DE10113190A1 - Feuchtesensor nach dem Taupunktprinzip auf Basis einer dünnen Membran - Google Patents

Abstract

Ein Feuchtesensor umfaßt eine Membran mit einer Trägereinrichtung, welche die Membran trägt, eine Einrichtung zum Kühlen der Trägereinrichtung und der Membran, eine Einrichtung zum Erwärmen der Membran und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Änderung eines Niederschlagszustands auf der Membran und zum Ermitteln der Feuchte aus der bestimmten Niederschlagszustandsänderung. Die Membran ist vorzugsweise eine Siliziumnitridmembran. Die Einrichtung zum Kühlen ist vorzugsweise ein Peltier-Element. Die Einrichtung zum Erwärmen der Membran ist vorzugsweise eine elektrische Leiterstruktur auf der Membran. Die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln umfaßt vorzugsweise eine Einrichtung zum Erfassen einer Aufheizkurve und zum Gewinnen eines Taupunkts aus einer Analyse der Aufheizkurve, eine Einrichtung zum Bestimmen einer Umgebungstemperatur und eine Einrichtung zum Ermitteln einer Feuchte aus dem Taupunkt und der Umgebungstemperatur.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feuchte­ sensor und insbesondere auf einen Feuchtesensor nach dem Taupunktprinzip.

Feuchtesensoren nach dem Taupunktprinzip sind neben Psy­ chrometern die präzisesten, aber auch aufwendigsten und teuersten Geräte zur Messung der Luftfeuchtigkeit. Bei die­ sen Sensoren wird eine Oberfläche durch Kühlen bis an den Taupunkt gebracht. Auf der Oberfläche bildet sich ein Nie­ derschlag in Form eines Wasserfilms oder von Wassertropfen (Tau). Die Betauung wird durch verschiedene Verfahren fest­ gestellt. Dabei wird ausgenutzt, daß eine Betauung der Oberfläche optische Reflexionseigenschaften der Oberfläche, eine elektrische Kapazität zwischen isolierten Elektroden an der Oberfläche oder einen elektrischen Widerstand zwi­ schen nicht isolierten Elektroden an der Oberfläche verän­ dert. Anschließend wird der Sensor wieder beheizt, bis die Betauung verdampft ist. Auf diese Art pendelt der Sensor um die Taupunkttemperatur, die zusammen mit der Umgebungstem­ peratur ein Maß für die Luftfeuchte ist. Die Taupunkttempe­ ratur wird dabei durch einen Temperatursensor an der Ober­ fläche zu dem Zeitpunkt gemessen, zu dem die Betauung ver­ schwindet.

Dieses Prinzip hat bei den derzeitigen Realisierungen fol­ gende Nachteile:

• - zum periodischen Heizen und Kühlen des Sensors ist eine erhebliche Energie und Zeit notwendig;
• - die genannten Meßverfahren werden durch eine Verschmut­ zung der Oberfläche beeinflußt, die das Meßergebnis ver­ fälschen oder seine Gewinnung verhindern kann;
• - das optische Meßverfahren ist aufgrund der benötigten op­ tischen Einrichtungen aufwendig und teuer;
• - das kapazitive Meßverfahren ist relativ ungenau; und
• - das Widerstandsmeßverfahren ist u. a. aufgrund seiner of­ fenliegenden Elektroden gegenüber seiner Umwelt besonders empfindlich.

Taupunktmeßgeräte gemäß dem Stand der Technik sind aus die­ sem Grund teuer, langsam und werden hauptsächlich im Labor­ betrieb für genaue Messungen eingesetzt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ei­ nen unaufwendigen, gegenüber Verschmutzungen unempfindli­ chen, schnellen und miniaturisierbaren Feuchtesensor nach dem Taupunktprinzip zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gegenüber Verschmutzungen unempfindliches, schnelles Verfahren zum Bestimmen einer Feuchte nach dem Taupunktprinzip zu schaffen, das unaufwendig und auf klei­ nem Raum durchführbar ist.

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.

