Empfehlenswert ist es zuerst die Beiträge „„Lambdasonde Prinzip“, „Lambdasonden Typen“ zu lesen.
Produktbild von NTK.
Die Zirkoniumdioxid-Lambdasonde (nach ihrem Entdecker Walther Nernst auch Nernstsonde genannt) ist eine Sprungsonde.
Sie nutzt Zirkonium(IV)-oxid (ZrO2) als Membran/Feststoffelektrolyten. Bei Lambdasonden kommt Zirkonium auch als YSZ-Keramik (Yttria-stabilized Zirconia) zum Einsatz, wodurch unter anderem die Betriebstemperatur merklich reduziert wird. Dieses Material wird ab 300 °C für Sauerstoffionen durchgängig. Um die gewünschte Betriebstemperatur schnell zu erreichen wird ein in das Element eingefügter Heizer zugeschaltet.
Die Sonde arbeitet wie ein galvanisches Element und produziert Spannung. Diese ist abhängig vom Verhältnis des Sauerstoffionengehalt des Abgases zur Referenzluft. Bei Lambda=1 erfolgt eine nicht lineare, sprunghafte Spannungsänderung.
Eine ZrO2-Sonde produziert Spannung
Die ZrO2-Lambdasonde hat folgende Eigenschaften:
schnelle Betriebsbereitschaft; Temperaturbeständigkeit; unempfindlich gegen Wasserschlag; vergiftungsresistent; hohe Zuverlässigkeit
Diese Sonden kommen als Regel- und als Diagnosesonde zum Einsatz.
Aufbau 
Das Kernstück dieser Lambdasonden ist eine Keramik aus ZrO2. Das Zirkondioxid-Sondenelement ist fingerförmig und hohl. Die Innenseite hat Kontakt zur Referenzluft. Die Außenseite liegt im Abgasstrom. Beide Seiten sind mit einer dünnen, porösen Platinschicht überzogen, die als Elektrode fungiert.
Arbeitsweise
Das Abgas hat eine geringere Sauerstoffkonzentration (etwa 3 Vol%) als die Referenzluft (Frischluft; etwa 20 Vol%). Erreicht die Lambdasonde 
Betriebstemperatur so kommt es bei allen Nernstsonden durch den Konzentrationsunterschied (= Partialdruckunterschied) zu einer Ionendiffusion des Sauerstoffs. Folglich wandern O2--Ionen von der hohen Konzentration (Referenz) zur niedrigen Konzentration (Abgas). Die Sauerstoffatome können als doppelt negativ geladene Ionen also durch die Membran aus Zirkonium-Keramik hindurchdiffundieren. Die zur Ionisierung der Sauerstoffatome erforderlichen Elektronen werden von den elektrisch leitfähigen Elektroden geliefert. So entsteht auf der Innenseite (Referenz) der Sonde ein Elektronenmangel und auf der Außenseite (Abgas), wo die Sauerstoffionen ankommen, ein Elektronenüberschuss, also eine elektrische Spannung an den Platinelektroden. Diese wird von der Motronik ausgewertet und ist proportional zum Sauerstoffgehalt.
Ist das Gemisch mager, beträgt das Sondensignal etwa 0,1 Volt. Ist das Gemisch fett, liegt sie bei 0,9 Volt. Bei Lambda=1 findet ein charakteristischer Spannungssprung zwischen den beiden Werten statt was einerseits eine am Arbeitspunkt exakte, andererseits jedoch keine stetige Regelung des Gasgemisches ermöglicht. Deshalb wird diese oft durch realisiert.
Anhand dieses Signals kann das Steuergerät die Einspritzmenge mit einem einfachen Zweipunktregler so genau dosieren, dass Lambda zwischen 0.98 und 1.02 liegt. Dieses Toleranzband nennt man „Lambdafenster“.
Bei der Lambdasonde wird als Referenz am einfachsten die Umgebungsluft verwendet. Diese wird entweder durch eine Öffnung direkt an der Sonde oder über eine separate Zuleitung herangeführt, wodurch eine mögliche Referenzluftvergiftung durch CO2, CO, Wasser, Öl- oder Kraftstoffdämpfe erschwert wird. Bei einer Referenzluftvergiftung ist der Sauerstoffgehalt der Referenz verringert, wodurch die Sondenspannung kleiner wird.
Bei Sensoren mit einer gepumpten Referenz (Zirkoniumdioxid-Sensoren mit metallisch versiegelter Referenz/MSRS) wird kein separates Referenzgas wie Umgebungsluft benötigt, die Sauerstoffreferenz wird hier eigenständig im Sensor hergestellt, hierzu wird die Membran als Pumpe genutzt und eine praktisch sauerstofffreie Referenz im versiegelten Bereich erzeugt.
Modernere Versionen
sind anstelle nicht als Finger- sondern als Planarsonden ausgeführt. Das zugehörige Sondenelement kann man sich vorstellen wie einen Finger mit auf „Null“ verringerter Länge. Die Funktionsweise ist identisch
Kabelzuordnungen
Zirkondioxid-Lambdasonden verfügen über bis zu vier Leitungen.
Unbeheizte Sonden mit Massekontakt über das Gewinde haben nur eine schwarze Signalleitung.
Unbeheizte Sonden mit eigenem Massekontakt zur Fahrzeugelektrik haben zusätzlich ein graues Massekabel.
Beheizte Sonden haben entweder drei oder vier Anschlüsse. Schwarz ist immer das Sondensignal. Zwei weiße Kabel sind für die Stromversorgung des Heizers verantwortlich.
Beheizte Sonden mit eigenem Massekontakt zur Fahrzeugelektrik haben zusätzlich ein graues Massekabel.
Einbauposition der ZrO2-Sonde
Die ZrO2-Sonde wird bei Ottomotoren in der Regel relativ weit entfernt von den Auslassventilen in den Abgaskrümmer eingeschraubt um sie vor Überhitzung zu schützen. Damit sie dennoch die notwendige Betriebstemperatur schnell erreicht wird sie beheizt.
Die beheizte ZrO2-Sonde in 4-Leiter-Technik ist der derzeit am häufigsten in Ottomotoren verwendete Typ
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