2024年5月11日发(作者：关雨安)
3.2 变压器式传感器
变压器式传感器把被测量的变化转换为变压器互感的变化，变压器的初级线圈输入交流电压，次
级线圈则互感应输出电势，由于互感式传感器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传
感器。
3.2.1 结构与原理
图3.2.1是一个
型差动变压器，它由两个
型铁心、一个活动衔铁及多个铁心线圈组成。线圈1
和线圈2顺串组成初级绕组，
U
加在初级绕组的激励电压。线圈3和线圈4反串组成次级绕组，其输
出电压为
U
sc
。
图3.2.1
型差动变压器的结构原理 图3.2.2 差动变压器输出特性曲线
初次级线圈间的耦合程度与衔铁的位置有关。假如衔铁上移，则线圈1、3间的耦合加强，它们
间的互感增大，而线圈2、4间的耦合程度减弱，它们间的互感减小。因此，差动变压器的初次级线
圈间的耦合程度将随衔铁的移动而改变，即被测量位移可转换为传感器的互感变化，当用一定频率的
电压激励初级绕组时，次级的输出电压
U
sc
与互感的变化有关，这样，将被测位移转换为电压输出。
差动变压器与一般变压器不同，一般变压器为闭合磁路，初次级的互感为常数，而差动变压器由
1
于存在铁心气隙，是开磁路，且初次级的互感随衔铁位移而变化，另外，差动变压器的两个次级线圈
按差动方式工作，输出电压
U
sc
U
1
U
2
。
1）当衔铁位于中间位置时，
M
1
M
2
,U
1
U
2
,U
sc
0
；
2）当衔铁向上移动，
M
1
M
2
，
U
1
U
2
，
U
sc
0
；
3）当衔铁向下移动，
M
1
M
2
，
U
1
U
2
，
U
sc
0
。
所以，当衔铁偏离中心位置时，输出电压
U
sc
随偏离的增大而增加，但上、下偏移的相位差180°，
如图3.2.2所示。实际上，衔铁位于中心位置时，输出电压
U
sc
并不等于零，而是
U
z
，它是零点残余电
压，其产生原因很多，主要是由变压器的制作工艺和导磁体安装等问题引起。
U
z
一般在几十毫伏以下，
实际使用中，必须设法减小
U
z
，否则会影响测量结果。
3.2.2 等效电路
在忽略线圈寄生电容、铁心涡流损耗及磁滞损耗的情况下，一个理想的差动变压器可等效为图
3.2.3所示的电路。
2
2024年5月11日发(作者：关雨安)
3.2 变压器式传感器
变压器式传感器把被测量的变化转换为变压器互感的变化，变压器的初级线圈输入交流电压，次
级线圈则互感应输出电势，由于互感式传感器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传
感器。
3.2.1 结构与原理
图3.2.1是一个
型差动变压器，它由两个
型铁心、一个活动衔铁及多个铁心线圈组成。线圈1
和线圈2顺串组成初级绕组，
U
加在初级绕组的激励电压。线圈3和线圈4反串组成次级绕组，其输
出电压为
U
sc
。
图3.2.1
型差动变压器的结构原理 图3.2.2 差动变压器输出特性曲线
初次级线圈间的耦合程度与衔铁的位置有关。假如衔铁上移，则线圈1、3间的耦合加强，它们
间的互感增大，而线圈2、4间的耦合程度减弱，它们间的互感减小。因此，差动变压器的初次级线
圈间的耦合程度将随衔铁的移动而改变，即被测量位移可转换为传感器的互感变化，当用一定频率的
电压激励初级绕组时，次级的输出电压
U
sc
与互感的变化有关，这样，将被测位移转换为电压输出。
差动变压器与一般变压器不同，一般变压器为闭合磁路，初次级的互感为常数，而差动变压器由
1
于存在铁心气隙，是开磁路，且初次级的互感随衔铁位移而变化，另外，差动变压器的两个次级线圈
按差动方式工作，输出电压
U
sc
U
1
U
2
。
1）当衔铁位于中间位置时，
M
1
M
2
,U
1
U
2
,U
sc
0
；
2）当衔铁向上移动，
M
1
M
2
，
U
1
U
2
，
U
sc
0
；
3）当衔铁向下移动，
M
1
M
2
，
U
1
U
2
，
U
sc
0
。
所以，当衔铁偏离中心位置时，输出电压
U
sc
随偏离的增大而增加，但上、下偏移的相位差180°，
如图3.2.2所示。实际上，衔铁位于中心位置时，输出电压
U
sc
并不等于零，而是
U
z
，它是零点残余电
压，其产生原因很多，主要是由变压器的制作工艺和导磁体安装等问题引起。
U
z
一般在几十毫伏以下，
实际使用中，必须设法减小
U
z
，否则会影响测量结果。
3.2.2 等效电路
在忽略线圈寄生电容、铁心涡流损耗及磁滞损耗的情况下，一个理想的差动变压器可等效为图
3.2.3所示的电路。
2