0 前言

“物理化學(xué)”是各類高等院校化學(xué)系的一門重要基礎(chǔ)課程。不僅如此，物理化學(xué)中的多個(gè)學(xué)科分支被人們認(rèn)為是處于化學(xué)研究的前沿。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)地位顯著，作為教學(xué)的重要組成部分，肩負(fù)基礎(chǔ)理論訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)手段學(xué)習(xí)的雙重任務(wù)。我們都知道，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)是從實(shí)踐開(kāi)始，任何一門自然科學(xué)的發(fā)展無(wú)不是和實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段突破創(chuàng)新緊密在一起。實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)然不能忽視實(shí)驗(yàn)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)或控制理論等其他學(xué)科發(fā)展。

20多年來(lái)，南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所致力于新物理化學(xué)儀器的研制開(kāi)發(fā)，南大萬(wàn)和公司負(fù)責(zé)經(jīng)營(yíng)。我們的團(tuán)隊(duì)匯集學(xué)校多方英才，跨學(xué)科通力合作，大膽采用新的檢測(cè)、控制、處理手段，不斷創(chuàng)新研制了一大批新物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。之所以稱之為新，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谧龅轿毡Ａ衾鲜綄?shí)驗(yàn)設(shè)備精華的同時(shí)，在多方面的探索實(shí)踐取得了良好的效果。新物理化學(xué)儀器具有以下鮮明的特征。

1 的新特點(diǎn)

以南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所研發(fā)的產(chǎn)品為代表，新物理化學(xué)儀器具有以下特點(diǎn)：1、測(cè)量電子化 2、輸出數(shù)字化 3、控制智能化 4、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)化 5、實(shí)驗(yàn)裝置一體化。

2 測(cè)量電子化

新儀器在許多物理量的測(cè)量上實(shí)現(xiàn)了電子化改進(jìn)，使得測(cè)量精度、穩(wěn)定性、耐用性大大提高。以NTY系列溫度計(jì)為例，溫度傳感器采用了Pt100鉑電阻取代了傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)。NTY系列應(yīng)用在凝固點(diǎn)下降、雙液系相圖、燃燒熱測(cè)定等實(shí)驗(yàn)中取得了良好的效果。有為突出的是微小溫差的測(cè)量方面，系列溫度溫差測(cè)量?jī)x分辨率可以達(dá)到0.001℃,取代了傳統(tǒng)貝克曼溫度計(jì)。經(jīng)過(guò)多年改型和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系列產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)突出已經(jīng)成為新儀器中有代表性的一款。壓力測(cè)量方面，傳統(tǒng)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(jìn)為電阻應(yīng)變式壓力傳感器，橋式設(shè)計(jì)溫度性好、靈敏度高。其他還有磁場(chǎng)測(cè)量、電壓電流測(cè)量均實(shí)現(xiàn)電子化。典型線路大多采用單片機(jī)作為測(cè)控核心，前端用低漂移低失調(diào)前置放大器，后接A/D轉(zhuǎn)換電路，必要時(shí)加入選頻、鎖相等電路。

3 輸出數(shù)字化

系統(tǒng)采用單片機(jī)核心，前端配有合適的A/D轉(zhuǎn)換電路，因此測(cè)量?jī)x器幾乎全部實(shí)現(xiàn)輸出上的數(shù)字化。以飽和蒸氣壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)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(cè)量精度高、讀數(shù)方便準(zhǔn)確。作為數(shù)字化輸出的另一路，串

行通訊輸出口可以連接計(jì)算機(jī)或其他串口設(shè)備。通訊方式選用RS-232C或者USB方式，使得數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)化成為可能。應(yīng)該說(shuō)傳統(tǒng)儀器中的指針表指示輸出和X-Y記錄儀數(shù)據(jù)記錄的方式正逐步被淘汰。

4 控制智能化

    物化實(shí)驗(yàn)儀器中的閉環(huán)控制系統(tǒng)并不少。以數(shù)量眾多的水浴水槽為例，傳統(tǒng)儀器的系統(tǒng)組成還停留在一個(gè)水銀導(dǎo)電表、電子繼電器、加熱器控制器、電動(dòng)攪拌器、分級(jí)調(diào)速器等陳舊方式上。從控制理論角度還只是簡(jiǎn)單的通斷控制，過(guò)沖大，波動(dòng)大，控制效果很差。HK-1D、HK-2A系列恒溫水槽水浴有單片機(jī)為核心的電子化測(cè)量前提，系統(tǒng)跳過(guò)了模擬電路階段經(jīng)典PID算法而大量采用了現(xiàn)代的數(shù)字控制的智能算法。HK系列吸收現(xiàn)代模糊、自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制理論了一套自己的智能控制算法，系統(tǒng)控制精度可達(dá)到±0.05℃,在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中屬水平。

5 數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)化

    實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)串行通訊口進(jìn)入計(jì)算機(jī)中后一個(gè)zui直接的好處就是數(shù)據(jù)處理，同時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存打印等工作也非常方便。已經(jīng)可以引入計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)有BZ振蕩、NDRH溶解熱、NDZH中和熱、FPD凝固點(diǎn)降低、JX金屬相圖、DNTA差熱、RLXZH熱力學(xué)綜合、BH燃燒熱等實(shí)驗(yàn)。同時(shí)由于計(jì)算機(jī)的引入，使得實(shí)驗(yàn)方法步驟得到不同程度的改進(jìn)。以JX－3DA金屬相圖實(shí)驗(yàn)為例，單通道降溫冷卻并數(shù)據(jù)采集改為4通道同時(shí)降溫冷卻并數(shù)據(jù)采集，四條不同組分樣品的步冷曲線在計(jì)算機(jī)屏幕上用不同顏色顯描繪，形象直觀，便于數(shù)據(jù)對(duì)比，并且節(jié)約了時(shí)間。另一種計(jì)算機(jī)化改進(jìn)可以用一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多臺(tái)儀器，集中測(cè)量控制，便于老師管理，節(jié)約教學(xué)資源。

6 實(shí)驗(yàn)裝置一體化

    目前在新實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有一體化的發(fā)展趨勢(shì)。新結(jié)構(gòu)中將原有實(shí)驗(yàn)儀器組成合理配置，優(yōu)化組合，整合進(jìn)一套一體化實(shí)驗(yàn)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(dú)立等特點(diǎn)。由于一體化設(shè)計(jì)，新裝置具有結(jié)構(gòu)清楚完整、操作簡(jiǎn)單方便、實(shí)驗(yàn)臺(tái)整潔、設(shè)備管理方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，對(duì)于一體化設(shè)計(jì)各學(xué)校老師也有不同的看法，我們也在不斷探索改進(jìn)，通常會(huì)提供組合式或一體化式可選。總之，一臺(tái)好的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的關(guān)鍵是它能否zui大限度的幫助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

7 結(jié)束語(yǔ)

    本文中涉及到的主要實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)品相關(guān)資料圖片在南京南大萬(wàn)和科技有限公司主頁(yè)中可以查到：，歡迎各界朋友探討。