差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，但其工作原理基本相同，下面介紹螺管形差動變壓器。它可以測量1~100mm的機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點，因此被廣泛用于這些位移量的測量。

【結(jié)構(gòu)與工作原理】

  螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)如圖9-11，它是由初級線圈、兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。

  螺線管式差動變壓器按線圈繞組排列的方式不同可分為一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、四節(jié)、和五節(jié)式等類型，如圖9-12，一節(jié)式靈敏度高，三節(jié)式零點殘余電壓較小，通常采用的式二節(jié)式和三節(jié)式兩類。

  差動變壓器式傳感器中兩個次級線圈反向串聯(lián)，在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下，其等效電路如圖9-13所示，當(dāng)初級繞組w₁加以激勵電壓U₁時，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個次級繞組w_2a和w_2b中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢E_2a和E_2b。如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱，則當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時，必然會使兩互感系數(shù)M₁=M₂。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將由E_2a=E_2b。由于變壓器兩次級繞組反向串聯(lián)，因而U₂=E_2a-E_2b=0，即差動變壓器輸出電壓為0。

  當(dāng)活動銜鐵向上移動時，由于磁阻的影響，w_2a中磁通將大于w_2b，使M1>M2，因而E_2a增加，而E_2b減小。反之，E_2b增加，E_2a減小。因為U₂=E_2a-E_2b，所以，當(dāng)E_2a、E_2b隨著銜鐵位移x變化時，U2也必將隨x變化。圖9-14給出了變壓器輸出電壓U2與活動銜鐵位移x的關(guān)系曲線。實際上，當(dāng)銜鐵位于中心位置時，差動變壓器輸出電壓并不等于零。我們把差動變壓器在零位移動時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作Ux，它的存在使傳感器的輸出特性不過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致。零點殘余電壓主要是因傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。零點殘余電壓的波形十分復(fù)雜，主要由基波和高次諧波組成。基波產(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波，產(chǎn)生的原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁帶）。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實際使用時，應(yīng)設(shè)法減小Ux，否則將會影響傳感器的測量結(jié)果。