燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片的制作方法
【專利摘要】燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，是燃料電池內(nèi)部溫度分布和熱流密度分布的測量裝置，其在導(dǎo)電基片上設(shè)置有與燃料電池流場板流道和脊相對應(yīng)的漏縫和筋，并在筋上布置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器；溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，包括五層薄膜。引線也采用真空蒸發(fā)鍍膜方法制作，用于傳遞電信號，其延伸至流場板邊緣處時放大形成引腳，以方便與外接數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連。本發(fā)明實現(xiàn)了對燃料電池內(nèi)部溫度分布和熱流密度分布的同步在線測量；該裝置可作為獨立的構(gòu)件安裝于燃料電池內(nèi)部，無需對燃料電池的結(jié)構(gòu)進行特殊改造，使用范圍廣，可適配于平行流道、蛇形流道、交錯型流道或其它流道形狀的燃料電池流場板。
【專利說明】燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片

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

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池作為一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有廣闊的發(fā)展前景。燃料電池的電化學反應(yīng)集中在膜電極表面的催化層上，其反應(yīng)的均勻程度受到燃料電池內(nèi)部溫度場的均勻程度和熱量能否順利排出等因素的影響，而燃料電池內(nèi)部的溫度場和熱流密度又與燃料電池反應(yīng)氣體的濃度、水的分布、電池結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，因此，對于燃料電池內(nèi)部溫度分布和熱流密度分布的測量將有助于燃料電池最佳運行工況的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，為強化傳熱傳質(zhì)提供理論依據(jù)。
[0003]燃料電池結(jié)構(gòu)緊湊，其內(nèi)部的溫度和熱流密度分布測量較為困難，傳統(tǒng)的測溫方法大多是將微型溫度傳感器、熱電偶或熱電阻埋入燃料電池的流道中，或與燃料電池的膜電極熱壓為一體，這些方法大多需要對燃料電池進行特殊改造，成本較高，也易造成燃料電池的性能下降。另外，也可采用紅外熱成像測溫法來測得燃料電池內(nèi)部的溫度分布。但需要改變電池結(jié)構(gòu)，采用特殊材料制作燃料電池的端板，使此方法實施起來尤為的復(fù)雜，同時，燃料電池在運行過程中產(chǎn)生的水也會影響測溫度的精度。對于燃料電池內(nèi)部熱流密度的測量，傳統(tǒng)的測量方法由于傳感器體積大，響應(yīng)慢，因此不能較為準確的反應(yīng)出燃料電池內(nèi)部的熱流密度分布。
[0004]針對溫度和熱流密度，若分別進行測量，則需進行多組測量，增加了燃料電池的拆裝次數(shù)，也給測量數(shù)據(jù)帶來很大的誤差。本發(fā)明可作為獨立構(gòu)件安裝在燃料電池流場板和膜電極之間，在不影響反應(yīng)物向膜電極方向地擴散的同時實現(xiàn)同步測量燃料電池內(nèi)部的溫度分布和熱流密度分布，且無需對燃料電池的結(jié)構(gòu)進行特殊改造，減少了燃料電池的拆裝次數(shù)，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量燃料電池內(nèi)部溫度分布和熱流密度分布的測量裝置。該裝置獨立于燃料電池，其能夠在燃料電池運行時同步測量燃料電池內(nèi)部溫度和熱流密度的分布情況，不需要頻繁拆裝燃料電池體，也不需要對燃料電池流場板或極板等其他構(gòu)件進行特殊改造，具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便等優(yōu)點。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，包括導(dǎo)電基片1、漏縫2、筋3、溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4、引線5、引腳6、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板流道和脊相對應(yīng)；所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4設(shè)置在筋3上；引線5的一端與溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器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板上；燃料電池組裝時，燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片布置在燃料電池流場板與膜電極中間，其設(shè)置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4的面朝向膜電極側(cè)并與之緊密接觸。
