燃料电池双极板测厚装置及测厚方法与流程

本发明属于燃料电池领域，特别涉及燃料电池双极板测厚装置及测厚方法。

背景技术：

物体测厚系统应用在很多领域，例如钢材测厚系统、双极板测厚系统、薄膜测厚系统等，样品在测厚过程中由于材质压力接触面不同，必不可少的会发生一些形变，所以在测试过程中需要根据被测样品的材质及被测样品的实际应用情况来调整测试头的压力，准确模拟被测样品的应用场合，精确的测量被测样品的厚度。

对于压力承受力低的物体，由于材质硬度较低，施加的力大会导致样品发生形变，严重的会损坏材料。特别是石墨材质的双极板，材质较脆，承压能力弱，测厚需要压力尽可能小，既要测试头能压紧双极板又要避免压力过大导致双极板形变或损坏，另外，由于手动压紧物体，无法保证施加的力度是稳定不变的，随着时间推移势必会发生抖动、劳累等问题。因此，如何保证测试的准确性和安全性是本领域亟待解决的技术难题。

其次，传统的厚度测量方式，测量精度不够，且不能测量燃料电池双极板在受力情况下的实际厚度。

技术实现要素：

为解决这些问题，本发明提供了一种燃料电池双极板测厚装置及测厚方法，本发明采用气缸带动压头的方式，通过调节不同的压力来模拟燃料电池双极板的实际应用环境，再配合相应的高精度传感器及监控系统，对燃料电池双极板在不同受力情况下的厚度进行高精度的测量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

燃料电池双极板测厚装置，包括监控系统、气缸、高精度测厚传感器、测厚平台、分压系统、泄压装置及各部件仪表气管道。

所述监控系统分别与测厚装置PLC和高精度测厚传感器电连接；对测厚装置及传感器数值实时的控制和监视，输出测试结果；

高精度测厚传感器与压头连接，压头动作带动高精度测厚传感器动作来测试样品的厚度，并通过与监控系统连接的数据线将测试数值传输到监控系统内；

气缸垂直固定在测厚平台上方，气缸下方为固定在一起的气缸移动杆和压头；

分压系统与气缸连接并由两位五通阀控制气缸，所述分压系统采用分压系统减压阀在前，分压系统两位三通阀在后的结构；泄压装置设在分压系统上游，在泄压装置与分压系统之间还设有气源减压阀。

进一步的，所述分压系统由三个并列设置的分压系统减压阀对应连接并列设置的分压系统两位三通阀，在分压系统减压阀与分压系统两位三通阀之间还设有分压系统压力表。

进一步的，两位五通阀上升位连接气缸上升气管，下降位连接气缸下降气管从而控制气缸上升下降。

进一步的，所述的泄压装置为关断泄压的阀门。

进一步的，所述的测厚平台的平面为不锈钢材质。

进一步的，所述测厚平台还设有标尺用于测量双极板长度尺寸。

本发明同时请求保护燃料电池双极板测厚装置的测试方法：

S1.通气调压：供气气源通过气源减压阀调节通入气体的压力，在气源压力表上查看减压后的压力，分压系统是由三路减压阀进行分压操作的，气体进入装置后分别经过低压减压阀、中压减压阀、高压减压阀，调节测试用的压力，并通过压力表查看压力，通过监控系统设置测试压力，并利用分压系统实现不同测试压力气源的切换；

S2.校准：样品测试前需要对装置进行校准，首先选择与待测样品同规格的标准块进行校准，将标准块在测厚平台上，位于气缸下方，开启校准按钮，二位五通阀切换到控制气缸下降的位置，通过设定的压力驱动气缸向下平稳运动，压头以设定的压力压紧标准块，稳定后开始校准，校准完成后二位五通阀切换到控制气缸上升的位置，驱动气缸上升松开标准块，完成校准。

S3.测试：测试样品时，将样品放在测厚平台上，位于气缸下方，开启测试按钮，二位五通阀切换到控制气缸下降的位置，通过设定的压力驱动气缸向下平稳运动，压头以设定的压力压紧标准块，校准的压力与测试的压力相同，稳定后开始测量，测试完成后二位五通阀切换到控制气缸上升的位置，驱动气缸上升松开标准块，完成测试。

