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氧傳感器種類很多，現在研究最多的是氣體氧傳感器，它用于測量氣相中氧的濃度或氧分壓，還有用來測量水中溶解氧濃度的溶氧分析儀等其它類型。這些氧傳感器結構不同，但均采用電化學原理。

氣體氧傳感器基本上分為兩大類，一類是固體電解質氧傳感器。以二氧化鋯氧傳感器為例，它以對氧離子有較高導電能力的ZrO2作基質，兩面設有對氧有催化還原作用的鉑電極，將其置于含氧的參比氣體和待測氣體中，就形成了氧的濃差電池：參比氣體| Pt，ZrO2，Pt | 待測氣體。

由于電池電動勢E與待測氣體中氧含量成對數關系，故信號不易處理，研究者在此基礎上對其進行改進，又研制成了極限電流型氧傳感器（電化學泵氧傳感器）。它是靠外加電壓驅動電池反應的，當外電壓增至某一值時，氣相氧擴散至電極表面的速度跟不上電極還原反應的速度，回流中出現飽和的電流值，此電流不隨外加電壓增大而增加，被稱為極限電流，其大小與氧濃度呈線性關系。此類傳感器具有靈敏度高、響應快、信號易于處理、不帶有參比氣體和易于微型化的優點，已成功地用于汽車乏氧檢測中，節能效果很顯著。

另一大類為催化電化學氧傳感器，它是根據與氧氣有關的催化電極的反應來測定待測氣氛中氧濃度的。它也有兩種型號：一種為電極恒電位電解式，另一種為原電池型氧傳感器，兩者都以對氧有催化還原活性的金屬（如Pt、Ag、Au等）為陰極，以不能極化的金屬，（如 Pb、Cu、Cd等）為陽極，電解質一般采用堿或酸及其鹽的溶液。近幾年來，隨著實際應用的要求，這兩種氧傳感器都在向兩電極系統方向發展，尤其是利用透氧高分子薄膜來測定氣體中或溶液中氧濃度的隔膜型氧傳感器發展最迅速。