燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片的制作方法
【專利摘要】燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，是燃料電池內(nèi)部溫度、濕度和熱流密度分布的測(cè)量裝置，其在導(dǎo)電基片上設(shè)置有與燃料電池流場(chǎng)板流道和脊相對(duì)應(yīng)的漏縫和筋，并在筋上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器；溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括八層薄膜。引線也采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，用于傳遞電信號(hào)，其延伸至流場(chǎng)板邊緣處時(shí)放大形成引腳，以方便與外接數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料電池內(nèi)部溫度分布、濕度分布和熱流密度分布的同步在線測(cè)量；該裝置獨(dú)立于燃料電池，無需對(duì)燃料電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，可適配于平行流道、蛇形流道、交錯(cuò)型流道或其他流道形狀的燃料電池流場(chǎng)板。
【專利說明】燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001〕 本發(fā)明涉及一種燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，屬于燃料電池檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池對(duì)于溫度的變化十分敏感，如果燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部熱量無法及時(shí)排出，破壞內(nèi)部溫度場(chǎng)，造成局部異常高溫，從而會(huì)導(dǎo)致燃料電池的膜電極失效。同樣，燃料電池內(nèi)部的濕度對(duì)其性能也有很大的影響，濕度的高低不僅影響燃料電池內(nèi)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳遞能力，還會(huì)影響燃料電池內(nèi)部生成水的多少。若濕度不夠，質(zhì)子交換膜干涸，燃料電池的性能將會(huì)大幅降低，而濕度過高，燃料電池內(nèi)部會(huì)集聚過多的凝結(jié)水，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生水淹現(xiàn)象，阻礙反應(yīng)物向膜電極的傳遞，也會(huì)造成燃料電池性能的下降。
[0003]由此可以看出，了解燃料電池內(nèi)部溫度、濕度和熱流密度的分布將對(duì)優(yōu)化燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選取最佳運(yùn)行工況有重要的指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)的研究大多集中于單一參數(shù)的研究，如通過在燃料電池內(nèi)部植入熱電偶、熱電阻或微型傳感器來進(jìn)行溫度的測(cè)量；通過特殊加工燃料電池流場(chǎng)板植入濕度傳感器來進(jìn)行濕度的測(cè)量。這些方法大多需要對(duì)燃料電池進(jìn)行特殊的改造，制作復(fù)雜，成本高，而且每種參數(shù)測(cè)量對(duì)燃料電池的改造不具有通用性，甚至需要多次拆裝燃料電池，嚴(yán)重影響了燃料電池性能的穩(wěn)定。
[0004]本發(fā)明在導(dǎo)電基片的筋上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)了同步在線測(cè)量燃料電池內(nèi)部溫度分布、濕度分布和熱流密度分布；該測(cè)量裝置獨(dú)立于被測(cè)燃料電池，無需對(duì)燃料電池進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，減少了對(duì)燃料電池的拆裝次數(shù)，從而保證了燃料電池性能的穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能同步在線測(cè)量燃料電池內(nèi)部溫度分布、濕度分布和熱流密度分布的裝置。該裝置可作為獨(dú)立構(gòu)件安裝于燃料電池內(nèi)部，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，無需對(duì)燃料電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，使燃料電池內(nèi)部溫度、濕度和熱流密度分布測(cè)量的步驟得到了簡(jiǎn)化。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，包括導(dǎo)電基片1、漏縫2、筋3、溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4、引線
5、定位孔7 ；所述漏縫2、筋3設(shè)置在導(dǎo)電基片1上，筋3位于兩相鄰漏縫2之間，漏縫2和筋3的形狀和尺寸分別與燃料電池流場(chǎng)板上流道和脊的形狀和尺寸相同，漏縫2和筋3的位置分別與燃料電池流場(chǎng)板流道和脊相對(duì)應(yīng)；所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4設(shè)置在筋3上；引線5的一端與溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的邊緣并放大形成引腳6 ；定位孔7對(duì)稱、均勻設(shè)置在導(dǎo)電基片1四周，用以將導(dǎo)電基片1固定在燃料電池流場(chǎng)板上；燃料電池組裝時(shí)，燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片布置在燃料電池流場(chǎng)板與膜電極中間，其設(shè)置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4的面朝向膜電極側(cè)并與之緊密接觸。
