氧化钛型是随氧分子含量的变化而转换成电阻的变化，氧化锆型是随氧分子含量的变化而转换成电压的变化。
氧化锆(ZrO2)为固态电解质的一种，它有一种特性就是在高温时氧离子易于移动。此型氧传感器将氧化锆烧结成管状，并与内层与外层涂上白金(Pt)，这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定，最外层则覆盖一层保护壳，内层白金面所大气接触，所以氧气浓度高，外层白金与排气接触，氧气浓度低。当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地减少，因此氧化锆两侧的白金所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高(将近1V)；当混合比稀时，燃烧完所多余的氧气较多，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低(将近0V)。ECU由此电压讯号即可侦测到当时混合比的状况。然而氧传感器须在高温才能发挥正常用作(400℃~900℃)，因此当发动机刚开始发动时，氧传感器尚未开始作用，须等到达到其作工温度才开始有电动势的产生，所以之后的氧传感器皆改良成加热型，也就是利用陶瓷加热器来使得传感器能也迅速地达到正常的作工状态，因此目前的车型几乎可以在发动30秒后，氧传感器即可供给计算机正确的讯号，有些车型甚至可以达到更低的时间。
相对于氧化锆型的氧传感器是以产生电压的讯号，氧化钛(TiO2)型则是利用电阻的变化来判别其中的含氧量。在某个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电阻的氧化半导体。相反的，若氧气较多，则形成高电阻的状态。就像水温度传感器一样，有着电阻高低的变化，这时只要供给一参考电压，即可由电压来可知冷却水的温度。假设计算机供给氧传感器5V的参考电压，当混合比浓时电阻低所得到电压较高(将近5V)，若混合比较稀时电阻高所得到的电压较低(将近0V)，因此由电阻的变化即可得知当时混合比的状况，不过近来的车型为了使氧化钛型氧传感器有着与氧化锆型相同的变化，即将参考电压改成1V，所以其电压即成了0~1V的范围内。另外由于高温下电阻容易产生变化，因此氧化钛型氧传感器会设一温度补偿电路，以反应温度高低所产生误差。
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