燃料电池内部温度-湿度-热流密度-电流密度分布测量插片，是燃料电池内部温度、湿度、热流密度和电流密度分布的测量装置，其在导电基片上设置有与燃料电池流场板流道和脊相对应的漏缝和筋，并在筋上布置有温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器；温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器采用真空蒸发镀膜方法制作，包括十层薄膜。引线也采用真空蒸发镀膜方法制作，用于传递电信号，其延伸至流场板边缘处时放大形成引脚，以方便与外接数据采集设备相连。本发明专利技术实现了对燃料电池内部温度分布、湿度分布、热流密度分布和电流密度分布的同步在线测量，可作为独立构件安装于燃料电池内部，无需对燃料电池的结构进行特殊改造。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池内部温度-湿度-热流密度-电流密度分布测量插片，属于燃料电池检测
技术介绍
燃料电池的性能受多种因素的干扰，通过监测燃料电池内部多参数的分布情况，可以了解燃料电池内部性能改变时的参数变化情况，有助于燃料电池最佳运行工况的选取和燃料电池结构设计的优化。但由于燃料电池自身的特点，内部空间小，结构紧凑，导致其内部多参数的测量较为困难，对于多参数的测量需要多次拆装燃料电池或制作多种专门的测试燃料电池，增加了工作的复杂程度。温度测量，大多通过在燃料电池内部植入热电偶、热电阻或将微型温度传感器与膜电极制作成一体，来进行温度的测量；此种方法制作的成本比较高，对燃料电池的改造复杂，也容易造成燃料电池的性能下降。对于湿度测量，大多采用改造燃料电池结构以植入湿度传感器来对其湿度进行测量，该方法需要对燃料电池的流场板进行特殊的加工改造，加工难度大，且对燃料电池的密封性有一定的破坏性；还有采用光刻和刻蚀技术制作湿度传感器植入燃料电池测量湿度的方法，该方法虽然不需要对燃料电池的结构进行特殊改造，但刻蚀工艺较为复杂，成本较高。对于热流密度的测量也多见于在燃料电池内部植入热流计来测量，同样需要加工改造燃料电池极板。电流密度的测量方法主要有子电池法、膜电极法、磁环组法等，对燃料电池的改造比较复杂，使用不方便。若用传统方法分别对燃料电池内部的温度、湿度、热流密度和电流密度进行测量，则需要对燃料电池进行非常复杂的改造，或多次拆装燃料电池植入不同传感器进行测量，这将使工作量变得非常大，也不利于燃料电池性能的稳定。本专利技术在导电基片的筋上布置温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器，其可作为独立构件安装在燃料电池流场板和膜电极之间，不影响反应物向膜电极方向地扩散，实现了同步测量燃料电池内部温度分布、湿度分布、热流密度分布和电流密度分布，无需对燃料电池的结构进行特殊改造，减少了燃料电池的拆装次数，保证了燃料电池性能的稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能对燃料电池内部温度分布、湿度分布、热流密度分布和电流密度分布进行同步在线测量的装置。该装置独立于被测燃料电池，结构简单，制作方便，无需对燃料电池内部结构进行特殊改造，减少了燃料电池的拆装次数，保证了燃料电池性能的稳定。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案如下：燃料电池内部温度-湿度-热流密度-电流密度分布测量插片，包括导电基片1、漏缝2、筋3、温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器4、引线5、定位孔7；所述漏缝2、筋3设置在导电基片1上，筋3位于两相邻漏缝2之间，漏缝2和筋3的形状和尺寸分别与燃料电池流场板上流道和脊的形状和尺寸相同，漏缝2和筋3的位置分别与燃料电池流场板流道和脊相对应；所述温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器4设置在筋3上；引线5的一端与温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至导电基片1的边缘并放大形成引脚6；定位孔7对称、均匀设置在导电基片1四周，用以将导电基片1固定在燃料电池流场板上；燃料电池组装时，燃料电池内部温度-湿度-热流密度-电流密度分布测量插片布置在燃料电池流场板与膜电极中间，其设置有温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器4的面朝向膜电极侧并与之紧密接触。所述温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器4包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元、薄膜热流计测热流单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括十层薄膜：第一层为蒸镀在筋3上的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅绝缘层18，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层18上蒸镀的厚为1.0-1.2μm的下电极铝镀层19，第三层为在下电极铝镀层19上方涂覆一层厚为0.5-1μm的高分子聚合物感湿介质层20，第四层为在高分子聚合物感湿介质层18上方蒸镀的厚为1.0-1.2μm的上电极铝镀层19；所述上电极铝镀层21、高分子聚合物感湿介质层20和下电极铝镀层19构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端43，其中上电极铝镀层21的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层18上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的铜镀层22，第六层为在二氧化硅绝缘层18上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的镍镀层23；所述铜镀层22同时包括薄膜热电偶铜镀层和薄膜热流计铜镀层；所述镍镀层23同时包括薄膜热电偶镍镀层和薄膜热流计镍镀层；所述薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶热端结点38，首端为薄膜热电偶接线引出端39；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点40和薄膜热流计下结点41，首端为薄膜热流计接线引出端42；第七层为在铜镀层22、镍镀层23和上电极铝镀层19的上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层24，第八层为在薄膜热流计上结点40所对二氧化硅镀层的上方蒸镀一层厚为1.2-2.0μm的二氧化硅厚热阻层25，第九层为在铜镀层22和镍镀层23所对的二氧化硅保护层和厚热阻层的上方蒸镀一层厚为1.5-2.0μm的电流密度测量铜镀层26，第十层为在电流密度测量铜镀层26的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层27；所述电流密度测量铜镀层26和电流密度测量金镀层27相互重叠，构成电流密度测量金属镀层44，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端45。