Ein Feuchtesensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Membran, eine Trägereinrichtung für die Membran, eine Einrichtung zum Kühlen der Trägereinrichtung und der Mem­ bran, eine Einrichtung zum Erwärmen der Membran und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Änderung eines Nieder­ schlagszustands auf der Membran und zum Ermitteln der Feuchte aus der bestimmten Niederschlagszustandsänderung.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in ihrem einfachen Aufbau, ihrer Kleinheit bzw. Miniaturisierbarkeit und ihrer Robustheit gegenüber Verschmutzungen. Insbesonde­ re ist die Wärmekapazität der Membran viel kleiner als die Wärmekapazität der Trägereinrichtung. Ein geringer Energie­ verbrauch folgt insbesondere daraus, daß wechselnde Tempe­ raturen nur auf der Membran erzeugt werden, die eine sehr geringe Wärmekapazität aufweist, was ferner eine hohe Meß­ geschwindigkeit zur Folge hat.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung umfaßt die Membran eine Siliziumnitridmembran oder eine Siliziumoxidmembran oder eine Siliziumcarbidmem­ bran. Die Trägereinrichtung umfaßt vorzugsweise einen Sili­ ziumchip. Dadurch wird eine Realisierung in herkömmlicher Siliziumchiptechnologie, eine sehr weitgehende Miniaturi­ sierung, eine Herstellung mit herkömmlichen Verfahren der Halbleitertechnologie und eine weitgehende Integration ei­ nes Großteils der Funktions- und Bauelemente des Feuchte­ sensors auf einem einzelnen, kleinen Siliziumchip möglich.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Ein­ richtung zum Kühlen der Trägereinrichtung und der Membran ein Peltier-Element. Sie kann ferner einen Kühlfinger auf­ weisen, der über einen schmalen Luftspalt eine großflächige Wärmeleitverbindung mit der Membran schafft, um diese räum­ lich gleichmäßig, d. h. mit einem flachen räumlichen Tempe­ raturprofil, zu kühlen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner die Einrichtung zum Erwärmen der Membran durch eine auf der Membran gebildete elektrische Leiterstruktur ausgeführt. Mittels eines durch die Leiterstruktur fließenden Stroms und aufgrund des ohmschen Widerstands derselben kann so die Membran erwärmt werden. Vorzugsweise ist die Leiterstruktur so ausgeführt, daß die Membran beim Erwärmen ein flaches räumliches Temperaturprofil aufweist. Eine Änderung des Niederschlagszustands findet dann auf der ganzen Membran zum gleichen Zeitpunkt statt. Ein flaches Temperaturprofil der Membran wird beispielsweise erzielt, indem die Leiter­ struktur die Form einer einfachen oder doppelten Spirale oder Schleife aufweist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Ein­ richtung zum Bestimmen einer Änderung des Niederschlagszu­ stands auf der Membran eine Einrichtung zum Bestimmen einer Aufheizkurve, die bei einer vorbestimmten Erwärmungsrate die Zeitabhängigkeit einer Temperatur der Membran dar­ stellt.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt die Einrichtung zum Bestimmen einer Änderung des Niederschlags­ zustands zwei nicht isolierte Elektroden auf der Membran zur Bestimmung des Oberflächenwiderstands der Membran.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Ein­ richtung zum Bestimmen einer Änderung des Niederschlagszu­ stands zwei Elektroden an der Membran, von denen mindestens eine isoliert ist, zur Bestimmung einer elektrischen Kapa­ zität zwischen den Elektroden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Ein­ richtung zum Bestimmen einer Änderung des Niederschlagszu­ stands eine optische Einrichtung zum Bestimmen der opti­ schen Reflexionseigenschaft der Oberfläche der Membran.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Ein­ richtung zum Bestimmen und Ermitteln ferner einen ersten Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur der Membran zu dem Zeitpunkt einer Änderung des Niederschlagszustands auf der Membran, einen zweiten Temperatursensor zum Bestim­ men einer Umgebungstemperatur, und eine Einrichtung zum Be­ stimmen der Feuchte aus den beiden von den beiden Tempera­ tursensoren gemessenen Temperaturen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Feuchtesensor ferner von einer wärmeiso­ lierenden Vorrichtung umgeben, die im wesentlichen nur im Bereich der Membran eine Öffnung aufweist. Dadurch wird ein Kälteverlust des Feuchtesensors bzw. eine Energiezufuhr aus der Umgebung, außer über die Membran, im wesentlichen ver­ mieden und der Energieaufwand zum Kühlen weiter verringert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht eines Feuch­ tesensors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufheizkurve, aus der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel eine Änderung eines Niederschlagszustands der Membran bestimmt werden kann;

Fig. 3a, 4a, 5a schematische Darstellungen von Leiterstrukturen zum Erwärmen der Membran gemäß Ausführungsbei­ spielen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3b, 4b, 5b schematische Darstellungen von Temperaturprofi­ len, die beim Verwenden der Leiterstrukturen aus Fig. 3a, 4a bzw. 5a folgen; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Ein Siliziumchip 2 trägt eine Membran 4 aus Siliziumnitrid. Der Siliziumchip 2 mit der Membran 4 ist auf ein Peltier-Element 6, 8, 10 aufgesetzt, das aus einem Kupferblock 6 und zwei Metallblöcken 8, 10 besteht, die unterschiedliche thermoelektrische Spannungen aufweisen. Das Peltier-Element 6, 8, 10 ist an einer Grundplatte 12 so angebracht, daß durch eine nicht dargestellte Strom­ quelle ein Stromfluß durch den Metallblock 8, den Kupfer­ block 6 und den Metallblock 10 erzeugt werden kann. Die Membran 4 trägt eine nicht dargestellte Leiterstruktur, da­ mit die Membran 4 elektrisch erwärmt werden kann.

Zur Herstellung der dünnen Membran 4 kann beispielsweise durch ein LPCVD- oder PECVD-Verfahren eine wenige 100 nm dicke Siliziumnitridschicht auf einem Siliziumsubstrat ab­ geschieden werden. Statt einer Siliziumnitridschicht kann auch eine Siliziumoxid- oder eine Siliziumcarbidschicht verwendet werden. Die Siliziumnitridschicht (bzw. Silizium­ oxid- bzw. Siliziumcarbidschicht) wird auf ihrer Oberseite mit bekannten Verfahren mit der genannten Leiterstruktur versehen, und eine Teilfläche des Siliziumsubstrats wird durch einen Ätzschritt fensterförmig entfernt, so daß in diesem Bereich nur noch die Siliziumnitridmembran 4 zurück­ bleibt. Die so hergestellte Siliziumnitridmembran 4 zeich­ net sich durch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit und große Robustheit aus, bei einer Dicke von 200 nm widersteht sie beispielsweise einer Druckdifferenz von 1 bar.

Das Peltier-Element 6, 8, 10 und der mit ihm wärmeleitfähig verbundene Siliziumchip 2 wird durch einen von einer nicht dargestellten Stromquelle erzeugten Stromfluß durch den Me­ tallblock 8, den Kupferblock 6 und den Metallblock 10 ge­ kühlt. Wenn die Membran 4 den Taupunkt bzw. die Taupunkt­ temperatur bei der gegebenen, zu messenden Luftfeuchtigkeit unterschreitet, bildet sich auf der Oberfläche der Membran 4 durch Kondensation des in der umgebenden Atmosphäre ent­ haltenen Wassers ein Niederschlag. Bei einer dünnen Silizi­ umnitridmembran ist der Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft über den Wandwärmeübergang stärker als der Wärmeaus­ tausch mit dem Siliziumchip durch Wärmeleitung in der Mem­ bran. Wird durch ein Peltier-Element der Siliziumchip ge­ kühlt, so wird die Membran der Temperaturerniedrigung nur zum Teil folgen. Daher ist es sinnvoll, die Kühlung über einen Kühlfinger, der nur durch einen dünnen Luftspalt von der Membran getrennt ist, direkt auf die ganze Fläche wir­ ken zu lassen.

