电压、电流和功率的测量方式

电流互感器(CT)是一种传感器，用于将通过传感器的电流线性降低至与测量仪器兼容的较低水平。  电流互感器的铁芯为环螺旋形或环形，开口位于中心。  电线缠绕在铁芯上形成二次线圈，外层有护罩或塑料外壳。  铁芯的电线绕组匝数决定了被测线路（一次）中的电流与连接至仪器的电流输出（二次）之间的降压比或CT比。  将被测负载线穿过电流互感器中心的开口。  示例：变比为500:5的CT意味着一次线路中的500 ARMS负载将在CT二次线路中转换为5 ARMS输出。  仪器将在接线端处测得5 ARMS，并可应用用户输入的换算因子以显示完整的500 ARMS。  CT显示为标称值，但精度通常超过标称值的100%。  CT可为开合式或实心式。  开合式CT铰合部分可打开或具有可拆卸部分，安装人员可将CT连接至负载线周围，而无需物理断开被测负载线。

安全警告：  虽然CT可以实际连接在已安装的线路周围，但在安装CT之前，应安全断开电源。  在一次电源通电的情况下，打开二次连接可能导致产生极其危险的电压电位。

在购买时，CT选项包括标称范围、开口直径、开合式/实心式、输出类型（电压/电流）和输出范围（0.333 VRMS、±10 V、1 ARMS、5 ARMS等）。  CT供应商通常可以根据输入或输出范围等特定需求为客户定制传感器。

图5：开合式CT通常具有铰合部分或可拆卸部分，可绕线安装，无需物理拆卸但仍应在安装时断开电源。（图片由Magnelab提供）

图6：实心CT成本更低，但安装在已投入使用的电路内时可能需要更多的人工操作。 （图片由Magnelab提供）

1 kHz至2 kHz的带宽足以满足大多数交流电路电能质量应用的需求。对于更高频率的应用，可直接连接至NI 9246或NI 9247以获得高达24 kHz的带宽，或选择更昂贵但频率更高的CT。  对于直接连接的信号，上表所列所有模块的带宽约为24 kHz。  高频CT的专业化程度更高，带宽规格在数百兆赫兹范围内。  NI 9215、NI 9222和NI 9223测量模块的采样率范围为100 kS/s/ch至1 MS/s/ch（16位分辨率），可实现更高频率的测量。

对于超出NI 9223能力范围的高频测量，NI建议使用专为实验室、研究和测试系统而设计的示波器或PXI数字化仪。 

CT不测量直流电流或交流信号的直流偏移量。  这对于大多数交流电源应用并非必要。需要进行直流测量时，NI 9227内置已校准的分流器，可测量高达5安培的直流电流。  如需测量大于5安培的直流电流，可将大功率电流测量分流器（见下文）或霍尔效应传感器（见下文）连接至相应的测量模块。

罗哥夫斯基线圈（有时也称为“绳式CT”）是另一种用于测量线路电流的传感器。  罗哥夫斯基线圈的负载线缠绕方式与其他CT相似，但更具灵活性，开口尺寸远大于标准CT，并且测量原理不同。  罗哥夫斯基线圈的感应电压与电流的变化率成正比，因此需要在电路中使用积分器将其转换为成比例的电流。  积分器是一个单独的盒子/组件，通常安装在前面板或DIN导轨安装配件上，采用直流电源，并向仪器输出低电压或电流信号。  罗哥夫斯基线圈的尺寸和灵活性使其非常适合在商业建筑或工厂中缠绕较大的母线，尤其是在已经建成并在改造过程中添加了功率测量的情况下，但它们比同等输入范围相当的CT更昂贵。

图7：罗哥夫斯基线圈需要外部电源和积分电路（位于上图中的黑色可安装盒中），并且比常见的实心/开合式CT更昂贵，但其相位响应速度快，并且由于具有大尺寸、灵活性高的开口，非常适合改造安装和大型母线测量。（图片由Magnelab提供）

霍尔效应传感器基于以Edwin Hall命名的“霍尔效应”，其中电流流经垂直于磁场放置的半导体，而在半导体材料上产生电压电位。 为了进行电流测量，霍尔效应电路垂直于磁场放置在铁芯中，并输出可换算成被测线路中的电流负载的电压。  霍尔效应CT通常具有更好的频率响应，并且可以测量直流偏移，但价格更高，且需要电源，还可能会受到温度漂移的影响。

图8：霍尔效应传感器的传感电路垂直于磁场，需要电源。  霍尔效应传感器不像CT那样受到饱和限制，可以测量直流电流，但成本更高。

电流测量分流器或分流电阻器作为电阻放置在电路中，其目的是测量流过此分流器的电流。  分流电阻器是很常用的电气元件，适用于各种应用。  根据测量电流范围、输出范围和流经电路的电能来调整分流器大小。  价格更高的精密电阻器具有更高的精度。  分流器无需缠绕在电路电线上，而是作为组件放置在电路中。  这消除了被测电路和测量设备之间的隔离势垒，与CT或罗哥夫斯基线圈相比，安装难度更大。  但分流器可以测量直流电流，具有更好的频率响应和相位响应。  用于CompactRIO和CompactDAQ的NI 9238模块采用低量程模拟前端(±0.5 V)，专门用于分流电阻器。  此外，NI 9238还具有250 V的通道间隔离。