所述薄膜热电偶接线引出端39、薄膜热流计接线引出端42、湿敏电容接线引出端43和电流密度测量金属镀层接线引出端45均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层18的同一侧。所述导电基片1的形状可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形；导电基片1上漏缝2的形状可为蛇形漏缝、平行漏缝、孔状漏缝、交错型漏缝。所述湿敏电容中上电极和下电极的金属镀层材料，还可选用金、铜、铂金属代替；所述薄膜热电偶和薄膜热流计中，由铜和镍组成的纯金属镀层还可以选用钨和镍、铜和钴、钼和镍、锑和钴替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代。所述上电极铝镀层21的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可为锯齿状、梳状。所述温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器4中薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层的形状是根据掩本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃料电池内部温度‑湿度‑热流密度‑电流密度分布测量插片，包括导电基片(1)、漏缝(2)、筋(3)、温度‑湿度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)、引线(5)、定位孔(7)；所述漏缝(2)、筋(3)设置在导电基片(1)上，筋(3)位于两相邻漏缝(2)之间，漏缝(2)和筋(3)的形状和尺寸分别与燃料电池流场板上流道和脊的形状和尺寸相同，漏缝(2)和筋(3)的位置分别与燃料电池流场板流道和脊相对应；其特征在于：所述温度‑湿度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)设置在筋(3)上；引线(5)的一端与温度‑湿度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)的接线引出端相接，另一端延伸至导电基片(1)的边缘并放大形成引脚(6)；定位孔(7)对称、均匀设置在导电基片(1)四周，用以将导电基片(1)固定在燃料电池流场板上；燃料电池组装时，燃料电池内部温度‑湿度‑热流密度‑电流密度分布测量插片布置在燃料电池流场板与膜电极中间，其设置有温度‑湿度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)的面朝向膜电极侧并与之紧密接触；所述温度‑湿度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元、薄膜热流计测热流单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括十层薄膜：第一层为蒸镀在筋(3)上的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅绝缘层(18)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(18)上蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的下电极铝镀层(19)，第三层为在下电极铝镀层(19)上方涂覆一层厚为0.5‑1μm的高分子聚合物感湿介质层(20)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层(18)上方蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的上电极铝镀层(19)；所述上电极铝镀层(21)、高分子聚合物感湿介质层(20)和下电极铝镀层(19)构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端(43)，其中上电极铝镀层(21)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(18)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的铜镀层(22)，第六层为在二氧化硅绝缘层(18)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的镍镀层(23)；所述铜镀层(22)同时包括薄膜热电偶铜镀层和薄膜热流计铜镀层；所述镍镀层(23)同时包括薄膜热电偶镍镀层和薄膜热流计镍镀层；所述薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶热端结点(38)，首端为薄膜热电偶接线引出端(39)；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(40)和薄膜热流计下结点(41)，首端为薄膜热流计接线引出端(42)；第七层为在铜镀层(22)、镍镀层(23)和上电极铝镀层(19)的上方蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(24)，第八层为在薄膜热流计上结点(40)所对二氧化硅镀层的上方蒸镀一层厚为1.2‑2.0μm的二氧化硅厚热阻层(25)，第九层为在铜镀层(22)和镍镀层(23)所对的二氧化硅保护层和厚热阻层的上方蒸镀一层厚为1.5‑2.0μm的电流密度测量铜镀层(26)，第十层为在电流密度测量铜镀层(26)的上方蒸镀一层厚为0.1‑0.12μm的电流密度测量金镀层(27)；所述电流密度测量铜镀层(26)和电流密度测量金镀层(27)相互重叠，构成电流密度测量金属镀层(44)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(45)；所述薄膜热电偶接线引出端(39)、薄膜热流计接线引出端(42)、湿敏电容接线引出端(43)和电流密度测量金属镀层接线引出端(45)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(18)的同一侧。...