[0007]所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4包括薄膜熱電偶測(cè)溫單元、濕敏電容測(cè)濕單元和薄膜熱流計(jì)測(cè)熱流單元，采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括八層薄膜:第一層為蒸鍍?cè)诮?上的厚為0.08-0.1211111的二氧化硅絕緣層16，作為絕緣襯底，第二層為在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍的厚為1.0-1.2 0 0的下電極鋁鍍層17，第三層為在下電極鋁鍍層17上方涂覆一層厚為0.5-19 0的高分子聚合物感濕介質(zhì)層18，第四層為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層18上方蒸鍍的厚為1.0-1.2 0 0的上電極鋁鍍層19；所述上電極鋁鍍層19、高分子聚合物感濕介質(zhì)層18和下電極鋁鍍層17構(gòu)成了濕敏電容，首端為濕敏電容接線引出端37，其中上電極鋁鍍層19的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍的厚為0.1-0.1211111的銅鍍層20，第六層為在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍的厚為0.1-0.12^的鎳鍍層21 ；所述銅鍍層20同時(shí)包括薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計(jì)銅鍍層；所述鎳鍍層21同時(shí)包括薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層；所述薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長(zhǎng)條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)32，首端為薄膜熱電偶接線引出端33 ；所述薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層的形狀為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構(gòu)成熱電堆，其中包括薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)34和薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)35，首端為薄膜熱流計(jì)接線引出端36 ；第七層為在上電極鋁鍍層19、銅鍍層20和鎳鍍層21上方蒸鍍的厚為0.08-0.1211111的二氧化硅保護(hù)層22，第八層為在薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)34所對(duì)應(yīng)二氧化硅鍍層的上方蒸鍍一層厚為1.2-2.0 9 0的二氧化硅厚熱阻層23。
[0008]所述薄膜熱電偶接線引出端33、薄膜熱流計(jì)接線引出端36和濕敏電容接線引出端37均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層16的同一側(cè)。
[0009]所述導(dǎo)電基片1的形狀可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規(guī)則圖形；導(dǎo)電基片1上漏縫2的形狀可為蛇形漏縫、平行漏縫、孔狀漏縫、交錯(cuò)型漏縫。
[0010]所述濕敏電容上電極和下電極的金屬鍍層材料，還可選用金、銅、鉬金屬代替。
[0011]所述上電極鋁鍍層19的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可為鋸齒狀、梳狀。
[0012]所述測(cè)溫和測(cè)熱流單元中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鑰和鎳、銻和鈷替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。
[0013]所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4中薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形；薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層的形狀也是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為長(zhǎng)條形、弧形、菱形，首位相互搭接后的形狀可為鋸齒形、弧形、波浪形、2字形。
[0014]所述二氧化硅厚熱阻層23還可位于薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)35的上方。
[0015]所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4中薄膜熱流計(jì)至少包括一對(duì)薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)34、薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)35。
[0016]所述薄膜熱電偶接線引出端33、薄膜熱流計(jì)接線引出端36和濕敏電容接線引出端37的形狀還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形，其位置可對(duì)稱的布置在二氧化硅絕緣層16的兩側(cè)。
[0017]所述引線5的寬度為0.1-0.2111111，在導(dǎo)電基片1的邊緣處進(jìn)行放大，形成引腳6。
[0018]引線5是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍的四層薄膜構(gòu)成:^+^^^0.08-0.的引線二氧化硅絕緣層38，第二層為厚0.1-0.1200的引線銅鍍層39，第三層為厚
0.1-0.12 0111的引線金鍍層40，最上一層為厚0.05-0.1 0 111的引線二氧化硅保護(hù)層41 ；其中，在引腳6處不蒸鍍引線二氧化硅保護(hù)層。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0020]本發(fā)明在導(dǎo)電基片兩相鄰漏縫之間的筋上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器，可作為獨(dú)立的構(gòu)件安裝在燃料電池流場(chǎng)板和膜電極之間，不影響反應(yīng)物向膜電極方向的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了燃料電池在線運(yùn)行時(shí)對(duì)其內(nèi)部溫度分布、濕度分布和熱流密度分布的同步測(cè)量；該裝置的使用不需要對(duì)燃料電池流場(chǎng)板或極板等其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，降低了由測(cè)量裝置的植入對(duì)燃料電池性能的影響；同時(shí)，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，適用范圍廣，可適配于各種流道形狀的燃料電池，如平行流道、蛇形流道、交錯(cuò)型流道或其它不規(guī)則流道形狀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布平行漏縫測(cè)量插片主觀示意圖；
