專利名稱：多功能物理化學(xué)實驗自動測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于教育實驗測試領(lǐng)域，具體涉及一種教學(xué)用的多功能物理化學(xué)實驗自動測定裝置。
物理化學(xué)實驗是化學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中最重要的一門獨立的基礎(chǔ)實驗課程。它采用物理學(xué)原理和技術(shù)，對化學(xué)研究中的一些重要物理化學(xué)常數(shù)進行測定，并對測定過程所采集的數(shù)據(jù)進行歸納和處理。目前物理化學(xué)教學(xué)實驗大都使用傳統(tǒng)儀器、設(shè)備，采用手工操作方法。但從實驗教學(xué)角度看，不足之處是測定儀器復(fù)雜，操作難度大，所測量的物理化學(xué)常數(shù)一般要在實驗以后，經(jīng)繪圖及計算才能得到結(jié)果，費時、費力、誤差大而且不直觀，實驗效果差。如果發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果誤差超出范圍也無法更正，既不能在測定時即時顯示原始測定數(shù)據(jù)、繪制圖形、計算結(jié)果，也不能在實驗過程中根據(jù)數(shù)據(jù)變化情況及時調(diào)整。
本實用新型的目的是提供一種可以自動測定多種理化常數(shù)的物理化學(xué)實驗測定裝置。
為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種多功能物理化學(xué)實驗自動測定裝置，由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、接口控制電路以及對所采集數(shù)據(jù)進行控制、管理、處理、輸出的計算機組成；所述A/D轉(zhuǎn)換電路由線性化處理電路、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)構(gòu)成；所述接口控制電路包括兩個地址譯碼器、三個鎖存器、對應(yīng)數(shù)據(jù)位數(shù)的與門以及或門，兩個鎖存器串接在A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端與計算機數(shù)據(jù)總線之間，第三個鎖存器的輸入端與計算機數(shù)據(jù)總線連接，其一個輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器R/H端連接，其它輸出端分別與上述各與門的一個輸入端對應(yīng)連接，各與門的另一個輸入端分別與A/D轉(zhuǎn)換器的位選通端對應(yīng)連接，各與門的輸出端經(jīng)或門連接在A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的第一個鎖存器控制端上；兩個地址譯碼器輸入端與地址總線低三位連接，計算機控制總線的讀、寫信號分別與兩個譯碼器的一個使能端連接，一個譯碼器輸出的讀信號連接在A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的第二個鎖存器控制端上，另一個譯碼器輸出的寫信號連接在第三個鎖存器控制端上。
上述技術(shù)方案中，所述接口控制電路還包括一個數(shù)值比較器，數(shù)值比較器的一組輸入端與計算機地址總線連接，另一組輸入端與地址設(shè)定開關(guān)連接，其輸出端分別與兩個譯碼器的另一個使能端連接。所述信號放大電路由差分放大器和可變量程放大器依次串聯(lián)構(gòu)成，所述接口控制電路還包括第四個鎖存器及一個多選一模擬開關(guān)，第四個鎖存器的輸入端與計算機數(shù)據(jù)總線連接，輸出端與多選一模擬開關(guān)的輸入端連接?？筛淖兎糯笃鞯牧砍?，第四個鎖存器的控制端與上述寫信號譯碼器的輸出端連接，差分放大器的一個輸入端與線性化處理電路的輸出端連接，另一個輸入端經(jīng)可調(diào)電阻接地。所述傳感器可以為溫度傳感器或壓力傳感器。
上述技術(shù)方案中，“對所采集數(shù)據(jù)進行控制、管理、處理、輸出”是指計算機軟件的功能和作用。本實用新型計算機軟件具有下列功能1．采集測量數(shù)據(jù)，在屏幕上動態(tài)繪出各點圖象(即圖形)，并將數(shù)據(jù)存放在計算機文件中；2．可以將已經(jīng)存在的文件讀出，并顯示其圖象；3．可以根據(jù)用戶需要截取相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)段；4．可以按測得數(shù)據(jù)及計算公式計算結(jié)果；5．打印測量數(shù)據(jù)。
環(huán)境要求DOS版本DOS操作系統(tǒng)，UCDOS中文平臺；WINDOWS版本W(wǎng)INDOWS操作系統(tǒng)。
上述技術(shù)方案，當(dāng)傳感器為溫度傳感器時，1．測定燃燒熱；2．采用凝固點下降法測定摩爾質(zhì)量；3．測定溶解熱；4．測定恒溫槽靈敏度。當(dāng)傳感器為壓力傳感器時，可測定純液體飽和蒸汽壓。
由于上述技術(shù)方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1．采樣速度快且時間間隔可調(diào)。本實用新型采樣速度大大高于傳統(tǒng)人工采樣。一般人工采樣速度為15秒至30秒/每點，而計算機采樣速度比傳統(tǒng)人工快10倍以上。由于采樣時間間隔有計算機軟件程序設(shè)定，因此采樣時間間隔可根據(jù)實驗要求提前進行調(diào)節(jié)，與現(xiàn)有技術(shù)相比既靈活又規(guī)范。
