Un sensore potenziometrico è un tipo di sensore chimico utilizzato in un’ampia gamma di processi industriali per determinare la presenza volumetrica di un composto in base al rilevamento di atomi o molecole ionici nel composto che trasportano una carica elettrica. Il sensore non richiede un flusso di corrente, ma semplicemente che il composto stesso, liquido o gassoso, passi tra gli elettrodi del dispositivo sensore. Una delle unità di sensori potenziometrici più comuni prodotte a partire dal 2011 è il sensore di ossigeno incorporato nelle automobili, ma ci sono molti altri usi per la tecnologia.
La funzione di base di un potenziometro che è il cuore di un sensore potenziometrico è che una tensione nota su un elettrodo di riferimento viene utilizzata come confronto con una tensione che cambia su un elettrodo funzionante. La differenza di tensione si verifica quando un composto elettrolitico solido tra i due elettrodi ottiene una carica elettrica al passaggio di un liquido o di un gas sotto forma di conduttore ionico. Il livello di carica viene utilizzato per determinare la quantità di ioni presenti e questo valore può quindi essere confrontato con i valori di massa previsti e attivare i controlli per mantenere uno stato di equilibrio desiderato.
I sensori di ossigeno, noti anche come sonde lambda, sono stati inclusi nelle automobili prodotte negli Stati Uniti dal 1980 come sensori potenziometrici di uso comune e sono presenti per garantire che i veicoli soddisfino gli standard di controllo dell’inquinamento in alcuni stati come la California e per ottimizzare le prestazioni dei motori per l’efficienza del carburante. Funzionano misurando la quantità di ossigeno ionizzato presente nel flusso di scarico di un’automobile mentre il motore è in funzione. I microprocessori nel veicolo prendono quindi questo valore e lo confrontano con i valori ottimali per i gas di scarico. In caso di variazione dell’uscita, il controllo computerizzato può regolare la miscela aria/carburante del veicolo e la fasatura dell’accensione per garantire una combustione più completa del carburante e una riduzione dell’inquinamento. Tutti i tipi di veicoli, alimentati a gasolio, benzina, etanolo o combinazioni di tali combustibili, utilizzano questi sensori e le versioni più moderne dei dispositivi misurano una gamma di diversi gas di scarico oltre al solo ossigeno.
Altri usi per un sensore potenziometrico includono l’analisi dei gas in traccia nella chimica analitica fino a parti per trilione e per determinare la quantità polare di solventi come acqua, alcol e altri prodotti chimici utilizzati nella creazione di formule di soluzioni industriali precise. La ricerca a partire dal 2011 ha portato anche all’utilizzo del sensore potenziometrico nelle analisi farmaceutiche. Sono utilizzati per rilevare piombo e tensioattivi nei flussi di acque reflue degli impianti di trattamento e per molti altri motivi nei settori agricolo e medico, nonché per il controllo dell’inquinamento ambientale in una vasta gamma di industrie. I sensori potenziometrici a membrana ionica utilizzati per rilevare metalli pesanti, come il piombo o per determinare il livello di pH dei campioni di terreno, possono produrre risultati in 15 secondi o meno ed essere utilizzati ripetutamente fino a quattro mesi senza degradarsi.