燃料电池内部温度-湿度-电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温度-湿度-电流密度联测传感器，属于燃料电池内部参数测量领域，其采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜：第一层为二氧化硅绝缘层，第二层为下电极铝镀层，第三层涂覆高分子聚合物感湿介质，第四层蒸镀上电极铝镀层，第五、六层分别蒸镀薄膜热电偶铜镀层和薄膜热电偶镍镀层，第七层为二氧化硅保护层，第八、九层分别蒸镀电流密度测量铜镀层和电流密度测量金镀层。引线一端与温度-湿度-电流密度联测传感器相连另一端延伸至流场板的边缘用于电信号的传递。本发明实现了对燃料电池内部温度、湿度和电流密度的同步测量，无需对燃料电池的结构进行特殊改造，可布置于各种流道形状的燃料电池流场板。
【专利说明】燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料电池内部参数测量领域，涉及燃料电池内部温度、湿度和局部电流密度的测量，特别涉及燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器。
【背景技术】
[0002]燃料电池的性能受多种因素的影响，如温度，湿度，反应气体浓度、流量等。通过对燃料电池内部温度、湿度和电流密度的测量，能够反映出多种影响因素对燃料电池性能影响的机理，因此燃料电池内部参数的测量受到越来越多研究人员的关注。
[0003]对于温度测量，传统的测量方法大多是将热电偶、热电阻或微型温度传感器植入燃料电池内或与燃料电池的膜电极热压成一体，这些方法大多需要对燃料电池的流场板或极板进行特殊改造，加工复杂；与燃料电池膜电极热压成一体，容易对膜电极的性能产生影响，同时制作成本高。对于湿度测量，方法有通过在燃料电池流场板上开孔，植入湿度传感器来对燃料电池内部的湿度进行测量，该方法需要对燃料电池的流场板进行特殊的加工改造，加工难度大，且对燃料电池的密封性有一定的破坏性；另外，还有采用刻蚀工艺制作湿度传感器以植入燃料电池内部进行湿度测量的方法。电流密度的测量，方法主要有子电池法、膜电极分割法、磁环组法等，大多需要对燃料电池的极板进行特殊改造，制作复杂，加工难度大。
[0004]同时，若分别对温度、湿度和电流密度进行测量，需要对燃料电池进行多次拆装或对燃料电池的结构进行特殊的改造。由于燃料电池的性能的影响因素非常多，多次的拆装或结构的改变都会对其性能有很大的影响，也使得前后数据对比缺乏准确性。
[0005]本发明通过采用真空蒸发镀膜方法，将薄膜热电偶、湿敏电容和电流密度测量金属镀层集成于一个传感器之上，实现了燃料电池内部温度、湿度和电流密度的同步测量，减少了对燃料电池的拆装次数，可方便的布置在燃料电池流场板上，不需要对燃料电池的流场板进行特殊改造，保证了燃料电池性能的稳定。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能对燃料电池内部温度、湿度和电流密度进行联测的传感器。该发明结构简单，制作方便，在燃料电池流场板上的布置位置灵活。
[0007]为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下:燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板1、温度-湿度-电流密度联测传感器4、引线5，在燃料电池流场板I上设有流道2和脊3，温度-湿度-电流密度联测传感器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的一端与温度-湿度-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I的边缘；燃料电池组装时，燃料电池流场板I上布置有温度-湿度-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。
[0008]所述温度-湿度-电流密度联测传感器4包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜: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15，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为1.0-1.2 μ m的下电极铝镀层16，第三层为在下电极铝镀层16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17，第四层为在高分子聚合物感湿介质层17上方蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的上电极铝镀层18 ;所述上电极铝镀层18、高分子聚合物感湿介质层17和下电极铝镀层16构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端35，其中上电极铝镀层18的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶铜镀层19，第六层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶镍镀层20 ;所述薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20构成了薄膜热电偶，首端为薄膜热电偶接线引出端34 ;薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20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33 ;第七层为在上电极铝镀层18、薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20的上方蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层21，第八层为在薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20所在的二氧化硅保护层21的上方蒸镀一层厚为1.5-2.0ym的电流密度测量铜镀层22，第九层为在电流密度测量铜镀层22的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12 μ m的电流密度测量金镀层23 ;所述电流密度测量铜镀层22和电流密度测量金镀层23相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层36，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端37。
