20世纪 70年代初, 在德国 Jülich 研发出无功耗双面永磁轴承, 为实用型旋转转子真空计 Spinning Rotor Gauge, SRG 的问世奠定了技术基础, 也让尺寸精巧, 操作便捷的测量探头成为可能. 上海伯东是德国 ph-instruments 旋转转子真空计中国总代理.下文来源于 ph-instruments 官网, 将按时间线梳理介绍旋转转子真空计的发展沿革与技术成果.

1976年 第一代旋转转子真空计原型机
首台原型机由各类独立模块与设备组合而成, 整体结构较为零散: 搭载永磁轴承与驱动电路的自动数据采集-核仪器标准 AEC-NIM 机箱组件, 用于信号处理的锁相放大器, 作为时基的频率标准器, 配备预分频器, 用于测量旋转周期的通用计数器, 集成数值计算单元的 AEC-NIM 机箱组件, 以及一台 BCD 码条带打印机.

数值计算单元采用 10位 BCD 码运算模式, 寄存器位数为 8位, 核心基于 TMS1000 计算模块打造, 并搭配自研时序控制系统, 拓展为可编程运算单元. 

第一代旋转转子真空计原型机为全手动操控: 首先启动驱动装置, 当转子达到 400 转/秒的额定工作转速后, 驱动装置自动停机; 随后启动计数器门控电路, 按下计算单元的运行按键. 等待约 30秒后, 设备从计数器读取第一组数据, 再间隔 30秒读取第二组数据, 不久后即可输出最终测量结果. 仪器前端面板配有 BCD 码编码开关, 用于设置校准系数.

1978年 第二代旋转转子真空计原型机
第二代原型机整体架构与第一代基本一致, 核心升级在于: 采用德国 Jülich 本地研发的 BCD 码计数器, 以晶体振荡器作为时基, 并将可调预分频器集成至 AEC-NIM 机箱组件内.

配套数值计算单元为迭代型号, 指令集与外接接口功能均得到扩充. 设备新增一组编码开关, 用于设置零点补偿偏移量, 实现零点校准功能.

1979年 第三代旋转转子真空计原型机, 面向量产
该机型是首款面向量产机型的过渡产品. 整机采用 AEC-NIM 机架, 内置三组独立机箱组件:
1. 永磁轴承电路模块; 2. 驱动电路与信号处理模块; 3. 数值计算模块

数值计算机箱搭载当时全新的 16位 TMS9900微处理器（时钟频率3兆赫兹),  4千字节可擦除可编程只读存储器 EPROM 与2千字节随机存取存储器 RAM; 板载 28位二进制计数器, 20位预分频器以及1兆赫兹晶体振荡器（作为时基）; 同时集成控制面板接口卡( 适配字母数字发光二极管显示屏与内置打印机), 8位数模转换 DA 输出卡( 用于模拟量显示).

转子的启停与调速通过机箱前端面板手动操作完成, 整机参数录入与功能操控则依靠配套键盘实现, 设备额定工作转速仍为 400转/秒. 一旦转子转速低于下限值, 需人工重新抬升转子.

该原型机共计生产10台, 分别交付德国联邦物理技术研究院 PTB 及多国相关科研机构开展实测应用. 配图从左至右依次为: 带绿色指示灯的永磁轴承与驱动电路机箱, 集成打印机, 显示屏及控制面板的数值计算机箱; 图片为搭载测量探头的真空设备.

1981年 Leybold VISCOVAC VM210, MKS SRG-1 首款旋转转子真空计商用机型问世
Leybold 与 MKS 两家企业获得技术授权, 推出首批商用旋转转子真空计, 两款产品均沿用第三代原型机及试产机型的硬件架构, 并整合至 19英寸标准机柜机箱中. 设备可选配 RS232 接口, 支持参数录入, 测量数据读取, 以及远程控制转子抬升操作.

两款机型仅前端面板布局与固件程序存在细微差异. 相较于旋转转子真空计 SRG-1, VM210 还可输出测量值的倒数, 搭配对应校准系数后, 能够直接显示气体平均自由程与单分子层覆盖时长.

VM210 的控制单元由 Aachen RWD 公司生产, SRG-1 控制单元则由慕尼黑 MKS 公司制造; 配套测量探头分为两款: leybold 自主设计的 VK200 型（科隆生产）, 以及 MKS 沿用原有结构的探头（慕尼黑生产）. 配图主体为 leybold VISCOVAC VM210 设备, 左侧依次是接口模块与信号处理模块, 前景为永磁轴承模块.

1983年 Leybold VISCOVAC VM211, MKS SRG-2 旋转转子真空计核心技术更新
前代机型 VM210 / SRG-1 因模块数量多, 电源体积庞大, 整机笨重, 且无掉电保护存储器, 每次开机都需重新设置参数. 同时设备未搭载线性修正功能, 当气压约高于 10 Pa 时, 显示误差会急剧增大.

