Принцип действия трансформаторных датчиков основан на изменении коэффициента взаимоиндукции обмоток при перемещении якоря. Они относятся к электромагнитным датчикам генераторного типа. Магнитные системы трансформаторных датчиков такие же, как и у рассмотренных индуктивных датчиках. Отличие заключается лишь в том, что добавляется еще обмотка, с которой и снимается выходной сигнал. Благодаря этому в трансформаторных датчиках отсутствует непосредственная электрическая связь между цепью питания и измерительной цепью. Существует связь лишь за счет магнитного поля (трансформаторная связь), что позволяет выбором числа витков выходной обмотки получить любой уровень выходного напряжения. На рисунке 6 показан трансформаторный датчик с подвижным якорем.
Рисунок 6
Обмотка возбуждения W1 питается напряжением U1, которое создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Во вторичной обмотке W2 индуцируется ЭДС Е2, значение которой зависит от величины воздушного зазора δ. Максимальная ЭДС Е2 получается при δ = 0, поскольку при этом магнитное сопротивление замкнутого магнитопровода минимально и по нему проходит максимальный магнитный поток Ф. С увеличением δ уменьшаются магнитный поток и соответствующая ему ЭДС Е2. Такой датчик используется для измерения малых линейных перемещений, но имеет серьезный недостаток: зависимость ЭДС Е2 от перемещения якоря х нелинейна и не проходит через нуль.
Рисунок 7
На рисунке 7,а показан трансформаторный датчик с поворотной обмоткой. Магнитопровод датчика неподвижен и состоит из ярма 1 и сердечника 2. Обмотка возбуждения W1 размещена на ярме 1, запитана переменным напряжением U1 и создает в зазоре между ярмом 1 и сердечником 2 переменный магнитный поток Ф, амплитудное значение которого неизменно. В зазоре с равномерным распределением индукции размещена поворотная рамка 3 с вторичной обмоткой W2, в которой индуцируется ЭДС Е2, являющаяся выходным сигналом датчика. В зависимости от угла поворота α Е2изменяется от нуля (при α = 0 плоскость рамки размещена вдоль направления магнитного потока) до максимального значения (при α = 90° плоскость рамки размещена поперек направления магнитного потока, весь магнитный поток сцеплен с витками вторичной обмотки W2). При изменении знака угла поворота α фаза ЭДС Е2 изменяется на 180°, т.е. датчик является реверсивным. В некотором диапазоне входного сигнала (угла поворота α) обеспечивается линейная зависимость Е2 = ƒ(α). Статическая характеристика трансформаторного датчика с поворотной обмоткой показана на рисунке 7,б. Такие датчики, под названием ферродинамических преобразователей, получили распространение для дистанционной передачи показаний различных приборов.
Недостатком ферродинамических преобразователей является зависимость выходного сигнала от колебаний напряжения и частоты питания.
Если необходимо измерять большие угловые перемещения в одну сторону, то последовательно с вторичной обмоткой включается дополнительная обмотка смещения WСМ, размещенная на ярме 1. Потокосцепление ее неизменно; следовательно, в ней индуцируется ЭДС ЕСМ с постоянным амплитудным значением. При последовательном соединении обмоток W2 и WСМ ЭДС Е2 и ЕСМ суммируются (с учетом фазы). Результирующая статическая характеристика с обмоткой смещения показана на рисунке 7,б.
Трансформаторные датчики с входным сигналом в виде углового перемещения часто выполняют в виде электрических микромашин, известных под названием вращающихся трансформаторов (ВТ).