【技术特征摘要】
1.燃料电池内部温度-湿度-热流密度-电流密度分布测量插片，
包括导电基片(1)、漏缝(2)、筋(3)、温度-湿度-热流密度-电流
密度联测传感器(4)、引线(5)、定位孔(7)；所述漏缝(2)、筋
(3)设置在导电基片(1)上，筋(3)位于两相邻漏缝(2)之间，
漏缝(2)和筋(3)的形状和尺寸分别与燃料电池流场板上流道和
脊的形状和尺寸相同，漏缝(2)和筋(3)的位置分别与燃料电池
流场板流道和脊相对应；其特征在于：所述温度-湿度-热流密度-电
流密度联测传感器(4)设置在筋(3)上；引线(5)的一端与温度
-湿度-热流密度-电流密度联测传感器(4)的接线引出端相接，另一
端延伸至导电基片(1)的边缘并放大形成引脚(6)；定位孔(7)
对称、均匀设置在导电基片(1)四周，用以将导电基片(1)固定
在燃料电池流场板上；燃料电池组装时，燃料电池内部温度-湿度-
热流密度-电流密度分布测量插片布置在燃料电池流场板与膜电极中
间，其设置有温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器(4)的面朝
向膜电极侧并与之紧密接触；
所述温度-湿度-热流密度-电流密度联测传感器(4)包括薄膜热
电偶测温单元、湿敏电容测湿单元、薄膜热流计测热流单元和电流
密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括
十层薄膜：第一层为蒸镀在筋(3)上的厚为0.08-0.12μm的二氧化
硅绝缘层(18)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(18)
上蒸镀的厚为1.0-1.2μm的下电极铝镀层(19)，第三层为在下电极
铝镀层(19)上方涂覆一层厚为0.5-1μm的高分子聚合物感湿介质层
\t(20)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层(18)上方蒸镀的厚为
1.0-1.2μm的上电极铝镀层(19)；所述上电极铝镀层(21)、高分子
聚合物感湿介质层(20)和下电极铝镀层(19)构成了湿敏电容，
首端为湿敏电容接线引出端(43)，其中上电极铝镀层(21)的形状
为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(18)上蒸镀的厚为0.1-0.12μm
的铜镀层(22)，第六层为在二氧化硅绝缘层(18)上蒸镀的厚为
0.1-0.12μm的镍镀层(23)；所述铜镀层(22)同时包括薄膜热电偶
铜镀层和薄膜热流计铜镀层；所述镍镀层(23)同时包括薄膜热电
偶镍镀层和薄膜热流计镍镀层；所述薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电
偶镍镀层的形状为长条形，中间相互搭接，搭接处构成薄膜热电偶
热端结点(38)，首端为薄膜热电偶接线引出端(39)；所述薄膜热
流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状为相互平行的四边形，首尾
相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(40)
和薄膜热流计下结点(41)，首端为薄膜热流计接线引出端(42)；
第七层为在铜镀层(22)、镍镀层(23)和上电极铝镀层(19)的上
方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层(24)，第八层为在薄
膜热流计上结点(40)所对二氧化硅镀层的上方蒸镀一层厚为
1.2-2.0μm的二氧化硅厚热阻层(25)，第九层为在铜镀层(22)和镍
镀层(23)所对的二氧化硅保护层和厚热阻层的上方蒸镀一层厚为
1.5-2.0μm的电流密度测量铜镀层(26)，第十层为在电流密度测量铜
镀层(26)的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12μm的电流密度测量金镀层
(27)；所述电流密度测量铜镀层(26)和电流密度测量金镀层(27)
\t相互重叠，构成电流密度测量金属镀层(44)，首端为电流密度测量
金属镀层接线引出端(45)；...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭航，王政，叶芳，马重芳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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