新物理化學實驗儀器

0 前言

“物理化學”是各類高等院校化學系的一門重要基礎課程。不僅如此，物理化學中的多個學科分支被人們認為是處于化學研究的前沿。物理化學實驗教學地位顯著，作為教學的重要組成部分，肩負基礎理論訓練和實驗手段學習的雙重任務。我們都知道，人類對自然界的認識是從實踐開始，任何一門自然科學的發展無不是和實驗技術手段突破創新緊密在一起。實驗教學當然不能忽視實驗手段的改革和更新，這些新方法新手段可能得益于電子技術、計算機技術或控制理論等其他學科發展。

20多年來，南京大學應用物理研究所致力于新物理化學儀器的研制開發，南大萬和公司負責經營。我們的團隊匯集學校多方英才，跨學科通力合作，大膽采用新的檢測、控制、處理手段，不斷創新研制了一大批新物理化學實驗儀器。之所以稱之為新，是因為它們在做到吸收保留老式實驗設備精華的同時，在多方面的探索實踐取得了良好的效果。新物理化學儀器具有以下鮮明的特征。

1 的新特點

以南京大學應用物理研究所研發的產品為代表，新物理化學儀器具有以下特點：1、測量電子化 2、輸出數字化 3、控制智能化 4、數據處理計算機化 5、實驗裝置一體化。

2 測量電子化

新儀器在許多物理量的測量上實現了電子化改進，使得測量精度、穩定性、耐用性大大提高。以NTY系列溫度計為例，溫度傳感器采用了Pt100鉑電阻取代了傳統的水銀溫度計。NTY系列應用在凝固點下降、雙液系相圖、燃燒熱測定等實驗中取得了良好的效果。有為突出的是微小溫差的測量方面，系列溫度溫差測量儀分辨率可以達到0.001℃,取代了傳統貝克曼溫度計。經過多年改型和實驗驗證，該系列產品優點突出已經成為新儀器中有代表性的一款。壓力測量方面，傳統儀器采用U型汞柱和U型水柱。新儀器中的DPC和DMP系列改進為電阻應變式壓力傳感器，橋式設計溫度性好、靈敏度高。其他還有磁場測量、電壓電流測量均實現電子化。典型線路大多采用單片機作為測控核心，前端用低漂移低失調前置放大器，后接A/D轉換電路，必要時加入選頻、鎖相等電路。

3 輸出數字化

系統采用單片機核心，前端配有合適的A/D轉換電路，因此測量儀器幾乎全部實現輸出上的數字化。以飽和蒸氣壓測量實驗為例，平衡氣壓、大氣壓、水槽溫度顯示輸出均為4位半LED顯示或者LCD顯示。測量精度高、讀數方便準確。作為數字化輸出的另一路，串

行通訊輸出口可以連接計算機或其他串口設備。通訊方式選用RS-232C或者USB方式，使得數據處理計算機化成為可能。應該說傳統儀器中的指針表指示輸出和X-Y記錄儀數據記錄的方式正逐步被淘汰。

4 控制智能化

    物化實驗儀器中的閉環控制系統并不少。以數量眾多的水浴水槽為例，傳統儀器的系統組成還停留在一個水銀導電表、電子繼電器、加熱器控制器、電動攪拌器、分級調速器等陳舊方式上。從控制理論角度還只是簡單的通斷控制，過沖大，波動大，控制效果很差。HK-1D、HK-2A系列恒溫水槽水浴有單片機為核心的電子化測量前提，系統跳過了模擬電路階段經典PID算法而大量采用了現代的數字控制的智能算法。HK系列吸收現代模糊、自適應、神經網絡等控制理論了一套自己的智能控制算法，系統控制精度可達到±0.05℃,在國內同行業中屬水平。

5 數據處理計算機化

    實驗數據通過串行通訊口進入計算機中后一個zui直接的好處就是數據處理，同時實驗數據的保存打印等工作也非常方便。已經可以引入計算機的實驗有BZ振蕩、NDRH溶解熱、NDZH中和熱、FPD凝固點降低、JX金屬相圖、DNTA差熱、RLXZH熱力學綜合、BH燃燒熱等實驗。同時由于計算機的引入，使得實驗方法步驟得到不同程度的改進。以JX－3DA金屬相圖實驗為例，單通道降溫冷卻并數據采集改為4通道同時降溫冷卻并數據采集，四條不同組分樣品的步冷曲線在計算機屏幕上用不同顏色顯描繪，形象直觀，便于數據對比，并且節約了時間。另一種計算機化改進可以用一臺計算機連接多臺儀器，集中測量控制，便于老師管理，節約教學資源。

6 實驗裝置一體化

    目前在新實驗儀器結構設計方面有一體化的發展趨勢。新結構中將原有實驗儀器組成合理配置，優化組合，整合進一套一體化實驗裝置中去，新裝置需要做到保留原配置中的各部分功能明確、布局清楚、操作獨立等特點。由于一體化設計，新裝置具有結構清楚完整、操作簡單方便、實驗臺整潔、設備管理方便等優點。當然，對于一體化設計各學校老師也有不同的看法，我們也在不斷探索改進，通常會提供組合式或一體化式可選。總之，一臺好的教學實驗設備的關鍵是它能否zui大限度的幫助實驗教學。

7 結束語

    本文中涉及到的主要實驗儀器產品相關資料圖片在南京南大萬和科技有限公司主頁中可以查到：，歡迎各界朋友探討。