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怎么樣的模型和幾個易被人忽視的原理，以及人體觸電時電壓電流的討論。

【關鍵詞】電筆原理 觸電

1 前言

試電筆我相信人人都知道是用來測試是否帶電的工具。

先拋出幾個問題

（1）電筆燈泡發光時的回路是怎么樣構成的？

（2）電筆中的燈泡多少伏會發光？

（3）能否用來測量蓄電池是否有電？

2 電氣結構

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發生反應。氖在放電時發出橘紅色輝光。其最主要的特性就是高電壓，低電流。微安級別就能發光，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 交流測試原理

（1）人體看成是一個電容+電阻，人的腳與地面也是個電容+電阻

（2）當試電筆插入插座后，筆根是帶電的，對！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。此時看到試電筆的燈已經亮起。

回路=火線——試電筆——紅棒——萬用表——黑棒——零線

在正常使用時（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

因為是交流電路，燈亮是因為電容充放電形成的。所以我們有時可以看見試電筆快頻率的一亮一暗。

這個回路中人體充當分布電容為主，電阻為輔。

現在問題1已經有了合理的解釋。

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

氖燈的點亮電壓一般在60V到100V，電流一般在0.2mA-0.5mA。

4 直流測試原理

很多人可能沒有試過用試電筆測試直流或者測試過沒有將其點亮。

根據上面我們知道了氖燈的點亮（其實應該叫啟輝，下次說說傳統日光燈原理）電壓為60V-100V。

其實我們日常生活中很難找到直流電壓大于100V的電源，電動自行車最高也就48V。想要實驗三個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。

找三個電瓶穿起來電壓48V*3=144V，然后一個手正確握住試電筆去點電瓶的正極，另一個手去摸電瓶的負極。這是仔細去看氖燈的兩根燈絲，哪一個根發亮，發亮的是電源負，不發亮的是電源正。

為什么發亮的是電源負呢？

電源的負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），氖燈另一頭燈絲堆積很多正電荷（電源正）。（電子是負極性的）

前面說了，兩根燈絲時間是有距離的，不是連在一起的，和普通的鎢絲燈泡結構不一樣！

就在此刻！由于場致發光效應，在電場力的作用下，負極性的電子向堆積了正電荷的燈絲發射。如果我們變成一個電子，看到場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：人體在回路中充當電阻為主，人體的分布電容為輔。

5 備注

人體對電流的反映：

8～10mA 手擺脫電極已感到困難，有劇痛感（手指關節）；

20～25mA 手迅速麻痹，不能自動擺脫電極，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。

【電視機面板電源燈發光所需要的電流只需要20mA】

那為什么人摸干電池兩端不會被電？

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

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

所以手機電源電壓設計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，右手拿負級，絕對能電死人。

6 總結

一個小小的試電筆中其實涵蓋了許多基礎原理性的知識，作為電子技術從業人員，盡量要做到知其然必知其所以然，才能舉一反三，進一步提高我們的技術水平。

作者簡介

陳斌超（1986-），男，上海市人。現為上海奧的斯電梯有限公司工程師。主要研究方向為實用電子技術。

作者單位

上海奧的斯電梯有限公司 上海市 200000