氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷，一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜 晶體，當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)約有 7%的體積收 縮；當(dāng)溫度降低時(shí)，又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻，ZrO2 就會(huì)破裂。 因 此，純凈的 ZrO2 不能用作測(cè)量元件。如果在 ZrO2 中加入一定量的氧化鈣（CaO） 或氧化釔（Y2O3）作穩(wěn)定劑，再經(jīng)過(guò)高溫焙燒，則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料，這 時(shí)，四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換，同時(shí)產(chǎn)生氧離子空穴，所以 ZrO2 屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2 主要通過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，當(dāng)溫度達(dá)到 600℃ 以上時(shí)，ZrO2 就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。

測(cè)量原理：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(guò)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：式中E為氧傳感器輸出的氧電勢(shì)（mv），Tk為爐內(nèi)的絕對(duì)溫度（K），P1和P2分別為二氧化鋯兩側(cè)氣體的氧分壓。

在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個(gè)鉑電極，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時(shí)， 氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移，結(jié)果使氧分壓高的一 側(cè)鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負(fù)電，因而在 兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)。此電勢(shì)在溫度一定時(shí)只與兩側(cè)氣體中氧氣含量 的差（氧濃差）有關(guān)。若一側(cè)氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數(shù)），則另 一側(cè)氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢(shì)表示，測(cè)出氧濃差電勢(shì)， 便可知道煙氣中氧氣含量。