CN105651432A - 一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法 Download PDF

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沈鸿娟
侯中军
明平文
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    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B11/28—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas

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Abstract

一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，包括用压敏测试纸做接触界面压敏实验和实验结果处理，压敏实验包括用压力试验机对中间加有压敏测试纸的两接触界面施加压力至设定值，保持1-2分钟后，取出压敏测试纸；实验结果处理包括将受压变色后的压敏测试纸扫描成图片存入计算机；然后将图片读入MATLAB软件，在MATLAB软件下用汇编程序语句编制接触状态表征程序，接触状态表征程序包括接触面压力计算程序和接触面面积计算程序，用接触状态表征程序计算接触面各点压力值和接触面面积值。有益效果是：结果反映整个接触面的状态，结果准确，方法方便快捷，测试效率高，解决了燃料电池接触状态表征的技术。

Description

一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法
技术领域
本发明属于燃料电池领域，尤其涉及燃料电池接触界面的表征技术。
背景技术
现有技术中对接触界面状态表征的方法通常是实验操作人员对实验结果通过标尺测量取几个点的坐标值计算接触面积。该方法的不足是人工取点测试，人为因素影响大，很难准确的表征接触界面状态；人工取点测试，工作量大，工作效率低；
为克服以上不足，现有技术中有专利技术：CN103499523A《接触界面力学及图像信号采集试验台》。该专利技术方法是将接触界面置于实验台上实验，试验台采集力学及图像信号的步骤为，动态的数据信号经过16条三维力信号或10条扭转力矩信号线被采集进入前级放大电路，放大电路采用SN74AHCT125D芯片，信号经过放大后进入MCP3208芯片；模拟信号进入MCP3208芯片后，进行数模转换过程，最终被转换为数字信号；来自力学传感器模块以及图像信号模块的数字信号分别进入各自对应的EP10K250A芯片，该芯片中储存有处理相应信号的程序，对信号进行计算后输出；从两组EP10K250A芯片输出的信号各自进入对应的CY7C68013芯片，CY7C68013芯片对数据进行缓存，然后经由信号传输接口Ⅰ及信号传输接口Ⅱ传送到上位的PC机，通过运行LabView虚拟仪器软件，按照预定的算法，解析出信号，将数据存盘；对存盘数据分析，计算得到受力或受扭矩的大小及方向，同时结合视频解码软件动态显示图像信号，可选择拍照或录像，并利用图像处理软件同步计算接触面积的大小。
上述专利技术的的不足在于：需要购置试验台，成本较高；是否适用于对燃料电池领域的接触状态测试，也不确定。
发明内容
本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，包括用压敏测试纸做接触界面压敏实验和实验结果处理，其特征在于：所述用压敏测试纸做接触界面压敏实验包括以下步骤：
a、根据测试要求选取适用的压敏测试纸，将压敏测试纸剪裁成与待测接触界面形状和尺寸相同，将压敏测试纸置于两接触界面之间，
b、用压力试验机对中间加有压敏测试纸的两接触界面缓慢施加压力至设定值，
c、在设定值后保持1-2分钟后，撤消压力，取出夹在两接触界面中间的压敏测试纸；
所述实验结果处理包括如下步骤：
1)将受压变色后的压敏测试纸用扫描仪扫描成图片存入计算机；
2)将扫描得到的图片读入MATLAB软件，在MATLAB软件下用汇编程序语句编制接触状态表征程序，接触状态表征程序包括接触面压力计算程序和接触面面积计算程序，用接触面压力计算程序和接触面面积计算程序分别计算接触面各点压力值和接触面面积值。
本发明所述一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，其特征在于：所述接触面压力计算程序流程为：
a、MATLAB软件读入的图片上自动生成若干测试点，
b、在MATLAB软件读入的图片上用截图框选取待分析的区域，
c、将选定的区域转换成灰度图，
d、输入压敏测试纸的压力与显色关系曲线拟合的函数式，
e、根据压力与显色关系函数式计算各测试点的压力值，并显示计算的压力值；
所述接触面面积计算程序流程为：
a、MATLAB软件读入的图片上自动生成若干测试点，
b、在MATLAB软件读入的图片上用截图框选取待分析的区域，
c、将选定的区域转换成灰度图并作灰度变换，
e、筛选接触界面边界坐标点，根据边界坐标点计算接触界面面积并显示面积值。
本发明所述一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，其特征在于：所述施加压力的设定值是所选用的压敏测试纸适用的压力范围。
本发明的有益效果是：由于采用压敏测试纸直接与待测接触面接触，测试结果反映了整个接触面的状态，用计算机处理图像得到的结果准确，方法方便快捷，测试效率高，并可根据接触面各点压力值对接触界面的平整度作出判断，解决了燃料电池接触状态表征的技术问题。
附图说明
图1为用本发明方法对双极板与端板接触界面接触状态测试结构示意图；
图2为接触面压力计算程序流程框图；
图3为接触面面积计算程序流程框图；
图中：1、双极板，2、端板，3、压敏测试纸。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
施例是以燃料电池双极板与端板(x方向取三条脊宽，z方向取10mm)接触面积计算和压力分析，
步骤一：根据测试要求选取一种超低压双片型压敏测试纸3，将压敏测试纸3裁剪成与双极板1接触面形状相同、尺寸相同，在裁剪过程中不要过于用力，避免压敏测试纸显色；
步骤二：将压敏测试纸3放置于燃料电池双极板1与端板2相互接触的面之间，双极板1为表面刻有沟槽的平板，端板2为表面为平面的平板，由于压敏测试纸3在一定压力下会显色，因此在放置过程中要轻拿轻放；
步骤三：将中间夹有压敏测试纸3的双极板1和端板2一同放置于压力试验机中，在移动过程中尽量保证压敏测试纸3和双极板1、端板2没有产生相对位移，避免压敏测试纸3发生显色反应；
步骤四：用压力试验机按照实验要求中的压力值对中间夹有压敏测试纸3的双极板1和端板2慢慢施加压力直到达到设定值，达到设定值后保持1-2分钟；
步骤五：释放压力，取出夹在双极板1和端板2之间的压敏测试纸3；
步骤六：将在压力作用下已显色的压敏测试纸3用扫描仪扫描成电子图片存入计算机；
步骤七：用MATLAB软件读取该图片，并用汇编程序语句编制接触状态表征程序，接触状态表征程序包括接触面压力计算程序和接触面面积计算程序，用接触面压力计算程序和接触面面积计算程序分别计算接触面各点压力值和接触面面积值，表征接触状态，得到双极板1与端板2的接触面积和压力分布。结果为：
接触面积为：9.84mm2(理论值为：10mm2)；
部分压力分布如下表(压力理论值为1.0Mpa)：
脊1表面压力值 脊2表面压力值 脊3表面压力值
0.981772 1.004682 1.004682
0.958082 1.004682 1.026829
0.958082 0.981772 1.004682
0.933592 0.981772 1.004682
0.933592 0.981772 1.004682
0.958082 0.981772 1.004682
0.958082 0.981772 1.004682
0.958082 0.981772 1.004682
由上表的压力分布分析，可见各点的压力值非常接近，说明双极板1和端板2的表面平整度较好。