[0022]圖2為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片上單個(gè)溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器的主觀示意圖；
[0023]圖3為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片上單個(gè)溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器的制作流程圖；
[0024]圖4為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片上溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器引線的截面主觀示意圖；
[0025]圖5為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布交錯(cuò)漏縫測(cè)量插片主觀示意圖；
[0026]圖6為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布蛇形單漏縫測(cè)量插片主觀示意圖；
[0027]圖7為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布蛇形雙漏縫測(cè)量插片主觀示意圖；
[0028]圖中，1、導(dǎo)電基片，2、漏縫，3、筋，4、溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器，5、引線，6、引腳，7、定位孔；
[0029]8-15為溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器各層掩膜:8、二氧化硅絕緣層掩膜，9、下電極鋁鍍層掩膜，10、高分子聚合物感濕介質(zhì)層掩膜，11、上電極鋁鍍層掩膜，12、銅鍍層掩膜，13、鎳鍍層掩膜，14、二氧化娃保護(hù)層掩膜，15、二氧化娃厚熱阻層掩膜；
[0030]16-23為根據(jù)掩膜制作的溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器各膜層:16、二氧化硅絕緣層，17、下電極鋁鍍層，18、高分子聚合物感濕介質(zhì)層，19、上電極鋁鍍層，20、銅鍍層，21、鎳鍍層，22、二氧化硅保護(hù)層，23、二氧化硅厚熱阻層；
[0031]24-31為溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器的制作步驟:24、步驟一，25、步驟二，26、步驟三，27、步驟四，28、步驟五，29、步驟六，30、步驟七，31、步驟八；
[0032]32、薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)，33、薄膜熱電偶接線引出端，34、薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)，35、薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)，36、薄膜熱流計(jì)接線弓丨出端,37、濕敏電容接線弓丨出端；
[0033]38、引線二氧化硅絕緣層，39、引線銅鍍層，40、弓丨線金鍍層，41、引線二氧化硅保護(hù)層。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0035]參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，包括導(dǎo)電基片1、漏縫2、筋3、溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4、引線5、引腳6、定位孔7 ；漏縫2和筋3設(shè)置在導(dǎo)電基片1上，其與被測(cè)燃料電池流場(chǎng)板上的流道和脊在形狀和尺寸上相同，位置相互對(duì)應(yīng)，在筋3上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4 ；引線5 —端與溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4相連，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的邊緣，用于傳遞溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4產(chǎn)生的電信號(hào)；引腳6布置在導(dǎo)電基片1的邊緣并與引線5相連；在導(dǎo)電基片的四周布置有定位孔7，方便該溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片與燃料電池流場(chǎng)板的定位和固定。為與被測(cè)燃料電池的形狀相匹配，導(dǎo)電基片1的形狀可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形等。測(cè)量時(shí)將該測(cè)量插片植入燃料電池流場(chǎng)板和膜電極組件之間，通過定位孔7將其固定在燃料電池流場(chǎng)板上，布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4的面朝向燃料電池膜電極組件方向，并與膜電極組件緊密接觸，漏縫2與燃料電池流場(chǎng)板上的流道相對(duì)應(yīng)，筋3與燃料電池流場(chǎng)板上的脊相對(duì)應(yīng)，以使測(cè)量插片的植入不影響反應(yīng)物向膜電極方向的擴(kuò)散。同時(shí)，布置在測(cè)量插片上的溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4對(duì)燃料電池內(nèi)部的溫度、濕度和熱流密度進(jìn)行測(cè)量，產(chǎn)生的電信號(hào)通過引線5傳遞至引腳6，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端與引腳6相連即可采集到測(cè)量插片輸出的電信號(hào)，并計(jì)算分析出燃料電池內(nèi)部溫度分布、濕度分布和熱流密度分布。