In Fig. 1 weist der Kupferblock 6 einen Abschnitt 14 auf, der die Gestalt und die Funktion eines Kühlfingers für die Membran 4 hat. Er reicht von unten an die Membran 4 heran und ist im wesentlichen über die gesamte Fläche der Membran 4 nur durch einen dünnen Luftspalt von der Membran 4 ge­ trennt. Eine Abkühlung der Membran 4 erfolgt deshalb über ihre gesamte Fläche im wesentlichen gleichmäßig, d. h. es stellt sich während des Abkühlens ein im wesentlichen über die gesamte Membran 4 flach verlaufendes räumliches Tempe­ raturprofil der Membran 4 ein. Dadurch findet die Bildung eines Niederschlags auf der Oberfläche der Membran 4 wäh­ rend des Abkühlens an allen Orten an der Oberfläche der Membran 4 im wesentlichen zur selben Zeit statt.

Beim Erreichen einer Temperatur der Membran 4 unter dem Taupunkt, d. h. nach der Bildung eines Niederschlags, wird die Membran 4 mittels eines Stromflusses durch die Leiter­ struktur erwärmt, so daß ihre Temperatur wieder ansteigt. Wenn die Temperatur der Membran 4 den Taupunkt überschrei­ tet, löst sich der Niederschlag auf der Oberfläche der Mem­ bran 4 wieder auf, d. h. das kondensierte Wasser verdampft und geht in die umgebende Atmosphäre über. Beim Erreichen einer Temperatur oberhalb des Taupunkts, d. h. nach dem Ver­ dampfen des Niederschlags, wird der Stromfluß durch die Leiterstruktur auf der Membran 4 ausgeschaltet. Die Membran 4 wird dadurch nicht mehr weiter erwärmt, sondern durch die Wirkung des Peltier-Elements und über den Kühlfinger 14 wieder abgekühlt und unterschreitet erneut den Taupunkt.

Der beschriebene Zyklus des Abkühlens der Membran 4 unter den Taupunkt und des Erwärmens der Membran 4 über den Tau­ punkt wird beliebig oft wiederholt.

Es ist eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfin­ dung, daß der Zyklus des Abkühlens unter den Taupunkt und des Erwärmens über den Taupunkt nur von der Membran 4 durchlaufen wird. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dadurch sehr wesentlich vom Stand der Technik, bei dem Feuchtesensoren nach dem Taupunktprinzip im wesentlichen vollständig einen Zyklus des Abkühlens unter den Taupunkt und des Erwärmens über den Taupunkt durchlaufen. Die Mem­ bran 4 weist aufgrund ihrer geringen Dicke eine sehr gerin­ ge auf ihre Fläche bezogene Wärmekapazität auf. Da sie im wesentlichen nur die Leiterstruktur zum elektrischen Erwär­ men trägt, die stark miniaturisierbar ist, können auch die lateralen Abmessungen der Membran 4 klein gewählt werden. Aus der Kleinheit und der geringen Wärmekapazität der Mem­ bran 4 folgt, daß zum Erwärmen derselben über die Leiter­ struktur nur eine vergleichsweise sehr geringe elektrische Leistung erforderlich ist. Ferner wird durch das gute Ver­ hältnis zwischen der Oberfläche der Membran 4 und ihrer Wärmekapazität eine Bestimmung des Taupunkts aus der Analy­ se der Kurvenform der Aufheizkurve möglich, die bisher nicht bzw. nicht annähernd mit einer vergleichbaren Genau­ igkeit möglich war.

Die Membran 4, die Leiterstruktur auf der Membran 4, die zum Erwärmen der Membran 4 verwendete elektrische Heizlei­ stung, das Peltier-Element 6, 8, 10, die Kühlleistung des Peltier-Elements 6, 8, 10, der Kühlfinger 14 und der Luftspalt zwischen der Membran 4 und dem Kühlfinger 14 sind hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Abmessungen und ihrer re­ lativen räumlichen Anordnung so ausgelegt, daß die Heizlei­ stung der Leiterstruktur auf der Membran 4 größer ist als die von der Membran 4 über den Siliziumchip 2 und den Kühl­ finger 14 an das Peltier-Element 6, 8, 10 abgeführte Wärme­ leistung. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb des Peltier-Elements 6, 8, 10 mit einer konstanten Kühllei­ stung, während die Membran 4 den oben beschriebenen Zyklus des Abkühlens unter den Taupunkt und des Erwärmens über den Taupunkt ausschließlich aufgrund eines An- und Ausschaltens der Heizleistung der Leiterstruktur durchläuft.

Vorzugsweise ist der Siliziumchip zusammen mit der Kühlsei­ te des Peltier-Elements, d. h. dem Kupferblock 6 und den an diesen grenzenden Enden der Metallblöcke 8, 10, von einer Wärmeisolation umgeben, die nur im Bereich der Membran 4 eine Öffnung, beispielsweise in Form eines Fensters, auf­ weist, um die Membran 4 der Umgebungsluft auszusetzen. Durch die Wärmeisolation wird ein Kälteverlust des Peltier- Elements und des Siliziumchips reduziert und findet im we­ sentlichen nur noch über Wärmeleitung zur Membran 4 und über die Metallblöcke 8, 10 bzw. daran anschließende Ver­ bindungskabel zu der durch den Betrieb des Peltier-Elements erwärmten Lötstelle statt. Die Kühlleistung des Peltier- Elements muß somit im wesentlichen nur die mittlere Heiz­ leistung der Leiterstruktur auf der Membran 4 und den Käl­ teverlust über die Membran 4 an die Umgebung kompensieren. Da die Membran 4 sehr klein ausgeführt sein kann, kann auch die Kühlleistung sehr klein sein.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung die Realisierung eines Feuchtesensors, dessen Betrieb eine nur geringe Leistung erfordert, da sowohl aufgrund der geringen Wärmekapazität und der kleinen Fläche der Membran 4 eine geringe Heizlei­ stung der Leiterstruktur auf der Membran 4 als auch auf­ grund der geringen Heizleistung der Leiterstruktur auf der Membran 4 und des geringen Wärmeverlusts im wesentlichen nur über die kleine Fläche der Membran 4 eine geringe Kühl­ leistung erforderlich ist.

Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist neben den beschriebenen Elementen und Merkmalen eine Ein­ richtung zum Bestimmen einer Änderung eines Niederschlags­ zustands auf der Membran 4 und zum Ermitteln der Feuchte aus der bestimmten Niederschlagszustandsänderung auf. Die Bestimmung der Änderung des Niederschlagszustands auf der Membran 4 kann ähnlich wie bei Feuchtesensoren nach dem Taupunktprinzip gemäß dem Stand der Technik optisch, kapa­ zitiv oder resistiv erfolgen.

Optisch erfolgt eine Bestimmung einer Änderung des Nieder­ schlagszustands auf der Membran 4 bevorzugt durch eine Än­ derung der optischen Transmissions- oder Reflexionseigen­ schaften der Oberfläche der Membran 4. Zur Messung der Re­ flexionseigenschaften der Oberfläche der Membran 4 werden beispielsweise gegenüber der Oberfläche eine Lichtquelle und ein Lichtsensor so angebracht, daß Licht von der Licht­ quelle den Lichtsensor nicht direkt, sondern nur nach einer Reflexion an der Oberfläche der Membran 4 erreichen kann. Eine Betauung der Membran 4 ändert die Lichtstreuung an de­ ren Oberfläche und somit die Intensität des von der Licht­ quelle stammenden und an der Oberfläche der Membran 4 re­ flektierten Lichts verglichen mit dem unbetauten Zustand der Oberfläche der Membran 4. Eine Änderung der von dem Lichtsensor gemessenen Lichtintensität ist somit ein Signal für eine Änderung des Niederschlagszustands auf der Membran 4.

Zur Messung der Transmissionseigenschaften der Membran 4 wird eine Lichtquelle auf einer Seite der Membran 4 und ein Lichtsensor auf der anderen Seite der Membran 4 so ange­ bracht, daß Licht von der Lichtquelle den Lichtsensor nur auf einem Weg durch die Membran 4 und auf keinem anderen Weg erreichen kann. Eine Betauung der Membran 4 ändert die Lichtstreuung an der Oberfläche der Membran 4 und damit die Intensität des von der Lichtquelle durch die Membran 4 hin­ durch den Lichtsensor erreichenden Lichts. Eine Änderung der durch den Lichtsensor gemessenen Lichtintensität ist somit ein Signal für eine Änderung des Niederschlagszu­ stands auf der Membran 4.

Eine kapazitive Bestimmung des Niederschlagszustands auf der Membran 4 ist durch zwei Elektroden möglich, die an der Membran 4 angeordnet sind. Die Elektroden sind voneinander elektrisch isoliert, beispielsweise indem mindestens eine der beiden Elektroden mit einem elektrisch isolierenden Überzug versehen ist. Eine Betauung der Oberfläche der Mem­ bran 4 ändert die mittlere bzw. effektive Dielektrizitäts­ konstante zwischen den Elektroden und somit die elektrische Kapazität zwischen den Elektroden verglichen mit einem un­ betauten Zustand. Eine Änderung der Kapazität zwischen den Elektroden ist somit ein Signal für eine Änderung des Nie­ derschlagszustands auf der Membran 4.

Eine resistive Bestimmung einer Änderung des Niederschlags­ zustands auf der Membran 4 ist durch zwei nicht isolierte Elektroden möglich, die an der Oberfläche der Membran 4 an­ geordnet sind. Eine Betauung der Membran 4 ändert deren elektrischen Oberflächenwiderstand und somit den Widerstand zwischen den Elektroden verglichen mit einem unbetauten Zu­ stand der Oberfläche. Eine Änderung des elektrischen Wider­ stands zwischen den Elektroden ist somit ein Signal für ei­ ne Änderung des Niederschlagszustands auf der Membran 4.

Die geringe Wärmekapazität der dünnen Membran 4, insbeson­ dere das günstige, d. h. große Verhältnis zwischen der Oberfläche der Membran 4 und ihrer Wärmekapazität, ermög­ licht bei einem Feuchtesensor gemäß der vorliegenden Erfin­ dung ferner eine Bestimmung einer Änderung des Nieder­ schlagszustands auf der Membran 4 aus einer Analyse der Kurvenform einer Aufheizkurve. Die Aufheizkurve ist eine Darstellung der Zeitabhängigkeit der Temperatur der Membran 4 während des Erwärmens der Membran 4 mittels der Leiter­ struktur.

Eine typische Aufheizkurve ist in Fig. 2 schematisch darge­ stellt. Eine Spannung U an einem von einem konstanten Strom durchflossenen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand oder an einem andersartigen Temperatursensor stellt ein Maß für die Temperatur am Ort des Temperatursensors auf der Membran 4 dar. Ausgehend von einer Temperatur unter dem Taupunkt wird beim Erwärmen der Membran 4 zunächst ein Be­ reich A der in Fig. 2 dargestellten Aufheizkurve durchlaufen. Die effektive Wärmekapazität der Membran 4 setzt sich hier zusammen aus der eigentlichen Wärmekapazität der Mem­ bran 4 und der Wärmekapazität des Niederschlags auf der Membran 4. Die Erhöhung der Temperatur der Membran 4 er­ folgt mit einer bestimmten Rate entsprechend einer bestimm­ ten Steigung der Aufheizkurve, die im wesentlichen von der Leistung der Leiterstruktur auf der Membran 4, von dem Wär­ meübergang von der Membran 4 auf den Siliziumchip 2, den Kühlfinger 14 und die Umgebung, von der eigentlichen Wärme­ kapazität der Membran 4 und von der Wärmekapazität des Nie­ derschlags auf der Membran 4, d. h. von der spezifischen Wärmekapazität und der Dicke des Niederschlags, ab. Über dem Taupunkt durchläuft die Aufheizkurve einen Bereich C. Hier ist die effektive Wärmekapazität der Membran 4 gleich der eigentlichen Wärmekapazität der Membran 4, da kein Nie­ derschlag mehr vorhanden ist. Die Rate des Temperaturan­ stiegs bzw. die Steigung der Aufheizkurve ist somit nicht mehr von einer Wärmekapazität eines Niederschlags abhängig und entsprechend steiler.

