03电感传感器
电感式传感器的特性及应用
电感式传感器的特性及应用电感式传感器是一种通过测量电感值的变化来实现信号的检测和转换的传感器。
它利用了物体与线圈之间的磁场相互作用来实现信号的感知和测量。
电感式传感器具有灵敏度高、响应速度快、质量轻、成本低、结构简单等特点，因此在众多领域得到广泛应用。
首先，电感式传感器的特性主要表现在以下几个方面：1. 灵敏度高：电感式传感器通过测量线圈的电感值来感知外部物体的磁场，具有较高的灵敏度，可以实现对微小磁场变化的检测。
2. 响应速度快：电感式传感器的响应速度较快，可以及时对外部磁场的变化做出响应，实现实时监测和控制。
3. 宽频段：电感式传感器在很大程度上不受频率的限制，可以检测到较宽范围内的磁场信号。
4. 成本较低：由于电感式传感器的结构相对简单，所需材料较少，因此成本相对较低。
其次，电感式传感器具有广泛的应用领域，常见应用如下：1. 位移测量：电感式位移传感器可以通过感应物体与线圈之间的磁场来实现对物体位移的测量。
在机械、汽车、仪表等领域中广泛应用于位移、位置或端点检测等。
2. 速度测量：通过测量转子上的磁场与线圈之间的电感值变化，可以实现转子转速的检测，广泛应用于发电机、电机和机械制造等领域。
3. 流量测量：电感式流量传感器通常通过测量流体通过导体管道时磁场的变化来实现对流速的测量，广泛用于石油、化工、水处理等行业中的流量检测。
4. 重量测量：电感式传感器可通过检测导体中电流的变化来实现对物体重量的测量，广泛应用于电子天平、电子秤等领域。
5. 磁场检测：电感式传感器可感知磁场的强度和方向，广泛应用于磁场地质、磁场测量仪等领域。
6. 位置检测：电感式传感器可以通过检测物体与传感器之间的磁场变化来实现对物体位置的检测，常用于自动控制和机器人定位等领域。
总之，电感式传感器具有较高的灵敏度、响应速度快、结构简单等特点，能够实现对磁场信号的感知和测量。
其应用广泛，包括位移测量、速度测量、流量测量、重量测量、磁场检测、位置检测等领域。
电感式传感器
• 需要采取相应的防护措施
成本相对较高
• 由于制造工艺和材料的要求较高，成本相对较高
• 在一些对成本敏感的应用中，可能不如其他类型的传感器受欢迎
电感式传感器的性能比较
与电阻式传感器的比较
与电容式传感器的比较
• 电感式传感器具有较高的灵敏度和精度，但成本较高
• 电感式传感器具有较高的灵敏度和精度，但受电磁场影
降低传感器的成本和体积
• 优化制造工艺，降低传感器的成本和体积
• 采用新型材料和封装技术，提高传感器的性能和寿命
电感式传感器的市场需求分析
工业领域的需求
• 自动化生产线、机器人、过程控制等领域的需求持续增长
• 对传感器的性能、稳定性和可靠性要求不断提高
家用电器领域的需求
• 家电安全检测、节能控制、智能化等领域的需求持续增长
D O C S S M A RT C R E AT E
电感式传感器原理与应用
CREATE TOGETHER
DOCS
01
电感式传感器的基本原理
电感式传感器的定义与分类
电感式传感器的定义
• 以电感量为测量对象的传感器
• 通过电感变化量来检测被测量的变化
电感式传感器的分类
• 按结构分：线圈式、磁珠式、变压器式等
• 保证磁通的稳定性和线性度
⌛️
提高传感器的稳定性和可靠性
• 采取防护措施，减小环境因素的影响
• 优化制造工艺，提高传感器的性能和寿命
电感式传感器的制作方法与技巧
线圈的制作方法
磁路系统的制作方法
传感器的封装方法
• 绕制线圈，选择合适的导线材料和
• 选择合适的磁芯材料和磁路结构
• 采用塑料、金属等封装材料，保护
电感式传感器
汇报人：XX
• 电感式传感器概述 • 电感式传感器结构与设计 • 电感式传感器性能参数 • 电感式传感器测量电路 • 电感式传感器应用实例 • 电感式传感器发展趋势与挑战
01
电感式传感器概述
定义与工作原理
定义
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量转换 成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转 换为电压或电流的变化量输出的装置，用来检测位移 、压力、振动、应变、流量等参数。
铁粉芯磁芯具有较低的磁导率 和较高的饱和磁感应强度，适
用于大电流和低频电路。
硅钢片
硅钢片磁芯具有较低的磁滞损 耗和涡流损耗，适用于高精度
测量和控制系统。
非晶合金
非晶合金磁芯具有优异的磁性 能和机械性能，适用于高性能
传感器和电力电子器件。
03
电感式传感器性能参数
灵敏度与分辨率
灵敏度
电感式传感器的灵敏度是指其输出信 号与被测量变化之间的比值。高灵敏 度意味着传感器能够检测到微小的被 测量变化，并产生相应的输出信号。
压力测量应用
液压系统压力监测
在液压系统中，电感式传感器可 测量油液的压力变化，确保系统
的正常运行和安全性。
气动系统压力检测
电感式传感器可用于气动系统中， 检测气体压力的变化，为系统的稳 定性和效率提供保障。
工业过程压力监控
