Un capteur potentiométrique est un type de capteur chimique utilisé dans un large éventail de processus industriels pour déterminer la présence volumétrique d’un composé sur la base de la détection d’atomes ou de molécules ioniques dans le composé qui portent une charge électrique. Le capteur ne nécessite pas un flux de courant, mais simplement que le composé lui-même, qu’il soit liquide ou gazeux, passe entre les électrodes du dispositif de capteur. L’un des capteurs potentiométriques les plus courants fabriqués à partir de 2011 est le capteur d’oxygène intégré aux automobiles, mais il existe de nombreuses autres utilisations de la technologie.
La fonction de base d’un potentiomètre qui est au cœur d’un capteur potentiométrique est qu’une tension connue sur une électrode de référence est utilisée comme comparaison à une tension qui change sur une électrode de travail. La différence de tension se produit lorsqu’un composé électrolytique solide entre les deux électrodes obtient une charge électrique lorsqu’un liquide ou un gaz sous la forme d’un conducteur ionique le traverse. Le niveau de charge est utilisé pour déterminer la quantité d’ions présents, et cette valeur peut ensuite être comparée aux valeurs de masse attendues et activer des contrôles pour maintenir un état d’équilibre souhaité.
Des capteurs d’oxygène, également connus sous le nom de sondes lambda, ont été inclus dans les automobiles fabriquées aux États-Unis depuis 1980 en tant que capteur potentiométrique couramment utilisé, et sont présents pour garantir que les véhicules répondent aux normes de contrôle de la pollution dans certains États comme la Californie, et pour optimiser la performance des moteurs pour l’efficacité énergétique. Ils fonctionnent en mesurant la quantité d’oxygène ionisé présente dans le flux d’échappement d’une automobile pendant que le moteur tourne. Les microprocesseurs du véhicule prennent alors cette valeur et la comparent aux valeurs optimales pour les gaz d’échappement. Lorsqu’il y a une variation de la sortie, la commande informatique peut ajuster le mélange air/carburant et le calage de l’allumage du véhicule pour garantir une combustion plus complète du carburant et une pollution réduite. Tous les types de véhicules, qu’ils soient alimentés au diesel, à l’essence, à l’éthanol ou à des combinaisons de ces carburants, utilisent ces capteurs, et des versions plus modernes des appareils mesurent une gamme de gaz d’échappement différents en plus de l’oxygène.
D’autres utilisations d’un capteur potentiométrique incluent l’analyse des gaz traces en chimie analytique jusqu’à parties par billion et pour déterminer la quantité polaire de solvants tels que l’eau, l’alcool et d’autres produits chimiques utilisés dans la création de formules de solutions industrielles précises. Les recherches menées dès 2011 ont également conduit à l’utilisation du capteur potentiométrique en analyse pharmaceutique. Ils sont utilisés pour détecter le plomb et les tensioactifs dans les flux d’eaux usées des stations d’épuration, et pour de nombreuses autres raisons dans les domaines agricoles et médicaux, ainsi que pour le contrôle de la pollution de l’environnement dans une gamme d’industries. Les conceptions de capteurs potentiométriques à membrane ionique utilisés pour détecter les métaux lourds, tels que le plomb ou pour déterminer le niveau de pH des échantillons de sol, peuvent donner des résultats en 15 secondes ou moins et être utilisées à plusieurs reprises jusqu’à quatre mois sans se dégrader.