[0036]參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4包括薄膜熱電偶測(cè)溫單元、濕敏電容測(cè)濕單元和薄膜熱流計(jì)測(cè)熱流單元，采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括八層薄膜:第一層為蒸鍍?cè)趯?dǎo)電基片1兩相鄰漏縫2之間的筋3上的厚為0.08-0.的二氧化硅絕緣層16，作為絕緣襯底，第二層為在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍的厚為1.0-1.2 ^ 0的下電極鋁鍍層17，第三層為在下電極鋁鍍層17上方涂覆一層厚為0.5-1 9 0的高分子聚合物感濕介質(zhì)層18，第四層為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層18上方蒸鍍的厚為1.0-1.2 0 0的上電極鋁鍍層19，第五層為在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍的厚為0.1-0.12^111的銅鍍層20，第六層為在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍的厚為0.1-0.12^111的鎳鍍層21，第七層為在上電極鋁鍍層19、銅鍍層20和鎳鍍層21上方蒸鍍的厚為0.08-0.129111的二氧化硅保護(hù)層22，第八層為在薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)34所對(duì)應(yīng)二氧化硅鍍層的上方蒸鍍一層厚為
1.2-2.011111的二氧化硅厚熱阻層23。
[0037]薄膜熱流計(jì)銅鍍層、薄膜熱流計(jì)鎳鍍層、二氧化硅保護(hù)層22和二氧化硅厚熱阻層23構(gòu)成了完整的薄膜熱流計(jì)，以實(shí)現(xiàn)熱流密度的測(cè)量，其測(cè)量原理為:由薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層首尾相互搭接構(gòu)成熱電堆，其搭接處構(gòu)成薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)和薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)。由于薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)和薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)上的二氧化硅熱阻層厚度不同，從而使熱電堆產(chǎn)生溫差電勢(shì)，其與上結(jié)點(diǎn)和下結(jié)點(diǎn)上二氧化硅熱阻層的厚度差相關(guān)，而熱流密度與溫差、二氧化硅熱阻層厚度差及導(dǎo)熱系數(shù)相關(guān)，由于二氧化硅導(dǎo)熱系數(shù)已知，故可計(jì)算出熱流密度的大小。
[0038]圖3為單個(gè)溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器的制作流程圖:8-15為溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器各層掩膜，16-23為根據(jù)掩膜制作的溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器各膜層，24-31為溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器的制作步驟。首先在導(dǎo)電基片1的筋3上根據(jù)二氧化硅絕緣層掩膜8蒸鍍一層二氧化硅絕緣層16，作為傳感器的絕緣襯底，與導(dǎo)電基片充分絕緣，從而完成步驟一 24 ；步驟二 25為在二氧化硅絕緣層16上根據(jù)下電極鋁鍍層掩膜9蒸鍍一層下電極鋁鍍層17，步驟三26為根據(jù)高分子聚合物感濕介質(zhì)層掩膜10在下電極鋁鍍層17上方涂覆高分子聚合物感濕介質(zhì)層18，步驟四27為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層18的上方根據(jù)上電極鋁鍍層掩膜11蒸鍍一層上電極鋁鍍層19 ；其中，下電極鋁鍍層17、高分聚合物感濕介質(zhì)層18和上電極鋁鍍層19構(gòu)成了濕敏電容，實(shí)現(xiàn)了濕度的測(cè)量；步驟五28為根據(jù)銅鍍層掩膜12在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍一層銅鍍層20，步驟六29為根據(jù)鎳鍍層掩膜13在二氧化硅絕緣層16上蒸鍍一層鎳鍍層21，其中，銅鍍層20同時(shí)包括了薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計(jì)銅鍍層，鎳鍍層21同時(shí)包括了薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層；步驟七30為在所鍍銅鍍層20、鎳鍍層21和上電極鋁鍍層19的上方根據(jù)二氧化硅保護(hù)層掩膜14蒸鍍一層二氧化硅保護(hù)層22，其即作為薄膜熱電偶和濕敏電容上電極的保護(hù)層，又作為薄膜熱流計(jì)的薄熱阻層；步驟八31為在薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)34所對(duì)二氧化硅鍍層的上方根據(jù)二氧化硅厚熱阻層掩膜15蒸鍍一層二氧化硅厚熱阻層23 ；由以上步驟構(gòu)成溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器，外接測(cè)量電路和數(shù)據(jù)采集設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池內(nèi)部溫度、濕度和熱流密度的同步測(cè)量。
[0039]其中，步驟二 25和步驟四27完成的濕敏電容上電極和下電極的金屬鍍層材料還可選用金、銅、鉬等其他金屬替代；濕敏電容上電極鋁鍍層19的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，不僅可為圖3所示的蛇形，還可為鋸齒狀、梳狀等其他形狀。薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長(zhǎng)條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)32 ；薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀等其它形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形等。薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層的形狀為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構(gòu)成熱電堆，其中至少包括一對(duì)薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)34、薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)35 ；薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為長(zhǎng)條形、弧形、菱形等，首位相互搭接后的形狀可為鋸齒形、弧形、波浪形、2字形等其它形狀；二氧化硅厚熱阻層23還可位于薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)35的上方。薄膜熱電偶和薄膜熱流計(jì)中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鑰和鎳、銻和鈷等替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。
