原理
    一般我們認(rèn)為，在合適的溫度、壓力情況下，聲速在靜態(tài)均勻的氣體中是恒定的，就是344m/s，聲脈沖能對準(zhǔn)一個目標(biāo)發(fā)射并檢測到它的回波。從發(fā)射源到目標(biāo)再返回發(fā)射源這一過程用的時間能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榫嚯x。
L = V x T÷ 2
    L是指換能器到所測目標(biāo)之間的距離；V是指聲波傳播的速度；T是指聲波從換能器發(fā)射到所測目標(biāo)，再返回到換能器時聲波傳播的時間。例如：如果聲音從換能器發(fā)出到達(dá)介質(zhì)表面并返回用的時間為 46.51毫秒，則從換能器到物位的距離為 8.0 米，計(jì)算公式如下：344 米/秒 x 46.51 毫秒 = 15.996 米（從換能器到液面再返回的總的距離）。再除以 2 得到換能器到液面的距離為 7.9997 米。
超聲波物位計(jì)的換能器
    超聲波換能器內(nèi)主要是壓電晶體和結(jié)構(gòu)件，換能器在被電場激勵作用下產(chǎn)生機(jī)械震動。這就是眾所周知的壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體停止被電流激勵時，晶體還原到它的原始尺寸并產(chǎn)生一個機(jī)械聲波。我們一般用峰值—峰值為400 ~ 600伏的電壓激勵換能器。
與壓電效應(yīng)相應(yīng)的是：晶體如果被機(jī)械壓縮時會產(chǎn)生一個小的電信號。我們檢測時感應(yīng)到的機(jī)械力，就是所發(fā)射聲波的回波?；夭ㄗ饔迷诰w上一般會產(chǎn)生4 ~ 5 毫伏的信號。
超聲波換能器通過設(shè)計(jì)把晶體產(chǎn)生的聲波放大，并把聲波傳送到換能器的表面，同時阻尼晶體另一側(cè)的聲波傳出。通過一連串的技術(shù)處理，產(chǎn)生的聲脈沖最有效地被傳送到空氣中，這個過程叫做“聲波的阻抗匹配”。
波束角
    從換能器表面發(fā)出的聲波傳輸出去，由于單位能量的聲波傳輸過程中的發(fā)散性特點(diǎn)，聲波能量的降低與距離的平方成反比。而主能量是沿著垂直于換能器表面的縱軸方向輻射。圍繞著這個縱軸的是波束。波束的邊緣由 3dB 規(guī)則定義。它是垂直于縱軸，傳輸?shù)哪芰繙p少一半或減少 3dB 的位置。波束直徑定義了在能量降至一半時的位置為半功率波束角，波束角單位為度。
波瓣
    在主波束（也就是主波瓣，通常稱作主瓣）的外圍，有許多輻射強(qiáng)度較低的圓椎形稱作邊瓣，它和主瓣形成同心圓。主瓣和邊瓣可以用極座標(biāo)來描述，以使聲波圖可視化。為了減少由邊瓣產(chǎn)生的不希望要的回波，要使盡可能多的能量集中在主瓣中。同樣，也必須要防止經(jīng)換能器尾部發(fā)射的能量。
聲波的反射及衍射
    當(dāng)聲波在一種物料內(nèi)傳播到與另一種物料交接的界面時，聲波能量的一部分會被反射，另一部分會透過第二種物料繼續(xù)傳播。被反射的能量和被透射的能量的比率取決于兩種介質(zhì)的密度差。密度的比率或差值越大，被反射的能量也就越大。
所發(fā)射聲波相對于反射面垂直線的角度對于物位測量也是很重要的。對于平滑的高密度介質(zhì)，反射聲波的角度等于入射聲波的角度，只是在反射面垂直線的另一側(cè)而已。表面是否光滑可根據(jù)粗糙度是否等于或小于 1/8 的入射波長來判斷。粗糙度用波峰到波谷的差值來表示。對于一個 55kHz 的傳感器，產(chǎn)生的聲波的波長在6mm左右，所以只有在表面變化值小于0.8mm時，這個表面才可以認(rèn)為是光滑的。
    當(dāng)聲波繞過障礙物，以至于只會產(chǎn)生很少的反射或沒有反射就產(chǎn)生了衍射。為了產(chǎn)生衍射，聲波的波長必須大于在它路徑上的障礙物。聲波的波長與聲音的頻率成反比。頻率越低聲波越長，反之亦然。長波長的聲波比短波長的聲波傳播得更遠(yuǎn)，甚至可以在存在很多障礙物的情況進(jìn)行傳播。這就是我們在空氣中可能會存在一些粉塵的固體料倉內(nèi)使用低頻率的換能器的原因。
聲波的衰減
    聲波的衰減是指聲波能量在空氣中傳播時逐漸的減弱過程。不同頻率下的超聲波在理想大氣中傳播時的衰減與在高粉塵，高濕度或有水蒸汽時的衰減相比，后者的衰減要快的多。當(dāng)溫度升高時也會產(chǎn)生衰減。在低溫時，空氣分子是緊密的，傳輸聲波時需要的能量較少。在高溫時，空氣分子比較松散，需要更多的能量來傳輸聲波。聲波的吸收是由不反射聲波的低密度介質(zhì)造成的。吸收通常發(fā)生在低密度泡沫材料的應(yīng)用或低密度介質(zhì)的測量中。