本发明结构设计巧妙，分压系统采用减压阀在前两位三通阀在后的结构，先调压再分压避免升压过程中产生的误差。分压系统的减压阀为总气源的二次减压，目的是防止总进气气源的压力过高，为设备提供一个合理的压力，提高了设备应用场合的范围。通过平稳运动气缸，使压头上升下降时动作平稳，且在低压状态下依然可以保持气缸的平稳动作，运用二位五通电磁阀控制气缸的升降来带动压头压紧样品和松开样品。压头主要用于压紧样品，具有很高的平整度，以保证样品的受力均匀，避免受力不均使样品发生形变。本发明的测厚传感器采用高精度接触式传感器购买于基恩士厂家，相对于感应式传感器的优势在于受外界干扰能力强，应用场合较广，而且其显示精度可以达到0.1μm，相比其他传感器精度更高稳定性更好。测厚平台采用不锈钢打造的平面，即可保证平台的硬度又能保证平台的平整度和光滑度，以保证样品的受力均匀，避免受力不均使样品产生形变，保证了样品测试的准确性。本发明分压系统采用三段并联式设计，有利于区分高中低三档压力，可调式减压阀搭配三个两位三通电磁阀组成的一套可自由调节，自由切换压头压力的系统，通过三个减压阀可设置三个不同的压力(即低压、中压、高压从0.1MPa到1MPa可以随客户需求随意调节)，通过控制不同的电磁阀来控制压头的压力大小，来调整测试头施加在样品表面的强度，以适应不同样品的测试要求。泄压装置采用关断泄压的阀门，用于卸掉装置内残留的压力，以保证系统的安全。本发明装置满足通过压力调节和切换来保证测试的准确性和安全性。

附图说明

图1为燃料电池双极板测厚装置结构示意图。

其中，1、分压系统压力表，2、分压系统减压阀，3、气源减压阀，4、泄压装置，5、分压系统两位三通阀，6、两位五通阀，7、气缸，8、高精度传感器，9、标尺，10、测厚平台，11、压头，12、气缸移动杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业渠道获得。其中，高精度传感器为接触式传感器购于基恩士厂家。

实施例1

燃料电池双极板测厚装置，包括监控系统、气缸、高精度测厚传感器、测厚平台、分压系统、泄压装置及各部件仪表气管道。

所述监控系统分别与测厚装置PLC和高精度测厚传感器电连接；对测厚装置及传感器数值实时的控制和监视，输出测试结果；

高精度测厚传感器8与压头11连接，压头11动作带动高精度测厚传感器8动作来测试样品的厚度，并通过与监控系统连接的数据线将测试数值传输到监控系统内；在校准及测量过程中压头11带动高精度测厚传感器8抬起落下，通过高精度测厚传感器8触碰平面后运动的行程大小可以测出样品的厚度值；

气缸7垂直固定在不锈钢材质的测厚平台10上方，气缸下方为固定在一起的气缸移动杆12和压头11；所述测厚平台10还设有标尺9用于测量双极板长度尺寸。

分压系统与气缸7连接并由两位五通阀6控制气缸，所述分压系统采用分压系统减压阀2在前，分压系统两位三通阀5在后的结构；两位五通阀6上升位连接气缸7上升气管，下降位连接气缸7下降气管；泄压装置4设在分压系统上游，所述的泄压装置4为关断泄压的阀门，在泄压装置4与分压系统之间还设有气源减压阀3。

所述分压系统由三个并列设置的分压系统减压阀2对应连接并列设置的分压系统两位三通阀5，在分压系统减压阀2与分压系统两位三通阀5之间还设有分压系统压力表1。

实施例2

本实施例以厚度为1mm的标准块为例，对该测厚装置的校准过程进行详细说明。

(a)校准前需要先开启电源使各个器件通电完成自检，打开测厚装置的监控软件。

(b)开启燃料电池测厚装置的总气源开关，使气体通入测厚装置，调节气源减压阀3对进入到设备中的气体进行减压，以1mm标准块为例，减压至2MPa，调节分压系统减压阀2调节低、中、高不同的测试压力。

(c)校准，在燃料电池双极板测厚监控系统中选择校准标准块规格以及对应的测试压力，按下低压测试压力按钮，设置完成后将标准块放入压头11下面的测厚平台10上，开启校准按钮，两位五通阀6切换到下降位置，0.2bar的气体驱动气缸7下降压紧标准块，待稳定后设备自动进行校准，校准完成后两位五通阀7切换到上升位置，驱动气缸平稳上升松开标准块，监控系统中的校准状态指示显示校准完成后完成校准操作。

实施例3

本实施例以测试一个2mm双极板在0.2bar压力下的厚度为例。

任何第一次测试前都必须完成校准。具体校准方式详见实施例1。

校准完成后取走压头11下方的标准块，将待测双极板放入到压头11下，用户可以自定义设定样品的合格指标，在监控系统的厚度上限指标设定上限值及下限值，开启测量按钮。两位五通阀6切换到下降位置，0.2bar的气体驱动气缸7下降使压头11压紧双极板，待稳定后测量出双极板在0.2bar压力下的厚度并在监控系统上显示出双极板在0.2bar下的厚度值，由于待测样品在不同压力下的形变会对厚度有一定的影响，根据监控系统中设定的厚度上下限指标来自动判定样品状态是否合格并在监控系统上显示出样品状态为合格/不合格，测试完成后两位五通阀6切换到上升位置，驱动气缸7平稳上升松开双极板，待气缸完全抬起后可进行下一次测量。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。