Was ist ein potentiometrischer Sensor?
Ein potentiometrischer Sensor ist eine Art chemischer Sensor, der in einer Vielzahl von industriellen Prozessen verwendet wird, um das Volumen einer Verbindung auf der Grundlage des Nachweises ionischer Atome oder Moleküle in der Verbindung, die eine elektrische Ladung tragen, zu bestimmen. Der Sensor benötigt keinen Stromfluss, sondern lediglich, dass die Verbindung selbst, ob Flüssigkeit oder Gas, zwischen den Elektroden der Sensorvorrichtung fließt. Eine der gebräuchlichsten potentiometrischen Sensoreinheiten, die ab 2011 hergestellt wurden, ist der Sauerstoffsensor, der in Kraftfahrzeugen eingebaut ist, 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 zu einer Spannung verwendet wird, die sich an einer Arbeitselektrode ändert. Die Spannungsdifferenz tritt auf, wenn eine feste Elektrolytverbindung zwischen den beiden Elektroden eine elektrische Ladung erhält, wenn eine Flüssigkeit oder ein Gas in Form eines Ionenleiters daran vorbeigeht. Das Ladungsniveau wird verwendet, um die Menge der vorhandenen Ionen zu bestimmen, und dieser Wert kann dann mit den erwarteten Massenwerten verglichen und die Kontrollen aktiviert werden, um einen gewünschten Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.
Sauerstoffsensoren, auch Lambda-Sonden genannt, werden seit 1980 in Automobilen verwendet, die in den USA als routinemäßig eingesetzte potentiometrische Sensoren hergestellt werden. Sie dienen dazu, sicherzustellen, dass die Fahrzeuge in bestimmten Bundesstaaten wie Kalifornien den Umweltschutznormen entsprechen, und optimieren die Leistung von Motoren für die Kraftstoffeffizienz. Sie arbeiten, indem sie die Menge an ionisiertem Sauerstoff messen, die im Abgasstrom eines Automobils vorhanden ist, während der Motor läuft. 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 Verschmutzung sicherzustellen. Alle Arten von Fahrzeugen, unabhängig davon, ob sie mit Dieselkraftstoff, Benzin, Ethanol oder einer Kombination solcher Kraftstoffe betrieben werden, verwenden diese Sensoren, und modernere Versionen der Geräte messen neben Sauerstoff auch eine Reihe verschiedener Abgase.
Andere Anwendungen für einen potentiometrischen Sensor umfassen die Spurengasanalyse in der analytischen Chemie bis hinunter zu Teilen pro Billion und die Bestimmung der polaren Menge von Lösungsmitteln wie Wasser, Alkohol und anderen Chemikalien, die bei der Erstellung präziser Formeln für industrielle Lösungen verwendet werden. Die Forschung von 2011 hat auch zur Verwendung 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 Branchen eingesetzt. Potentiometrische Ionenmembransensorkonstruktionen, die zur Erkennung von Schwermetallen wie Blei oder zur Bestimmung des pH-Werts von Bodenproben verwendet werden, können in höchstens 15 Sekunden Ergebnisse liefern und bis zu vier Monate lang wiederholt verwendet werden, ohne dass sie sich verschlechtern.