前氧感測器在排氣支管口位置，後氧感測器在三元催化器後方

氧感測器是利用陶瓷敏感元件測量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學平衡原理計算出對應的氧濃度，達到監測和控制爐內燃燒空燃比，保證產品質量及尾氣排放達標的測量元件，廣泛應用於各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制。它是目前最佳的燃燒氣分測量方式，具有結構簡單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優點。運用該感測器進行燃燒氣氛測量和控制既能穩定和提高產品質量，又可縮短生產週期，節約能源。

氧感測器的工作原理與乾電池相似，感測器中的氧化鋯元素起類似電解液的作用。其基本工作原理是：在一定條件下(高溫和鉑催化)，利用氧化鋯內外兩側的氧濃度差，產生電位差，且濃度差越大，電位差越大。大氣中氧的含量為21%，濃混合氣燃燒後的廢氣實際上不含氧，稀混合氣燃燒後生成的廢氣或因缺火產生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少得多。 在高溫及鉑的催化下，帶負電的氧離子吸附在氧化鋯套管的內外表面上。由於大氣中的氧氣比廢氣中的氧氣多，套管上與大氣相通一側比廢氣一側吸附更多的負離子，兩側離子的濃度差產生電動勢。當套管廢氣一側的氧濃度低時，在電極之間產生一個高電壓(0。6～1V)，這個電壓訊號被送到ECU放大處理，ECU把高電壓訊號看作濃混合氣，而把低電壓訊號看作稀混合氣。根據氧感測器的電壓訊號，電腦按照儘可能接近14.7：1的理論最佳空燃比來稀釋或加濃混合氣。因此氧感測器是電子控制燃油計量的關鍵感測器。氧感測器只有在高溫時(端部達到300°C以上)其特性才能充分體現，才能輸出電壓。它在約800°C時，對混合氣的變化反應最快，而在低溫時這種特性會發生很大變化。

氧感測器的兩個電極的輸出電壓跟尾氣中氧與大氣中氧的相對值呈很好的相關性。然而這個電壓跟氧含量的關係並不是線性的。氧感測器在最佳空燃比附近最敏感（很小的空燃比變化便會產生很大的輸出電壓變化），而在空燃比過濃或過稀時不敏感。低電壓對應高氧含量，所以0.1－0.4伏的電壓輸出表明稀混合比，而0.6－1.0伏代表濃混合比。當氧感測器輸出電壓為0.45伏的時候，空燃比最佳。