1983年马德里国际真空大会上, 两款旋转转子真空计迭代机型正式发布, 多项性能完成优化: 整机电路整合为两大组件--主控主板与测量探头功能组件, 依旧采用 19英寸标准机箱, 功耗降至 12瓦, 整机重量大幅减轻; 核心更换为新一代紧凑型 16位 TMS9995微处理器（时钟频率3兆赫兹）.

Leybold 将该机型命名为旋转转子真空计 VISCOVAC VM211, MKS 命名为 SRG-2. 硬件配置包含: 32千字节 EPROM, 4千字节电池备份式 RAM, 以及为永磁轴承供电的备用电池; 标配两路开关量输出, 模拟量输出, 内置打印机; VM211 配备字母数字显示屏, SRG-2 为纯数字显示屏; 可选配 RS232 或 I EEE488 接口.

旋转转子核心技术革新: 实现转子与转速全自动控制, 新增线性修正功能, 测量上限拓展至 100 Pa; 额定工作转速调整为 415转/秒. 除可显示 Pa, mbar, torr三种压强单位及减速速率（转/秒）外, VM211 还支持显示质量流密度, 粒子流密度, 气体密度, 气体平均自由程, 单分子层覆盖时长. 两款机型内部结构一致, 仅面板设计不同, 均由亚琛 RWD 公司代工生产. 配图为 VISCOVAC VM211 整机

1985年 搭载差分扫描线圈的全新测量探头
1981年首款量产机型配套的初代测量探头抗振能力较差. 1985年, 测量探头完成全方位升级:
1. 采用差分线圈进行转速采集, 信号采集效率显著提升, 同时降低转子径向偏移带来的干扰, 设备稳定性增强;
2. 优化阻尼线圈结构, 减振效果大幅提升;
3. 结构适配规模化量产;
4. 消除钢质外壳与测量管内孔之间的缝隙, 避免试验时传感滚珠掉落, 防止下方环形接线板发生短路故障

升级后探头分为两个型号: MKS 沿用原有结构, 命名为 SH700 ; Leybold 自主优化设计命名为 VK201.

1989年 Leybold VISCOVAC VM212 旋转转子真空计迭代
1989年, VISCOVAC VM211 迎来再次迭代, 推出 VM212 机型. 主要升级内容
1. 微处理器主频提升: TMS9995 处理器运行频率升级至4兆赫兹
2. 接口全面升级：取消内置打印机，标配并口 (兼容标准并行打印接口), RS232 接口与 IEEE488 接口; 新增适配 24伏可编程逻辑控制器 PLC 的远程控制接口
3. 存储与时序优化: 采用集成时钟模块的电池备份 RAM, 打印数据可附加时间戳
4. 人机交互优化：简化操作逻辑, 改良用户界面, 解决前代机型操作体验不佳的问题
5. 功能拓展: 新增气体粘度测量功能

20世纪90年代, 设备通过电磁兼容 EMC 小幅整改, 取得 CE认证. 后续 leybold 被 Balzers  收购, 该系列产品于1998年正式停产.

1995年 SAES Getters SVG1 便携式旋转转子真空计
SVG1 专为真空保温隔热领域设计, 是一款便携式转子规, 也标志着仪器 16位处理器时代落幕. 整机搭载 32位 MC68332 微控制器（时钟频率21兆赫兹）, 配置 512千字节只读存储器 ROM, 256 千字节 RAM, 全部电路集成于单块印刷电路板中; 采用 12英寸机箱, 配备便携提手与安装支架.

供电系统完成革新: 摒弃传统工频变压器, 改用宽电压开关电源, 市电输入范围覆盖 90~260V, 无需手动切换电压档位. 全新优化的线性修正算法, 将测量量程拓展至10⁻⁴ Pa ~100 kPa（该套线性修正算法后续被全系机型沿用）

测量探头完成全对称重新设计, 集成温度检测功能, 磁场强度提升以稳固转子. 转子额定工作转速提升至 615转/秒, 结合强磁固定结构, 设备抗振性能优异, 可直接应用于施工现场

其他配置: 内置打印机, RS232 接口, 开关量输出, 模拟量输出, 以及存储卡接口（用于存储设备参数与测量数据）. 整机（含测量探头）由亚琛 RWD 公司生产. 配图为掀开控制面板盖板的 SVG1 设备

1998年 MKS SRG-2CE 旋转转子真空计
老旧款 SRG-2 需更换为符合 CE 标准的迭代产品, 旋转转子真空计 SRG-2 CE 应运而生. 该机型仅沿用前代名称, 硬件架构全面革新, 核心电路基于 SVG1 简化而来, 删减非必要功能模块

SRG-2 采用 2U高度的19英寸标准机箱, 可兼容前代 SH700 测量探头. 转子额定工作转速为440转/秒, 测量量程 10⁻⁴ Pa~100 Pa. 标配内置打印机, RS232接口, 开关量输出与模拟量输出. 设备初期由亚琛 RWD 公司生产, 1999 年起转为项目主创人员 Klaus Witthauer 独立生产

2003年 MKS SRG-2 CE/0 旋转转子真空计
受核心元器件采购困难, 定制差分变压器供应受阻影响, 该机型完成电路重新研发. 硬件调整如下: 取消内置打印机, 改为外置并行打印接口: 永磁轴承系统摒弃差分变压器, 采用基于电子线圈仿真器（回转器）的测量电桥全新架构

2004年 “大气环境（atm-O-sphere）”连续测量技术研究项目
该项目旨在研发可连续测量的新型旋转转子真空计, 目标量程设定为10⁻⁴ pa~100 kPa. 旋转转子真空计新型测量探头内置立式同轴测量管, 驱动定子采用叠片铁芯结构; 全新三相驱动电机相较传统结构, 能量效率大幅提升.

