Ein potentiometrischer Sensor ist eine Art chemischer Sensor, der in einer Vielzahl industrieller Prozesse verwendet wird, um das volumetrische Vorhandensein einer Verbindung basierend auf der Detektion von ionischen Atomen oder Molekülen in der Verbindung, die eine elektrische Ladung tragen, zu bestimmen. Der Sensor benötigt keinen Stromfluss, sondern lediglich, dass die Verbindung selbst, ob flüssig oder gasförmig, zwischen den Elektroden des Sensorgeräts hindurchgeht. Eine der gebräuchlichsten potentiometrischen Sensoreinheiten, die ab 2011 hergestellt wurden, ist der in Autos eingebaute Sauerstoffsensor, aber es gibt viele andere Anwendungen für die Technologie.
Die Grundfunktion eines Potentiometers, das das Herzstück eines potentiometrischen Sensors ist, besteht darin, dass eine bekannte Spannung an einer Referenzelektrode als Vergleich mit einer sich ändernden Spannung an einer Arbeitselektrode verwendet wird. Die Spannungsdifferenz entsteht, wenn eine Festelektrolytverbindung zwischen den beiden Elektroden eine elektrische Ladung erhält, wenn eine Flüssigkeit oder ein Gas in Form eines Ionenleiters daran vorbeiläuft. Das Ladungsniveau wird verwendet, um die Menge der vorhandenen Ionen zu bestimmen, und dieser Wert kann dann mit erwarteten Massenwerten verglichen und Kontrollen aktiviert werden, um einen gewünschten Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.
Sauerstoffsensoren, auch als Lambdasonden bekannt, werden seit 1980 als routinemäßig verwendeter potentiometrischer Sensor in in den Vereinigten Staaten hergestellte Automobile eingebaut und sind vorhanden, um sicherzustellen, dass die Fahrzeuge in bestimmten Staaten wie Kalifornien die Umweltschutznormen erfüllen und optimieren die Leistung von Motoren für die Kraftstoffeffizienz. Sie funktionieren, indem sie die Menge an ionisiertem Sauerstoff messen, die im Abgasstrom eines Automobils bei laufendem Motor vorhanden ist. Mikroprozessoren im Fahrzeug nehmen dann diesen Wert und vergleichen ihn mit optimalen Werten für Abgase. Bei Leistungsschwankungen kann die Computersteuerung das Luft/Kraftstoff-Gemisch und den Zündzeitpunkt des Fahrzeugs anpassen, um eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs und eine geringere Umweltverschmutzung zu gewährleisten. Alle Arten von Fahrzeugen, ob mit Dieselkraftstoff, Benzin, Ethanol oder Kombinationen solcher Kraftstoffe, nutzen diese Sensoren, und modernere Versionen der Geräte messen neben Sauerstoff auch eine Reihe verschiedener Abgase.
Andere Anwendungen für einen potentiometrischen Sensor sind die Spurengasanalyse in der analytischen Chemie bis hin zu Teilen pro Billion und die Bestimmung der polaren Menge von Lösungsmitteln wie Wasser, Alkohol und anderen Chemikalien, die bei der Erstellung präziser industrieller Lösungsformeln verwendet werden. Die Forschung ab 2011 hat auch zum Einsatz des potentiometrischen Sensors in der pharmazeutischen Analyse geführt. Sie werden zum Nachweis von Blei und Tensiden in Abwasserströmen von Kläranlagen und aus vielen anderen Gründen in der Landwirtschaft und Medizin sowie zur Kontrolle der Umweltverschmutzung in einer Reihe von Industrien eingesetzt. Potentiometrische Sensordesigns mit Ionenmembran, die zum Nachweis von Schwermetallen wie Blei oder zur Bestimmung des pH-Werts von Bodenproben verwendet werden, können innerhalb von 15 Sekunden oder weniger Ergebnisse liefern und bis zu vier Monate lang wiederholt verwendet werden, ohne sich zu verschlechtern.