氧氣檢測儀是由氧化鋯材料摻以定量的氧化釔或氧化鈣經(jīng)溫燒結(jié)后形成的穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷燒結(jié)體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在溫下它是良好的氧離子導(dǎo)體。因其這性，在定溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時，它便是個典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內(nèi)外電。在實際的氧探頭中，空氣流經(jīng)外電，煙氣流經(jīng)內(nèi)電，當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%O2)時，空氣中的氧分子從外電上奪取4個電子形成2個氧離子，發(fā)生如下電反應(yīng)：

 

　　O(P0)+4e-→2O-2

 

　　氧離子在氧氣檢測儀中迅速遷移到煙氣邊，在內(nèi)電上發(fā)生相反的電反應(yīng)：

 

　　2O-2→O(P0)+4e-

 

　　由于氧濃差導(dǎo)致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產(chǎn)生的電勢又導(dǎo)致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡后，便在兩電間產(chǎn)生個與氧濃差有關(guān)的電勢信號E,該電勢信號符合"能斯"方程：

 

　　E=(RT/4F)Ln(P0/P)(1)

 

　　式中R、F分別是氣體常數(shù)和法拉第常數(shù)，T是鋯管對溫度(K),P0是空氣氧含量(20.6%O2),P是煙氣含量。由(1)式可見，在定的溫條件下(般)600℃)，定的煙氣氧含量便會有對應(yīng)的電勢輸出，在理想狀態(tài)下，其電勢值在溫區(qū)域內(nèi)對應(yīng)氧含量。在理想狀態(tài)下，當被測煙氣與參比氣濃度樣時，其輸出電勢E值為0mV,但在實際應(yīng)用中，鋯管實際條件和現(xiàn)場情況均不是理想狀態(tài)。

 

　　故事實上的鋯管是偏離此值的。實際上，定氧含量鋯管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和，我們稱為無濃差條件下鋯管輸出的電勢值為本底電勢或稱為零位電勢，此值的大小又在不同溫度下呈不同的值，并且隨鋯管使用期延長而變化。因此，如不對此情況處理，會嚴重影響氧氣檢測儀的準確和探頭壽命。