转子额定工作转速设定为 700转/秒. 设备通过正交锁相环 PLL, 让基准振荡器同步双通道正交转速采样信号, 实时输出瞬时转速; 再由转速控制器维持转速恒定. 整套控制逻辑基于软件实现, 核心采用 32位数字信号处理器（DSP）TMS320F2812（时钟频率150兆赫兹）

该项目最终存在技术局限: 受定子电路噪声干扰, 设备实测下限仅能达到 0.01~0.1 Pa，无法达到设计目标; 同时电机效率受温度影响较大, 成为另一项技术难题. 配图左上角为测量探头调试实验装置.

2006年 MKS SRG-2CE/ARM 旋转转子真空计
欧盟《限制有害物质指令（RoHS）》正式实施后, SRG-2CE/0原搭载的 MC68332微控制器（外购模块化器件）被淘汰. 设备更换为 32位 ARM7 架构 LPC2106 微控制器（时钟频率60兆赫兹）

由于两款控制器硬件资源差异较大, 设备操作系统与全部应用程序均重新编写. 本次迭代搭建起成熟的 ARM7 硬件平台, 成为后续多款新品及功能升级的技术基础.

2008年 MKS SRG-3 旋转转子真空计
因 SRG-2CE 系列多款核心器件（如LVDT控制模块NE5521）停产, 采购困难, MKS 推出全新迭代旋转转子真空计 SRG-3. 这是首款全表面贴装器件 SMD 工艺打造的旋转转子真空计, 采用半宽 19英寸紧凑型机箱

设备沿用 ARM7 架构 LPC2106 微控制器（时钟频率60兆赫兹）, 其内置的 32位定时器模块与旋转转子真空计的控制需求高度匹配, 固件基于前代 ARM7 平台操作系统开发

主要配置: 双行液晶显示屏 LCD, 外接传感器辅助输入接口, USB接口, RS232 接口, 并行打印输出, 开关量输出及模拟量输出; 转子额定工作转速保持 440转/秒, 兼容传统 SH700测量探头（该探头现已由亚琛厂商生产, 慕尼黑原厂已停产）. SRG-3 初期在 Aachen Klaus Witthauer 简称 KW 负责生产, 2012年起慕尼黑 MKS 公司也开始投产. 配图为 MKS SRG-3 整机

2011年 KW VIM-1 旋转转子真空计
该机型专为密闭真空腔体在线监测设计. 因 SAES Getters 停产 SVG1, 大量存量设备用户无法采购备件, 应市场需求开发此款转子规. VIM-1 为便携式设备, 外形尺寸与 SRG-3相近, 同样搭载 60兆赫兹ARM7 架构 LPC2106 微控制器

设备采用模块化电路设计, 测量探头各项功能分别集成于独立小型插拔模块, 更换对应模块即可适配不同规格的测量探头, 拓展性极强.

为控制成本, 该机型量程精简为10⁻⁴ Pa~100 Pa，舍弃了 100 kPa的高压测量区间. 测量探头沿用 SVG1 的结构, 集成温度检测功能, 抗振性能优异, 转子额定工作转速 615转/秒. 整机操作简洁, 标配 USB 接口, RS485 接口, 串行打印接口及半导体继电器式开关量输出; 借助 RS485 总线, 可将多台设备组网, 由一台上位机统一管控.

2019年 ph-instruments 成立, 推出全新系列的旋转转子真空计
在 Dr. Peter Hofmann（曾任 MKS 德国公司总经理）的主导下, 全新的 ph-instruments 有限公司正式成立. 公司吸纳 Klaus Witthauer 积累的全套核心技术经验, 联合资深测控工程师团队, 持续深耕旋转转子真空计这一特色技术, 研发新品并拓展全新应用领域. 推出全新型号的旋转转子真空计  Dositorr,  VIM-2

从1976年 第一代旋转转子真空计原型机的问世至今, 磁悬浮旋转转子技术历经半个世纪的发展迭代, 上海伯东德国 ph-instruments 中国总代理, 专注于为客户提供定制化解决方案, 并持续提供专业技术支持.  德国 ph-instruments SRG 磁悬浮转子真空计不仅仅定位为传统真空计的替代品, 而是作为确保先进制造制程中计量完整性的基础技术. 透过提供高度准确和稳定的真空测量,SRG 旋转转子真空计能够实现更严格的制程控制, 减少变异性, 应用并提高半导体制造, 镀膜, 显示面板, 光伏等高精密应用中的良率和产品质量.

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