林鹏辉 杨得顺 王璨 漆志民 张华扬

摘要 通过对比分析电玩具标准差异，对玩具发热和非正常工作的温升测试方法进行研究，并选取玩具样品进行测试验证。最后总结温升测试不合格的常见原因及对策，为检测机构和玩具企业提供参考和建议。

关键词 标准差异；发热和非正常工作；温升测试

Study on the Measurement Method for the Temperature Rises of Toy Heating and Abnormal Operation

LIN Peng-hui1YANG De-Shun1WANG Can1QI Zhi-Min1ZHANG Hua-Yang1

Abstract Research on the measurement method for the temperature rises of toy heating and abnormal operation by comparing analysis of standard differences of electric toys, and select toy samples for demonstration test. Finally, summarize the common causes and countermeasures for nonconformity of the temperature rises to provide references and suggestions for testing institutions and toy enterprises.

Keywords Standard differences; heating and abnormal operation; measurement method for the temperature rises

1  研究目的与意义

一直以来，玩具安全都是社会关注的热点问题，同时也是世界各国通过制定产品技术法规加以管制的重点。为了保障玩具安全，最大可能地避免儿童意外伤害的发生，中国国家标准化管理委员会、国际电工委员会（IEC）、欧洲电工标准化委员会（CENELEC）和美国材料与试验协会（ASTM）分别通过标准GB 19865-2005[1]、IEC 62115:2017[2]、EN 62115:2005+A12:2015[3]和ASTM F963-17[4]对玩具发热和非正常工作的危害进行评估，标准要求玩具在使用中温度不应过高，玩具的构造应尽可能避免由于误操作或元件失效而引起的着火、影响安全的机械损坏危险或者其他危险，其中对发热和非正常工作危害的评估是判定电玩具产品是否安全的重要依据之一。

玩具电路中电源作为能源提供能量，在电路中经电子元件以能量形式传输时，会以光、化学、机械及热能的形式表现出来，释放的热量或能量超出标准限值时，会对人体或周围环境造成危害，主要表现在玩具可触及部位对人体的灼伤伤害、玩具内电压超过24V部件的电击危害和有毒有害电解质泄漏对环境的危害。如果使用不当导致电路元器件功能失效或桥接短路时，可能会引起爆燃、着火危险，会造成儿童伤残甚至死亡事故。

综合以上因素，我们通过分析研究近年来儿童电玩具伤害事故案例，根据国内外电玩具标准要求和实验室现有条件，制定一套科学、实用、快速的玩具发热和非正常工作的温升测试方法，指导玩具企业提升电玩具产品的设计开发能力，提高对玩具发热和非正常工作的危险防范意识，帮助企业改进产品质量，确保符合标准要求，健全技术性贸易措施应对机制，共同提高中国玩具的国际竞争力。

2  国内外电玩具标准对比

2015年1月，欧洲电工标准化委员会发布了新版电玩具标准EN 62115:2005+A12:2015，代替EN 62115:2005+A11:2012，新版EN 62115标准要求手柄、旋钮及其他易被手触及的部件的表面温升不应超过下列值：25K 金属部件；30K 玻璃或陶瓷部件；35K 塑料或木制部件。玩具的其他可触及部件温升不应超过表1指定值。

2017年4月，国际电工委员会发布了新版电玩具标准IEC 62115:2017，代替IEC 62115:2003+A1:2004+A2:2010。新版IEC 62115标准要求手柄、旋钮及其他易被手触及的部件的表面温升不应超过表1中所列限值。需要使用工具移除的可拆卸部件的温升无需测试。通过使用工具或同步使用两个独立的动作才能打开电池室盖的玩具，电池表面和电池室内部其他部位的温升不应超过45 K。可接触部件的温升限值见表1。

2017年8月，美国材料与试验协会发布了新版玩具标准ASTM F963-17，代替ASTM F963-11，新版ASTM F963标准要求电池表面温度不可超过71℃，要求适用于所有正常使用条件下的电玩具。另外，供96个月以下儿童使用的电玩具需要在可预见的合理滥用测试后满足此要求。如果使用者能够通过堵转玩具可触及活动部件的方式堵转电机，则还需进行电机堵转条件下的温升测试。

