[发明专利]燃料电池内部温度-热流密度-电流密度联测传感器

摘要

本发明公开了燃料电池内部温度-热流密度-电流密度联测传感器，属于燃料电池内部参数测量领域，其温度-热流密度-电流密度联测传感器是由采用真空蒸发镀膜方法蒸镀的七层薄膜构成：第一层为二氧化硅绝缘层，第二、三层为铜镀层和镍镀层，第四层为二氧化硅保护层，第五层为二氧化硅厚热阻层，第六层为电流密度测量铜镀层，第七层为电流密度测量金镀层。本发明能够实现对燃料电池内部温度、热流密度和电流密度的同步在线测量，具有结构简单，制作方便，体积小等优点，适用于各种流道形状的燃料电池流场板，能对燃料电池内部单一位置或多个位置的温度、热流密度和电流密度进行同步测量。

主权项

燃料电池内部温度‑热流密度‑电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板(1)、温度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)、引线(5)，在燃料电池流场板(1)上设有流道(2)和脊(3)，温度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)设置在燃料电池流场板(1)两相邻流道(2)之间的脊(3)上，引线(5)的一端与温度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)的接线引出端相接，另一端延伸至燃料电池流场板(1)的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板(1)上布置有温度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)的面朝向燃料电池膜电极侧并与之紧密接触；其特征在于：所述温度‑热流密度‑电流密度联测传感器(4)为采用真空蒸发镀膜方法蒸镀的七层薄膜：第一层为厚0.08‑0.12μm的二氧化硅绝缘层(13)，第二层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(13)上厚为0.1‑0.12μm的铜镀层(14)，第三层为蒸镀在二氧化硅绝缘层(13)上厚为0.1‑0.12μm的镍镀层(15)；所述铜镀层(14)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(15)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(27)，首端为薄膜热电偶接线引出端(28)；所述薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层的形状分别为相互平行的四边形，且首尾相互搭接，搭接处构成热电堆，其中包括薄膜热流计上结点(29)和薄膜热流计下结点(30)，首端为薄膜热流计接线引出端(31)；第四层为在铜镀层(14)和镍镀层(15)上方蒸镀的厚为0.08‑0.12μm的二氧化硅保护层(16)，第五层为在薄膜热流计上结点(29)所对应的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为1.2‑2.0μm的二氧化硅厚热阻层(17)，第六层为在先前镀层基础上蒸镀的一层厚为1.5‑2.0μm的电流密度测量铜镀层(18)，第七层为在电流密度测量铜镀层(18)上方蒸镀一层厚为0.1‑0.12μm的电流密度测量金镀层(19)；所述电流密度测量铜镀层(18)和电流密度测量金镀层(19)相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层(32)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(33)；所述薄膜热电偶接线引出端(28)、薄膜热流计接线引出端(31)和电流密度测量金属镀层接线引出端(33)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(13)的同一侧；温度‑热流密度‑电流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一(20)、步骤二(21)、步骤三(22)、步骤四(23)、步骤五(24)、步骤六(25)、步骤七(26)；具体而言，步骤一(20)，根据二氧化硅绝缘层掩膜(6)在燃料电池流场板(1)两相邻流道(2)之间的脊(3)上蒸镀一层二氧化硅绝缘层(13)，作为绝缘衬底；步骤二(21)，在二氧化硅绝缘层(13)上根据铜镀层掩膜(7)蒸镀一层铜镀层(14)；步骤三(22)，根据镍镀层掩膜(8)在二氧化硅绝缘层(13)上蒸镀一层镍镀层(15)；步骤四(23)，在所镀铜镀层(14)和镍镀层(15)的上方根据二氧化硅保护层掩膜(9)蒸镀一层二氧化硅保护层(16)，其即作为薄膜热电偶的保护层，又作为薄膜热流计的二氧化硅薄热阻层；步骤五(24)，在薄膜热流计上结点(29)所对应的二氧化硅镀层上方根据二氧化硅厚热阻层掩膜(10)蒸镀一层二氧化硅厚热阻层(17)；步骤六(25)，在步骤五的基础上根据电流密度测量铜镀层掩膜(11)，蒸镀一层电流密度测量铜镀层(18)；步骤七(26)，在电流密度测量铜镀层(18)的上方根据电流密度测量金镀层掩膜(12)蒸镀一层电流密度测量金镀层(19)；由以上步骤构成温度‑热流密度‑电流密度联测传感器，外接测量电路和数据采集设备即可实现对燃料电池内部温度、热流密度和电流密度的同步测量。