[0009]所述薄膜热电偶接线引出端34、湿敏电容接线引出端35和电流密度测量金属镀层接线引出端37均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层15的同一侧。
[0010]温度-湿度-电流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一 24、步骤二 25、步骤三26、步骤四27、步骤五28、步骤六29、步骤七30、步骤八31，步骤九32 ;具体而言，步骤一 24，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15，作为传感器的绝缘衬底；步骤二 25，在二氧化硅绝缘层15上根据下电极铝镀层掩膜7蒸镀一层下电极铝镀层16 ;步骤三26，根据高分子聚合物感湿介质层掩膜8在下电极铝镀层16上方涂覆一层高分子聚合物感湿介质层17 ;步骤四27，在高分子聚合物感湿介质层17的上方根据上电极铝镀层掩膜9蒸镀一层上电极铝镀层18 ;步骤五28，根据薄膜热电偶铜镀层掩膜10在二氧化硅绝缘层15上蒸镀一层薄膜热电偶铜镀层19 ;步骤六29，根据薄膜热电偶镍镀层掩膜11在二氧化硅绝缘层15上蒸镀一层薄膜热电偶镍镀层20 ;步骤七30，在上电极铝镀层18、薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20的上方根据二氧化硅保护层掩膜12蒸镀一层二氧化硅保护层21 ;步骤八31，在薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20所对的二氧化硅保护层21上方，根据电流密度测量铜镀层掩膜13，蒸镀一层电流密度测量铜镀层22 ;步骤九32，在电流密度测量铜镀层22的上方，根据电流密度测量金镀层掩膜14蒸镀一层电流密度测量金镀层23 ；由以上步骤构成温度-湿度-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、湿度和电流密度的同步测量。
[0011]所述温度-湿度-电流密度联测传感器4中二氧化硅绝缘层15可制作成方形、圆形、多边形、梯形、三角形、不规则图形。
[0012]所述湿敏电容中上电极和下电极的金属镀层材料，还可选用金、铜、钼金属代替。
[0013]所述上电极铝镀层18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]所述测温单元薄膜热电偶中，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]所述温度-湿度-电流密度联测传感器4中薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20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。
[0016]所述电流密度测量铜镀层22和电流密度测量金镀层23的形状是根据掩膜的形状而设定的，可为矩形、椭圆形、圆形、三角形、梯形、不规则图形。
[0017]所述薄膜热电偶接线引出端34、湿敏电容接线引出端35和电流密度测量金属镀层接线引出端37的形状还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形，其位置还可相对的布置在二氧化硅绝缘层15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38，第二层为厚0.1-0.12 μ m的引线铜镀层39，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层40，最上一层为厚0.05-0.1 μ m的引线二氧化硅保护层41。
[0019]引线二氧化硅绝缘层38与引线铜镀层39和引线金镀层40在形状、位置和尺寸上均一致，引线二氧化硅保护层41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]采用本发明的燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，可实现对燃料电池内部温度、湿度和电流密度的同步测量；该发明结构简单，制作方便，体积小，成本低，适用于各种流道形状的燃料电池流场板，且无需对燃料电池的流场板或极板进行特殊改造，方便了燃料电池内部多参数测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为温度-湿度-电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温度-湿度-电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温度-湿度-电流密度联测传感器的制作流程图；
[0026]图4为温度-湿度-电流密度联测传感器引线的截面主观示意图；
[0027]图5为温度-湿度-电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为温度-湿度-电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为温度-湿度-电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、温度-湿度-电流密度联测传感器，5、引线；