2．即時顯示所采集的數(shù)據(jù)及圖形。在計算機軟件程序控制下，本實用新型可以將采集的數(shù)據(jù)即時顯示在屏幕的直角坐標(biāo)系中，并繪制成圖形，及時、直觀、形象地反映理化實驗狀況，大大提高了理化實驗的教學(xué)效果。
3．由于本實用新型具有即時顯示實驗狀況的特點，因此在實驗過程中，根據(jù)圖形曲線(或直線)的走向，可予先進行各方面調(diào)整(如，溫度、壓力、操作方法等)，使實驗最優(yōu)化。若發(fā)現(xiàn)圖形曲線不符合要求，也可以立即停止實驗，重新開始，這樣既提高了實驗的成功率，又節(jié)省了時間和精力。
4．本實用新型除了實現(xiàn)上述自動測定功能以外，還可以任意截取有效數(shù)據(jù)段，立即計算最終結(jié)果并進行誤差分析；數(shù)據(jù)及圖形文件的保存、管理、打印等，真正實現(xiàn)了實驗全過程的自動化、形象化、精確化和最優(yōu)化。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述附


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖；附圖2為本實用新型軟件流程圖。
實施例參見
圖1及圖2，一種多功能物理化學(xué)實驗自動測定裝置，由熱電式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、接口控制電路以及對所采集數(shù)據(jù)進行控制、管理、處理、輸出的計算機組成；所述A/D轉(zhuǎn)換電路由線性化處理電路、差分放大器、可變量程放大器、A/D轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)構(gòu)成，差分放大器的一個輸入端與線性化處理電路的輸出端連接，另一個輸入端經(jīng)可調(diào)電阻接地，A/D轉(zhuǎn)換器采用ICL7135；所述接口控制電路由A/D轉(zhuǎn)換控制電路和可變量程控制電路組成；所述A/D轉(zhuǎn)換控制電路包括一個數(shù)值比較器(采用74LS688)、兩個譯碼器(每個譯碼器采用一片74LS138)、三個鎖存器(每個鎖存器采用一片74LS373)、五個與門(采用74LS08)以及四個或門(合用一片74LS32)，兩個鎖存器串接在A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端(BCD碼輸出端)與計算機數(shù)據(jù)總線之間，第三個鎖存器的輸入端與計算機數(shù)據(jù)總線連接，其一個輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器R/H端連接，其它五個輸出端分別與上述五個與門的一個輸入端對應(yīng)連接，五個與門的另一個輸入端分別與A/D轉(zhuǎn)換器的五個位選通輸出端對應(yīng)連接，五個與門的輸出端經(jīng)四個或門連接在A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的第一個鎖存器控制端上；數(shù)值比較器的一組輸入端與計算機地址總線高八位連接，另一組輸入端與地址設(shè)定開關(guān)八位連接，其輸出端分別與兩個譯碼器的一個使能端連接，兩個譯碼器輸入端與地址總線低三位連接，計算機控制總線分別與兩個譯碼器的另一個使能端連接，一個譯碼器輸出的讀信號連接在A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的第二個鎖存器控制端上，另一個譯碼器輸出的寫信號連接在第三個鎖存器控制端上；所述可變量程控制電路還包括一個鎖存器(采用一片74LS373)及一個八選一模擬開關(guān)(采用一片4051)，鎖存器的輸入端與計算機數(shù)據(jù)總線連接，輸出端經(jīng)八選一模擬開關(guān)連接在放大器上，鎖存器的控制端與上述輸出寫信號的譯碼器輸出端連接。
本實施例的工作原理是熱電式傳感器把所測量的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，經(jīng)過線性化處理以后，與設(shè)定值(調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，得到T0所對應(yīng)的電壓)一起送入差分放大器進行放大，再經(jīng)過可變量程放大器放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換。接口控制電路中的兩個譯碼器產(chǎn)生三個控制信號，分別控制A/D轉(zhuǎn)換器的啟動和關(guān)閉、可變量程放大器的量程以及數(shù)字信號的輸出，這三個控制信號均由軟件程序控制產(chǎn)生。為了確保A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)能夠正確可靠地與計算機數(shù)據(jù)總線掛接，采用了八D鎖存器對輸入、輸出數(shù)據(jù)進行鎖存。本接口控制電路為了適應(yīng)與所有類型計算機正確連接，采用IBM-PC總線接口卡的地址可以根據(jù)機器的不同進行設(shè)定(通過地址設(shè)定開關(guān)進行設(shè)定)。