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接觸角測量儀的懸滴法測量差異

發布日期:2020-09-23      瀏覽次數:287
   采用懸滴測量法使用不同廠家的接觸角測量儀測量表界面張力,測量結果會有很大的差異。 那么差異來自于哪些因素呢?
  懸滴法是一經典的測量方法,說它經典因為它的測量原理其實已經相當古老,起源于19世紀初的Laplace和Young所建立的方程。但這一方程對于懸滴無解析解,所以在早期,測量方法建立在對一些實際、已知體系進行測量的經驗基礎上。直到19世紀末,Bashforth and Adams 在Laplace-Young方程的基礎上,推導出了準確描寫中心軸對稱懸滴的方程,但這一方程仍然無解析解。后來(20世紀50-60年代)人們才在計算機的幫助下,通過對Bashforth-Adams方程的數值求解,從理論上得到了可以用于實際測量的校正因子表格,在這一表格的幫助下,可以通過測量一個懸滴幾個關鍵位置/截面(5個或以上位置)的尺寸,來計算出表面張力值。這就是所謂的選擇平面法或選面法(Selected-Plane Method)。這一方法迄今仍被不少儀器廠家采用(即使他們也采用數碼相機進行攝像和運用計算機來進行計算),其測量結果的精度嚴重地依懶于這幾個關鍵尺寸/位置的測量準確性和懸滴的形狀和完美性,對許多不符合其求的懸滴形狀也不能夠進行測量(因為缺少對應的關鍵尺寸/位置)。采用這一測量方法的準確性一般在百分之幾以上,有時可以高達10-20%以上。另外操作人員的人為影響也可以非常顯著。
  20世紀80年代以來,隨著計算機技術和數字圖像技術的發展,才真正迎來了懸滴測量法的革新時代。在二者的結合下,可以獲得整個懸滴輪廓的坐標(坐標點數少則幾百多則幾千),可以對Laplace-Young方程或者Bashforth-Adams方程直接進行數值求解,然后通過將獲得的整個懸滴輪廓的坐標與準確描寫懸滴輪廓的方程的直接比較或擬合,得到相對應體系的物理參數值,包括表面張力值。這一方法稱為全輪廓擬合法(whole drop profile analysis)。
  全輪廓擬合法適合所有形狀的懸滴,也適合計算部分輪廓的懸滴。
  但即使對于市場上均采用全輪廓計算/擬合法的不同廠家,由于方法具體細節上的差異(比如如何獲得輪廓點的坐標以及其精度)、所考慮的擬合參數數量的不同、所采用的擬合目標函數(merit function)和擬合方法的不同等,相互之間也存在差異,這反映在方法能夠達到的精度、穩定性(robustness)以及速度等方面。
( 本文內容得到授權所有者的授權許可)
 

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