在化工、石油等工业过程中，电感 式传感器可实时监测管道或容器内 的压力变化，确保生产安全。
06
电感式传感器发展趋势与挑战
微型化与集成化发展趋势
微型化设计
随着微电子技术和微纳加工技术 的发展，电感式传感器的体积不 断缩小，实现微型化，有利于其 在狭小空间和复杂环境中的应用
《电感式传感器》课件
战
新材料与新技术的应用
新材料
研究新型的敏感材料，如纳米材料、生物材料等，以 提高传感器的性能和稳定性。
新技术
引入新型的信号处理和数据处理技术，如人工智能、 机器学习等，以提高传感器的测量精度和响应速度。
提高测量精度与稳定性
优化设计
通过改进传感器的结构和设计，提高其测量精度和稳 定性。
误差补偿
采用误差补偿技术，减小或消除传感器测量过程中的误 差，提高测量精度。
03 电感式传感器的设计与优化
线圈材料与线圈结构
线圈材料
线圈材料的选择对电感式传感器的性 能有着重要影响。常用的线圈材料包 括铜、镍和铁等，它们具有不同的电 导率、磁导率和机械性能。
线圈结构
线圈的结构包括绕线方式、匝数、线 径等参数，这些参数直接影响着电感 式传感器的灵敏度和线性度。
磁芯材料与磁路设计
VS
互感优化
互感是电感式传感器中的一种干扰因素， 它会影响传感器的测量精度。优化互感的 方法包括合理安排线圈和磁芯的位置、采 用屏蔽措施等。
04 电感式传感器的实际应用案例
测量长度与位移的案例
总结词
在工业自动化生产线上，电感式传感器常被 用于测量长度和位移，以确保产品质量和生 产效率。
详细描述
电感式传感器利用电磁感应原理，通过测量 金属物体在磁场中的位移变化来检测长度和 位移量。这种传感器具有高精度、非接触、 长寿命等优点，广泛应用于金属材料、塑料 、纸张等产品的长度和位移检测。
测量电路与输出信号处理
总结词
电感式传感器需要配合适当的测量电路和输出信号处理方式，以获得准确的测量结果。
详细描述
电感式传感器输出的信号通常比较微弱，需要配合适当的测量电路和输出信号处理方式，如放大器、 滤波器、模数转换器等，以获得准确的测量结果。此外，为了减小误差和提高测量精度，还需要对电 感式传感器的输出信号进行误差补偿和校准。
电感式传感器原理
电感式传感器原理
电感式传感器是一种利用电感效应进行测量和检测的传感器。
其基本原理是根据电感的特性来实现信号的转换和传输。
电感式传感器的工作原理是通过改变线圈中的电感值来感应外部的物理量。
当外部物理量发生变化时，线圈中的电感值也会相应地发生变化。
通过测量线圈的电感值的变化，可以得知外部物理量的变化情况。
电感是指导线圈中产生的自感应电动势。
当线圈中的电流发生变化时，会产生与电流变化方向相反的电动势。
这种电动势会产生磁场并储存能量。
当外部物理量改变线圈中的磁场时，会影响线圈中的电感值。
测量电感值的常用方法是利用谐振电路。
当外部物理量引起电感值变化时，会影响谐振电路的谐振频率。
通过测量谐振频率的变化，可以得到外部物理量的变化信息。
电感式传感器广泛应用于各种测量和控制领域。
例如，在温度传感中，可以利用电感式传感器测量温度变化引起的电感值变化；在位移传感中，可以利用电感式传感器测量物体位置的改变；在压力传感中，可以利用电感式传感器测量压力变化引起的电感值变化等。
总之，电感式传感器是一种利用电感效应进行测量和检测的传感器，通过测量线圈的电感值的变化来获取外部物理量的变化
信息。
由于其简单、可靠和精度高的特点，电感式传感器被广泛应用于各种工程领域。
电感式传感器测位移原理
电感式传感器测位移原理
电感式传感器是一种常用于测量位移的传感器，它利用电感的变化来感知目标
物体的位移。
电感式传感器的工作原理基于电感的特性，即当磁场的强度发生变化时，电感的值也会发生变化。
电感式传感器通常由线圈和磁芯组成。
当目标物体移动时，会改变线圈周围的
磁场强度，导致线圈中感应电流的变化。
通过测量感应电流的变化，就可以确定目标物体的位移。
电感式传感器测量位移的原理可以简单描述为：当目标物体移动时，线圈周围
的磁场强度发生变化，导致感应电流的变化，通过测量感应电流的变化即可确定目标物体的位移。
电感式传感器的优点包括测量精度高、响应速度快、寿命长、不受环境干扰等。
它们被广泛应用于工业自动化、汽车电子、航空航天等领域。
总的来说，电感式传感器测位移的原理是利用电感的变化来感知目标物体的位移，通过测量感应电流的变化来确定位移的大小。
它具有测量精度高、响应速度快等优点，适用于各种工业领域的位移测量应用。
第三章 电感式传感器
所以
a L L' L0 L0 a
L L0 1 K0 a a
其灵敏度系数K0为
但是，由于漏感等原因，变面积式自感传感器在A=0时，仍 有一定的电感，所以其线性区较小，为了提高灵敏度，常将 δ做得很小。这种类型的传感器由于结构的限制，它的量程 也不大，在工业中用得不多。
3 螺管型自感传感器
有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁 芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管 线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁 芯的位移量有关。