现行国家电玩具标准GB 19865-2005等同采用IEC 62115:2003，标准对玩具手柄、旋钮及其他易被手触及的部件的表面温升限值与EN 62115:2005+A12:2015一致，玩具其他的可触及部件温升则要求不应超过下列值：45 K金属部件；50 K 玻璃或陶瓷部件；55 K其他材料部件。

经过对比，四个电玩具标准对玩具可触及部件的温升要求各有差异，其中GB 19865和EN 62115标准对手柄、旋钮及其他易被手触及的部件的表面温升限值要求一致，EN 62115和IEC 62115标准对玩具的其他可触及部件温升限值要求一致，ASTM F963标准没有引入温升定义，直接对电池表面的最高温度进行限制。

综上所述，对于手柄、旋钮及其他易被手触及的部件，GB 19865和EN 62115标准要求更为严格，对于玩具的其他可触及部件，EN 62115和IEC 62115标准要求更为严格。四个标准中ASTM F963标准在玩具发热和非正常工作温升限值上要求最宽松，EN 62115标准在玩具发热和非正常工作温升限值上要求最严格。

3  测试原理

通常用于电玩具产品的温升测试方法有三种，即温度计法、电阻法和热电偶法。温度计法指用水银或酒精温度计直接测量，主要用于测量环境温度。电阻法主要用于对电磁线圈温升的测量。热电偶法可用于测量环境温度，也可用于测量样品各部位的温升。由于电玩具标准要求测量的部位是可触及部件表面，根据上述温度测量方法的不同特点，热电偶法最为适用。热电偶法的测量原理是当两种不同金属导线组成闭合回路时，如果在接头处存在并保持相对温差，回路则产生电流和电势差，且电势差随温差的增大而增大[5]。

GB 19865、EN 62115、IEC 62115和ASTM F963标准均要求测试时，玩具要置于在玩耍中可能出现的最不利位置，手持玩具应自由悬挂。其他玩具放在测试角的地板上，尽可能靠近壁板或远离壁板，取较不利的情况。测试角用两块成直角的壁板和一块地板组成，这些壁板和地板用约20 mm厚的涂无光黑漆的胶合板制成。玩具应用四层尺寸为 500 mmtimes;500 mm、质量为40 g/msup2;plusmn;8 g/msup2;的漂白薄棉纱布覆盖，棉纱布应盖在可能会出现高温和烧焦的表面。尺寸不超过500 mm的玩具应用棉纱布完全覆盖。电池玩具以额定电压供电，变压器玩具和双电源玩具以0.94倍或1.06倍额定电压供电，取较不利的情况，用对受试部件温度影响最小的细丝热电偶来确定温升。

电玩具中带电部件的发热主要以工作电流作用于部件内阻的形式产生，根据温升计算公式：

△T=P / kS = I2R / kS

其中，I为玩具带电部件的工作电流，R为带电部件内阻，S为带电部件散热面积，k为带电部件散热系数。对此，可以通过模拟玩具的正常使用，监测玩具正常运行条件下的工作电流I，在玩具电池表面粘贴热电偶，测量并记录玩具电池表面的温度。

温升测试的难点在于如何确保测试时玩具置于在玩耍中可能出现的最不利位置，标准要求对于有轮电动玩具（例如：遥控车）应测试玩具在正常工作条件下运行和堵住可触及运动部件条件下的温升，检测机构通常采用带金属滚轴跑道模拟遥控车在地面的玩耍方式，通过调节金属滚轴的质量和轴承的阻尼系数来近似地面的摩擦阻力。现行国内外电玩具标准均未对玩具在玩耍时的地面类型或摩擦阻力作出明确要求，检测机构在温升测试中关于地面阻力和玩具工作电流的测量上难以做到协调一致。

本课题通过定制针对不同玩具类型的三套可调节带金属滚轴跑道，分析不同地面阻力时玩具工作电流的差异，经过验证对比，测试选用不同地面阻力下玩具工作电流的平均值，通过调节跑道轴承的阻尼系数，同时对玩具施加相应负载，确保玩具在跑道上运行时工作电流近似上述测量平均值，最大限度地模拟玩具在地面的正常运行状态。

