當(dāng)前的測量方法

功率分析儀通常采用直接連接法（圖1[a]）或電流傳感器法（圖1[b]）測量電流。下面詳細描述了每種方法的特征。

直接連接方式

電流傳感器法

圖1：直接連接法（上）和電流傳感器法（下）

直接連接方式

在直接連接方法中，通過將電線從被測對象連接到功率分析儀并將其連接到儀器的電流輸入端子來測量電流。 測量原理本身非常簡單，優(yōu)點是可以使用功率分析儀獨立測量電流，使其成為多年來事實上的方法。 然而，由于電流線必須走很長的距離，并且功率分析儀的電流輸入部分必須插入被測對象的電路中，因此存在以下缺點：

條件與實際操作的特征不同

由于長導(dǎo)線的導(dǎo)線電阻，損耗增加。

各根導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與地之間會發(fā)生電容耦合，導(dǎo)致高頻漏電流增大。

例如，關(guān)于上述ii)中描述的效果，使用6號AWG電線的5米長線路將具有大約6.5m 2的電線電阻。如果被測電流為30A，則該接線電阻造成的損耗將為5.85W。雖然無法僅根據(jù)該值來判斷損耗的大小，但對于某些人來說，它太大了，無法忽略。測量的功率值。

另外，當(dāng)采用直接連接法時，通常通過分流電阻來測量電流。這種分流電阻方法具有以下缺點：

當(dāng)電流流入分流電阻時，電阻中會產(chǎn)生與電流的平方成正比的焦耳熱。只要焦耳熱對儀器損耗有貢獻，自發(fā)熱就會改變分流電阻本身的阻值，從而進一步惡化測量精度。

為了限制這種發(fā)熱，使用了低電阻值的分流電阻。 然而，當(dāng)使用小分流電阻測量大電流時，即使是微小的電感分量也不能被忽略，這會降低頻率特性。

這些缺點都會顯著降低電流和功率測量精度，因此在測量大電流時必須小心謹慎。

分流電阻的自熱

圖2：分流電阻的自熱

圖2說明了當(dāng)20A的電流流過2mΩ的分流電阻時發(fā)生的自加熱過程。為了進行比較，電路中連接了額定電流為 50 A 的 Hioki CT6862 電流傳感器。您可以看到，由于焦耳熱引起的自熱，分流電阻的溫度上升至 50°C 左右。相比之下，電流傳感器基本上不受焦耳熱和相關(guān)自熱的影響，儀器損耗和傳感器自身溫度特性對測量精度的影響可以忽略不計。

如上所述，直接連接法非常適合測量1A左右的極小電流，其中分流電阻焦耳熱的影響足夠小，例如電子設(shè)備待機功率的測量或??測量LED照明的功耗。

電流傳感器法

電流傳感器法是一種測量電流的方法，將電流傳感器連接到被測設(shè)備上的電線上，并將傳感器的輸出信號（電流或電壓）輸入到功率分析儀中。

電流傳感器方法可以在工作狀態(tài)下測量目標，并且在測量大電流時幾乎完全不產(chǎn)生自熱，這意味著不會影響測量精度。電流傳感器法比直接連接法更能高精度地測量5A左右或更大的大電流，一般用于電力電子領(lǐng)域。

圖3示出了直接連接法和電流傳感器法可以高精度測量的電流值的大致范圍以及相關(guān)的一般頻帶。請注意，僅僅因為某個值超出了圖中所示的范圍，并不一定意味著它不能使用相關(guān)方法進行測量。

直接連接法和電流傳感器法：可以高精度測量的電流值和頻帶的大致范圍 *排除在圖中所示范圍之外并不一定意味著無法測量該值。

圖3：直接連接法和電流傳感器法：可以高精度測量的電流值和頻帶的大致范圍 *排除在圖中所示范圍之外并不一定意味著無法測量該值。

使用電流傳感器方法進行高精度功率測量

如上所述，當(dāng)測量超過 5 A 的電流時，通常使用電流傳感器方法。雖然電流傳感器方法沒有與直接連接方法相同的缺點，但仍然有許多必須采取的預(yù)防措施。為了高精度地測量電流，請牢記這一點。本節(jié)概述了這些預(yù)防措施。

選擇合適的電流傳感器

使用電流傳感器方法進行高精度、高重復(fù)性功率測量需要選擇合適的電流傳感器。具體選擇標準包括以下兩點考慮：

電流傳感器的額定電流值必須適合被測電流的大小。

待測電流的所有頻率分量必須落在電流傳感器的可測量頻帶內(nèi)。

此外，應(yīng)牢記以下注意事項：

電流傳感器必須提供在整個可測量頻帶上定義的足夠水平的測量精度。

所有誤差因素，例如電流傳感器的輸出噪聲、溫度特性、導(dǎo)體位置效應(yīng)、外部磁場效應(yīng)、磁化效應(yīng)和共模電壓效應(yīng)，都必須被定義并且其幅度足夠小。

選擇電流傳感器時需要足夠謹慎。特別是，考慮到考慮因素 iii)，大多數(shù)電流輸出傳感器的幅度和相位精度僅針對 DC 和 50/60 Hz 頻率進行定義，而提供其他頻率范圍的精度僅供參考。

值得注意的是，使用電流傳感器方法進行高精度電流測量取決于電流傳感器和具有足夠性能水平的功率分析儀的可用性。

包括電流傳感器在內(nèi)的功率測量系統(tǒng)的整體優(yōu)化

如上所述，僅僅選擇合適的電流傳感器并不是使用電流傳感器方法進行高精度功率測量的充分條件。此外，還需要優(yōu)化整個功率測量系統(tǒng)，包括電流傳感器。即使電流傳感器以極高的精度檢測到目標電流，如果傳感器的輸出信號在到達功率分析儀之前就已劣化，則也無法以同樣高精度測量電流。

典型功率測量系統(tǒng)

圖 4：典型功率測量系統(tǒng)

圖 4 顯示了包含電流傳感器的典型功率測量系統(tǒng)。如上所述，一些電流傳感器產(chǎn)生電流輸出，而另一些電流傳感器產(chǎn)生電壓輸出。由于電流輸出傳感器比電壓輸出傳感器更常用，因此本討論將假設(shè)使用電流輸出傳感器。

為了確保電流傳感器的輸出信號能夠無衰減地傳輸?shù)焦β史治鰞x，必須滿足以下條件。

傳感器必須使用優(yōu)質(zhì)電源，并良好接地。

多根電纜之間以及電纜與地之間的耦合電容必須較低，并且電纜的抗噪聲能力必須較高。

功率分析儀的電流輸入必須提供良好的頻率特性、發(fā)熱小和高絕緣性能（高 CMRR 和低泄漏電流）。此外，儀器必須具有高抗噪聲能力，并且必須正確接地。

一般來說，功率測量是通過電流傳感器、驅(qū)動傳感器的電源和功率分析儀來測量的，這些傳感器都來自不同的制造商，電纜類型和接線方法取決于用戶的判斷。 有鑒于此，不言而喻，電流傳感器制造商、功率分析儀制造商和傳感器電源制造商很難保證任何給定設(shè)置都滿足上面列出的所有條件，即電流傳感器的輸出信號將到達功率分析儀而不會遭受衰減，并且目標電流實際上將以高精度進行測量。