本发明属高温电化学传感技术。 以固体电解质探头定氧是当今冶金工程所采用的先进技术之一。其结构如图1所示。图中1-固体电解质（形为管状或片状）、2-参比电极、3-防渣帽、4-回路电极、5-高温水泥填料、6-三氧化二铝粉填料、7-陶瓷外套、8-铂丝、9-导线。当前国内外所采用的高温快速定氧探头是以二氧化锆为固体电解质、以钼及氧化钼或其它金属及氧化物为参比电极、以钼为回路电极所制成的探头。固体电解质定氧通过离子导电所产生的电动势予以实现。然而，由于二氧化锆在低氧分压下产生电子导电、高氧分压下产生空穴导电，从而使其测氧范围受到一定局限。如在炼钢温度下一般定氧最低极限仅为30ppm左右，即使经电子及空穴导电特征氧分压修正也只能测定20ppm左右。炼铁及球墨、蠕墨铸铁冶炼中氧含量远远低于20ppm，目前生产的高温快速定氧探头无法应用。当然，当氧压高于0.1MPa时，该探头亦无法使用。
发明人以钙β″三氧化二铝即由CaO、MgO及Al2O3所形成的β″相固体电解质（形为管状）替代二氧化锆，由于Caβ″-Al2O3的离子导电在温度为1000K时为10-2（Ω·cm）-1，电子和空穴导电在834K时分别为2.9×10-6与9.6×10-17（Ω·cm）-1，可略而不计，使Caβ″-Al2O3高温定氧探头的定氧不受含氧范围的限制，即高氧低氧均可测定，尤其是可对低氧测至0.001ppm，从而一举解决了炼铁、球墨和蠕墨铸铁冶炼过程中的低氧测定，而且为该冶炼过程的自动控制提供了前提。
此外，由于发明人以氧化钙替代钼及其氧化物做参比电极、以金属陶瓷替代金属钼做回路电极，使本发明与现有技术相比还具有抗氧化、抗腐蚀等特点。
为了清晰说明，下边给出定氧原理及计算公式：
由本发明所构成探头的电池形式为：
金属陶瓷、〔O〕Fe｜Caβ″-Al2O3｜CaO、O2、Pt
阳极反应（在固体电解质管外）：
阴极反应（在固体电解质管内）：
故电池反应为：
由以上反应所测得的电动势E（伏）可计算铁中溶解氧活度a〔O〕（以炼铁定氧为例）：
Loga〔O〕＝2.755- (541.3+10.082E)/(T)
由Loga〔O〕可计算溶解氧浓度C〔O〕：
LogC［O］=Loga［O］-ΣieiOCi(%)]]>
从而实现定氧目的。
式中：T-测量时的温度（K）
i-溶于铁中的元素
Ci（%）-元素i在铁中的浓度（%）
eio-元素i对氧的活度交换系数
CaO（β″）-Caβ″-Al2O3中的CaO。
定氧举例：
在钼丝炉中以石墨坩埚为容器，在1350-1500℃范围内，对铜、灰口铸铁合金熔体的氧含量进行测定，测量结果如下：
1.铜液定氧，T＝1637K，
二氧化锆探头测得a〔O〕＝1.11×10-3
Caβ″-Al2O3探头测得a〔O〕＝1.19×10-3
因氧含量在二氧化锆探头的测量范围内，故两者测定结果相近。
2.灰口铁液定氧，T＝1623K，
二氧化锆探头测得a〔O〕＝3.77×10-4
Caβ″-Al2O3探头测得a〔O〕＝（2.77±0.217）×10-4
因氧含量低于二氧化锆的测量范围，故二氧化锆探头测量结果偏高。
3.对另一炉灰口铁液定氧，T＝1598K，
Caβ″-Al2O3探头测得a〔O〕＝（8.7±0.15）×10-5，
按硅氧平衡理论计算所得a〔O〕＝5.25×10-5，
因氧含量过低，氧化锆探头无法测量。
4.对稀土蠕墨铸铁定氧，T＝1673K，
Caβ″-Al2O3探头测得a〔O〕＝6.48×10-7，
设活度系数f＝1，则C〔O〕＝0.00648ppm，此值在理论计算范围内。
制备具有良好电学性能的Caβ″-Al2O3固体电解质管与CaO、MgO、Al2O3的配比及烧结温度密切相关，实验证明按照0.927CaO∶0.854MgO∶5.073Al2O3（mole比）的配比条件，在1625～1649℃烧结75～90分钟为最佳。