燃料电池内部温度-湿度-热流密度分布测量插片，是燃料电池内部温度、湿度和热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-热流密度联测传感器；温度-湿度-热流密度联测传感器采用真空蒸发镀膜方法制作，包括八层薄膜。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、湿度分布和热流密度分布的同步在线测量；该装置独立于燃料电池，无需对燃料电池的结构进行特殊改造，可适配于平行流道、蛇形流道、交错型流道或其他流道形状的燃料电池流场板。
【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-热流密度分布测量插片，属于燃料电池检测
技术介绍
燃料电池对于温度的变化十分敏感，如果燃料电池的结构设计不合理，将会导致内部热量无法及时排出，破坏内部温度场，造成局部异常高温，从而会导致燃料电池的膜电极失效。同样，燃料电池内部的湿度对其性能也有很大的影响，湿度的高低不仅影响燃料电池内质子交换膜的质子传递能力，还会影响燃料电池内部生成水的多少。若湿度不够，质子交换膜干涸，燃料电池的性能将会大幅降低，而湿度过高，燃料电池内部会集聚过多的凝结水，严重的会产生水淹现象，阻碍反应物向膜电极的传递，也会造成燃料电池性能的下降。由此可以看出，了解燃料电池内部温度、湿度和热流密度的分布将对优化燃料电池结构设计、选取最佳运行工况有重要的指导意义。传统的研究大多集中于单一参数的研究，如通过在燃料电池内部植入热电偶、热电阻或微型传感器来进行温度的测量；通过特殊加工燃料电池流场板植入湿度传感器来进行湿度的测量。这些方法大多需要对燃料电池进行特殊的改造，制作复杂，成本高，而且每种参数测量对燃料电池的改造不具有通用性，甚至需要多次拆装燃料电池，严重影响了燃料电池性能的稳定。本专利技术在导电基片的筋上布置有温度-湿度-热流密度联测传感器，实现了同步在线测量燃料电池内部温度分布、湿度分布和热流密度分布；该测量装置独立于被测燃料电池，无需对燃料电池进行r>结构改造，减少了对燃料电池的拆装次数，从而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同步在线测量燃料电池内部温度分布、湿度分布和热流密度分布的装置。该装置可作为独立构件安装于燃料电池内部，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，使燃料电池内部温度、湿度和热流密度分布测量的步骤得到了简化。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、湿敏电容测湿单元和薄膜热流计测热流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括八层薄膜：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16，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层16上蒸镀的厚为1.0-1.2μm的下电极铝镀层17，第三层为在下电极铝镀层17上方涂覆一层厚为0.5-1μm的高分子聚合物感湿介质层18，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19、高分子聚合物感湿介质层18和下电极铝镀层17构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端37，其中上电极铝镀层19的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层16上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的铜镀层20，第六层为在二氧化硅绝缘层16上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的镍镀层21；所述铜镀层20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21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32，首端为薄膜热电偶接线引出端33；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34和薄膜热流计下结点35，首端为薄膜热流计接线引出端36；第七层为在上电极铝镀层19、铜镀层20和镍镀层21上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层22，第八层为在薄膜热流计上结点34所对应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23。所述薄膜热电偶接线引出端33、薄膜热流计接线引出端36和湿敏电容接线引出端37均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层16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。所述上电极铝镀层19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。所述测温和测热流单元中，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。所述温度-湿度-热流密度联测传感器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膜的形状而设定的，其形状还可以为椭圆形、弧形、波浪形、菱形以及不规则形状，相互搭接后的形状可为弧形、波浪形、锯齿形；薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状也是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可以为长条形、弧形、菱形，首位相互搭接后的形状可为锯齿形、弧形、波浪形、Z字形。所述二氧化硅厚热阻层23还可位于薄膜热流计下结点35的上方。所述温度-湿度-热流密度联测传感器4中薄膜热流计至少包括一对薄膜热流计上结点34、薄膜热流计下结点35。所述薄膜热电偶接线引出端33、薄膜热流计接线引出端36和湿敏电容接线引出端37的形状还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形，其位置可对称的布置在二氧化硅绝缘层16的两侧。所述引线5的宽度为0.1-0.2mm，在导电基片1的边缘处进行放大，形成引脚6。引线5是采用真空蒸发镀膜方法蒸镀的四层薄膜构成：第一层为厚0.08-0.12μm的引线二氧化硅绝缘层38，第二层为厚0.1-0.12μm的引线铜镀层39，第三层为厚0.1-0.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、湿敏电容测湿单元和薄膜热流计测热流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括八层薄膜：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(16)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(16)上蒸镀的厚为1.0‑1.2μm的下电极铝镀层(17)，第三层为在下电极铝镀层(17)上方涂覆一层厚为0.5‑1μm的高分子聚合物感湿介质层(18)，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(19)、高分子聚合物感湿介质层(18)和下电极铝镀层(17)构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端(37)，其中上电极铝镀层(19)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(16)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的铜镀层(20)，第六层为在二氧化硅绝缘层(16)上蒸镀的厚为0.1‑0.12μm的镍镀层(21)；所述铜镀层(20)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(21)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(32)，首端为薄膜热电偶接线引出端(33)；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(34)和薄膜热流计下结点(35)，首端为薄膜热流计接线引出端(36)；第七层为在上电极铝镀层(19)、铜镀层(20)和镍镀层(21)上方蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(22)，第八层为在薄膜热流计上结点(34)所对应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(23)；所述薄膜热电偶接线引出端(33)、薄膜热流计接线引出端(36)和湿敏电容接线引出端(37)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(16)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、湿敏电容测湿单元和薄膜热流计测热流单元，采用真空蒸发
镀膜方法制作，包括八层薄膜：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(16)，作为绝缘衬底，第二层为在二
氧化硅绝缘层(16)上蒸镀的厚为1.0-1.2μm的下电极铝镀层(17)，
第三层为在下电极铝镀层(17)上方涂覆一层厚为0.5-1μm的高分子
聚合物感湿介质层(18)，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
\t层(19)、高分子聚合物感湿介质层(18)和下电极铝镀层(17)构
成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端(37)，其中上电极铝镀
层(19)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(16)上蒸镀
的厚为0.1-0.12μm的铜镀层(20)，第六层为在二氧化硅绝缘层(16)
上蒸镀的厚为0.1-0.12μm的镍镀层(21)；所述铜镀层(20)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(21)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(32)，首端为薄膜热电偶接线引出端(33)；
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(34)和薄膜热流计下结点(35)，首端为薄膜热流计接线引出
端(36)；第七层为在上电极铝镀层(19)、铜镀层(20)和镍镀层
(21)上方蒸镀的厚为0.08-0.12μm的二氧化硅保护层(22)，第八
层为在薄膜热流计上结点(34)所对应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(23)；
所述薄膜热电偶接线引出端(33)、薄膜热流计接线引出端(36)
和湿...
【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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