[发明专利]一种接触角光学图像测量方法、系统及装置

说明书

本发明公开了一种接触角光学图像测量方法、系统及装置，接触角光学图像测量方法包括采集不同半径毛细管中凹液面的图像数据；对图像数据进行预处理，得到凹液面边界清晰的图像数据；在图像数据中标记管壁坐标与凹液面坐标，根据管壁坐标拟合接触角边线，根据凹液面坐标拟合凹液面曲线，使凹液面曲线与接触角边线相切；根据接触角边线与凹液面曲线建立接触角计算模型，计算得到接触角角度。通过对接触角角度的计算，有效的减小了由于计算液体表面张力时由于忽略接触角角度而引起的误差。

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种接触角光学图像测量方法、系统及装置。

背景技术

表面张力是影响多相体系传质和反应的重要因素，也是关键的液体物理性质，同时也受到液体性质、液体温度、液体中所含杂质有关，表面张力对于工业生产和设计有着重要作用，当前主要的液体表面张力测量方法可以分为两种，对于静力学方法上有毛细管上升法、吊环法、悬滴法、最大气泡压力法等；动力学法有毛细管波法、震荡射流法。目前使用最多的方法是毛细管上升法，毛细管上升法是利用毛细现象计算表面张力数值，通过将毛细管插入液体中，液体将沿着毛细管的管壁上升，随着液面升高，毛细管内外的液体将达到稳态，液面对于液体向上的拉力与液体受到的重力相等，再记录对应的液面高度与毛细管半径，从而计算出该温度下的表面张力数值，Sugden于1921年进一步提出差分毛细上升法，利用两只相同材质不同半径的毛细管和一个参照管或标尺确定液体基线，这样避免测量凹液面的高度，从而降低了测量误差。

因此毛细管上升法是当前测量表面张力最准确、最便捷的方法之一，具有完整的理论体系，并且具备很强的实验稳定性和数据可复现性，也可被用于高温高压环境下的表面张力测量。但是由于加工材料与实验实际的限制，在当前方法中对于毛细管管壁与液体产生的“固-液”接触角通常采用忽略或者按照0°进行计算，忽略液体在毛细管中存在的接触角，导致测量结果与实际存在偏差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术在液体表面张力测量过程中，由于毛细管浸润不充分，忽略液体在毛细管中存在的接触角，导致液体表面张力的测量结果出现误差的问题，提供一种接触角光学图像测量方法、系统及装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种接触角光学图像测量方法，包括以下步骤：

采集不同半径毛细管中凹液面的图像数据；

对图像数据进行预处理，得到凹液面边界清晰的图像数据；

在预处理后的图像数据中标记管壁坐标与凹液面坐标，根据管壁坐标拟合接触角边线，根据凹液面坐标拟合凹液面曲线，使凹液面曲线与接触角边线相切；

根据接触角边线与凹液面曲线建立接触角计算模型，计算得到接触角角度。

一种接触角光学图像测量系统，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集不同半径毛细管中凹液面的图像数据；

数据预处理模块，所述数据预处理模块用于对图像数据进行预处理，得到凹液面边界清晰的图像数据；

数据分析及处理模块，所述数据分析及处理模块用于在预处理后的图像数据中标记管壁坐标与凹液面坐标，根据管壁坐标拟合管壁曲线，根据凹液面坐标拟合凹液面曲线，使凹液面曲线与管壁曲线相切；

结果计算模块，所述结果计算模块用于根据管壁曲线与凹液面曲线建立接触角计算模型，计算得到接触角角度。

一种接触角光学图像测量装置，包括实验单元、恒温箱、温度采集单元、图像采集单元、控制单元和温度控制单元；