燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，属于燃料电池内部参数测量领域，其湿度-热流密度联测传感器由八层薄膜构成，采用真空蒸发镀膜方法制作：首层为二氧化硅绝缘层，第二层为上电极铝镀层，第三层为高分子聚合物感湿介质层，第四层为下电极铝镀层，第五、六层为薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层，第七层为二氧化硅保护层，第八层为二氧化硅厚热阻层；湿度-热流密度联测传感器布置在燃料电池流场板的脊上，引线一端与湿度-热流密度联测传感器相连另一端延伸至流场板的边缘。本发明可对燃料电池内部湿度和热流密度进行同步测量，无需对燃料电池流场板等结构进行特殊改造。
【专利说明】燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于燃料电池内部热参数测量领域，涉及燃料电池内部湿度和热流密度的测量，特别涉及燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器。
【背景技术】
[0002]燃料电池结构紧凑，随着电化学反应的进行，若内部的热量不能被顺利释放，将会引起燃料电池内局部温度异常升高，从而影响膜电极的活性，造成燃料电池性能下降。燃料电池内部热流密度不仅与膜电极上电化学反应速率有关，同时受燃料电池反应物流量、电池组装结构的影响，因此对燃料电池内部热流密度的监控对其性能的优化非常有意义。
[0003]对燃料电池性能影响具有同样重要性的另一个因素是内部的湿度，湿度的大小不单影响燃料电池质子交换膜的质子传导，而且还会影响燃料电池内部反应生成物水的多少，同时又会影响燃料电池的传热传质，若燃料电池内部聚集过多的水，将会产生水淹现象，导致反应物不能与膜电极充分接触，性能降低。
[0004]因此对燃料电池内部的热流密度和湿度进行监测对燃料电池性能的优化具有非常重要的意义。多数研究者只是针对燃料电池内部的热流密度或湿度进行了测量研究，通过对热流密度的研究而采取的对燃料电池的优化措施并不能确定其对湿度的影响是否有益，这就需要对燃料电池内部的热流密度和湿度进行同步监测，以找到最适宜燃料电池运行的工况和结构。传统的测量方法制作工艺复杂，大多需要对燃料电池的结构进行特殊改造，增加了测量工作的复杂程度，同时也破坏了燃料电池的整体结构，甚至会降低燃料电池的性能。
[0005]本发明采用真空蒸发镀膜方法制作，制作工序简单，成本低；在传感器测头上集成了测湿单元和测热流单元，实现了燃料电池内部湿度和热流密度的同步测量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能同步测量燃料电池内部湿度和热流密度的传感器，以解决燃料电池内部湿度和热流密度联测的问题。该发明采用真空蒸发镀膜方法制作而成，传感器测头集成了湿敏电容测湿单元和薄膜热流计测热流单元，具有结构简单，制作方便，体积小等优点，方便了燃料电池内部湿度和热流密度的测量研究。
[0007]为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下:燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，包括燃料电池流场板1、湿度-热流密度联测传感器4、引线5，在燃料电池流场板I上设有流道2和脊3，湿度-热流密度联测传感器4设置在燃料电池流场板I两相邻流道2之间的脊3上，引线5的一端与湿度-热流密度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至燃料电池流场板I的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板I上布置有湿度-热流密度联测传感器4的面朝向燃料电池膜电极侧并与之紧密接触。
[0008]所述湿度-热流密度联测传感器4集成了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:第一层为蒸镀在脊3上的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅绝缘层14，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层14上蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的下电极铝镀层15，第三层为在下电极铝镀层15上方涂覆一层厚为