Zwischen den Bereichen A und C der Aufheizkurve kann sich bei dem Taupunkt bzw. der Taupunkttemperatur ein Plateau in der Aufheizkurve ausbilden. Nach Erreichen des Taupunkts wird durch die Heizleistung der Leiterstruktur auf der Mem­ bran 4 zunächst der Niederschlag auf der Membran 4 ver­ dampft. Die zeitliche Dauer des Plateaus B der Aufheizkurve hängt außer von der Heizleistung der Leiterstruktur und dem Wärmeübergang von der Membran 4 auf den Siliziumchip 2, den Kühlfinger 14 und die Umgebung vor allem von der latenten Wärme des Phasenübergangs flüssig-gasförmig des Nieder­ schlags, d. h. von seiner spezifischen latenten Wärme und seiner Dicke ab.

Eine Bestimmung einer Änderung des Niederschlagszustands auf der Membran 4 ist somit bei der erfindungsgemäßen Ver­ wendung einer dünnen Membran 4 aus einer Analyse der Stei­ gung der Aufheizkurve, d. h. der Rate der Erhöhung der Tem­ peratur der Membran 4 während des Erwärmens, oder durch Erfassen der Temperatur eines Plateaus der Aufheizkurve, d. h. der Temperatur, bei der die Rate der Erhöhung der Tempe­ ratur der Membran 4 stark abnimmt oder im Idealfall ver­ schwindet, möglich. Beide möglichen Analysen der Aufheiz­ kurve sind durch digitale oder analoge elektronische Schal­ tungen realisierbar.

Die Temperatur der Membran 4 kann durch einen beliebigen Temperatursensor gemessen werden, beispielsweise durch ei­ nen an der Membran 4 angebrachten temperaturabhängigen Wi­ derstand, ein Thermoelement oder aber einen Sensor, der die Wärmestrahlung der Membran 4 mißt. Ein besonders einfacher Aufbau des Feuchtesensors ist möglich, wenn die Leiter­ struktur auf der Membran 4 einen temperaturabhängigen Wi­ derstand aufweist und gleichzeitig zum Erwärmen der Membran 4 und zum Messen ihrer Temperatur verwendet wird. Dazu wird die Leiterstruktur mit einem vorbestimmten, konstanten Strom geheizt und gleichzeitig die an ihr abfallende Span­ nung U als Maß für die Temperatur der Membran 4 gemessen. Diese Konfiguration ist nicht nur in Hinsicht auf eine Ver­ einfachung des Aufbaus und der Herstellung des Feuchtesen­ sors und auf eine Miniaturisierung der Membran 4 vorteil­ haft, sondern bietet darüber hinaus auch eine Temperatur­ messung, die einen großflächigen Mittelwert über die Mem­ bran 4 bildet.

Anstatt der oben beschriebenen Speisung der Leiterstruktur auf der Membran 4 mit einem konstanten Strom und der Mes­ sung der aufgrund des Stroms an der Leiterstruktur abfal­ lenden Spannung als Maß für die Temperatur kann auch umge­ kehrt eine vorbestimmte, konstante Spannung an die Leiter­ struktur angelegt werden und der infolge dieser Spannung durch die Leiterstruktur fließende Strom als Maß für die Temperatur der Membran 4 gemessen werden. Unter bestimmten Umständen kann aber auch eine Verwendung eines separaten oder sogar von mehreren von der Leiterstruktur getrennten Temperatursensoren, beispielsweise in Form von einem oder mehreren Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen, auf der Membran 4 vorteilhaft sein. Die durch eine Aufteilung der Funktionalitäten von Heizern und Tempe­ raturmessern auf getrennte Bauelemente mögliche galvanische Trennung bietet Vorteile bei der elektronischen Auswertung der Signale.

Neben einer Analyse der oben beschriebenen Aufheizkurve, die während eines Erwärmens der Membran 4 aufgenommen bzw. gemessen wird, ist auch die Erfassung einer "Abkühlkurve" während des Abkühlens der Membran 4 ohne Heizung über die Leiterstruktur möglich. Diese Abkühlkurve hat abhängig von der Leistung der durch das Peltier-Element 6, 8, 10 auf die Membran 4 übertragenen Kühlleistung eine ähnliche Gestalt wie die in Fig. 2 dargestellte Aufheizkurve, jedoch mit um­ gekehrter Zeitabhängigkeit. Da eine Kondensation von Luft­ feuchtigkeit auf der Membran 4 zur Bildung eines Nieder­ schlags jedoch durch eine damit automatisch einher gehende lokale Verringerung der Luftfeuchtigkeit in der Nähe der Membran 4 gebremst wird, tritt das Plateau B aubgeschwächt oder nicht auf, stattdessen kann auch lediglich eine Ver­ ringerung der Rate der Temperaturverringerung bzw. der Steigung der Abkühlkurve unter dem Taupunkt beobachtbar sein.

Eine Erfassung der Abkühlkurve ist auch dann möglich, wenn neben der Leiterstruktur kein weiterer Temperatursensor an der Membran 4 vorhanden ist, und die Messung der Temperatur der Membran 4 während des Erwärmens durch eine Messung der Spannung an bzw. des Stroms durch die Leiterstruktur er­ folgt. Zum Messen der Temperatur der Membran 4 während des Abkühlens wird in diesem Fall an der Leiterstruktur ein so kleiner Strom bzw. eine so kleine Spannung angelegt, daß die resultierende Heizleistung kleiner als die Leistung der durch das Peltier-Element 6, 8, 10 auf die Membran 4 über­ tragene Kühlwirkung ist. Eine weitere Verbesserung der Ge­ nauigkeit der Feuchtemessung mit dem erfindungsgemäßen Feuchtesensor ist durch eine Kombination der Analysen von Aufheizkurve und Abkühlkurve, beispielsweise durch eine Mittelung der aus beiden bestimmten Meßwerte des Taupunkts, erfolgen.

