Potenciometrični senzor je vrsta kemičnega senzorja, ki se uporablja v širokem naboru industrijskih procesov za določanje volumetrične prisotnosti spojine na podlagi detekcije ionskih atomov ali molekul v spojini, ki nosijo električni naboj. Senzor ne zahteva pretoka toka, ampak samo, da spojina sama, bodisi tekoča ali plinasta, prehaja med elektrodami senzorske naprave. Ena najpogostejših potenciometričnih senzorskih enot, izdelanih od leta 2011, je senzor kisika, vgrajen v avtomobile, vendar obstaja veliko drugih uporab za tehnologijo.
Osnovna funkcija potenciometra, ki je v središču potenciometričnega senzorja, je, da se znana napetost na referenčni elektrodi uporabi kot primerjava z napetostjo, ki se spreminja na delujoči elektrodi. Napetostna razlika nastane, ko trdna elektrolitska spojina med dvema elektrodama pridobi električni naboj, ko tekočina ali plin v obliki ionskega prevodnika prehaja mimo nje. Raven naboja se uporablja za določitev količine prisotnih ionov, to vrednost pa lahko nato primerjamo s pričakovanimi masnimi vrednostmi in aktiviramo kontrole za vzdrževanje želenega ravnotežnega stanja.
Senzorji kisika, znani tudi kot lambda sonde, so vključeni v avtomobile, proizvedene v Združenih državah od leta 1980 kot rutinsko uporabljeni potenciometrični senzor, in so prisotni, da zagotovijo, da vozila izpolnjujejo standarde za nadzor onesnaževanja v nekaterih državah, kot je Kalifornija, in za optimizacijo zmogljivosti motorjev za učinkovitost porabe goriva. Delujejo tako, da merijo količino ioniziranega kisika, ki je prisoten v izpušnem toku avtomobila, medtem ko motor deluje. Mikroprocesorji v vozilu nato vzamejo to vrednost in jo primerjajo z optimalnimi vrednostmi za izpušne pline. Kjer pride do razlike v izhodu, lahko računalniško krmiljenje prilagodi mešanico zraka in goriva v vozilu in čas vžiga, da zagotovi popolnejše zgorevanje goriva in zmanjša onesnaževanje. Vse vrste vozil, bodisi na dizelsko gorivo, bencin, etanol ali kombinacije teh goriv, uporabljajo te senzorje, sodobnejše različice naprav pa poleg kisika merijo še vrsto različnih izpušnih plinov.
Druge uporabe potenciometričnega senzorja vključujejo analizo plinov v sledovih v analitični kemiji do delov na trilijon in določanje polarnih količin topil, kot so voda, alkohol in druge kemikalije, ki se uporabljajo pri ustvarjanju natančnih formul industrijskih raztopin. Raziskave iz leta 2011 so privedle tudi do uporabe potenciometričnega senzorja v farmacevtski analizi. Uporabljajo se za odkrivanje svinca in površinsko aktivnih snovi v tokovih odpadne vode iz čistilnih naprav ter iz mnogih drugih razlogov na kmetijskem in medicinskem področju ter za nadzor onesnaževanja okolja v številnih panogah. Zasnove potenciometričnih senzorjev z ionsko membrano, ki se uporabljajo za odkrivanje težkih kovin, kot je svinec, ali pri določanju ravni pH vzorcev tal, lahko dajo rezultate v 15 sekundah ali manj in se večkrat uporabljajo do štiri mesece brez razgradnje.