[0040]薄膜熱電偶的首端為薄膜熱電偶接線引出端33，薄膜熱流計(jì)的首端為薄膜熱流計(jì)接線引出端36，濕敏電容的首端為濕敏電容接線引出端37，其作用為方便與引線5相連，進(jìn)行電信號(hào)的傳導(dǎo)。薄膜熱電偶接線引出端33、薄膜熱流計(jì)接線引出端36和濕敏電容接線引出端37不僅可制成如圖3所示的形狀，還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形等其它形狀，其位置可均布置在二氧化硅絕緣層16的同一側(cè)，也可對(duì)稱的布置在二氧化硅絕緣層16的兩側(cè)，以方便傳感器引線5在導(dǎo)電基片上的布置。
[0041]圖4為溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器引線的截面示意圖，引線5的寬度為
0.1-0.在導(dǎo)電基片1的邊緣處進(jìn)行放大，形成引腳6，以方便與外接測(cè)量電路及設(shè)備進(jìn)行連接。該引線是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍的四層薄膜構(gòu)成:^+^^^0.08-0.的引線二氧化硅絕緣層38，第二層為厚0.1-0.1200的引線銅鍍層39，第三層為厚0.1-0.12 0111的引線金鍍層40，最上一層為厚0.05-0.1 0 111的引線二氧化硅保護(hù)層41 ；其中，在引腳6處不蒸鍍引線二氧化硅保護(hù)層。
[0042]圖5為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布交錯(cuò)漏縫測(cè)量插片主觀示意圖，其導(dǎo)電基片1上的漏縫2和筋3與交錯(cuò)型流道流場(chǎng)板上的流道和脊相互對(duì)應(yīng)，兩相鄰漏縫2之間的筋3上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4，引線5的一端與溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的外邊緣并放大形成引腳6，用于溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4電信號(hào)的傳遞。
[0043]圖6為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布蛇形單漏縫測(cè)量插片主觀示意圖，其導(dǎo)電基片1上的漏縫2和筋3與蛇形單通道流場(chǎng)板上的流道和脊相互對(duì)應(yīng)，兩相鄰漏縫2之間的筋3上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4，引線5的一端與溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的外邊緣并放大形成引腳6，用于溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4電信號(hào)的傳遞。
[0044]圖7為燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布蛇形雙漏縫測(cè)量插片主觀示意圖，其導(dǎo)電基片1上的漏縫2和筋3與蛇形雙通道流場(chǎng)板上的流道和脊相互對(duì)應(yīng)，兩相鄰漏縫2之間的筋3上布置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4，引線5的一端與溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的外邊緣并放大形成引腳6，用于溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器4電信號(hào)的傳遞。
[0045]采用本發(fā)明的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，能夠方便的實(shí)現(xiàn)同步在線測(cè)量燃料電池內(nèi)部溫度分布、濕度分布和熱流密度分布；該測(cè)量裝置與被測(cè)燃料電池獨(dú)立，不需要對(duì)燃料電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊改造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，使用范圍廣。
【權(quán)利要求】
1.燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，包括導(dǎo)電基片(I)、漏縫(2)、筋(3)、溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器(4)、引線(5)、定位孔(7);所述漏縫(2)、筋(3)設(shè)置在導(dǎo)電基片(I)上，筋(3)位于兩相鄰漏縫(2)之間，漏縫(2)和筋(3)的形狀和尺寸分別與燃料電池流場(chǎng)板上流道和脊的形狀和尺寸相同，漏縫(2)和筋(3)的位置分別與燃料電池流場(chǎng)板流道和脊相對(duì)應(yīng)；其特征在于:所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器(4)設(shè)置在筋⑶上；引線(5)的一端與溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器⑷的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片(I)的邊緣并放大形成引腳(6);定位孔(7)對(duì)稱、均勻設(shè)置在導(dǎo)電基片(I)四周，用以將導(dǎo)電基片(I)固定在燃料電池流場(chǎng)板上；燃料電池組裝時(shí)，燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片布置在燃料電池流場(chǎng)板與膜電極中間，其設(shè)置有溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器(4)的面朝向膜電極側(cè)并與之緊密接觸； 所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器(4)包括薄膜熱電偶測(cè)溫單元、濕敏電容測(cè)濕單元和薄膜熱流計(jì)測(cè)熱流單元，采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括八層薄膜:第一層為蒸鍍?cè)诮?3)上的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅絕緣層(16)，作為絕緣襯底，第二層為在二氧化硅絕緣層(16)上蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的下電極鋁鍍層(17)，第三層為在下電極鋁鍍層(17)上方涂覆一層厚為0.5-1 