氧化鋯氧氣傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質(zhì)有 CaO、MgO、Y2O3、Sc2O3 與 ZrO2形成的固熔體。氧氣傳感器是利用穩(wěn)定的二氧化鋯陶瓷在 650℃以上的環(huán)境中產(chǎn)生的氧離子導(dǎo)電特性而設(shè)計(jì)的。在一定的溫度條件下，如果在二氧化鋯塊狀陶瓷兩側(cè)的氣體中分別存在著不同的氧分壓（即氧濃度）時(shí)，二氧化鋯陶瓷內(nèi)部將產(chǎn)生一系列的反應(yīng)和氧離子的遷移。這時(shí)通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極，可測(cè)到穩(wěn)定的毫伏級(jí)信號(hào)，我們稱之為氧電勢(shì)。它服從能斯特(Nernst)方程：
E=RT/4F*In（PR/ PM）
式中：R－氣體常數(shù)；
          T－傳感器的熱力學(xué)溫度，℃；
          F－法拉第常數(shù)；
          PR－高氧濃度（即陰極側(cè)氧分壓），%；
          PM－低氧濃度（即陽(yáng)極側(cè)氧分壓），%。
由此可見，溫度一定時(shí)，若參比氣體為空氣（氧氣分壓為已知時(shí)） ，此時(shí)測(cè)出E值就知道測(cè)量氣體的氧含量或氧分壓P值。
氧化鋯氧氣傳感器能在各種高溫環(huán)境下使用，所以廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制領(lǐng)域，在冶金、化工、汽車等工業(yè)部門也得到比較廣泛的應(yīng)用。