螺旋管
l r 铁心 x
单线圈螺管型传感器结构图
铁芯在开始插入（x=0）或几乎离开线圈时的灵敏度， 比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明 只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有 较好的线性特性。
U SC
Z1 Z2 Z1 Z 2 E E L1 L2 （Z1 Z2） 2 （Z1 Z2） 2
δ δ δ 2 δ 3 L1 L0 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
L2 L0 δ δ δ 2 δ 3 [1 ( )( ) ( ) ] δ0 δ0 δ0 δ0
R
L L1 L2 2 L0 [1 0 0
L 2 L0 0
2
]
4
L L0 2 K0 0
①差动式自感传感器的灵敏度比单线圈传感器提 高一倍。 ②差动式自感传感器非线性失真小。
第三章 电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非 电量如位移、压力、振动、流量等转换成线圈自 感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换 为电压或电流的变化量输出的传感器。
电感式传感器基本原理
电感式传感器基本原理一、引言电感式传感器是一种基于电磁感应原理的传感器，可用于测量物理量如位移、压力、力等。
本文将介绍电感式传感器的基本原理。
二、电磁感应原理电磁感应是指当导体中存在相对运动的磁场时，会在导体中产生电动势。
这个现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第在1831年首次发现的。
三、电感电感是指导体中存在变化的磁场时，在导体内部产生的自感现象。
它可以用下面的公式来表示：L = NΦ / I其中，L表示电感，N表示线圈匝数，Φ表示穿过线圈的磁通量，I表示通过线圈的电流。
四、电感式传感器基本结构一个典型的电感式传感器由一个可动铁芯和一个固定线圈组成。
当铁芯移动时，它会改变线圈中穿过它的磁通量，从而改变线圈中的自感。
这个变化可以通过测量线圈中产生的电压来确定铁芯位置或者其他物理量。
五、应用实例：位移传感器一个常见的应用实例就是位移传感器。
在这种情况下，传感器的可动铁芯与被测物体相连。
当被测物体移动时，铁芯也会移动，从而改变线圈中的自感。
这个变化可以通过测量线圈中产生的电压来确定被测物体的位置。
六、优缺点电感式传感器具有以下优点：1. 灵敏度高；2. 响应速度快；3. 可以在宽范围内工作。
但是它也有一些缺点：1. 由于需要一个可动部分，所以它比其他类型的传感器更容易损坏；2. 它对外部磁场比较敏感，可能会受到干扰。
七、总结本文介绍了电磁感应原理、电感、电感式传感器基本结构以及应用实例和优缺点。
通过了解这些知识，我们可以更好地理解和使用电感式传感器。
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结论：输出电压的大小和极性随位移变化而变化
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2.特性分析
（1）输出电压不但能反映位移量的 大小，而且能反映位移的方向。 （2）输出电压正比于2Δ I，因而灵 敏度较高。 （3）输出电压非线性减小。 （4）可获得温度自补偿。
结论：当位移控制在－∆δ～＋ ∆δ，输出电压Uo与位移δ近似 线性关系
Uo
L
2 R (L)
2 2
U
结论：输出电压的大小反映动铁位移的大小， 输出电压的极性反映动铁位移的方向 两种情况的输出电压大小相等，方向相反，即相位差180o 为了判别衔铁位移方向，就是判别信号的相位， 要在后续电路中配置相敏检波器来解决
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2. 带相敏检波电路
3.1 自感式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6
气隙型自感传感器 差动自感传感器 差动自感传感器测量电路 螺线管式自感传感器 自感式传感器测量电路 自感式传感器应用举例
按原理分：自感式传感器、互感式传感器（差动传感 器）
按结构分：闭磁路——气隙型；开磁路——电涡流式
l1 l2 l0 Rm Rm i 1S1 2S 2 0S 0
l1、l2、l0——铁芯、衔铁和气隙的长度 S1、S2、S0－铁芯、衔铁和气隙的截面积 μ1、 μ2、 μ0－铁芯、衔铁和气隙的导磁率
即磁路总磁为铁芯、衔铁和气隙三部分磁路磁阻之和
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实际上由于铁芯一般工作于非饱和状态，此时铁芯的 导磁率远远大于空气的导磁率，因而磁路的总磁阻主要由 气隙长度决定，即
