专利名称：多功能物理化学实验自动测定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于教育实验测试领域，具体涉及一种教学用的多功能物理化学实验自动测定装置。
物理化学实验是化学基础实验教学中最重要的一门独立的基础实验课程。它采用物理学原理和技术，对化学研究中的一些重要物理化学常数进行测定，并对测定过程所采集的数据进行归纳和处理。目前物理化学教学实验大都使用传统仪器、设备，采用手工操作方法。但从实验教学角度看，不足之处是测定仪器复杂，操作难度大，所测量的物理化学常数一般要在实验以后，经绘图及计算才能得到结果，费时、费力、误差大而且不直观，实验效果差。如果发现实验结果误差超出范围也无法更正，既不能在测定时即时显示原始测定数据、绘制图形、计算结果，也不能在实验过程中根据数据变化情况及时调整。
本实用新型的目的是提供一种可以自动测定多种理化常数的物理化学实验测定装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种多功能物理化学实验自动测定装置，由传感器、A/D转换电路、接口控制电路以及对所采集数据进行控制、管理、处理、输出的计算机组成；所述A/D转换电路由线性化处理电路、信号放大电路、A/D转换器依次串联构成；所述接口控制电路包括两个地址译码器、三个锁存器、对应数据位数的与门以及或门，两个锁存器串接在A/D转换器的数据输出端与计算机数据总线之间，第三个锁存器的输入端与计算机数据总线连接，其一个输出端与A/D转换器R/H端连接，其它输出端分别与上述各与门的一个输入端对应连接，各与门的另一个输入端分别与A/D转换器的位选通端对应连接，各与门的输出端经或门连接在A/D转换器数据输出的第一个锁存器控制端上；两个地址译码器输入端与地址总线低三位连接，计算机控制总线的读、写信号分别与两个译码器的一个使能端连接，一个译码器输出的读信号连接在A/D转换器数据输出的第二个锁存器控制端上，另一个译码器输出的写信号连接在第三个锁存器控制端上。
上述技术方案中，所述接口控制电路还包括一个数值比较器，数值比较器的一组输入端与计算机地址总线连接，另一组输入端与地址设定开关连接，其输出端分别与两个译码器的另一个使能端连接。所述信号放大电路由差分放大器和可变量程放大器依次串联构成，所述接口控制电路还包括第四个锁存器及一个多选一模拟开关，第四个锁存器的输入端与计算机数据总线连接，输出端与多选一模拟开关的输入端连接。可改变放大器的量程，第四个锁存器的控制端与上述写信号译码器的输出端连接，差分放大器的一个输入端与线性化处理电路的输出端连接，另一个输入端经可调电阻接地。所述传感器可以为温度传感器或压力传感器。
上述技术方案中，“对所采集数据进行控制、管理、处理、输出”是指计算机软件的功能和作用。本实用新型计算机软件具有下列功能1．采集测量数据，在屏幕上动态绘出各点图象(即图形)，并将数据存放在计算机文件中；2．可以将已经存在的文件读出，并显示其图象；3．可以根据用户需要截取相应的结果数据段；4．可以按测得数据及计算公式计算结果；5．打印测量数据。
环境要求DOS版本DOS操作系统，UCDOS中文平台；WINDOWS版本WINDOWS操作系统。
上述技术方案，当传感器为温度传感器时，1．测定燃烧热；2．采用凝固点下降法测定摩尔质量；3．测定溶解热；4．测定恒温槽灵敏度。当传感器为压力传感器时，可测定纯液体饱和蒸汽压。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1．采样速度快且时间间隔可调。本实用新型采样速度大大高于传统人工采样。一般人工采样速度为15秒至30秒/每点，而计算机采样速度比传统人工快10倍以上。由于采样时间间隔有计算机软件程序设定，因此采样时间间隔可根据实验要求提前进行调节，与现有技术相比既灵活又规范。
2．即时显示所采集的数据及图形。在计算机软件程序控制下，本实用新型可以将采集的数据即时显示在屏幕的直角坐标系中，并绘制成图形，及时、直观、形象地反映理化实验状况，大大提高了理化实验的教学效果。
3．由于本实用新型具有即时显示实验状况的特点，因此在实验过程中，根据图形曲线(或直线)的走向，可予先进行各方面调整(如，温度、压力、操作方法等)，使实验最优化。若发现图形曲线不符合要求，也可以立即停止实验，重新开始，这样既提高了实验的成功率，又节省了时间和精力。
4．本实用新型除了实现上述自动测定功能以外，还可以任意截取有效数据段，立即计算最终结果并进行误差分析；数据及图形文件的保存、管理、打印等，真正实现了实验全过程的自动化、形象化、精确化和最优化。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述附
图1为本实用新型结构框图；附图2为本实用新型软件流程图。
实施例参见