4  验证测试

选用卡通玩具车验证上述温升测试原理。

样品描述：玩具电源使用3节1.5 V/AA非充电电池，电源输出直流4.5 V电压，电路由开关控制器、IC芯片、喇叭、LED灯、万向轮驱动电机等构成，判定测试年龄为18个月及以上，玩耍功能为玩具发光发声，万向轮驱动玩具旋转，测试玩具在地面正常运行状态工作电流为0.28 A。

根据标准对温升限值的要求，判定卡通玩具车电池部位为玩具的其他可触及部件，电池表面作为金属表面看待，因此卡通玩具车关于GB 19865标准温升限值为45 K，EN 62115和IEC 62115标准温升限值为29 K。卡通玩具车见图1。

测试时，利用实验室现有温升测试设备：安捷伦数据采集器34970 A配套20通道0.5 mm标准热电偶，根据玩具电池数量和类型，测试选用编号111、112、113、114、115、116的热电偶，测试前使用高温胶纸将热电偶测量端分别固定在玩具电池的正负极表面，使用热电偶导热胶均匀涂抹在热电偶测量端和电池表面接触部分，确保电池表面温度最大程度地传递到热电偶测量端[6]。

调节跑道轴承的阻尼系数和负载重量，通过连续测量确保玩具车在跑道上运行时工作电流为0.28 A，将玩具电池更换为已固定热电偶测量端的测试电池，静置玩具至电池表面温度在20℃plusmn;5℃之间。使用型号为AR866的热敏式风速计测量试验场所无强制对流空气，连接数据采集器与热电偶的数据通道，打开玩具开关，玩具以额定电压供电并模拟正常使用状态，以合适的位置固定热电偶连接线避免玩具驱动机构缠绕，待玩具持续工作直至电池耗尽，记录玩具正常工作条件下运行的温升测试曲线和最大温升数据标记。卡通玩具车测试布线位置见图2。

卡通玩具车温升测试曲线和最大堵转温升数据标记见图3。

通过温升测试曲线和最大温升数据标记，记录卡通玩具车在正常工作条件下运行的最大温升为18.609 K，最大温升测量位置在115号热电偶即玩具第三节电池的正极，最小温升测量位置在112号热电偶即玩具第一节电池的负极，本次测试用三节电池正负极位置的温升值无明显偏离。

对比温升测试曲线，测试值缓慢到达峰值后出现短暂跃升，其后迅速下降直至稳定状态。通过分析测试过程，玩具车正常运行时车轮阻力较小，驱动电机与车轮的齿轮连接处完全啮合，不存在差速转动；待温升测试值到达峰值时，电池剩余电量不足以驱动车轮克服跑道滚轴阻力，此后车轮停滞，电机与车轮齿轮连接处开始出现差速转动，即玩具车处于半堵转状态，导致电池表面温度进一步升高；直至电池剩余电量不足以驱动电机与车轮齿轮连接处的差速转动，其后玩具车处于完全停转状态，电池表面温度迅速下降至稳定。

卡通玩具车在正常工作条件下运行的温升测试值符合GB 19865、EN 62115、IEC 62115和ASTM F963标准要求，温升测量结果见表2。

5  温升测试不合格对玩具发热和非正常工作的风险评估

通过对实验室检测不合格案例统计分析，温升测试不合格是导致玩具发热和非正常工作危害的主要因素，温升测试不合格的主要原因有以下三个方面。

(1)由于玩具电池室金属片安装不到位或金属片尺寸规格不符合要求，导致玩具可触及部位被直径为0.5 mm、长度为25 mm至100 mm的直钢针短路，或被直径为1.0 mm的钢棒通过插入外壳上深度不大于100 mm的孔短路，直钢针或金属钢棒的桥接导致玩具电池或电子元件的短路，造成电池表面温度迅速升高，测试数据显示3节普通金霸王1.5 V/AA电池的短路可导致电池表面温度达120℃以上，甚至泄漏有害危险物质或爆裂。电子元件的燃烧则会引发玩具外壳变形甚至外壳燃烧，产生危险物质，如有毒有害气体或可燃性气体。对于使用变压器或交流电源的玩具，不同极性间的直钢针桥接可能导致玩具变压器或交流电源的短路，造成变压器和电源接线板的电子元件击穿，对使用者存在严重的电击危险[7]。