[0031]6-14为温度-湿度-电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、薄膜热电偶铜镀层掩膜，11、薄膜热电偶镍镀层掩膜，12、二氧化硅保护层掩膜，13、电流密度测量铜镀层掩膜，14、电流密度测量金镀层掩膜；
[0032]15-23为根据掩膜制作的温度-湿度-电流密度联测传感器各膜层:15、二氧化硅绝缘层，16、下电极铝镀层，17、高分子聚合物感湿介质层，18、上电极铝镀层，19、薄膜热电偶铜镀层，20、薄膜热电偶镍镀层，21、二氧化硅保护层，22、电流密度测量铜镀层，23、电流密度测量金镀层；
[0033]24-32为温度-湿度-电流密度联测传感器的制作步骤:24、步骤一，25、步骤二，
26、步骤三，27、步骤四，28、步骤五，29、步骤六，30、步骤七，31、步骤八，32、步骤九；
[0034]33、薄膜热电偶热端结点，34、薄膜热电偶接线引出端，35、湿敏电容接线引出端，36、电流密度测量金属镀层，37、电流密度测量金属镀层接线弓I出端；
[0035]38、引线二氧化硅绝缘层，39、引线铜镀层，40、弓丨线金镀层，41、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温度-湿度-电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板1、温度-湿度-电流密度联测传感器4、引线5，温度-湿度-电流密度联测传感器4布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的一端与温度-湿度-电流密度联测传感器4的接线引出端相连，另一端延伸至流场板的边缘，用于传递温度-湿度-电流密度联测传感器产生的电信号；当燃料电池组装时，燃料电池流场板I上布置有温度-湿度-电流密度联测传感器4的面朝向膜电极侧并与之紧密接触。
[0038]参照图2所示，本发明所述的温度-湿度-电流密度联测传感器4包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作而成，包括九层薄膜: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15，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为1.0-1.2 μ m的下电极铝镀层16，第三层为在下电极铝镀层16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17，第四层为在高分子聚合物感湿介质层17上方蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的上电极铝镀层18，第五层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶铜镀层19，第六层为在二氧化硅绝缘层15上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶镍镀层20，第七层为在上电极铝镀层18、薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20的上方蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层21，第八层为在薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20所在的二氧化硅保护层21的上方蒸镀一层厚为1.5-2.0ym的电流密度测量铜镀层22，第九层为在电流密度测量铜镀层22的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12 μ m的电流密度测量金镀层23。
[0039]图3为单个温度-湿度-电流密度联测传感器的制作流程图:6-14为温度-湿度-电流密度联测传感器各层掩膜，15-23为根据掩膜制作的温度-湿度-电流密度联测传感器各膜层，24-32为温度-湿度-电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蒸镀一层二氧化硅绝缘层15，作为传感器的衬底，并与燃料电池流场板充分绝缘，完成步骤一 24 ;步骤二 25为在二氧化硅绝缘层15上根据下电极铝镀层掩膜7蒸镀一层下电极铝镀层16，步骤三26为根据高分子聚合物感湿介质层掩膜8在下电极铝镀层16上方涂覆一层高分子聚合物感湿介质层17，步骤四27为在高分子聚合物感湿介质层17的上方根据上电极铝镀层掩膜9蒸镀一层上电极铝镀层18 ;下电极铝镀层16、高分聚合物感湿介质层17和上电极铝镀层18构成了湿敏电容，实现了湿度的测量；步骤五28为根据薄膜热电偶铜镀层掩膜10在二氧化硅绝缘层15上蒸镀一层薄膜热电偶铜镀层19，步骤六29为根据薄膜热电偶镍镀层掩膜11在二氧化硅绝缘层15上蒸镀一层薄膜热电偶镍镀层20 ;薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20构成了薄膜热电偶，从而实现了温度测量；步骤七30为在湿敏电容上电极金属镀层和薄膜热电偶金属镀层的上方根据二氧化硅保护层掩膜12蒸镀一层二氧化硅保护层21 ;步骤八31为在薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20所对的二氧化硅保护层21上方，根据电流密度测量铜镀层掩膜13，蒸镀一层电流密度测量铜镀层22 ;步骤九32为在电流密度测量铜镀层22的上方，根据电流密度测量金镀层掩膜14，蒸镀一层电流密度测量金镀层23 ;电流密度测量铜镀层22和电流密度测量金镀层23相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层36，从而实现了电流密度的测量；由以上步骤构成温度-湿度-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、湿度和电流密度的同步测量。