[0007]所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4采用真空蒸發(fā)鍍膜方法在筋3上蒸鍍五層薄膜，第一層為在筋3上蒸鍍一層厚為0.08-0.1211111的二氧化硅絕緣層13 ；第二層為在二氧化硅絕緣層13上方蒸鍍一層厚為0.1-0.的銅鍍層14 ；第三層為在二氧化硅絕緣層13上方蒸鍍一層厚為0.1-0.12 9 0的鎳鍍層15 ；所述銅鍍層14同時包括薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計銅鍍層，所述鎳鍍層15同時包括薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層；所述薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點24，首端為薄膜熱電偶接線引出端23 ；所述薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀分別為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電堆，所述熱電堆包括薄膜熱流計上結(jié)點26和薄膜熱流計下結(jié)點27，首端為薄膜熱流計接線引出端25 ；第四層為蒸鍍在銅鍍層14和鎳鍍層15上方的厚為0.08-0.12 9 111的二氧化硅保護層16 ；第五層為在薄膜熱流計上結(jié)點26所對應(yīng)的二氧化硅保護層16的上方再蒸鍍一層厚為1.2-2.011111的二氧化硅厚熱阻層17。
[0008]所述薄膜熱電偶接線引出端23和薄膜熱流計接線引出端25均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層13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。
[0010]所述導(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、交錯型漏縫。
[0011]所述的金屬鍍層材料中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層可以選用鎢和鎳、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。
[0012]所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器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。
[0013]所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4中薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為長條形、弧形、菱形，相互搭接后形狀可為鋸齒形、弧形、波浪形、2字形。
[0014]所述二氧化硅厚熱阻層17還可位于薄膜熱流計下結(jié)點27的上方。
[0015]所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4中的薄膜熱流計至少包括一對薄膜熱流計上結(jié)點26、薄膜熱流計下結(jié)點27。
[0016]所述一對薄膜熱電偶接線引出端23和薄膜熱流計接線引出端25可分別對稱布置在二氧化硅絕緣層13的兩側(cè)，其形狀還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形。
[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，第一層為厚0.08-0.的引線二氧化硅絕緣層28，第二層為厚0.1-0.1200的引線銅鍍層29，第三層為厚0.1-0.12 0111的引線金鍍層30，最上一層為厚0.05-0.1 0 111的引線二氧化硅保護層31 ；其中，在引腳6處不蒸鍍引線二氧化硅保護層。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0020]采用本發(fā)明的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片裝置，能夠在線同步測量燃料電池內(nèi)部溫度和熱流密度的分布情況；該測量裝置獨立于被測燃料電池，無需對燃料電池的流場板或極板等其它構(gòu)件進行特殊改造，簡化了燃料電池內(nèi)部溫度和熱流密度分布測量的步驟，同時，減少了燃料電池的拆裝次數(shù)，保證了燃料電池性能的穩(wěn)定。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，使用范圍廣等優(yōu)點，可適用于平行流道、蛇形流道、交錯型流道等其它流道形狀的燃料電池，同時，不僅適用于單體燃料電池的測量，還可用于燃料電池堆內(nèi)的溫度和熱流密度分布的同步測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布平行漏縫測量插片主觀示意圖；
[0022]圖2為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片上單個溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器的主觀示意圖；
[0023]圖3為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片上單個溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器的制作流程圖；
[0024]圖4為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片上單個溫度-熱流密度聯(lián)測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-熱流密度分布交錯漏縫測量插片主觀示意圖；
[0026]圖6為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布蛇形單漏縫測量插片主觀示意圖；
[0027]圖7為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布蛇形雙漏縫測量插片主觀示意圖；
[0028]圖中，1、導(dǎo)電基片，2、漏縫，3、筋，4、溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器，5、引線，6、引腳，7、定位孔；