(2)由于功能绝缘的可触及部件与导电部件间的电气间隙和爬电距离小于0.5 mm，在玩具使用过程中导电性的粉尘污染或潮湿环境中的导电性冷凝水蒸气污染等导致电路焊点间的击穿或短路，进而引起玩具电池或电子元件的短路。功能绝缘是指玩具中不同电位势导电部件之间为保证功能正常所需的绝缘，该绝缘用于不同极性的带电部件间，电气间隙和爬电距离过小，可能导致PCB电路板不同极性间的铜箔被击穿，进而造成玩具变压器或交流电源的短路，对使用者同样存在严重的电击危险[8]。

(3)电机驱动玩具特别是电动童车等大功率电玩具在使用过程中，由于外力或坏境的作用发生电机堵转，且电机堵转状态未得到及时消除，玩具在堵转状态下电池表面的温度也会迅速升高，对使用者存在灼伤危险。

引起玩具可触及部位表面温升超标的原因有多种情况，玩具电子电路设计不合理或工厂生产工艺落后导致的电路虚焊、漏焊等都可能造成在使用过程中玩具电路的短路。玩具企业通常采用在电动童车等大功率电玩具的电池或发热元件的不同极性间串联自复位热断路器，如PTC电阻、自复位保险丝等，或串联非自复位热断路器，如可更换保险丝、熔断电阻等，利用热断路器的过流保护功能防止因电池或元件过热产生的灼伤危害。但是由于热断路器规格型号和种类繁多，如果选用型号不当或失效，也可能导致被保护的电池和电路部分温度过高。作为检测机构应提醒生产企业和消费者，注意上述电玩具危险并合理设计和正确使用玩具，避免玩具发热和非正常工作的伤害。

6  结论

本课题以安捷伦数据采集器、0.5 mm标准热电偶和数字万用表为关键测试设备，辅助采用带金属滚轴跑道及配套夹具，结合国内外相关标准和检测方法，搭建了一套玩具发热和非正常工作的温升测试方法。通过调节跑道轴承的阻尼系数，同时对玩具施加相应负载，实时监测玩具在跑道上运行时的工作电流，最大限度地模拟玩具在地面的正常运行状态，并采用热电偶法实现对玩具可触及部件表面温升的精确测量。

最后在实验室检测不合格案例的统计分析基础上，提出温升测试不合格对玩具发热和非正常工作的风险评估，阐述温升测试不合格玩具的电路设计缺陷，为检测机构和生产企业控制玩具发热和非正常工作危害提供评估方法参考。

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基金项目：汕头海关科技项目（2018GDK61）

第一作者：林鹏辉（1988-），男，本科，工程师，主要研究方向为玩具产品检验，E-mail:183777279@qq.com

1.汕头海关技术中心  广东汕头  515800

1. Shantou Customs Technology Center, Shantou 515800

表1 可触及部件的温升限值

Table 1 Temperature rise limits for other accessible parts

图1 卡通玩具车

Fig.1 Cartoon toy car

图2 卡通玩具车测试布线位置

Fig.2 Test wiring position of cartoon toy car

图3 卡通玩具车温升测试曲线和最大温升数据标记

Fig.3 Temperature rise test curve and maximum temperature rise data mark of cartoon toy car

表2 卡通玩具车的温升测量值

Table 2 Temperature rise measurement of cartoon toy car

参考文献

[1]  GB 19865-2005, 电玩具的安全[S].2005.

[2] IEC 62115:2003+A1:2004+A2:2010, Electric toys-Safety [S].2017.

[3]  EN 62115:2005+A12:2015, Electric toys-Safety [S].2015.

[4] ASTM F963-17, Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety[S].2017.

[5] 张卫中.电玩具温升测试系统的设计与实现[J].数字技术与应用, 2011(09):137-138.

[6] 张幼莲,赵静仪.玩具检测用温升测试系统的设计[J].上海计量测试, 2010, 37(05):15-17.

[7] 李诗礼.电玩具常见安全问题[J].中国标准化, 2007(08):15-18.

[8] 詹思敏.电玩具产品质量检测及风险分析[J].电子测试, 2019(19):132-133+129.

（文章类别：CPST-B）