图1及图2，一种多功能物理化学实验自动测定装置，由热电式温度传感器、A/D转换电路、接口控制电路以及对所采集数据进行控制、管理、处理、输出的计算机组成；所述A/D转换电路由线性化处理电路、差分放大器、可变量程放大器、A/D转换器依次串联构成，差分放大器的一个输入端与线性化处理电路的输出端连接，另一个输入端经可调电阻接地，A/D转换器采用ICL7135；所述接口控制电路由A/D转换控制电路和可变量程控制电路组成；所述A/D转换控制电路包括一个数值比较器(采用74LS688)、两个译码器(每个译码器采用一片74LS138)、三个锁存器(每个锁存器采用一片74LS373)、五个与门(采用74LS08)以及四个或门(合用一片74LS32)，两个锁存器串接在A/D转换器的数据输出端(BCD码输出端)与计算机数据总线之间，第三个锁存器的输入端与计算机数据总线连接，其一个输出端与A/D转换器R/H端连接，其它五个输出端分别与上述五个与门的一个输入端对应连接，五个与门的另一个输入端分别与A/D转换器的五个位选通输出端对应连接，五个与门的输出端经四个或门连接在A/D转换器数据输出的第一个锁存器控制端上；数值比较器的一组输入端与计算机地址总线高八位连接，另一组输入端与地址设定开关八位连接，其输出端分别与两个译码器的一个使能端连接，两个译码器输入端与地址总线低三位连接，计算机控制总线分别与两个译码器的另一个使能端连接，一个译码器输出的读信号连接在A/D转换器数据输出的第二个锁存器控制端上，另一个译码器输出的写信号连接在第三个锁存器控制端上；所述可变量程控制电路还包括一个锁存器(采用一片74LS373)及一个八选一模拟开关(采用一片4051)，锁存器的输入端与计算机数据总线连接，输出端经八选一模拟开关连接在放大器上，锁存器的控制端与上述输出写信号的译码器输出端连接。
本实施例的工作原理是热电式传感器把所测量的温度转换成电压信号输出，经过线性化处理以后，与设定值(调节可调电阻，得到T0所对应的电压)一起送入差分放大器进行放大，再经过可变量程放大器放大后送入A/D转换器进行A/D转换。接口控制电路中的两个译码器产生三个控制信号，分别控制A/D转换器的启动和关闭、可变量程放大器的量程以及数字信号的输出，这三个控制信号均由软件程序控制产生。为了确保A/D转换器的数据能够正确可靠地与计算机数据总线挂接，采用了八D锁存器对输入、输出数据进行锁存。本接口控制电路为了适应与所有类型计算机正确连接，采用IBM-PC总线接口卡的地址可以根据机器的不同进行设定(通过地址设定开关进行设定)。当设定值与地址总线的高八位相同时，数值比较器输出低电平有效信号，作为地址译码器的使能端通过对低三位的译码，来读、写数据和控制A/D转换。本实施例所用I/O接口地址分别为318H、319H、31AH，当向口地址318H写入00数据时，A/D转换器在本次转换后立即转入停顿状态，显示值保持不变，写入01数据时，启动A/D转换器进行转换。在显示值保持不变时，分别向地址318H写入02H、04H、08H、10H、20H五个数据，使上述第三个八D锁存器的输出端Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分别输出高电平，它们分别与A/D转换器的位选通信号D1、D2、D3、D4、D5共同作用，把A/D转换器输出的每一位数字信号进行锁存，即当Q1、D1共同作用时，对A/D转换器的第一位数字信号进行锁存，这时通过口地址31AH读出第一位数；当Q2、D2共同作用时，对第二位数字进行锁存，再通过31AH读出第二位数；依次下去直到五位数全部读出。当向口地址319H写入不同数据时，通过4051八选一模拟开关可以改变放大器的量程。
权利要求1．一种多功能物理化学实验自动测定装置，其特征在于由传感器、A/D转换电路、接口控制电路以及对所采集数据进行控制、管理、处理、输出的计算机组成；所述A/D转换电路由线性化处理电路、信号放大电路、A/D转换器依次串联构成；所述接口控制电路包括两个地址译码器、三个锁存器、对应数据位数的与门以及或门，两个锁存器串接在A/D转换器的数据输出端与计算机数据总线之间，第三个锁存器的输入端与计算机数据总线连接，其一个输出端与A/D转换器R/H端连接，其它输出端分别与上述各与门的一个输入端对应连接，各与门的另一个输入端分别与A/D转换器的位选通端对应连接，各与门的输出端经或门连接在A/D转换器数据输出的第一个锁存器控制端上；两个地址译码器输入端与地址总线低三位连接，计算机控制总线的读、写信号分别与两个地址译码器一个使能端连接，一个译码器输出的读信号连接在A/D转换器数据输出的第二个锁存器控制端上，另一个译码器输出的写信号连接在第三个锁存器控制端上。
2．根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述接口控制电路还包括一个数值比较器，数值比较器的一组输入端与计算机地址总线连接，另一组输入端与地址设定开关连接，其输出端分别与两个地址译码器的另一个使能端连接。
3．根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述信号放大电路由差分放大器和可变量程放大器依次串联构成，所述接口控制电路还包括第四个锁存器及一个多选一模拟开关，第四个锁存器的输入端与计算机数据总线连接，输出端经多选一模拟开关连接在放大器上，第四个锁存器的控制端与上述写信号译码器的输出端连接，差分放大器的一个输入端与线性化处理电路的输出端连接，另一个输入端经可调电阻接地。
4．根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述传感器为温度传感器或压力传感器。
专利摘要一种多功能物理化学实验自动测定装置,特征是:由传感器、A/D转换电路、接口控制电路以及对所采集数据进行控制、管理、处理、输出的计算机组成;所述A/D转换电路由线性化处理电路、信号放大电路、A/D转换器依次串联构成;所述接口控制电路包括两个译码器、三个锁存器、对应数据位数的与门以及或门。特点是:真正实现了实验全过程的自动化、形象化、精确化和最优化,大大提高了理化实验的教学效果。
文档编号G09B23/18GK2338831SQ9822466
公开日1999年9月15日 申请日期1998年7月23日 优先权日1998年7月23日
发明者华南平, 耿静漪, 乔专虹, 曲波, 吕建平, 肖圣兵 申请人:苏州大学