0 前言

“物理化學”是各類高等院?；瘜W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(fā)展無不是和實驗技術(shù)手段突破創(chuàng)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(shù)、計算機技術(shù)或控制理論等其他學科發(fā)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(fā)，南大萬和公司負責經(jīng)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(chuàng)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(fā)的產(chǎn)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(shù)字化 3、控制智能化 4、數(shù)據(jù)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(xiàn)了電子化改進，使得測量精度、穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)貝克曼溫度計。經(jīng)過多年改型和實驗驗證，該系列產(chǎn)品優(yōu)點突出已經(jīng)成為新儀器中有代表性的一款。壓力測量方面，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(xiàn)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(diào)前置放大器，后接A/D轉(zhuǎn)換電路，必要時加入選頻、鎖相等電路。

3 輸出數(shù)字化

系統(tǒng)采用單片機核心，前端配有合適的A/D轉(zhuǎn)換電路，因此測量儀器幾乎全部實現(xiàn)輸出上的數(shù)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(shù)方便準確。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(shù)據(jù)處理計算機化成為可能。應該說傳統(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

    物化實驗儀器中的閉環(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)組成還停留在一個水銀導電表、電子繼電器、加熱器控制器、電動攪拌器、分級調(diào)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(tǒng)跳過了模擬電路階段經(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、神經(jīng)網(wǎng)絡等控制理論了一套自己的智能控制算法，系統(tǒng)控制精度可達到±0.05℃,在國內(nèi)同行業(yè)中屬水平。

5 數(shù)據(jù)處理計算機化

    實驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理，同時實驗數(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(shù)據(jù)采集改為4通道同時降溫冷卻并數(shù)據(jù)采集，四條不同組分樣品的步冷曲線在計算機屏幕上用不同顏色顯描繪，形象直觀，便于數(shù)據(jù)對比，并且節(jié)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(jié)約教學資源。

6 實驗裝置一體化

    目前在新實驗儀器結(jié)構(gòu)設計方面有一體化的發(fā)展趨勢。新結(jié)構(gòu)中將原有實驗儀器組成合理配置，優(yōu)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(jié)構(gòu)清楚完整、操作簡單方便、實驗臺整潔、設備管理方便等優(yōu)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?？傊慌_好的教學實驗設備的關(guān)鍵是它能否zui大限度的幫助實驗教學。

7 結(jié)束語

    本文中涉及到的主要實驗儀器產(chǎn)品相關(guān)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。