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3.1.1 气隙型自感传感器
1. 工作原理
由线圈、铁芯、衔铁三部分组成
（a）变气隙长度
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（b）变气隙截面积
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N2 根据磁路知识，线圈的自感为：L Rm
N——线圈的匝数 Rm－磁路的总磁 在气隙较小的情况下（一般l在0.1~1mm），可以认为 气隙磁场均匀分布，同时忽略磁路铁损，则有：
由于交流电压表不能直接指示电桥 输出电压的极性，即无法确定动铁位移 的方向，因而通常在交流检测电桥中引 入相敏整流电路，把测量电桥的交流输 出转换为直流输出，而后用零值电压表 测量电桥的输出电压。
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2. 带相敏检波电路
Z1、Z2为差动线圈等效阻抗 R为平衡电阻，与Z1、Z2 组成电桥 Dl～D4组成相敏整流电路 Uo为测量电路的输出电压 零值居中的直流电压表指示输出电压的大小和极性
R jL L Uo U取模得Uo U 2 R 2 jL 2 R 2 (L) 2
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（3）动铁下移：
Z1 Z Z ; Z 2 Z Z Z Z 1 Z Uo ( )U U Z Z Z Z 2 2Z
灵敏度高，传感器的输出信号强，有利于信号的传输和放大，能
分辩0.01μm的位移变化，一般每毫米的变化可达数百毫伏的输出； 精度高，重复性好，线性好，非线性误差一般为0.05％～0.1％
主要缺点有： 灵敏度、线性度和测量范围相互制约； 传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。
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１-活动衔铁；２-导磁外壳； ３-骨架；４-匝数为N1初级绕组； ５-匝数为N21的次级绕组； ６-匝数为N22的次级绕组
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常采用三段式结构形式，即一个初级线圈，两个次级线圈，且 反向串接形成“差接”方式。
如图为等效电路图：输入电压通过互感，感应到感应电压e21 和e22，通过移动衔铁，可以改变其原边、副边之间的互感。
自感式传感器
自感式传感器亦称变隙式自感传感器，它是根据铁芯 线圈磁路气隙的改变，引起滋路磁阻的改变，从而改 变线圈自感的大小。
气隙是磁路与磁路之间的空气间隔 ，是以空气为介质 的间隙，其变化可以引起磁路和磁阻的变化 。
气隙参数的改变分变气隙长度δ和变气隙截面积S两种 方式
传感器线圈又分单线圈和双线圈两种。
因而差动变压器可以用来测量动铁位移的大小和方向。
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3.2.2 工作特性
输出电压特性 灵敏度 线性度
温度特性
零点残余电压消除方法
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（1）输出电压特性
由图可见： 完全耦合时： 该线圈磁路的磁阻最小，因而互感M 最 大，感应电动势e最大，因而其输出电压 达到最大值Um。 完全不耦合时： 输出电压Uo，称之为残余电压。 单个线圈变压器输出电压特性 ∆x表示动铁与次级线圈实际位移的范围
动铁上移时，则
1 L1 I1 I1 I 2 L2 I 2 I 2 I
I I 2 I1 ( I 2 I ) ( I1 I ) 2I Uo IZL 2IZL
动铁下移时，则
Uo IZL 2IZL
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电感传感器
电感传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量测量的。
应用电磁感应原理将非电量参数转换为电感量的变化（包括自感和互
感） 根据工作原理不同，可分为自感式、互感式和涡流式三种类型，可用
来测量位移、振动、转速、流量等非电信号。
主要优点是： 结构简单（线圈、铁芯、衔铁），工作可靠，寿命长；
1 , 2 0
l0 Rm 0 S 0 N 2 0 L S0 l0
显然在气隙型传感器中移动衔铁的位置，即可改变气 隙的长度[图(a)]或截面积[图(b)]， 从而引起线圈自感的变 化。
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2. 工作特性
主要分析变气隙式传感器的 线性度和灵敏度。
