Che cos'è un sensore potenziometrico?
Un sensore potenziometrico è un tipo di sensore chimico utilizzato in una vasta gamma di processi industriali per determinare la presenza volumetrica di un composto in base al rilevamento di atomi ionici o molecole nel composto che trasportano una carica elettrica. Il sensore non richiede un flusso di corrente, ma semplicemente il fatto che il composto stesso, liquido o gassoso, passi tra gli elettrodi del dispositivo sensore. Una delle unità sensore potenziometriche 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 al centro 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 elettrolita solido tra i due elettrodi ottiene una carica elettrica quando un liquido o gas sotto forma di un conduttore ionico lo attraversa. 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 sensore potenziometrico di routine, 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 il risparmio di 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 i tempi di 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 carburanti, fanno uso di questi sensori e le versioni più moderne dei dispositivi misurano una gamma di gas di scarico diversi 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, alcool e altri prodotti chimici utilizzati nella creazione di formule di soluzioni industriali precise. La ricerca a partire dal 2011 ha anche portato all'utilizzo del sensore potenziometrico nell'analisi farmaceutica. Sono utilizzati per rilevare piombo e tensioattivi nei flussi di acque reflue provenienti da impianti di trattamento e per molte altre ragioni in campo agricolo e medico, nonché per il controllo dell'inquinamento ambientale in una vasta gamma di settori. I progetti di sensori potenziometrici a membrana ionica utilizzati per rilevare metalli pesanti, come il piombo o nel determinare il livello di pH dei campioni di terreno, possono produrre risultati in 15 secondi o meno e possono essere utilizzati ripetutamente per un massimo di quattro mesi senza degradarsi.