μ m的高分子聚合物感濕介質(zhì)層(18)，第四層為在高分子聚合物感濕介質(zhì)層(18)上方蒸鍍的厚為1.0-1.2μm的上電極鋁鍍層(19);所述上電極鋁鍍層(19)、高分子聚合物感濕介質(zhì)層(18)和下電極鋁鍍層(17)構(gòu)成了濕敏電容，首端為濕敏電容接線引出端(37)，其中上電極鋁鍍層(19)的形狀為蛇形；第五層為在二氧化硅絕緣層(16)上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的銅鍍層(20)，第六層為在二氧化硅絕緣層(16)上蒸鍍的厚為0.1-0.12 μ m的鎳鍍層(21);所述銅鍍層(20)同時(shí)包括薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計(jì)銅鍍層；所述鎳鍍層(21)同時(shí)包括薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層；所述薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長(zhǎng)條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(diǎn)(32)，首端為薄膜熱電偶接線引出端(33);所述薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層的形狀為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構(gòu)成熱電堆，其中包括薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)(34)和薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)(35)，首端為薄膜熱流計(jì)接線引出端(36);第七層為在上電極鋁鍍層(19)、銅鍍層(20)和鎳鍍層(21)上方蒸鍍的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅保護(hù)層(22)，第八層為在薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)(34)所對(duì)應(yīng)二氧化硅鍍層的上方蒸鍍一層厚為1.2-2.0 μ m的二氧化硅厚熱阻層(23)； 所述薄膜熱電偶接線引出端(33)、薄膜熱流計(jì)接線引出端(36)和濕敏電容接線引出端(37)均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層(16)的同一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述導(dǎo)電基片(I)的形狀可制作成方形、圓形、多邊形、梯形、三角形、不規(guī)則圖形；導(dǎo)電基片(I)上漏縫(2)的形狀可為蛇形漏縫、平行漏縫、孔狀漏縫、交錯(cuò)型漏縫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述濕敏電容上電極和下電極的金屬鍍層材料，還可選用金、銅、鉬金屬代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述上電極鋁鍍層(19)的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可為鋸齒狀、梳狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述測(cè)溫和測(cè)熱流單元中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層還可以選用鎢和鎳、銅和鈷、鑰和鎳、銻和鈷替代，也可采用金屬混合物材料如銅和康銅替代。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器(4)中薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為橢圓形、弧形、波浪形、菱形以及不規(guī)則形狀，相互搭接后的形狀可為弧形、波浪形、鋸齒形；薄膜熱流計(jì)銅鍍層和薄膜熱流計(jì)鎳鍍層的形狀也是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為長(zhǎng)條形、弧形、菱形，首位相互搭接后的形狀可為鋸齒形、弧形、波浪形、Z字形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述二氧化硅厚熱阻層(23)還可位于薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)(35)的上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述溫度-濕度-熱流密度聯(lián)測(cè)傳感器(4)中薄膜熱流計(jì)至少包括一對(duì)薄膜熱流計(jì)上結(jié)點(diǎn)(34)、薄膜熱流計(jì)下結(jié)點(diǎn)(35)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述薄膜熱電偶接線引出端(33)、薄膜熱流計(jì)接線引出端(36)和濕敏電容接線引出端(37)的形狀還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形，其位置可對(duì)稱的布置在二氧化硅絕緣層(16)的兩側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-濕度-熱流密度分布測(cè)量插片，其特征在于:所述引線(5)的寬度為0.1-0.2mm，在導(dǎo)電基片⑴的邊緣處進(jìn)行放大，形成引腳(6)； 引線(5)是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍的四層薄膜構(gòu)成:第一層為厚0.08-0.12μπι的引線二氧化硅絕緣層(38)，第二層為厚0.1-0.12 μ m的引線銅鍍層(39)，第三層為厚.0.1-0.12 μ m的引線金鍍層(40)，最上一層為厚0.05-0.1ym的引線二氧化硅保護(hù)層(41)；其中，在引腳(6)處不蒸鍍引線二氧化硅保護(hù)層。
【文檔編號(hào)】G01K7/02GK104406705SQ201410638222
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】郭航, 王政, 葉芳, 馬重芳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)