Die Einrichtung zum Bestimmen einer Änderung eines Nieder­ schlagszustands auf der Membran und zum Ermitteln der Feuchte aus der bestimmten Niederschlagszustandsänderung umfaßt neben den beschriebenen Merkmalen zum Bestimmen ei­ ner Änderung eines Niederschlagszustandes ferner vorzugs­ weise eine Einrichtung zum Erfassen einer Umgebungstempera­ tur. Dies kann ein dem Feuchtesensor zugeordneter Tempera­ tursensor sein, der so angebracht ist, daß er die Tempera­ tur der den Feuchtesensor umgebenden Atmosphäre mißt. Zur Vermeidung einer Beeinflussung dieser Temperaturmessung durch die Kühl- bzw. Heizwirkung des Peltier-Elements kann dieser beispielsweise von dem Peltier-Element räumlich ge­ trennt oder durch ein Wärmeschild von dem Peltier-Element 6, 8, 10 thermisch entkoppelt angeordnet sein. Alternativ kann die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln bei­ spielsweise eine Schnittstelle aufweisen, über die sie eine von einer anderen Vorrichtung gemessene Umgebungstemperatur in Form eines analogen oder digitalen Signals erhält.

Ferner umfaßt die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermit­ teln eine Vorrichtung zum Ermitteln der Feuchte aus dem be­ stimmten Taupunkt und der bestimmten Umgebungstemperatur, beispielsweise mittels des sogenannten Molier-hx-Diagramms. Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine analoge oder di­ gitale Vorrichtung sein, wie sie von herkömmlichen Feuchte­ sensoren nach dem Taupunktprinzip bekannt sind, beispiels­ weise ein Mikroprozessor.

Die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln steuert oder regelt ferner vorzugsweise die Kühlleistung des Pel­ tier-Elements 6, 8, 10, die Heizleistung der Leiterstruktur auf der Membran 4, die Zeitdauer des Erwärmens der Membran 4 und die Dauer des oben erwähnten Zyklusses aus dem Abküh­ len unter den Taupunkt und dem Erwärmen über den Taupunkt oder einen oder mehrere der erwähnten Parameter, um eine Anpassung an die Meßaufgabe, die gewünschte Wiederholungs­ rate der Messung, die gewünschte Genauigkeit der Messung, die vorhandene Feuchte bzw. Feuchtigkeit, den Luftdruck, die Umgebungstemperatur, etc. zu erzielen. Insbesondere werden dabei die genannten Parameter vorzugsweise so einge­ stellt, daß der während jedes Zyklusses durchlaufende Tem­ peraturbereich ein kleiner Temperaturbereich ist, der den Taupunkt umfaßt. Je kleiner der Temperaturhub während des Erwärmens der Membran 4 bzw. während des Abkühlens der Mem­ bran 4 ist, desto geringer ist der mit seiner Erzeugung verbundene Energieaufwand und desto häufiger kann der Zy­ klus durchlaufen werden, d. h. desto häufiger kann ein Meß­ wert des Taupunkts und in der Folge ein Meßwert der Feuchte bestimmt werden.

Die Genauigkeit der oben beschriebenen Bestimmung des Tau­ punkts hängt wesentlich von dem räumlichen Temperaturprofil auf der Membran 4 ab. Für die Messung des Taupunkts ist es wichtig, daß das Temperaturprofil auf der Membran 4 flach ist, insbesondere während des Erwärmens. Andernfalls wird beim Erwärmen der Membran 4 der Taupunkt nicht an allen Or­ ten auf der Membran 4 gleichzeitig erreicht, sondern der Taupunkt läuft beim Erwärmen über die Membran 4. Dadurch wird der Effekt auf der Temperatur-Zeit-Kurve bzw. der Auf­ heizkurve verschmiert. Insbesondere vergrößert sich bei­ spielsweise der Übergangsbereich zwischen den Bereichen A und C der in Fig. 2 schematisch gezeigten Aufheizkurve, und anstatt eines Plateaus B ist nur noch ein Bereich verrin­ gerter Steigung zu beobachten. Bei einer optischen Bestim­ mung einer Änderung des Niederschlagszustands auf der Mem­ bran 4 hat ein nicht flaches Temperaturprofil der Membran 4 analog zur Folge, daß ein Niederschlag nicht an allen Orten auf der Membran 4 gleichzeitig verschwindet, sondern nach und nach und entsprechend anstatt einer abrupten Änderung der Reflexions- oder Transmissionseigenschaften der Ober­ fläche der Membran 4 nur eine allmähliche Änderung dersel­ ben meßbar ist.

Um ein flaches räumliches Temperaturprofil auf der Membran 4 zu erhalten, gibt es neben der oben bereits erwähnten Ge­ staltung eines der Membran 4 flächig gegenüberliegenden Kühlfingers 14 die Möglichkeit, die Leiterstruktur auf der Membran 4 geeignet zu gestalten. In den Fig. 3a, 4a, 5a sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer Leiterstruktur 20 auf der Membran 4 schematisch dargestellt. Die Fig. 3b, 4b und 5b zeigen schematisch die entsprechenden Temperatur­ profile im Schnitt durch die Membran 4 entlang der durch die gestrichelte Linie dargestellten Achse x.

