它是利用稳定的二氧化锆陶瓷在650℃以上的环境中产生的氧离子导电特性而设计的。在一定的温度条件下，如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别存在着不同的氧分压(即氧浓度)时，二氧化锆陶瓷内部将产生一系列的反应，和氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电极，可测到稳定的毫伏级信号，我们称之为氧电势。它服从能斯特方程：式中e为氧传感器输出的氧电势(mv)，tk为炉内的温度(k)，p1和p2分别为二氧化锆两侧气体的氧分压。实际应用时，将二氧化锆的一侧通入已知氧浓度的气本(通常为空气)，我们称之为参比气。另一侧则是被测气体，就是我们要检测的炉内的气氛。
使用场合：
目前氧化锆探头适用于锅炉、窑炉、石油、化工、发电厂等需用煤、油等加热燃烧的炉膛及烟道，氧含量的测量，能准确、快速的反映炉膛燃烧时的即时氧含量。可及时有效的控制烟道挡板、油门、风门等，对提高燃烧热效率、节约能源、减少污染有明显的作用。氧化锆探头插入点的烟道须为负压，因为它的参比气为空气，是自然流动的，烟道须为负压才可以使空气吸入探头产生电势。
安装须知：
1、其传感器须轻拿轻放，不能碰撞，因为传感器内部为陶瓷元件，容易断裂，造成损坏。
2、安装地点应选择被测气体温度较低的位置，宜选择在无振动且方便维修的地点，这样对传感器的使用寿命有一定的好处。
3、安装时，传感器的插入速度不能太快，一般先将传感器的1/3插至烟道里，10分钟后再插入1/3，再过10分钟后将传感器全部插入。因传感器为陶瓷元件温差不能太大，否则会造成断裂，将无法使用。
4、传感器上的法兰螺栓在安装时要拧紧，拧均匀。否则密封垫子会漏入空气，会造成测量时的误差。
安装位置的选择：
探头本身由分析仪加热至700℃，但经过实践证明，安装点烟气温度过高会缩短探头使用寿命，又因烟气不稳定而导致氧量波动大；反之气温度过低，会造成低温腐蚀(so2和so3蒸汽)同样会使探头寿命缩短，一般位于省煤器至引风机之间。除此以外，安装点要求烟气流通好，便于操作。切忌将安装点位置选择在死角位置和烟道缩口处。同时安装点位置要考虑水气少、灰尘少的位置。
氧化锆探头的校准：
1、切记应将标准气流量计流量调至200ml/分-300ml/分。流量不能大，否则会造成校对时的误差并对传感器造成损坏。
2、快速拧开传感器校对堵头，将标准气插上五分钟后，待数据稳定时，即校对完成。
3、去除标准气皮管，快速将堵头拧上(堵头拧下后，不能长时间放在空气中，因为空气温度低，传感器是在高温下工作，会吸入大量的空气，造成温差太大，传感器断裂)。