[0040]其中，温度-湿度-电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 25和步骤四27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18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。步骤五28和步骤六29完成的薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20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33 ;薄膜热电偶铜镀层19和薄膜热电偶镍镀层20的形状根据掩膜的不同而不同，还可为椭圆形、弧形、波浪形、菱形以及不规则形状等其它形状，相互搭接后的形状可为弧形、波浪形、锯齿形等；薄膜热电偶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。步骤八31和步骤九32完成的电流密度测量铜镀层22和电流密度测量金镀层23的形状是根据掩膜的形状而设定的，还可为矩形、椭圆形、圆形、三角形、梯形、不规则图形等其它形状。
[0041]薄膜热电偶的首端为薄膜热电偶接线引出端34，湿敏电容的首端为湿敏电容接线引出端35，电流密度测量金属镀层的首端为电流密度测量金属镀层接线引出端37，其作用为方便与引线5相连，进行电信号的传导。薄膜热电偶接线引出端34、湿敏电容接线引出端35和电流密度测量金属镀层接线引出端37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15的同一侧，也可相对的布置在二氧化硅绝缘层15的两侧。
[0042]图4为温度-湿度-电流密度联测传感器引线的截面示意图，该引线5的宽度为
0.1-0.2mm，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38，第二层为厚0.1-0.12 μ m的引线铜镀层39，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层40，最上一层为厚0.05-0.1 μ m的引线二氧化硅保护层41 ;引线二氧化硅绝缘层38与引线铜镀层39和引线金镀层40在形状、位置和尺寸上均一致，引线二氧化硅保护层41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。
[0043]图5为温度-湿度-电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温度-湿度-电流密度联测传感器4，引线5 —端与温度-湿度-电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。
[0044]图6为温度-湿度-电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温度-湿度-电流密度联测传感器4，引线5 —端与温度-湿度-电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7为温度-湿度-电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温度-湿度-电流密度联测传感器4，引线5 —端与温度-湿度-电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]采用本发明的燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，能够同步监测燃料电池内部的温度、湿度和电流密度。该方法设计简单，制作方便，不需要对燃料电池流场板或极板进行特殊改造，降低了制作成本。
【权利要求】
1.燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，包括燃料电池流场板(I)、温度-湿度-电流密度联测传感器(4)、引线(5)，在燃料电池流场板(I)上设有流道(2)和脊(3)，温度-湿度-电流密度联测传感器(4)设置在燃料电池流场板(I)两相邻流道(2)之间的脊⑶上，引线(5)的一端与温度-湿度-电流密度联测传感器⑷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)上布置有温度-湿度-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-湿度-电流密度联测传感器(4)包括薄膜热电偶测温单元、湿敏电容测湿单元和电流密度测量金属镀层测电流单元，采用真空蒸发镀膜方法制作，包括九层薄膜: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(15)，作为绝缘衬底，第二层为在二氧化硅绝缘层(15)上蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的下电极铝镀层(16)，第三层为在下电极铝镀层(16)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(17)，第四层为在高分子聚合物感湿介质层(17)上方蒸镀的厚为1.0-1.2μπι的上电极铝镀层(18);所述上电极铝镀层(18)、高分子聚合物感湿介质层(17)和下电极铝镀层(16)构成了湿敏电容，首端为湿敏电容接线引出端(35)，其中上电极铝镀层(18)的形状为蛇形；第五层为在二氧化硅绝缘层(15)上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶铜镀层(19)，第六层为在二氧化硅绝缘层(15)上蒸镀的厚为0.1-0.12 μ m的薄膜热电偶镍镀层(20);所述薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)构成了薄膜热电偶，首端为薄膜热电偶接线引出端(34);薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)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(33);第七层为在上电极铝镀层(18)、薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)的上方蒸镀的厚为0.08-0.12 