當(dāng)設(shè)定值與地址總線的高八位相同時，數(shù)值比較器輸出低電平有效信號，作為地址譯碼器的使能端通過對低三位的譯碼，來讀、寫數(shù)據(jù)和控制A/D轉(zhuǎn)換。本實施例所用I/O接口地址分別為318H、319H、31AH，當(dāng)向口地址318H寫入00數(shù)據(jù)時，A/D轉(zhuǎn)換器在本次轉(zhuǎn)換后立即轉(zhuǎn)入停頓狀態(tài)，顯示值保持不變，寫入01數(shù)據(jù)時，啟動A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。在顯示值保持不變時，分別向地址318H寫入02H、04H、08H、10H、20H五個數(shù)據(jù)，使上述第三個八D鎖存器的輸出端Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分別輸出高電平，它們分別與A/D轉(zhuǎn)換器的位選通信號D1、D2、D3、D4、D5共同作用，把A/D轉(zhuǎn)換器輸出的每一位數(shù)字信號進行鎖存，即當(dāng)Q1、D1共同作用時，對A/D轉(zhuǎn)換器的第一位數(shù)字信號進行鎖存，這時通過口地址31AH讀出第一位數(shù)；當(dāng)Q2、D2共同作用時，對第二位數(shù)字進行鎖存，再通過31AH讀出第二位數(shù)；依次下去直到五位數(shù)全部讀出。當(dāng)向口地址319H寫入不同數(shù)據(jù)時，通過4051八選一模擬開關(guān)可以改變放大器的量程。
權(quán)利要求1．一種多功能物理化學(xué)實驗自動測定裝置，其特征在于由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、接口控制電路以及對所采集數(shù)據(jù)進行控制、管理、處理、輸出的計算機組成；所述A/D轉(zhuǎn)換電路由線性化處理電路、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)構(gòu)成；所述接口控制電路包括兩個地址譯碼器、三個鎖存器、對應(yīng)數(shù)據(jù)位數(shù)的與門以及或門，兩個鎖存器串接在A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端與計算機數(shù)據(jù)總線之間，第三個鎖存器的輸入端與計算機數(shù)據(jù)總線連接，其一個輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器R/H端連接，其它輸出端分別與上述各與門的一個輸入端對應(yīng)連接，各與門的另一個輸入端分別與A/D轉(zhuǎn)換器的位選通端對應(yīng)連接，各與門的輸出端經(jīng)或門連接在A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的第一個鎖存器控制端上；兩個地址譯碼器輸入端與地址總線低三位連接，計算機控制總線的讀、寫信號分別與兩個地址譯碼器一個使能端連接，一個譯碼器輸出的讀信號連接在A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的第二個鎖存器控制端上，另一個譯碼器輸出的寫信號連接在第三個鎖存器控制端上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定裝置，其特征在于所述接口控制電路還包括一個數(shù)值比較器，數(shù)值比較器的一組輸入端與計算機地址總線連接，另一組輸入端與地址設(shè)定開關(guān)連接，其輸出端分別與兩個地址譯碼器的另一個使能端連接。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定裝置，其特征在于所述信號放大電路由差分放大器和可變量程放大器依次串聯(lián)構(gòu)成，所述接口控制電路還包括第四個鎖存器及一個多選一模擬開關(guān)，第四個鎖存器的輸入端與計算機數(shù)據(jù)總線連接，輸出端經(jīng)多選一模擬開關(guān)連接在放大器上，第四個鎖存器的控制端與上述寫信號譯碼器的輸出端連接，差分放大器的一個輸入端與線性化處理電路的輸出端連接，另一個輸入端經(jīng)可調(diào)電阻接地。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定裝置，其特征在于所述傳感器為溫度傳感器或壓力傳感器。
專利摘要一種多功能物理化學(xué)實驗自動測定裝置,特征是:由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、接口控制電路以及對所采集數(shù)據(jù)進行控制、管理、處理、輸出的計算機組成;所述A/D轉(zhuǎn)換電路由線性化處理電路、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)構(gòu)成;所述接口控制電路包括兩個譯碼器、三個鎖存器、對應(yīng)數(shù)據(jù)位數(shù)的與門以及或門。特點是:真正實現(xiàn)了實驗全過程的自動化、形象化、精確化和最優(yōu)化,大大提高了理化實驗的教學(xué)效果。
文檔編號G09B23/18GK2338831SQ9822466
公開日1999年9月15日 申請日期1998年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月23日
發(fā)明者華南平, 耿靜漪, 喬專虹, 曲波, 呂建平, 肖圣兵 申請人:蘇州大學(xué)