0.5-1 μ m的高分子聚合物感湿介质层16，第四层为在高分子聚合物感湿介质层层16上方蒸镀的厚为1.0-1.2 μ m的上电极铝镀层17 ;所述上电极铝镀层17、高分子聚合物感湿介质层16和下电极铝镀层15构成湿敏电容测湿单元，首端为湿敏电容接线引出端33，其中上电极铝镀层17的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层14上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热流计铜镀层18，第六层为在二氧化硅绝缘层14上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热流计镍镀层19，第七层为在先前镀层的基础上蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层20，第八层为在薄膜热流计上结点31所对的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为
1.2-2.0 μ m的二氧化硅厚热阻层21 ;所述薄膜热流计铜镀层18、薄膜热流计镍镀层19、二氧化硅保护层20和二氧化硅厚热阻层21构成薄膜热流计测热流单元，首端为薄膜热流计接线引出端30 ;所述薄膜热流计铜镀层18和薄膜热流计镍镀层19的形状分别为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成薄膜热流计上结点31和薄膜热流计下结点32。
[0009]所述薄膜热流计接线引出端30和湿敏电容接线引出端33均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层14的同一侧。
[0010]湿度-热流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一 22、步骤二 23、步骤三24、步骤四25、步骤五26、步骤六27、步骤七28、步骤八29 ;具体而言，步骤一 22，在燃料电池流场板I的脊3上根据二氧化硅绝缘层掩膜6蒸镀一层二氧化硅绝缘层14 ;步骤二 23，在二氧化硅绝缘层14上根据下电极铝镀层掩膜7蒸镀一层下电极铝镀层15 ;步骤三24，根据高分子聚合物感湿介质层掩膜8在下电极铝镀层15上方涂覆一层高分子聚合物感湿介质层16 ;步骤四25，在高分子聚合物感湿介质层16的上方根据上电极铝镀层掩膜9蒸镀一层上电极铝镀层17 ;步骤五26，根据薄膜热流计铜镀层掩膜10在二氧化硅绝缘层14上蒸镀一层薄膜热流计铜镀层18 ;步骤六27，根据薄膜热流计镍镀层掩膜11在二氧化硅绝缘层14上蒸镀一层薄膜热流计镍镀层19 ;步骤七28，在先前镀层的基础上根据二氧化硅保护层掩膜12蒸镀一层二氧化硅保护层20，其即作为湿敏电容的保护层，又作为薄膜热流计的薄热阻层；步骤八29，在薄膜热流计上结点31所对应的二氧化硅镀层上方根据二氧化硅厚热阻层掩膜13蒸镀一层二氧化硅厚热阻层21 ;由以上步骤构成湿度-热流密度联测传感器，外接测量电路和数据采集设备即可实现对燃料电池内部湿度和热流密度的同步测量。
[0011]所述湿度-热流密度联测传感器4中二氧化硅绝缘层14可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形。
[0012]所述测湿单元湿敏电容中上下电极金属镀层材料，还可选用金、铜、钼金属代替。
[0013]所述上电极铝镀层17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。
[0014]所述薄膜热流计金属镀层材料中，由铜和镍组成的纯金属镀层还可以选用钨和镍、铜和钴、钥和镍、锑和钴替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代。
[0015]所述薄膜热流计铜镀层18和薄膜热流计镍镀层19的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可为长条形、弧形、菱形，相互搭接后的形状可为锯齿形、弧形、波浪形、Z字形。
[0016]所述湿度-热流密度联测传感器4中的薄膜热流计至少包括一对薄膜热流计上结点31、薄膜热流计下结点32 ;二氧化硅厚热阻层21还可位于薄膜热流计下结点32的上方。
[0017]所述薄膜热流计接线引出端30和湿敏电容接线引出端33的形状还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形，其位置可分别相对的布置在二氧化硅绝缘层14的两侧。
[0018]所述引线5的宽度为0.1-0.2_，是由真空蒸发镀膜方法蒸镀的四层薄膜构成:第一层为厚0.08-0.12 μ m的引线二氧化硅绝缘层34，第二层为厚0.1-0.12 μ m的引线铜镀层35，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层36，最上一层为厚0.05-0.1 μ m的引线二氧化硅保护层(37)。