μ m的二氧化硅保护层(21)，第八层为在薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)所在的二氧化硅保护层(21)的上方蒸镀一层厚为1.5-2.0ym的电流密度测量铜镀层(22)，第九层为在电流密度测量铜镀层(22)的上方蒸镀一层厚为0.1-0.12 μ m的电流密度测量金镀层(23);所述电流密度测量铜镀层(22)和电流密度测量金镀层(23)相互重叠，构成了电流密度测量金属镀层(36)，首端为电流密度测量金属镀层接线引出端(37)； 所述薄膜热电偶接线引出端(34)、湿敏电容接线引出端(35)和电流密度测量金属镀层接线引出端(37)均制作成圆形，且均布置于二氧化硅绝缘层(15)的同一侧。 温度-湿度-电流密度联测传感器的制作步骤包括步骤一(24)、步骤二(25)、步骤三(26)、步骤四(27)、步骤五(28)、步骤六(29)、步骤七(30)、步骤八(31)，步骤九(32);具体而言，步骤一(24)，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(15)，作为传感器的绝缘衬底；步骤二(25)，在二氧化硅绝缘层(15)上根据下电极铝镀层掩膜(7)蒸镀一层下电极铝镀层(16);步骤三(26)，根据高分子聚合物感湿介质层掩膜(8)在下电极铝镀层(16)上方涂覆一层高分子聚合物感湿介质层(17)；步骤四(27)，在高分子聚合物感湿介质层(17)的上方根据上电极铝镀层掩膜(9)蒸镀一层上电极铝镀层(18);步骤五(28)，根据薄膜热电偶铜镀层掩膜(10)在二氧化硅绝缘层(15)上蒸镀一层薄膜热电偶铜镀层(19);步骤六(29)，根据薄膜热电偶镍镀层掩膜(11)在二氧化硅绝缘层(15)上蒸镀一层薄膜热电偶镍镀层(20);步骤七(30)，在上电极铝镀层(18)、薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)的上方根据二氧化硅保护层掩膜(12)蒸镀一层二氧化硅保护层(21);步骤八(31)，在薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)所对的二氧化硅保护层(21)上方，根据电流密度测量铜镀层掩膜(13)，蒸镀一层电流密度测量铜镀层(22);步骤九(32)，在电流密度测量铜镀层(22)的上方，根据电流密度测量金镀层掩膜(14)蒸镀一层电流密度测量金镀层(23);由以上步骤构成温度-湿度-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、湿度和电流密度的同步测量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述温度-湿度-电流密度联测传感器(4)中二氧化硅绝缘层(15)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温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述湿敏电容中上电极和下电极的金属镀层材料，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温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述上电极铝镀层(18)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温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述测温单元薄膜热电偶中，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温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述温度-湿度-电流密度联测传感器(4)中薄膜热电偶铜镀层(19)和薄膜热电偶镍镀层(20)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。
7.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述电流密度测量铜镀层(22)和电流密度测量金镀层(23)的形状是根据掩膜的形状而设定的，可为矩形、椭圆形、圆形、三角形、梯形、不规则图形。
8.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，其特征在于:所述薄膜热电偶接线引出端(34)、湿敏电容接线引出端(35)和电流密度测量金属镀层接线引出端(37)的形状还可为椭圆形、矩形、梯形、三角形，其位置还可相对的布置在二氧化硅绝缘层(15)的两侧。
9.根据权利要求1所述的燃料电池内部温度-湿度-电流密度联测传感器，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(38)，第二层为厚0.1-0.12 μ m的引线铜镀层(39)，第三层为厚0.1-0.12 μ m的引线金镀层(40)，最上一层为厚0.05-0.1 μ m的引线二氧化硅保护层(41)； 引线二氧化硅绝缘层(38)与引线铜镀层(39)和引线金镀层(40)在形状、位置和尺寸上均一致，引线二氧化硅保护层(41)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温度-湿度-电流密度联测传感器，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】G01R31/36GK104360275SQ201410637420
【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