接触式电笔原理的研究

摘 要 从基本物理概念来分析接触式试电笔原理，分析了人体在交流回路与直流回路中充当怎么样的模型和几个易被人忽视的原理，以及人体触电时电压电流的讨论。

【关键词】电笔原理 触电

1 前言

试电笔我相信人人都知道是用来测试是否带电的工具。

先抛出几个问题

（1）电笔灯泡发光时的回路是怎么样构成的？

（2）电笔中的灯泡多少伏会发光？

（3）能否用来测量蓄电池是否有电？

2 电气结构

依次由：笔尖——电阻——灯泡——弹簧——底部金属盖 组成

2.1 笔尖

一段一字螺丝刀的金属，接触带电端。

2.2 电阻

一般都是兆欧级的，一般都在1mΩ到2mΩ之间，1mΩ等于1000000Ω，起到回路中限流作用，就是不会被电死。

2.3 灯泡

一定是氖泡，氖是一种惰性气体，在一般情况下不与其他物质发生反应。氖在放电时发出橘红色辉光。其最主要的特性就是高电压，低电流。微安级别就能发光，里面有两根灯丝，灯丝之间有1mm左右间距。

2.4 弹簧

用来保证所有上述部件可靠连接（没有弹簧里面电阻和灯泡摇晃不定）。

2.5 底部金属盖

固定作用，与人体连接。

3 交流测试原理

（1）人体看成是一个电容+电阻，人的腳与地面也是个电容+电阻

（2）当试电笔插入插座后，笔根是带电的，对！真的是带电的。如图1所示。

这里黑表插入的是插座另一头，我们看到了电压接近100V。此时看到试电笔的灯已经亮起。

回路=火线——试电笔——红棒——万用表——黑棒——零线

在正常使用时（即一只手拿试电笔插入火线处）氖灯亮回路为火线——笔——人体分布电容——脚与地面分布电容——大地

因为是交流电路，灯亮是因为电容充放电形成的。所以我们有时可以看见试电笔快频率的一亮一暗。

这个回路中人体充当分布电容为主，电阻为辅。

现在问题1已经有了合理的解释。

问题2灯泡可以换但是一定要是氖灯。否则要么点不亮，要么灯泡烧了，可能还会被麻一下。

氖灯的点亮电压一般在60V到100V，电流一般在0.2mA-0.5mA。

4 直流测试原理

很多人可能没有试过用试电笔测试直流或者测试过没有将其点亮。

根据上面我们知道了氖灯的点亮（其实应该叫启辉，下次说说传统日光灯原理）电压为60V-100V。

其实我们日常生活中很难找到直流电压大于100V的电源，电动自行车最高也就48V。想要实验三个电瓶穿起来可以试一下。笔者胆小没试过，但是理论可以，原理我还是要讲的。

找三个电瓶穿起来电压48V*3=144V，然后一个手正确握住试电笔去点电瓶的正极，另一个手去摸电瓶的负极。这是仔细去看氖灯的两根灯丝，哪一个根发亮，发亮的是电源负，不发亮的是电源正。

为什么发亮的是电源负呢？

电源的负极流出电子向电源正极流。氖灯一头灯丝堆积大量电子（电源负），氖灯另一头灯丝堆积很多正电荷（电源正）。（电子是负极性的）

前面说了，两根灯丝时间是有距离的，不是连在一起的，和普通的钨丝灯泡结构不一样！

就在此刻！由于场致发光效应，在电场力的作用下，负极性的电子向堆积了正电荷的灯丝发射。如果我们变成一个电子，看到场景是空间里瞬间爆炸，电闪雷鸣，照亮了一片黑暗的天。

直流回路中：人体在回路中充当电阻为主，人体的分布电容为辅。

5 备注

人体对电流的反映：

8～10mA 手摆脱电极已感到困难，有剧痛感（手指关节）；

20～25mA 手迅速麻痹，不能自动摆脱电极，呼吸困难；

50～80mA 呼吸困难，心房开始震颤；

90～100mA 呼吸麻痹，三秒钟后心脏开始麻痹，停止跳动。

【电视机面板电源灯发光所需要的电流只需要20mA】

那为什么人摸干电池两端不会被电？

干电池电压一般在1.2-1.5V，我们算2节电池串联，人体自身电阻因人而异一般在2K到20M之间，计算是取1kΩ（取这个值已经非常极端了，此人全身是盐水）。

欧姆定律 电流=电压除以电阻 那么此时电流=3/1000=0.003A=3mA，3毫安所以没有什么危险。

所以手机电源电压设计5V是有道理的。

电瓶车电瓶直流48V，算下来48mA，人要是左手拿正级，右手拿负级，绝对能电死人。

6 总结

一个小小的试电笔中其实涵盖了许多基础原理性的知识，作为电子技术从业人员，尽量要做到知其然必知其所以然，才能举一反三，进一步提高我们的技术水平。

作者简介

陈斌超（1986-），男，上海市人。现为上海奥的斯电梯有限公司工程师。主要研究方向为实用电子技术。

作者单位

上海奥的斯电梯有限公司 上海市 200000