接觸式電筆原理的研究

摘 要 從基本物理概念來分析接觸式試電筆原理，分析了人體在交流回路與直流回路中充當(dāng)怎么樣的模型和幾個(gè)易被人忽視的原理，以及人體觸電時(shí)電壓電流的討論。

【關(guān)鍵詞】電筆原理 觸電

1 前言

試電筆我相信人人都知道是用來測(cè)試是否帶電的工具。

先拋出幾個(gè)問題

（1）電筆燈泡發(fā)光時(shí)的回路是怎么樣構(gòu)成的？

（2）電筆中的燈泡多少伏會(huì)發(fā)光？

（3）能否用來測(cè)量蓄電池是否有電？

2 電氣結(jié)構(gòu)

依次由：筆尖——電阻——燈泡——彈簧——底部金屬蓋 組成

2.1 筆尖

一段一字螺絲刀的金屬，接觸帶電端。

2.2 電阻

一般都是兆歐級(jí)的，一般都在1mΩ到2mΩ之間，1mΩ等于1000000Ω，起到回路中限流作用，就是不會(huì)被電死。

2.3 燈泡

一定是氖泡，氖是一種惰性氣體，在一般情況下不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氖在放電時(shí)發(fā)出橘紅色輝光。其最主要的特性就是高電壓，低電流。微安級(jí)別就能發(fā)光，里面有兩根燈絲，燈絲之間有1mm左右間距。

2.4 彈簧

用來保證所有上述部件可靠連接（沒有彈簧里面電阻和燈泡搖晃不定）。

2.5 底部金屬蓋

固定作用，與人體連接。

3 交流測(cè)試原理

（1）人體看成是一個(gè)電容+電阻，人的腳與地面也是個(gè)電容+電阻

（2）當(dāng)試電筆插入插座后，筆根是帶電的，對(duì)！真的是帶電的。如圖1所示。

這里黑表插入的是插座另一頭，我們看到了電壓接近100V。此時(shí)看到試電筆的燈已經(jīng)亮起。

回路=火線——試電筆——紅棒——萬用表——黑棒——零線

在正常使用時(shí)（即一只手拿試電筆插入火線處）氖燈亮回路為火線——筆——人體分布電容——腳與地面分布電容——大地

因?yàn)槭墙涣麟娐罚瑹袅潦且驗(yàn)殡娙莩浞烹娦纬傻摹Ｋ晕覀冇袝r(shí)可以看見試電筆快頻率的一亮一暗。

這個(gè)回路中人體充當(dāng)分布電容為主，電阻為輔。

現(xiàn)在問題1已經(jīng)有了合理的解釋。

問題2燈泡可以換但是一定要是氖燈。否則要么點(diǎn)不亮，要么燈泡燒了，可能還會(huì)被麻一下。

氖燈的點(diǎn)亮電壓一般在60V到100V，電流一般在0.2mA-0.5mA。

4 直流測(cè)試原理

很多人可能沒有試過用試電筆測(cè)試直流或者測(cè)試過沒有將其點(diǎn)亮。

根據(jù)上面我們知道了氖燈的點(diǎn)亮（其實(shí)應(yīng)該叫啟輝，下次說說傳統(tǒng)日光燈原理）電壓為60V-100V。

其實(shí)我們?nèi)粘Ｉ钪泻茈y找到直流電壓大于100V的電源，電動(dòng)自行車最高也就48V。想要實(shí)驗(yàn)三個(gè)電瓶穿起來可以試一下。筆者膽小沒試過，但是理論可以，原理我還是要講的。

找三個(gè)電瓶穿起來電壓48V*3=144V，然后一個(gè)手正確握住試電筆去點(diǎn)電瓶的正極，另一個(gè)手去摸電瓶的負(fù)極。這是仔細(xì)去看氖燈的兩根燈絲，哪一個(gè)根發(fā)亮，發(fā)亮的是電源負(fù)，不發(fā)亮的是電源正。

為什么發(fā)亮的是電源負(fù)呢？

電源的負(fù)極流出電子向電源正極流。氖燈一頭燈絲堆積大量電子（電源負(fù)），氖燈另一頭燈絲堆積很多正電荷（電源正）。（電子是負(fù)極性的）

前面說了，兩根燈絲時(shí)間是有距離的，不是連在一起的，和普通的鎢絲燈泡結(jié)構(gòu)不一樣！

就在此刻！由于場(chǎng)致發(fā)光效應(yīng)，在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)極性的電子向堆積了正電荷的燈絲發(fā)射。如果我們變成一個(gè)電子，看到場(chǎng)景是空間里瞬間爆炸，電閃雷鳴，照亮了一片黑暗的天。

直流回路中：人體在回路中充當(dāng)電阻為主，人體的分布電容為輔。

5 備注

人體對(duì)電流的反映：

8～10mA 手?jǐn)[脫電極已感到困難，有劇痛感（手指關(guān)節(jié)）；

20～25mA 手迅速麻痹，不能自動(dòng)擺脫電極，呼吸困難；

50～80mA 呼吸困難，心房開始震顫；

90～100mA 呼吸麻痹，三秒鐘后心臟開始麻痹，停止跳動(dòng)。

【電視機(jī)面板電源燈發(fā)光所需要的電流只需要20mA】

那為什么人摸干電池兩端不會(huì)被電？

干電池電壓一般在1.2-1.5V，我們算2節(jié)電池串聯(lián)，人體自身電阻因人而異一般在2K到20M之間，計(jì)算是取1kΩ（取這個(gè)值已經(jīng)非常極端了，此人全身是鹽水）。

歐姆定律 電流=電壓除以電阻 那么此時(shí)電流=3/1000=0.003A=3mA，3毫安所以沒有什么危險(xiǎn)。

所以手機(jī)電源電壓設(shè)計(jì)5V是有道理的。

電瓶車電瓶直流48V，算下來48mA，人要是左手拿正級(jí)，右手拿負(fù)級(jí)，絕對(duì)能電死人。

6 總結(jié)

一個(gè)小小的試電筆中其實(shí)涵蓋了許多基礎(chǔ)原理性的知識(shí)，作為電子技術(shù)從業(yè)人員，盡量要做到知其然必知其所以然，才能舉一反三，進(jìn)一步提高我們的技術(shù)水平。

作者簡介

陳斌超（1986-），男，上海市人。現(xiàn)為上海奧的斯電梯有限公司工程師。主要研究方向?yàn)閷?shí)用電子技術(shù)。

作者單位

上海奧的斯電梯有限公司 上海市 200000