[0019]引线二氧化硅绝缘层34与引线铜镀层35和引线金镀层36在形状、位置和尺寸上均一致，引线二氧化硅保护层37与前三层在形状和位置上相同，但在靠近流场板边缘处，
要略短于前三层。
[0020]所述燃料电池流场板I上流道2的形状可为平行流道、蛇形单通道流道、蛇形多通道流道、插指型流道流、不规则流道。
[0021 ] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0022]本发明是采用真空蒸发镀膜方法将湿敏电容测湿单元与薄膜热流计测热流单元集成在传感器测头之上，实现了传感器对燃料电池内部湿度和热流密度同步测量的功能；该发明结构简单，制作方便，体积小，布置在燃料电池电池内部不需要对燃料电池的流场板等其他构件进行特殊改造，降低了对燃料电池密封性的破坏，保证了燃料电池性能的稳定，并且该发明适用于各种流道形状的燃料电池流场板，布置方便，可实现燃料电池内部单点或多点的湿度和热流密度的同步测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为湿度-热流密度联测传感器在平行流道流场板上布置的主观示意图；
[0024]图2为燃料电池流场板上单个湿度-热流密度联测传感器的主观示意图；
[0025]图3为燃料电池流场板上单个湿度-热流密度联测传感器的制作流程图；
[0026]图4为湿度-热流密度联测传感器引线的截面主观示意图；
[0027]图5为湿度-热流密度联测传感器在插指型流道流场板上布置的主观示意图；
[0028]图6为湿度-热流密度联测传感器在蛇形单通道流道流场板上布置的主观示意图；
[0029]图7为湿度-热流密度联测传感器在蛇形多通道流道流场板上布置的主观示意图；
[0030]图中，1、燃料电池流场板，2、流道，3、脊，4、湿度-热流密度联测传感器，5、引线；
[0031]6-13为湿度-热流密度联测传感器各层掩膜:6、二氧化硅绝缘层掩膜，7、下电极铝镀层掩膜，8、高分子聚合物感湿介质层掩膜，9、上电极铝镀层掩膜，10、薄膜热流计铜镀层掩膜，11、薄膜热流计镍镀层掩膜，12、二氧化硅保护层掩膜，13、二氧化硅厚热阻层掩膜；
[0032]14-21为根据掩膜制作的湿度-热流密度联测传感器各膜层:14、二氧化硅绝缘层，15、下电极铝镀层，16、高分子聚合物感湿介质层，17、上电极铝镀层，18、薄膜热流计铜镀层，19、薄膜热流计镍镀层，20、二氧化硅保护层，21、二氧化硅厚热阻层；
[0033]22-29为湿度-热流密度联测传感器的制作步骤:22、步骤一，23、步骤二，24、步骤三，25、步骤四，26、步骤五，27、步骤六，28、步骤七，29、步骤八；
[0034]30、薄膜热流计接线引出端,31、薄膜热流计上结点，32、薄膜热流计下结点，33、湿敏电容接线引出端；
[0035]34、引线二氧化硅绝缘层，35、引线铜镀层，36、引线金镀层，37、引线二氧化硅保护层。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0037]参照图1所示，本发明的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器包括燃料电池流场板1、湿度-热流密度联测传感器4、引线5 ;在燃料电池流场板I上设有流道2和脊3，湿度-热流密度联测传感器4设置在燃料电池流场板I两相邻流道2之间的脊3上，引线5的一端与湿度-热流密度联测传感器4的接线引出端相接，另一端延伸至燃料电池流场板I的边缘，用于传递传感器产生的电信号；燃料电池组装时，燃料电池流场板I上布置有湿度-热流密度联测传感器4的面朝向燃料电池膜电极侧并与之紧密接触。
[0038]参照图2所示，本发明所述的湿度-热流密度联测传感器4包括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而成，包括八层薄膜:第一层为蒸镀在燃料电池流场板I两相邻流道2之间的脊3上的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅绝缘层14，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层14上蒸镀的厚为1.0-1.2 μ m的下电极铝镀层15，第三层为在下电极铝镀层15上方涂覆一层厚为0.5-1 μ m的高分子聚合物感湿介质层16，第四层为在高分子聚合物感湿介质层16上方蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的上电极铝镀层17，第五层为在二氧化硅绝缘层14上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热流计铜镀层18，第六层为在二氧化硅绝缘层14上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热流计镍镀层19，第七层为在先前镀层基础上蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层20，第八层为在薄膜热流计上结点31所对应二氧化硅镀层的上方蒸镀一层厚为1.2-2.0 μ m的二氧化硅厚热阻层21。