[0029]8-12為溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器各鍍層掩膜:8、二氧化硅絕緣層掩膜，9、銅鍍層掩膜，10、鎳鍍層掩膜，11、二氧化硅保護層掩膜，12、二氧化硅厚熱阻層掩膜；
[0030]13-17為根據(jù)掩膜蒸鍍的溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器各鍍層:13、二氧化硅絕緣層，14、銅鍍層，15、鎳鍍層，16、二氧化硅保護層，17、二氧化硅厚熱阻層；
[0031]18-22為溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器的制作步驟:18、步驟一，19、步驟二，20、步驟三，21、步驟四，22、步驟五；
[0032]23、薄膜熱電偶接線引出端，24、薄膜熱電偶熱端結(jié)點，25、薄膜熱流計接線引出端，26、薄膜熱流計上結(jié)點，27、薄膜熱流計下結(jié)點；
[0033]28、引線二氧化硅絕緣層，29、引線銅鍍層，30、弓丨線金鍍層，31、引線二氧化硅保護層。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0035]參照圖1所示，本發(fā)明包括導(dǎo)電基片1、漏縫2、筋3、溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器
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，其與被測燃料電池流場板上的流道和脊在形狀和尺寸上相同，位置相互對應(yīng)，在筋3上布置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4 ；引線5 —端與溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4相連，另一端延伸至導(dǎo)電基片1的邊緣，用于傳遞溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4產(chǎn)生的電信號；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-熱流密度分布測量插片與燃料電池流場板的定位和固定。為與被測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。測量時將該測量插片植入燃料電池流場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板上，布置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器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與燃料電池流場板上的流道相對應(yīng)，筋3與燃料電池流場板上的脊相對應(yīng)，以使測量插片的植入不影響反應(yīng)物向膜電極方向的擴散。同時，布置在測量插片上的溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4對燃料電池內(nèi)部的溫度和熱流密度進行測量，產(chǎn)生的電信號通過引線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相連即可采集到測量插片輸出的電信號，并計算分析出燃料電池內(nèi)部溫度和熱流密度的分布。
[0036]參照圖2所示，本發(fā)明所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4是采用真空蒸發(fā)鍍膜方法在導(dǎo)電基片1兩相鄰漏縫2之間的筋3上蒸鍍的五層薄膜構(gòu)成:第一層為在導(dǎo)電基片1兩相鄰漏縫2之間的筋3上蒸鍍一層厚為0.08-0.1211111的二氧化硅絕緣層13，第二層為在二氧化硅絕緣層13上方蒸鍍一層厚為0.1-0.1211111的銅鍍層14，第三層為在二氧化硅絕緣層13上方蒸鍍一層厚為0.1-0.1211111的鎳鍍層15，第四層為蒸鍍在銅鍍層14和鎳鍍層15上方的厚為0.08-0.的二氧化硅保護層16，第五層為在薄膜熱流計上結(jié)點26所對應(yīng)的二氧化硅保護層16的上方再蒸鍍一層厚為1.2-2.011111的二氧化硅厚熱阻層17。
[0037]薄膜熱流計的測量原理為:由銅鍍層和鎳鍍層首尾相互搭接構(gòu)成熱電堆，其搭接處構(gòu)成薄膜熱流計上結(jié)點和薄膜熱流計下結(jié)點。由于薄膜熱流計上結(jié)點和薄膜熱流計下結(jié)點上的二氧化硅鍍層厚度不同，從而使熱電堆產(chǎn)生溫差電勢，其與薄膜熱流計上結(jié)點和薄膜熱流計下結(jié)點上二氧化硅鍍層的厚度差相關(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，故可計算出熱流密度的大小。
[0038]圖3為單個溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器的制作流程圖:8-12為溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器各鍍層掩膜，13-17為根據(jù)掩膜蒸鍍的溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器各鍍層，18-22為溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器的制作步驟。步驟一 18，根據(jù)二氧化硅絕緣層掩膜8在導(dǎo)電基片的筋上蒸鍍一層二氧化硅絕緣層13，以使溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器的金屬鍍層與導(dǎo)電基片絕緣；步驟二 19，在二氧化硅絕緣層13上根據(jù)銅鍍層掩膜9蒸鍍一層銅鍍層14，其同時包括薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計銅鍍層；步驟三20，在蒸鍍完銅鍍層的基礎(chǔ)上，根據(jù)鎳鍍層掩膜10在二氧化硅絕緣層13上蒸鍍一層鎳鍍層15，其同時包括薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層；步驟四21為在所鍍銅鍍層14和鎳鍍層15的上方根據(jù)二氧化硅保護層掩膜11蒸鍍一層二氧化硅保護層16，其即作為薄膜熱電偶的保護層，又作為薄膜熱流計的薄熱阻層；步驟五22，在薄膜熱流計上結(jié)點26所對應(yīng)的二氧化硅鍍層上方，根據(jù)二氧化硅厚熱阻層掩膜12蒸鍍一層二氧化硅厚熱阻層17 ；由以上步驟構(gòu)成溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器，外接測量電路和數(shù)據(jù)采集設(shè)備即可實現(xiàn)對燃料電池內(nèi)部溫度和熱流密度的同步測量。
