差動(dòng)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(dòng)變壓器。它可以測(cè)量1~100mm的機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于這些位移量的測(cè)量。

【結(jié)構(gòu)與工作原理】

  螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖9-11，它是由初級(jí)線(xiàn)圈、兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈和插入線(xiàn)圈中央的圓柱形鐵芯等組成。

  螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器按線(xiàn)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(lèi)型，如圖9-12，一節(jié)式靈敏度高，三節(jié)式零點(diǎn)殘余電壓較小，通常采用的式二節(jié)式和三節(jié)式兩類(lèi)。

  差動(dòng)變壓器式傳感器中兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈反向串聯(lián)，在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線(xiàn)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(jí)繞組w₁加以激勵(lì)電壓U₁時(shí)，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個(gè)次級(jí)繞組w_2a和w_2b中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E_2a和E_2b。如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，則當(dāng)活動(dòng)銜鐵處于初始平衡位置時(shí)，必然會(huì)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(jí)繞組反向串聯(lián)，因而U₂=E_2a-E_2b=0，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為0。

  當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，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?yàn)閁₂=E_2a-E_2b，所以，當(dāng)E_2a、E_2b隨著銜鐵位移x變化時(shí)，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(dòng)銜鐵位移x的關(guān)系曲線(xiàn)。實(shí)際上，當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出電壓并不等于零。我們把差動(dòng)變壓器在零位移動(dòng)時(shí)的輸出電壓稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓，記作Ux，它的存在使傳感器的輸出特性不過(guò)零點(diǎn)，造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致。零點(diǎn)殘余電壓主要是因傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)，以及磁性材料的非線(xiàn)性等問(wèn)題引起的。零點(diǎn)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(jí)繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線(xiàn)圈中感應(yīng)電勢(shì)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(xiàn)的非線(xiàn)性（磁飽和、磁帶）。零點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)設(shè)法減小Ux，否則將會(huì)影響傳感器的測(cè)量結(jié)果。