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其核心元件是多孔的ZrO2陶瓷管，它是一種固態(tài)電解質(zhì)，兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑（Pt）電極。在一定溫度下，由于兩側(cè)氧濃度不同，高濃度側(cè)(陶瓷管內(nèi)側(cè)4)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結(jié)合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質(zhì)中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(cè)(廢氣側(cè))，使該電極帶負(fù)電, 即產(chǎn)生電勢差。

當(dāng)空燃比較低時(shí)(濃混合氣)，廢氣中的氧較少，因此陶瓷管外側(cè)氧離子較少，形成1.0V左右的電動(dòng)勢；
當(dāng)空燃比等于14.7時(shí)，此時(shí)陶瓷管內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生的電動(dòng)勢為0.4V~0.5V， 該電動(dòng)勢為基準(zhǔn)電動(dòng)勢；
當(dāng)空燃比較高時(shí)（稀混合氣），廢氣中氧含量較高，陶瓷管內(nèi)外的氧離子濃度差較小，所以產(chǎn)生電動(dòng)勢很低，接近為零。