Sem kjarnatæki til að mæla orkunotkun í einfasa straumrásum, samþætta einfasa orkumælar rafsegulinnleiðslu, rafrænar mælingar og vélrænni nákvæmni sendingartækni. Með vísindalegri byggingarhönnun ná þeir nákvæmri orkumælingu.
Hefðbundnir rafvélrænir eins-orkumælar starfa á grundvelli lögmálsins um rafsegulinnleiðslu. Þegar straumspólan og spennuspólan eru með hleðslustraum og spennu, í sömu röð, mynda þau segulflæði til skiptis á álplötuspilaranum. Samkvæmt meginreglu Faradays um rafsegulöflun, veldur breytilegt segulflæði hvirfilstrauma innan plötuspilarans. Samspil hvirfilstrauma og segulflæðis myndar drifkraft sem knýr plötuspilarann áfram. Á sama tíma sker stöðugt segulsvið sem myndast af hemlunarsegulnum í gegnum segullínur af krafti hreyfingar plötuspilarans og myndar hemlunartog sem er í réttu hlutfalli við snúningshraða. Að lokum tryggir þetta að hraði plötuspilarans sé nákvæmlega í takt við hleðsluafl. Gírskiptibúnaður breytir snúningshraða plötuspilarans í metraálestur, sem gerir uppsafnaða orkumælingu.
Nútíma rafrænir einfasa orkumælar nota blendinga hliðræna-stafræna hönnun. Spennusýnishringrásin notar viðnámsdeilinet til að fá lítið merki í réttu hlutfalli við inntaksspennuna. Straumsýnataka notar mangan-koparshunt eða straumspennir til að breyta stórum straumi í lítið merki. Eftir að hliðrænu spennu- og straummerkjunum hefur verið breytt í stafræn gildi með hliðrænum-í-stafrænum breyti (ADC), framkvæmir örstýringur (MCU) rauntímaútreikninga byggða á samstundisafljöfnunni (P=UIcosφ) og notar uppsöfnunaralgrím til að reikna út orkugildið. Lykilrásir innihalda há-viðmiðunargjafa til að tryggja nákvæmni sýnatöku, lág-síu til að koma í veg fyrir há-truflun og stafrænan merkjagjörva (DSP) til að bæta skilvirkni reiknivélarinnar.
Villujöfnun er lykilatriði í hönnun: hitaleiðréttingarrás leiðréttir fyrir áhrif umhverfishita á viðnámsíhluti, fasajöfnunaraðferðir eru notaðar til að útrýma eðlislægum fasamun í spennu- og straumsýnatökurásum og hugbúnaðarreiknirit eru notuð til að leiðrétta fyrir ljós-álagseiginleika og línuleikafrávik. Anti-hönnun notar segulflæðisuppbót í spennurásinni eða rafræna núll-straumskynjun til að koma í veg fyrir mismælingar við ó-álagsskilyrði.
Með þróun snjallneta samþætta nýir einfasa-orkumælar þráðlausar samskiptaeiningar, dulkóðunarflögur og fjöl-hraðamælingargetu. Þó að meginreglunum um mælingar sé viðhaldið eru þær að þróast í átt að mikilli nákvæmni og greindri frammistöðu.