氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷，一種具有離子導電性質的固體。在常溫下為單斜 晶體，當溫度升高到一定溫度時，晶型轉變為立方晶體，同時約有 7%的體積收 縮；當溫度降低時，又變為單斜晶體。若反復加熱與冷卻，ZrO2 就會破裂。 因 此，純凈的 ZrO2 不能用作測量元件。如果在 ZrO2 中加入一定量的氧化鈣（CaO） 或氧化釔（Y2O3）作穩定劑，再經過高溫焙燒，則變為穩定的氧化鋯材料，這 時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產生氧離子空穴，所以 ZrO2 屬于陰離子固體電解質。ZrO2 主要通過空穴的運動而導電，當溫度達到 600℃ 以上時，ZrO2 就變為良好的氧離子導體。

測量原理：是利用穩定的二氧化鋯陶瓷在650℃以上的環境中產生的氧離子導電特性而設計的。在一定的溫度條件下，如果在二氧化鋯塊狀陶瓷兩側的氣體中分別存在著不同的氧分壓（即氧濃度）時，二氧化鋯陶瓷內部將產生一系列的反應，和氧離子的遷移。這時通過二氧化鋯兩側的引出電極，可測到穩定的毫伏級信號，我們稱之為氧電勢。它服從能斯特（Nernst）方程：式中E為氧傳感器輸出的氧電勢（mv），Tk為爐內的絕對溫度（K），P1和P2分別為二氧化鋯兩側氣體的氧分壓。

在氧化鋯電解質的兩面各燒結一個鉑電極，當氧化鋯兩側的氧分壓不同時， 氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移，結果使氧分壓高的一 側鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電，因而在 兩鉑電極之間產生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側氣體中氧氣含量 的差（氧濃差）有關。若一側氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數），則另 一側氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢， 便可知道煙氣中氧氣含量。