传感器是基于将电感线圈的自感变化代替被测量的变化,从而实现位移、压强、荷重、液位等参数测量。互感式传感器则是把被测量的变化转换为变压器的互感变化。变压器初级线圈输入交流电压,次级线圈则互感应出电势。由于变压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。
差动变压器结构形式较多,但其工作原理基本相同,下面介绍螺管形差动变压器。它可以测量1~100mm的机械位移,并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点，因此被广泛用于这些位移量的测量。
结构与工作原理
螺线管式差动变压器结构如图9-11所示,它由初级线圈,两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
螺线管式差动变压器按线圈绕组排列方式不同可分为一节、二节、三节、式等类型,如图9-12所示。一节式灵敏度高,三节式零点残余电压较小,通常采二节式和三节式两类。
差动变压器式传感器中两个次级线圈向串联,在忽略铁损,导磁体磁阻和线电容的理想条件下,其等效电路如图9-13示。当初级绕组ϖ1加以激励电压U1时,根据变压器的工作原理,在两个次级绕组ϖ2a和ϖ2b中便会产生感应电势E2a和E2a。由于变压器两次级绕组反向串联，因而U2=E2a-E2b=0，即差动变压器输出电压为零。
当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，ϖ2a中磁通将大于ϖ2b，使M1＞M2，因而E2a增加，而E2b减小。因为U2=E2a-E2b，所以，当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时,U2也必将随二变化。图9-14给出了变压器输出电压U2。与活动衔铁位移的关系曲线。实际上,当街铁位于中心位置时,差动变压器输出电压并不等于零。我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压,记作Ux，它的存在使传感器的输出特性不过零点,造成实际特性与理论特性不完全一致。零点残余电压主要是因传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称,以及磁性材料的非线性等问题引起的。零点残余电压的波形十分复杂,主要由基波和高次谐波组成。基波产生的主要原因是:传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称,导致它们产生的感应电势的幅值不等.相位不同,因此不论怎样调整衔铁位置,两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波,产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和、磁滞)。零点残余电压一般在几十毫伏以下,在实际使用时,应设法减小Ux否则将会影响传感器的测量结果。