[0039]其中，步驟二 19和步驟三20蒸鍍的薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點24，用以實現(xiàn)溫度的測量；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。薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀分別為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構(gòu)成熱電堆，其中至少包括一對薄膜熱流計的上結(jié)點26、薄膜熱流計下結(jié)點27，加之二氧化硅保護層和二氧化硅厚熱阻層，由此構(gòu)成薄膜熱流計，實現(xiàn)熱流密度的測量；薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為長條形、弧形、菱形等，搭接后形狀可為鋸齒形、弧形、波浪形、2字形等其它形狀，二氧化硅厚熱阻層17還可位于薄膜熱流計下結(jié)點27的上方。薄膜熱電偶和薄膜熱流計中，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23，薄膜熱流計的首端為薄膜熱流計接線引出端25，其作用為方便與引線5相連，進行電信號的傳導(dǎo)。薄膜熱電偶接線引出端23與薄膜熱流計接線引出端25可均布置在二氧化硅絕緣層13的同一側(cè)，也可分別對稱的布置在二氧化硅絕緣層13的兩側(cè)，以方便傳感器引線5在導(dǎo)電基片上的布置，其形狀不僅可以制作成圖3所示的圓形，還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形等其它形狀。
[0041]參照圖4所示，引線5的寬度為0.1-0.2111111，在導(dǎo)電基片1的邊緣處進行放大，形成引腳6，以方便與外接測量電路及設(shè)備進行連接。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:第一層為厚0.08-0.12 9 0的引線二氧化硅絕緣層28，第二層為厚0.1-0.12^111的引線銅鍍層29，第三層為厚0.1-0.12^111的引線金鍍層30，最上一層為厚
0.05-0.111111的引線二氧化硅保護層31 ；其中，在引腳6處不蒸鍍引線二氧化硅保護層。
[0042]圖5為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布交錯漏縫測量插片主觀示意圖，其導(dǎo)電基片1上的漏縫2和筋3與交錯型流道流場板上的流道和脊相互對應(yīng)，兩相鄰漏縫2之間的筋3上布置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4，引線5的一端與溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器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-熱流密度聯(lián)測傳感器4電信號的傳遞。
[0043]圖6為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布蛇形單漏縫測量插片主觀示意圖，其導(dǎo)電基片1上的漏縫2和筋3與蛇形單通道流場板上的流道和脊相互對應(yīng)，兩相鄰漏縫2之間的筋3上布置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4，引線5的一端與溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器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-熱流密度聯(lián)測傳感器4電信號的傳遞。
[0044]圖7為燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布蛇形雙漏縫測量插片主觀示意圖，其導(dǎo)電基片1上的漏縫2和筋3與蛇形雙通道流場板上的流道和脊相互對應(yīng)，兩相鄰漏縫2之間的筋3上布置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器4，引線5的一端與溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器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-熱流密度聯(lián)測傳感器4電信號的傳遞。
[0045]本發(fā)明是通過在導(dǎo)電基片上布置溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器來實現(xiàn)燃料電池內(nèi)部溫度和熱流密度分布的同步測量，該測量裝置獨立于燃料電池，無需對燃料電池的結(jié)構(gòu)進行改造，使用時只需將測量插片與燃料電池組裝在一起即可，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適用范圍廣。
【權(quán)利要求】
