超声波氧气传感器是利用时差法来检测二元气体的浓度和流量。

如图所示，管道两端安装两个传感器。传感器交替工作，同时兼任超声波信号的变送器和接收器。

当超声波信号在上游侧传播，方向与介质方向相反，传播时间(T1)就会变长。另一方面，当超声波信号在下游侧传播，方向与介质方向相同，则传播时间(T2)就短。也就是说，流动介质延迟或加速了超声波信号。“T1”与“T2”的时间以及管子直径可以推算出二元气体的浓度和流量。