在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂(Pt)电极，在一定温度下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧(空气)的氧分子被吸附在铂电极上与电子(4e)结合形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧的Pt电极上放出电子，转化成氧分子，使该电极带负电。两个电极的反应式分别为：

参比侧：O2+4e——2O2-

测量侧：2O2--4e——O2

这样在两个电极间便产生了一定的电动势，氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。两级之间的电动势E由能斯特公式求得：可

E= (1)

式中，EmV―浓差电池输出，

n 4―电子转移数，在此为

R理想气体常数，8.314 W·S/mol —

T (K) F96500 C;PP1——待测气体氧浓度百分数0——参比气体氧浓度百分数 —法拉第常数，—温度

该分式是氧探头测氧的基础，当氧化锆管处的温度被加热到600℃～1400℃时，高浓度侧气体用已知氧浓度的气体作为参比气，如用空气，则P，将此值及公式中的常数项合并，又实际氧化锆电池存在温差电势、接触电势、参比电势、极化电势，从而产生本地电势CmV)实际计算公式为：(0 =20.6%

EmV)=0.0496Tln(0.2095/P1)±CmV)((

C本地电势(新镐头通常为±1mV) =

可见，如能测出氧探头的输出电动势E和被测气体的温度T，即可算出被测气体的氧分压(浓度)P1 ，这就是氧化锆氧探头的基本检测原理。