In Fig. 3a ist ein auf einer kleinen Teilfläche der Membran 4 lokalisierter Einzelheizer 20 dargestellt. Er erzeugt das in Fig. 3b gezeigte näherungsweise parabelförmige Profil. Der auf einer großen Fläche stattfindende Temperaturabfall zum Rand der Membran 4 hin, der durch den Siliziumchip 2 gekühlt ist, bedeutet eine ausgeprägte Temperaturinhomoge­ nität der Membran 4. Fig. 4a zeigt einen umlaufenden Ring­ heizer 22. Wie in Fig. 4b zu sehen ist, ist der Tempera­ turabfall zum Rand der Membran 4 hin auf eine deutlich kleinere Fläche beschränkt. Jedoch tritt im Inneren der Leiterschleife des Ringheizers 22 ein ausgeprägtes Minimum auf. Eine oder mehrere weitere Schleifen führen dazu, daß das Profil noch flacher wird. In Fig. 5a ist eine Leiter­ struktur 24 mit einer zusätzlichen Schleife gezeigt. In Fig. 5b ist zu erkennen, daß das Temperaturprofil der Mem­ bran 4 dadurch auch in einem mittleren Bereich der Membran 4 flacher wird.

Wie oben erwähnt, hängt die zeitliche Länge des Plateaus bzw. Absatzes C der Aufheizkurve aus Fig. 2 von der Dicke bzw. der Menge des Niederschlags auf der Membran 4 ab. Dar­ aus resultiert ein weiterer möglicher Betriebsmodus des Feuchtesensors gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem aus der Breite des Plateaus B der Aufheizkurve die Menge der niedergeschlagenen Feuchtigkeit ermittelt wird. Die Membran 4 wird eine definierte Zeit lang gekühlt. Aus der Menge des Wassers, das sich danach auf der Membran 4 befindet, d. h. aus der Breite des Absatzes der Aufheizkurve, wird die relative Feuchte ermittelt. Dieses Verfahren kann auch auf Eisbildung ausgedehnt werden. Wird die Membran 4 unter 0°C gekühlt und dort eine definierte Zeit lang gehal­ ten, so bildet sich auf der Membran 4 ein gefrorener Nie­ derschlag. Beim Aufheizen wird dessen Masse gemessen und die Feuchte daraus ermittelt. Damit kann der Einsatzbereich des Sensors erweitert werden. Insbesondere ist ein Betrieb bei niedrigen Temperaturen möglich. Bei Raumtemperatur wird eine Messung von Luft mit geringer relativer Feuchte (unter 20%) möglich.

Ein Niederschlagszustand auf der Membran 4, dessen Änderung durch die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln zu bestimmen ist, umfaßt somit nicht nur die Zustände "betaut" bzw. "Niederschlag vorhanden" und "nicht betaut" bzw. "kein Niederschlag vorhanden", sondern auch die Zustände "flüssi­ ger Niederschlag vorhanden" und "gefrorener Niederschlag vorhanden". Die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln kann folglich als Änderungen des Niederschlagszustands auf der Membran 4 nicht nur das Betauen bzw. Kondensieren eines Niederschlags bzw. Bilden eines Niederschlags und des Ab­ tauens bzw. Verdampfens eines Niederschlags bzw. Auflösen eines Niederschlags umfassen, sondern auch das Gefrieren eines Niederschlags bzw. das Bilden eines gefrorenen Nie­ derschlags, das Verflüssigen eines gefrorenen Niederschlags oder das Verdampfen eines gefrorenen Niederschlags umfas­ sen.

Die Betauung einer Oberfläche ist von deren Beschaffenheit abhängig. Durch eine Veränderung der Benetzbarkeit und der Rauhigkeit der Oberfläche kann deren Betauung gezielt be­ einflußt und geändert werden. Dadurch kann der Einsatzbe­ reich des Feuchtesensors im Sinne der meßbaren Feuchte, des dabei vorliegenden Drucks und der Temperatur verändert und gegebenenfalls erweitert werden. Ferner wird dadurch auch eine Messung von Dämpfen von anderen Substanzen als Wasser und in anderen Gasen als Luft möglich.

Die oben beschriebene Membran 4 aus Siliziumnitrid weist für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Feuchtesensor vorteilhafte Eigenschaften auf, da sie eine geringe Wärme­ leitfähigkeit besitzt, mit einer Dicke von 200 nm oder we­ niger sehr dünn ausführbar ist, gleichzeitig eine hohe Ro­ bustheit aufweist und einen großen Differenzdruck bzw. eine große Differenz zwischen den auf beiden Seiten der Membran 4 herrschenden Drücken standhält und im Rahmen herkömmli­ cher Technologien zur Herstellung und Bearbeitung von Halb­ leitern hergestellt werden kann. Für den erfindungsgemäßen Feuchtesensor sind jedoch alle Arten von Membranen geeig­ net, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und mög­ lichst dünn ausführbar sind. Beispielsweise kann die Mem­ bran 4 auch aus Siliziumkarbid oder einer sehr dünnen Kunststoff-Folie hergestellt werden.

Ferner ist unter einer Membran im Sinne dieser Erfindung jedes Bauelement zu verstehen, das eine geringe Wärmekapa­ zität und eine große Oberfläche aufweist, d. h., bei dem das Verhältnis aus seiner betaubaren Oberfläche und seiner Wärmekapazität groß ist. Dazu muß die Membran nicht notwen­ digerweise die Form eines flachen Körpers mit zwei plan­ parallelen Oberflächen aufweisen, sondern kann beispiels­ weise auch gewölbt oder gewellt ausgestaltet sein, eine Oberfläche mit Kühlrippen ähnlichen Stegen oder allgemein nicht planparallele Oberflächen aufweisen

Als Trägereinrichtung für die Membran 4 wurde oben ein Si­ liziumchip 2 beschrieben, wobei auch der Kupferblock 6 als Bestandteil der Trägereinrichtung angesehen werden kann. Der Siliziumchip 2 ist vorzugsweise mit der Membran 4 ein­ stückig ausgeführt, wobei zunächst die Siliziumnitrid­ schicht auf dem Siliziumchip gebildet wird und dann eine Teilfläche des Siliziumchips in Form eines Fensters ent­ fernt wird, um die Siliziumnitridschicht freizulegen und somit die Membran 4 zu bilden, wie es oben beschrieben wur­ de. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist jedoch nur die Verwendung einer Membran 4 mit den genannten vorteil­ haften Eigenschaften. Form, Gestalt und Aufbau einer Träge­ reinrichtung für die Membran 4 sind nur insofern für die Erfindung wesentlich, als sie eine nicht zu starke thermi­ sche Kopplung der Membran 4 mit der Trägereinrichtung und ein flaches räumliches Temperaturprofil der Membran 4 er­ möglichen.

