Potenciometrijski senzor je vrsta kemijskog senzora koji se koristi u širokom spektru industrijskih procesa za određivanje volumetrijske prisutnosti spoja na temelju detekcije ionskih atoma ili molekula u spoju koji nose električni naboj. Senzor ne zahtijeva protok struje, već samo da sam spoj, bez obzira da li je tekućina ili plin, prolazi između elektroda senzorskog uređaja. Jedna od najčešćih potenciometrijskih senzorskih jedinica proizvedenih od 2011. je senzor kisika ugrađen u automobile, ali postoje mnoge druge namjene za tu tehnologiju.
Osnovna funkcija potenciometra koji je u srcu potenciometrijskog senzora je da se poznati napon na referentnoj elektrodi koristi kao usporedba s naponom koji se mijenja na radnoj elektrodi. Razlika napona nastaje kada čvrsti spoj elektrolita između dvije elektrode dobije električni naboj dok tekućina ili plin u obliku ionskog vodiča prolazi pokraj njega. Razina naboja koristi se za određivanje količine prisutnih iona, a ta se vrijednost zatim može usporediti s očekivanim vrijednostima mase i aktivirati kontrole za održavanje željenog stanja ravnoteže.
Senzori kisika, također poznati kao lambda sonde, uključeni su u automobile proizvedene u Sjedinjenim Državama od 1980. godine kao potenciometrijski senzor koji se rutinski koristi, a prisutni su kako bi osigurali da vozila ispunjavaju standarde kontrole zagađenja u određenim državama poput Kalifornije i kako bi optimizirali performanse motora za učinkovitost goriva. Oni rade mjerenjem količine ioniziranog kisika koji je prisutan u struji ispušnih plinova automobila dok motor radi. Mikroprocesori u vozilu zatim uzimaju ovu vrijednost i uspoređuju je s optimalnim vrijednostima za ispušne plinove. Gdje postoji varijacija u izlaznoj snazi, računalna kontrola može prilagoditi mješavinu zraka i goriva u vozilu i vrijeme paljenja kako bi osigurala potpunije izgaranje goriva i smanjeno onečišćenje. Sve vrste vozila, bilo da se pokreću na dizel gorivo, benzin, etanol ili kombinacije takvih goriva, koriste ove senzore, a modernije verzije uređaja mjere niz različitih ispušnih plinova osim kisika.
Ostale namjene potenciometrijskog senzora uključuju analizu plinova u tragovima u analitičkoj kemiji do dijelova po trilijunu i određivanje polarne količine otapala kao što su voda, alkohol i druge kemikalije koje se koriste u stvaranju preciznih formula industrijskih otopina. Istraživanja iz 2011. također su dovela do upotrebe potenciometrijskog senzora u farmaceutskoj analizi. Koriste se za otkrivanje olova i površinski aktivnih tvari u tokovima otpadnih voda iz postrojenja za pročišćavanje, te iz mnogih drugih razloga u poljoprivrednim i medicinskim područjima, kao i za kontrolu onečišćenja okoliša u nizu industrija. Dizajni potenciometrijskih senzora s ionskom membranom koji se koriste za otkrivanje teških metala, kao što je olovo ili za određivanje pH razine uzoraka tla, mogu dati rezultate za 15 sekundi ili manje i mogu se više puta koristiti do četiri mjeseca bez degradacije.