Wat is een potentiometrische sensor?
Een potentiometrische sensor is een type chemische sensor die wordt gebruikt in een breed scala van industriële processen om de volumetrische aanwezigheid van een verbinding te bepalen op basis van de detectie van ionische atomen of moleculen in de verbinding die een elektrische lading dragen. De sensor heeft geen stroom nodig, maar alleen dat de verbinding zelf, of het nu vloeistof of gas is, tussen de elektroden van het sensorapparaat passeert. Een van de meest voorkomende potentiometrische sensoreenheden geproduceerd vanaf 2011 is de zuurstofsensor die in auto's is ingebouwd, maar er zijn veel andere toepassingen voor de technologie.
De basisfunctie van een potentiometer die het hart van een potentiometrische sensor is, is dat een bekende spanning op een referentie-elektrode wordt gebruikt als een vergelijking met een spanning die verandert op een werkende elektrode. Het spanningsverschil treedt op wanneer een vaste elektrolytverbinding tussen de twee elektroden een elektrische lading verkrijgt wanneer een vloeistof of gas in de vorm van een ionische geleider erdoor passeert. Het ladingsniveau wordt gebruikt om de aanwezige hoeveelheid ionen te bepalen, en deze waarde kan vervolgens worden vergeleken met de verwachte massawaarden en controles activeren om een gewenste evenwichtstoestand te handhaven.
Zuurstofsensoren, ook bekend als lambdasondes, worden sinds 1980 in auto's in de Verenigde Staten gebruikt als een routinematig gebruikte potentiometrische sensor en zijn aanwezig om ervoor te zorgen dat de voertuigen voldoen aan de normen voor verontreinigingsbeheersing in bepaalde staten zoals Californië, en om te optimaliseren de prestaties van motoren voor brandstofefficiëntie. Ze werken door de hoeveelheid geïoniseerde zuurstof te meten die aanwezig is in de uitlaatstroom voor een auto terwijl de motor loopt. Microprocessors in het voertuig nemen vervolgens deze waarde en vergelijken deze met optimale waarden voor uitlaatgassen. Wanneer er een variatie in de output is, kan de computerbesturing het lucht / brandstofmengsel van het voertuig en het ontstekingstijdstip aanpassen om te zorgen voor een meer volledige verbranding van brandstof en minder vervuiling. Alle soorten voertuigen, of ze nu worden aangedreven door diesel, benzine, ethanol of combinaties van dergelijke brandstoffen, maken gebruik van deze sensoren, en modernere versies van de apparaten meten een reeks verschillende uitlaatgassen, behalve alleen zuurstof.
Andere toepassingen voor een potentiometrische sensor omvatten sporengasanalyse in analytische chemie tot delen per biljoen en om de polaire hoeveelheid oplosmiddelen zoals water, alcohol en andere chemicaliën te bepalen die worden gebruikt bij het maken van precieze industriële oplossingsformules. Onderzoek vanaf 2011 heeft ook geleid tot het gebruik van de potentiometrische sensor bij farmaceutische analyses. Ze worden gebruikt om lood en oppervlakteactieve stoffen te detecteren in afvalwaterstromen van zuiveringsinstallaties, en om vele andere redenen op agrarisch en medisch gebied, evenals voor het beheersen van milieuvervuiling in een aantal industrieën. Potentiometrische sensorontwerpen van ionenmembranen die worden gebruikt om zware metalen te detecteren, zoals lood of bij het bepalen van de pH-waarde van bodemmonsters, kunnen resultaten opleveren in 15 seconden of minder en kunnen herhaaldelijk gedurende maximaal vier maanden worden gebruikt zonder af te nemen.