當(dāng)聲波以垂直角度入射至介面時，其反射系數(shù)為兩種介質(zhì)的聲阻抗差與聲阻抗和的比值的平方。當(dāng)兩種介質(zhì)的聲阻抗相差較大時，即在界面處形成所謂的硬邊界，這是入射波的介質(zhì)速度在碰到分界面時好像彈性碰撞一樣，變成反向速度，反射波質(zhì)點(diǎn)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)速度相位改變180°。以空氣/水界面為例，水的聲阻抗與空氣的聲阻抗相差4個數(shù)量級，相差懸殊，因此當(dāng)聲波射入空氣/水界面時，聲波幾乎全部被反射。
超聲波液位計的測量原理及為回波測距，利用測量聲波從發(fā)射至接受的時間間隔，結(jié)合補(bǔ)償后的聲波聲速得到聲波傳輸?shù)木嚯xh。1/2h即為超聲波探頭距離界面的距離。利用已知的儀表安裝高度與超聲波至界面的距離作差，即可獲得當(dāng)前儲液裝置內(nèi)的液位高度。
超聲波探頭使用最多的是由壓電晶片（或壓電陶瓷）制成的換能器。超聲波的接收和反射是基于壓電晶片的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。其工作原理是：當(dāng)壓電晶片受發(fā)射脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，此即逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，此為正壓電效應(yīng)。前者是超聲波的發(fā)射，后者為超聲波的接收。同一塊壓電晶體既負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)射，也負(fù)責(zé)接收。因此，在發(fā)射狀態(tài)與接收狀態(tài)之間，需要一段時間使得壓電晶體從振蕩狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，然后才能開始接收反射的超聲波信號，根據(jù)時域反射原理，這段時間代表了空間的一段距離，即盲區(qū)。在盲區(qū)內(nèi)，超聲波液位計是不能進(jìn)行測量的。一般超聲波液位計的測量范圍約大，其盲區(qū)就越大。
不同的超聲波頻率使用于不同量程的超聲波液位計。一般規(guī)律是量程越小，超聲波頻率越高；量程越大，超聲波頻率越低。這是因?yàn)槌暡ǖ哪芰吭诎l(fā)射和返回經(jīng)過的介質(zhì)中被衰減，低頻長波的能量較大，可保證超聲波的能量在長時間傳播過程中不至于衰減的太多。若超聲波能量太強(qiáng)，則被測頁面會產(chǎn)生大量空化氣泡，反而會降低回波的質(zhì)量，影響測量精度。需根據(jù)測量范圍的大小，選取合適的超聲波液位計。