1.燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，包括導(dǎo)電基片(I)、漏縫⑵、筋(3)、溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)、引線(5)、引腳(6)、定位孔(7);所述漏縫(2)、筋(3)設(shè)置在導(dǎo)電基片⑴上，筋⑶位于兩相鄰漏縫⑵之間，漏縫⑵和筋⑶的形狀和尺寸分別與燃料電池流場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板流道和脊相對應(yīng)；其特征在于:所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)設(shè)置在筋(3)上；引線(5)的一端與溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)的接線引出端相接，另一端延伸至導(dǎo)電基片⑴的邊緣并放大形成引腳(6);定位孔(7)對稱、均勻設(shè)置在導(dǎo)電基片⑴四周，用以將導(dǎo)電基片(I)固定在燃料電池流場板上；燃料電池組裝時，燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片布置在燃料電池流場板與膜電極中間，其設(shè)置有溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)的面朝向膜電極側(cè)并與之緊密接觸； 所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)采用真空蒸發(fā)鍍膜方法在筋(3)上蒸鍍五層薄膜，第一層為在筋(3)上蒸鍍一層厚為0.08-0.12 μ m的二氧化娃絕緣層(13);第二層為在二氧化硅絕緣層(13)上方蒸鍍一層厚為0.1-0.12 μ m的銅鍍層(14);第三層為在二氧化硅絕緣層(13)上方蒸鍍一層厚為0.1-0.12 μ m的鎳鍍層(15);所述銅鍍層(14)同時包括薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱流計銅鍍層，所述鎳鍍層(15)同時包括薄膜熱電偶鎳鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層；所述薄膜熱電偶銅鍍層和薄膜熱電偶鎳鍍層的形狀為長條形，中間相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電偶熱端結(jié)點(24)，首端為薄膜熱電偶接線引出端(23)；所述薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀分別為相互平行的四邊形，首尾相互搭接，搭接處構(gòu)成薄膜熱電堆，所述熱電堆包括薄膜熱流計上結(jié)點(26)和薄膜熱流計下結(jié)點(27)，首端為薄膜熱流計接線引出端(25);第四層為蒸鍍在銅鍍層(14)和鎳鍍層(15)上方的厚為0.08-0.12 μ m的二氧化硅保護層(16);第五層為在薄膜熱流計上結(jié)點(26)所對應(yīng)的二氧化硅保護層(16)的上方再蒸鍍一層厚為1.2-2.Ομπι的二氧化硅厚熱阻層(17)； 所述薄膜熱電偶接線引出端(23)和薄膜熱流計接線引出端(25)均制作成圓形，且均布置于二氧化硅絕緣層(13)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-熱流密度分布測量插片，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述導(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、交錯型漏縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述的金屬鍍層材料中，由銅和鎳組成的純金屬鍍層可以選用鎢和鎳、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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)中薄膜熱流計銅鍍層和薄膜熱流計鎳鍍層的形狀是根據(jù)掩膜的形狀而設(shè)定的，其形狀還可以為長條形、弧形、菱形，相互搭接后形狀可為鋸齒形、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-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述二氧化硅厚熱阻層(17)還可位于薄膜熱流計下結(jié)點(27)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-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述溫度-熱流密度聯(lián)測傳感器(4)中的薄膜熱流計至少包括一對薄膜熱流計上結(jié)點(26)、薄膜熱流計下結(jié)點(27)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述一對薄膜熱電偶接線引出端(23)和薄膜熱流計接線引出端(25)可分別對稱布置在二氧化硅絕緣層(13)的兩側(cè)，其形狀還可為橢圓形、矩形、梯形、三角形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池內(nèi)部溫度-熱流密度分布測量插片，其特征在于:所述引線(5)的寬度為0.1-0.2_，在導(dǎo)電基片⑴的邊緣處進行放大，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(28)，第二層為厚0.1-0.12 μ m的引線銅鍍層(29)，第三層為厚.0.1-0.12 μ m的引線金鍍層(30)，最上一層為厚0.05-0.1ym的引線二氧化硅保護層(31)；其中，在引腳(6)處不蒸鍍引線二氧化硅保護層。
【文檔編號】G01N25/20GK104409755SQ201410638213
【公開日】2015年3月11日 申請日期: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, 吳鑠, 葉芳, 馬重芳 申請人:北京工業(yè)大學