[0039]薄膜热流计铜镀层18、薄膜热流计镍镀层19、二氧化硅保护层20和二氧化硅厚热阻层21构成了完整的薄膜热流计，以实现热流密度的测量，其测量原理为:由薄膜热流计铜镀层和薄膜热流计镍镀层首尾相互搭接构成热电堆，由于薄膜热流计上结点和薄膜热流计下结点上的二氧化硅热阻层厚度不同，从而使热电堆产生温差电势，其与薄膜热流计上结点和薄膜热流计下结点上二氧化硅热阻层的厚度差相关，而热流密度与温差、二氧化硅热阻层厚度差及导热系数相关，由于二氧化硅导热系数已知，故可计算出热流密度的大小。
[0040]图3为单个湿度-热流密度联测传感器的制作流程图:6-13为温度-湿度联测传感器各层掩膜，14-21为根据掩膜制作的湿度-热流密度联测传感器各膜层，22-29为湿度-热流密度联测传感器的制作步骤。首先在燃料电池流场板I的脊3上根据二氧化硅绝缘层掩膜6蒸镀一层二氧化娃绝缘层14,作为传感器的绝缘衬底,与燃料电池流场板充分绝缘，从而完成步骤一 22 ;步骤二 23为在二氧化硅绝缘层14上根据下电极铝镀层掩膜7蒸镀一层下电极铝镀层15，步骤三24为在下电极铝镀层15上方根据高分子聚合物感湿介质层掩膜8涂覆一层高分子聚合物感湿介质层16，步骤四25为在高分子聚合物感湿介质层16的上方根据上电极铝镀层掩膜9蒸镀一层上电极铝镀层17 ;其中，下电极铝镀层15、高分聚合物感湿介质层16和上电极铝镀层17构成了湿敏电容，实现了湿度的测量；步骤五26为根据薄膜热流计铜镀层掩膜10在二氧化硅绝缘层14上蒸镀一层薄膜热流计铜镀层18，步骤六27为根据薄膜热流计镍镀层掩膜11在二氧化硅绝缘层14上蒸镀一层薄膜热流计镍镀层19,薄膜热流计铜镀层18和薄膜热流计镍镀层19构成了薄膜热流计热电堆；步骤七28为在先前镀层的基础上根据二氧化硅保护层掩膜12蒸镀一层二氧化硅保护层20，其即作为湿敏电容上电极的保护层，又作为薄膜热流计的薄热阻层；步骤八29为在薄膜热流计上结点31所对应的二氧化硅镀层上根据二氧化硅厚热阻层掩膜13蒸镀一层二氧化硅厚热阻层21，其中薄膜热流计铜镀层18、薄膜热流计镍镀层19、二氧化硅保护层20和二氧化硅厚热阻层21构成了薄膜热流计，实现了热流密度的测量；由以上步骤构成湿度-热流密度联测传感器，外接测量电路和数据采集设备即可实现对燃料电池内部湿度和热流密度的同步测量。
[0041]其中，湿度-热流密度联测传感器的整体形状是由二氧化硅绝缘层的形状来决定的，其不仅可以制作成图3所示的方形，可制作成圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形等其它形状。步骤二 23和步骤四25完成的湿敏电容上电极和下电极的金属材料还可选用金、铜、钼等其他金属替代；其中，湿敏电容上电极铝镀层17的形状是根据掩膜的形状而设定的，不仅可为图3所示的蛇形，还可为锯齿状、梳状等其他形状。步骤五26和步骤六27完成的薄膜热流计铜镀层18和薄膜热流计镍镀层19的形状分别为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成薄膜热电堆，其中至少包括一对薄膜热流计上结点31、薄膜热流计下结点32 ;薄膜热流计铜镀层18和薄膜热流计镍镀层19的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可以为长条形、弧形、菱形等，首尾搭接后形状可为锯齿形、弧形、波浪形、Z字形等其它形状；薄膜热流计金属镀层的材料还可为钨和镍、铜和钴、钥和镍、锑和钴等替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代；二氧化硅厚热阻层21的位置还可位于薄膜热流计下结点32的上方。
[0042]薄膜热流计的首端为薄膜热流计接线引出端30，湿敏电容的首端为湿敏电容接线引出端33，其作用为方便与引线5相连，进行电信号的传导。薄膜热流计接线引出端30和湿敏电容接线引出端33的形状不仅可为图3所示的形状，还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形等其它形状，其位置可均布置在二氧化硅绝缘层14的同一侧，也可相对的布置在二氧化硅绝缘层14的两侧，即薄膜热流计接线引出端30位于二氧化硅绝缘层14的上侧时，湿敏电容接线引出端33布置在与薄膜热流计接线引出端30相对的二氧化硅绝缘层14的另一侦牝以方便传感器引线5在流场板上的布置。