Als Einrichtung zum Kühlen der Trägereinrichtung und der Membran 4 wurde oben ein Peltier-Element 6, 8, 10 beschrie­ ben. Dieses ist gut bekannt und einfach herstellbar und weist darüber hinaus den Vorteil auf, elektrisch betrieben zu werden und keine mechanisch bewegbaren Teile aufzuwei­ sen. Als Einrichtung zum Kühlen kann jedoch jede Einrich­ tung verwendet werden, die geeignet ist, die Trägereinrich­ tung und die Membran 4 unter den Taupunkt abzukühlen. Dies kann beispielsweise eine Verbindung zu einem anderweitig bereits vorhandenen Kältereservoir sein.

Als Einrichtung zum Erwärmen der Membran 4 wurde eine Lei­ terstruktur auf der Membran 4 beschrieben, deren elektri­ scher Widerstand zur ohmschen Heizung der Membran 4 verwen­ det wird. Daneben kann jede andere Einrichtung verwendet werden, die geeignet ist, um die Membran 4 in Überkompensa­ tion der Kühlleistung der Einrichtung zum Kühlen bis über den Taupunkt zu erwärmen und die an- und ausgeschaltet oder deren Leistung zumindest hinreichend moduliert werden kann. Insbesondere kann ein Erwärmen der Membran 4 auch durch Be­ strahlen mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise mit sichtbarem oder Infrarot-Licht erfolgen. Die Einrich­ tung zum Erwärmen umfaßt dazu eine Lichtquelle oder eine optische Einrichtung zum Leiten von Licht einer externen Lichtquelle auf die Membran 4 und zum Modulieren der da­ durch vermittelten Heizleistung.

Claims (16)

1. Feuchtesensor mit
einer Membran (4) und einer Trägereinrichtung (2) für die Membran (4)
einer Einrichtung (6, 8, 10) zum Kühlen der Trägerein­ richtung (2) und der Membran (4);
einer Einrichtung (20; 22; 24) zum Erwärmen der Mem­ bran (4); und
einer Einrichtung zum Bestimmen einer Änderung eines Niederschlagszustands auf der Membran (4) und zum Er­ mitteln der Feuchte aus der bestimmten Niederschlags­ zustandsänderung.

2. Feuchtesensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Membran 4 eine Siliziumnitridmembran oder eine Siliziumoxidmem­ bran oder eine Siliziumcarbidmembran umfaßt.

3. Feuchtesensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Trägereinrichtung einen Siliziumchip (2) umfaßt.

4. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Einrichtung zum Kühlen ein Peltier-Element (6, 8, 10) umfaßt.

5. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Einrichtung zum Kühlen (6, 8, 10) über einen Kühlfinger (14) und einen Luftspalt mit der Membran (4) wärmeleitfähig verbunden ist.

6. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Einrichtung zum Erwärmen der Membran (4) eine auf der Membran (4) gebildete Leiterstruktur (20; 22; 24) aufweist.

7. Feuchtesensor gemäß Anspruch 6, bei dem die Leiter­ struktur auf der Membran (4) die Form einer Schleife (22) oder eines Mäanders aufweist.

8. Feuchtesensor gemäß Anspruch 6, bei dem die Leiter­ struktur auf der Membran (4) die Form einer spiralför­ migen Schleife (24) aufweist.

9. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln eine Einrichtung zum Bestimmen einer Aufheizkurve (A, B, C) umfaßt.

10. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln zwei voneinander beabstandete, nicht isolierte Elek­ troden an der Oberfläche der Membran (4) zur Bestim­ mung des Oberflächenwiderstands der Membran (4) auf­ weist.

11. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln zwei voneinander beabstandete Elektroden an der Ober­ fläche der Membran (4), von denen mindestens eine iso­ liert ist, zum Bestimmen einer Kapazität zwischen den beiden Elektroden aufweist.

12. Feuchtesensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Einrichtung zum Bestimmen und zum Ermitteln eine optische Einrichtung zur Bestimmung einer opti­ chen Eigenschaft der Oberfläche der Membran (4) um­ faßt.

13. Feuchtesensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem die Einrichtung zum Bestimmen und zum Er­ mitteln folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Temperatursensor zur Bestimmung der Tem­ peratur der Membran (4) zum Zeitpunkt einer Änderung des Niederschlagszustands auf der Membran (4);
einen zweiten Temperatursensor zur Bestimmung einer Umgebungstemperatur; und
eine Einrichtung zur Bestimmung der Feuchte aus der Temperatur der Membran (4) und der Umgebungstempera­ tur.

14. Feuchtesensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem die Trägereinrichtung (2) von einer Wär­ meisolierungseinrichtung umgeben ist, die im Bereich der Membran (4) eine Öffnung aufweist.

15. Verfahren zum wiederholten Erfassen einer Luftfeuch­ tigkeit mit folgenden Schritten:
ununterbrochenes Kühlen einer Membran (4) und einer Trägereinrichtung (2), welche die Membran (4) trägt, derart, daß eine Temperatur der Trägereinrichtung (2) unter einem Taupunkt der umgebenden Luft liegt;
Erwärmen der Membran (4) bis zu einer Temperatur über dem Taupunkt;
bei dem Schritt des Erwärmens, Bestimmen einer ersten Temperatur, bei der eine Änderung eines Niederschlags­ zustands auf der Membran (4) auftritt;
Bestimmen einer Umgebungstemperatur; und
Bestimmen der Luftfeuchtigkeit aus der ersten Tempera­ tur und der Umgebungstemperatur.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Schritte zy­ klisch wiederholt werden.