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易被人忽視的原理,以及人體觸電時電壓電流的討論。
【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試是否帶電的工具。
先拋出幾個問題
(1)電筆燈泡發(fā)光時的回路是怎么樣構(gòu)成的?
(2)電筆中的燈泡多少伏會發(fā)光?
(3)能否用來測量蓄電池是否有電?
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(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氖在放電時發(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(dāng)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(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(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?,燈亮是因?yàn)殡娙莩浞烹娦纬傻摹K晕覀冇袝r可以看見試電筆快頻率的一亮一暗。
這個回路中人體充當(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(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,電動自行車最高也就48V。想要實(shí)驗(yàn)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(diǎn)電瓶的正極,另一個手去摸電瓶的負(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!由于場致發(fā)光效應(yīng),在電場力的作用下,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(dāng)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?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(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,計算是取1kΩ(取這個值已經(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 那么此時電流=3/1000=0.003A=3mA,3毫安所以沒有什么危險。
所以手機(jī)電源電壓設(shè)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(fù)級,絕對能電死人。
6 總結(jié)
一個小小的試電筆中其實(shí)涵蓋了許多基礎(chǔ)原理性的知識,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?,F(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