Claims (3)

1.一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，包括用压敏测试纸(3)做接触界面压敏实验和实验结果处理，其特征在于：所述用压敏测试纸(3)做接触界面压敏实验包括以下步骤：
a、根据测试要求选取适用的压敏测试纸(3)，将压敏测试纸(3)剪裁成与待测接触界面形状和尺寸相同，将压敏测试纸(3)置于两接触界面(1、2)之间，
b、用压力试验机对中间加有压敏测试纸(3)的两接触界面(1、2)缓慢施加压力至设定值，
c、在设定值后保持1-2分钟后，撤消压力，取出夹在两接触界面中间的压敏测试纸(3)；
所述实验结果处理包括如下步骤：
1)将受压变色后的压敏测试纸(3)用扫描仪扫描成图片存入计算机；
2)将扫描得到的图片读入MATLAB软件，在MATLAB软件下用汇编程序语句编制接触状态表征程序，接触状态表征程序包括接触面压力计算程序和接触面面积计算程序，用接触面压力计算程序和接触面面积计算程序分别计算接触面各点压力值和接触面面积值。
2.如权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，其特征在于：所述接触面压力计算程序流程为：
a、MATLAB软件读入的图片上自动生成若干测试点，
b、在MATLAB软件读入的图片上用截图框选取待分析的区域，
c、将选定的区域转换成灰度图，
d、输入压敏测试纸(3)的压力与显色关系曲线拟合的函数式，
e、根据压力与显色关系函数式计算各测试点的压力值，并显示计算的压力值；
所述接触面面积计算程序流程为：
a、MATLAB软件读入的图片上自动生成若干测试点，
b、在MATLAB软件读入的图片上用截图框选取待分析的区域，
c、将选定的区域转换成灰度图并作灰度变换，
e、筛选接触界面边界坐标点，根据边界坐标点计算接触界面面积并显示面积值。
3.如权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池接触状态表征方法，其特征在于：所述施加压力的设定值是所选用的压敏测试纸(3)适用的压力范围。
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