[0043]图4为湿度-热流密度联测传感器引线的截面示意图，该引线5的宽度为0.1-0.2_，是由真空蒸发镀膜方法蒸镀的四层薄膜构成:第一层为厚0.08-0.12 μ m的引线二氧化硅绝缘层34，第二层为厚0.1-0.12 μ m的引线铜镀层35，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层36，最上一层为厚0.05-0.1 μ m的引线二氧化硅保护层37 ;引线二氧化硅绝缘层34与引线铜镀层35和引线金镀层36在形状、位置和尺寸上均一致，引线二氧化硅保护层37与前三层在形状和位置上相同，但在靠近流场板边缘处，要略短于前三层，以方便与外接数据采集设备的引线连接。
[0044]图5为湿度-热流密度联测传感器在插指型流道流场板上的布置示意图，在插指型流道流场板的脊上布置有湿度-热流密度联测传感器4，引线5 —端与湿度-热流密度联测传感器接线引出端相接，另一端延伸至流场板边缘。
[0045]图6为湿度-热流密度联测传感器在蛇形单通道流道流场板上的布置示意图，在流场板的脊上布置有湿度-热流密度联测传感器4，引线5 —端与湿度-热流密度联测传感器接线引出端相接，另一端延伸至流场板边缘。
[0046]图7为湿度-热流密度联测传感器在蛇形多通道流道流场板上的布置示意图，在流场板的脊上布置有湿度-热流密度联测传感器4，引线5 —端与湿度-热流密度联测传感器接线引出端相接，另一端延伸至流场板边缘。
[0047]本发明的湿度-热流密度联测传感器是采用真空蒸发镀膜方法制作而成，将薄膜热流计测热流单元和湿敏电容测湿单元集成一体，实现了燃料电池内部湿度和热流密度的同步测量；该发明结构简单，制作容易，体积小，无需对燃料电池的结构进行特殊改造，保证了燃料电池性能的稳定。
【权利要求】
1.燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，包括燃料电池流场板(I)、湿度-热流密度联测传感器(4)、引线(5)，在燃料电池流场板(I)上设有流道(2)和脊(3)，湿度-热流密度联测传感器(4)设置在燃料电池流场板(I)两相邻流道(2)之间的脊(3)上，引线(5)的一端与湿度-热流密度联测传感器(4)的接线引出端相接，另一端延伸至燃料电池流场板(I)的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板(I)上布置有湿度-热流密度联测传感器(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: 所述湿度-热流密度联测传感器(4)集成了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:第一层为蒸镀在脊(3)上的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅绝缘层(14)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的下电极铝镀层(15)，第三层为在下电极铝镀层(15)上方涂覆一层厚为0.5-1 μ m的高分子聚合物感湿介质层(16)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层层(16)上方蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的上电极铝镀层(17);所述上电极铝镀层(17)、高分子聚合物感湿介质层(16)和下电极铝镀层(15)构成湿敏电容测湿单元，首端为湿敏电容接线引出端(33)，其中上电极铝镀层(17)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热流计铜镀层(18)，第六层为在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热流计镍镀层(19)，第七层为在先前镀层的基础上蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层(20)，第八层为在薄膜热流计上结点(31)所对的二氧化硅镀层上方蒸镀一层厚为1.2-2.Ομπι的二氧化硅厚热阻层(21);所述薄膜热流计铜镀层(18)、薄膜热流计镍镀层(19)、二氧化硅保护层(20)和二氧化硅厚热阻层(21)构成薄膜热流计测热流单元，首端为薄膜热流计接线引出端(30);所述薄膜热流计铜镀层(18)和薄膜热流计镍镀层(19)的形状分别为相互平行的四边形，首尾相互搭接，搭接处构成薄膜热流计上结点(31)和薄膜热流计下结点(32)； 所述薄膜热流计接线引出端(30)和湿敏电容接线引出端(33)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(14)的同一侧； 湿度-热流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一(22)、步骤二(23)、步骤三(24)、步骤四(25)、步骤五(26)、步骤六(27)、步骤七(28)、步骤八(29);具体而言，步骤一 (22)，在燃料电池流场板(I)的脊(3)上根据二氧化硅绝缘层掩膜(6)蒸镀一层二氧化硅绝缘层(14);步骤二(23)，在二氧化硅绝缘层(14)上根据下电极铝镀层掩膜(7)蒸镀一层下电极铝镀层(15);步骤三(24)，根据高分子聚合物感湿介质层掩膜(8)在下电极铝镀层(15)上方涂覆一层高分子聚合物感湿介质层(16);步骤四(25)，在高分子聚合物感湿介质层(16)的上方根据上电极铝镀层掩膜(9)蒸镀一层上电极铝镀层(17);步骤五(26)，根据薄膜热流计铜镀层掩膜(10)在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀一层薄膜热流计铜镀层(18);步骤六(27)，根据薄膜热流计镍镀层掩膜(11)在二氧化硅绝缘层(14)上蒸镀一层薄膜热流计镍镀层(19);步骤七(28)，在先前镀层的基础上根据二氧化硅保护层掩膜(12)蒸镀一层二氧化硅保护层(20)，其即作为湿敏电容的保护层，又作为薄膜热流计的薄热阻层；步骤八(29)，在薄膜热流计上结点(31)所对应的二氧化硅镀层上方根据二氧化硅厚热阻层掩膜(13)蒸镀一层二氧化硅厚热阻层(21);由以上步骤构成湿度-热流密度联测传感器，外接测量电路和数据采集设备即可实现对燃料电池内部湿度和热流密度的同步测量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述湿度-热流密度联测传感器⑷中二氧化硅绝缘层(14)可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形。
3.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述测湿单元湿敏电容中上下电极金属镀层材料，还可选用金、铜、钼金属代替。
4.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述上电极铝镀层(17)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。
5.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述薄膜热流计金属镀层材料中，由铜和镍组成的纯金属镀层还可以选用钨和镍、铜和钴、钥和镍、锑和钴替代，也可采用金属混合物材料如铜和康铜替代。
6.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述薄膜热流计铜镀层(18)和薄膜热流计镍镀层(19)的形状是根据掩膜的形状而设定的，其形状还可为长条形、弧形、菱形，相互搭接后的形状可为锯齿形、弧形、波浪形、Z字形。
7.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述湿度-热流密度联测传感器(4)中的薄膜热流计至少包括一对薄膜热流计上结点(31)、薄膜热流计下结点(32) ;二氧化硅厚热阻层(21)还可位于薄膜热流计下结点(32)的上方。
8.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述薄膜热流计接线引出端(30)和湿敏电容接线引出端(33)的形状还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形，其位置可分别相对的布置在二氧化硅绝缘层(14)的两侧。
9.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述引线(5)的宽度为0.1-0.2_，是由真空蒸发镀膜方法蒸镀的四层薄膜构成:第一层为厚0.08-0.12 μ m的引线二氧化硅绝缘层(34)，第二层为厚0.1_0.12 μ m的引线铜镀层(35)，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层(36)，最上一层为厚0.05-0.1ym的引线二氧化硅保护层(37)； 引线二氧化硅绝缘层(34)与引线铜镀层(35)和引线金镀层(36)在形状、位置和尺寸上均一致，引线二氧化硅保护层(37)与前三层在形状和位置上相同，但在靠近流场板边缘处，要略短于前三层。
10.根据权利要求1所述的燃料电池内部湿度-热流密度联测传感器，其特征在于:所述燃料电池流场板(I)上流道(2)的形状可为平行流道、蛇形单通道流道、蛇形多通道流道、插指型流道流、不规则流道。
【文档编号】G01K17/00GK104359950SQ201410636169
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】郭航, 王政, 叶芳, 马重芳 申请人:北京工业大学