N 2 0 L S0 l0
改善差动变压器输出电压特性的方法： 提高次级两线圈磁路和电路的对称性 采用相敏整流电路对输出电压进行处理
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（2）灵敏度
定义：差动变压器的灵敏度是指差动变压器在 单位电压激励下，动铁芯移动单位距离时的输 出电压。单位为mV/mm· V
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2f 2 jM U2 U1 R1 jL1
两线圈变气隙式自感传感器采用两个线圈激磁，工作时 两线圈的自感呈反相变化，形成差动输出，因而称之为 差动自感传感器。 差动自感传感器亦有变气隙长度型和变气隙截面积型
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1.工作原理
初态时：若结构对称，且动铁居中，则
1 2 L1 L2 I1 I 2 I 0 U 0
螺线管式
一般采用螺线管式，因为气隙式结构复杂，行程小。
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(a)、(b) 变隙式差动变压器； (c)、(d) 螺线管式差动变压器； (e)、(f) 变面积式差动变压器
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差动变压器
3.2.1 工作原理
3.2.2
3.2.3
工作特性
测量电路
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3.１.1 工作原理
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结论： a) L=f（l0）在S0不变的情况下，为非线性反比例函数； b) L=f（S0）在l0不变的情况下，为线性正比例函数； c) 如图：分别通过改变l0或改变S0，均可以获得Δ L的变化。
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3.1.2 差动变隙式电感传感器
由两个相同线圈，一个可动衔铁组成：
1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁
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结论：
差动两线圈变压器输出电压特性
相对于次级单个线圈，差动两线圈输出电压线性工作范围 大大增加。 改善差动变压器输出电压特性的方法： 提高次级两线圈磁路和电路的对称性
采用相敏整流电路对输出电压进行处理
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理想的差动变压器输出电压与位移成线性关系，但实 际上由于线圈、铁芯、骨架的结构形状、材质等诸多因素 的影响，不可能达到完全对称，使得实际输出电压呈非线 性状态。但在变压器中间部分磁场是均匀且较强的，因而 具有较好的线性段。一般Δ x为线圈骨架1/10~1/4。
可见，可以通过移动衔铁，改变M1、M2，从而改变U2.
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结论：
当动铁处于中间位置时，磁阻Rm1＝Rm2，即互感 M1＝M2，故此时输出 电压U2＝0。 当动铁上移时，磁阻Rm1＜Rm2，则M1=M+Δ M＞ M2=M- Δ M ，此时输出电压U2＜0。 当动铁下移时，磁阻Rm1＞Rm2，则M1=M-Δ M＜ M2=M+Δ M ，此时输出电压U2＞0。
R1和L1表示初级线圈的电阻和自感 R21和R22表示两次级线圈 的电阻 L21和L22表示两次级线圈的自感 M1和M2表示初级线圈分别与两次级 线团间的互感
e2l和e22表示在初级电压u1作用下在 两次线圈上产生的感应电动势
两次级线圈反向串联，形成差动输出 电压u2。
返
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初级线圈的激磁电流为:
差动变压器是互感式传感器，是把被测量的位移量转换成 传感器线圈间互感量的变化。
其原理类似于变压器。不同的是：后者为闭合磁路，前者 为开磁路；后者初、次级间的互感为常数，前者初、次级间的互 感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作，因此又称 为差动变压器。它与自感式传感器统称为电感式传感器。
变隙式 变面积式
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（1）初态时： 由于动铁居中，即Z1＝Z2＝Z，由于桥路结构对称，此时UB＝ UC，即Uo=UB-UC=0。 （2）动铁上移时： Z1↑＝Z十∆Z，Z2↓＝Z—∆Z，即Z1＞Z2→I1＜I2，此时