152.54

151.0

150.25

         椭圆

140.67

139.9

140.57

以上数据说明

   DSA1.92在单侧拟合效果明显偏差的情况下的测值结果与实际结果接近,只能说明拟合好的侧的结果是可信的,而如果该样品的右侧结果如果与左侧明显不一致,即非轴对称时,其测值结果就不能用以表征该样品的性能了。

   椭圆拟合并不能用于测试接触角值,因为该算法仅仅是简单的几何量角尺的概念。

 

1)接触角分析软件DSA1.92

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

同一张图片采用椭圆拟合时,测值结果为140

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

2)接触角分析软件SCA20

 

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

对于同一张图片,采用椭圆拟合时,角度值左右分别为139.9139.6

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

3)接触角分析软件 CAST3.0

 

ADSARealDrop

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

椭圆拟合时,结果为140度,且明显的椭圆拟合度在接触点位置的轮廓重合度比较差。

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

(二)样品51

1、第5张图片开始采用的图像预处理功能。

可以明显看到边缘的清晰度提升了,但是也出现了一些噪点。第1张是没有预处理的图片,第2张是预处理的图片,第3张是预处理过度的图片。

需要说明的是

 3张图片测点位置不同,所以,极可能测值结果也会不明。测值结果的可靠性取决于图像边缘与拟合曲线(绿色线)的重合度。重合度高,测值结果也更可靠。

 

 适当的图像预处理,可以提升分析测试接触角的精度。对于布这样的样品,具有一定的提升作用。

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

(三)样品A1

本测试样品出现了明显的左、右接触角不致,即非轴对称性。对于此种情况下,各个分析软件的拟合结果对比表如下:

测试软件

DSA1.92

SCA20

CAST3

测试结果 YL

145.02

146.1

145.199 137.62

         椭圆

138.2 137.9

137.4

 

         切线法

124.0 125.9

127.3 123.8

 

通过如上数据可以明显看出

   椭圆法和切线法时能够分辨出左、右接触角值可能存在不一致。但是无法得到非常准确的测值结果;

   椭圆拟合无法用于测试此时的液滴图像,测值结果明显偏低。

   轴对称拟合的Young-Laplace方程拟合算法可以测试得到近似的左侧的接触角值。但是如果非轴对称图像时,右侧接触角变化在轴对称法时是无法测得的,因而,测值结果的更多细节只有ADSA-RealDrop算法更适合。

   非轴对称的ADSARealDrop算法更能够表征出样品的接触角性质,体现的细节更多。

 

1)接触角分析软件 DSA1.92

 

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

椭圆拟合时

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

切线法

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

2)接触角分析软件SCA20

 

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

椭圆拟合

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

切线法

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

3)接触角分析软件CAST3.0

 

ADSA-RealDrop

接触角测量仪/水滴角测量仪

(四)样品W1

本样品也出现了明显的非轴对称。对于非轴对称性的数据进行再一次对比如下:

测试软件

DSA1.92

SCA20

CAST3

测试结果 YL

143.15

146.6

140.521 150.86

         椭圆

136.3 136.4

136.8

 

         切线法

136.4 138.6

132.5 138.9

 

通过如上数据可以明显看出

   椭圆法和切线法时能够分辨出左、右接触角值可能存在不一致。但是无法得到非常准确的测值结果;

   椭圆拟合无法用于测试此时的液滴图像,测值结果明显偏低。

   轴对称拟合的Young-Laplace方程拟合算法在测试时,由于顶点位置的确认、左右拟合线的采用等方面影响,在左、右接触角明显偏差较大时,左侧的接触角计算结果出现了一定的偏差。从拟合的曲线效果来看,拟合线在接触点位置以上局部出现了往里收缩现象。

   非轴称的Young-Laplace方程拟合法无法应对大偏差范围的接触角测值的应用,也无法实现更多的接触角细节的表征。

   非轴对称的ADSARealDrop算法更能够表征出样品的接触角性质,体现的细节更多。

 

1)接触角分析软件DSA1.92

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

椭圆

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

切线法

接触角测量仪/水滴角测量仪

2)接触角分析软件 SCA20

 

Young-Laplace方程拟合法

接触角测量仪/水滴角测量仪

椭圆拟合

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

切线法

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

3)接触角分析软件CAST3

 

ADSARealDrop

接触角测量仪/水滴角测量仪

分析用源图下载

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

接触角测量仪/水滴角测量仪

 

接触角测量仪/水滴角测量仪

   
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